基于固定场景下的液压挖掘机自主作业关键技术开发与应用研究

需求的背景和应用场景

在露天煤矿开采行业中，随着智能化和无人化技术的快速发展，对于提高生产效率、降低运营成本以及增强作业安全性的需求日益迫切。传统液压挖掘机作业高度依赖人工操作，不仅存在劳动强度大、作业效率受限的问题，而且在复杂多变的矿山环境中，人工操作还存在一定的安全隐患。因此，针对矿山采剥这一固定场景，开发液压挖掘机自主作业关键技术，实现挖掘机在无人干预或最小人工干预下的自主作业，成为推动露天煤矿智能化、无人化进程的关键。该技术旨在解决矿山环境中人工操作挖掘机的高风险、低效率问题，通过智能化技术提升作业精度、效率和安全性，为露天煤矿的可持续、高效发展提供有力支撑。

要解决的关键技术问题

1. 装车作业环境三维实时重建：利用先进的传感器技术（如激光雷达、摄像头等）和算法，实现对矿山采剥场景的三维实时重建。这要求技术能够高效处理大量数据，快速构建出精确的环境模型，为挖掘机的自主作业提供基础的空间信息。
2. 环境及物料语义自动分割识别机制：在三维环境模型的基础上，研发能够自动识别并分割不同物料（如矿石、土壤等）和环境元素（如岩石、树木等）的算法。这需要结合深度学习、机器学习等智能化技术，实现对复杂场景的精准理解和分类。
3. 多元空间、场景、物料识别方式构建：整合多种传感器和识别算法，构建出适应不同光照条件、天气状况和环境变化的多元识别系统。确保挖掘机在各种复杂情况下都能准确识别作业环境和物料，为自主作业提供可靠的感知能力。
4. 无人自主挖掘机与无人驾驶矿卡协同作业的全自动装车作业系统：研发一套能够实现挖掘机与矿卡之间高效协同作业的自动化系统。这包括路径规划、避障导航、装车策略制定等多个方面，要求系统具备高度的智能化和自动化水平，能够确保作业过程的安全性和效率。

效果要求

1. 提高作业效率：通过自主作业技术的引入，显著提高液压挖掘机的作业效率，降低人工干预成本，实现矿山开采的高效化。
2. 增强作业安全性：减少人工操作带来的安全隐患，通过智能化系统对作业环境和物料的精准识别与判断，有效避免事故风险。
3. 提升智能化水平：推动露天煤矿向智能化、无人化方向发展，为矿山开采行业树立技术创新和产业升级的典范。
4. 增强竞争优势：通过自主研发和创新，形成具有自主知识产权的核心技术，提升企业在矿山开采领域的市场竞争力。
5. 创新性：该技术需求旨在突破传统液压挖掘机作业方式的局限，探索智能化、自主化的新技术路径，为矿山开采行业的未来发展注入新的活力。