在湘南学院科创实验室里,一套面向露天矿装载机智能化改造的自主作业系统近日完成实地验证。这套由该校四名在校本科生自主研发的改装方案,直指矿山工程机械无人化升级中长期存在的感知鲁棒性差、控制精度不足、多机协同效率低等核心痛点,以三项原创技术突破为存量设备智能化转型提供高性价比路径,为绿色智能矿山建设注入新生力量。

露天矿山作业环境恶劣,扬尘弥漫、光照剧烈变化、地面崎岖不平,传统无人改装方案多依赖预置高精地图与开环液压控制,在动态复杂工况下感知易丢失、铲装满斗率普遍仅维持在70%—80%,远不能满足规模化生产要求。与此同时,我国现有数十万台存量装载机,中小型矿山受限于改造成本与技术门槛,绝大多数仍依赖人工驾驶,既存在安全风险,也面临招工困难、效率波动大等现实困境。如何以较低成本实现存量设备的高效智能化升级,已成为矿业领域有待突破的共性难题。

针对这一行业需求,湘南学院电子信息科学与技术、电气工程及其自动化、数学与应用数学专业的四名本科生跨学科组队,在创新创业学院和专业导师的联合指导下,深入郴州本地多处矿区,实地采集扬尘、弱光、颠簸等极端工况下的传感器数据,与一线设备操作员、矿山管理人员反复沟通,梳理出无人化改造必须攻克的核心关卡:实时环境建模能力、精细铲装控制策略、多机协同调度机制。团队历时一年余,从算法仿真、硬件选型到实车改制,完成全链条自主研发,最终推出适配多种主流装载机车型的智能化改造系统,并顺利通过实车工况验证。

为彻底摆脱传统方案对固定地图的依赖并解决铲装精度不足问题,团队实现三项关键技术创新:首创无位姿动态4D语义地图构建技术,融合激光雷达与多模态视觉传感,在强粉尘、逆光等恶劣条件下仍能实时生成矿区三维语义场景,确保感知层稳定可靠;研制闭环精密电控液压控制系统,通过力觉反馈与动态补偿算法,将自主作业满斗率稳定提升至95%以上,作业效果可对标资深驾驶员;开发双驱动多机协同调度算法,统筹多个装载机与辅助车辆的任务分配与路径规划,显著提高集群作业整体效率。整套系统无需改动发动机主体结构,可在数日内完成单台存量设备的智能化升级,同时保留人工驾驶备用模式,兼顾安全冗余与改造经济性。

该项目自启动以来,先后完成多轮矿区实地测试,系统在颠簸路面、重载工况下的稳定性获得合作企业高度认可。目前,团队已提交发明专利3项、实用新型专利3项、软件著作权3项,形成完整自主知识产权体系,并与郴州本地矿业企业达成产学研合作协议,推动技术从实验室走向生产一线。这一成果充分彰显湘南学院本科生扎实的多学科交叉能力、敢于挑战工程难题的创新勇气以及扎根产业实际的务实作风,也是学校深化产教融合、鼓励真刀真枪解决行业真问题的重要体现。未来,湘南学院将持续完善科创孵化链条,为更多学生团队提供经费、实验场地、企业对接等全方位支撑,加速孵化面向国家战略需求和地方产业升级的优质创新成果,助力我国矿山装备智能化发展迈上新台阶。

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