水采船导航与自动驾驶

水采船导航与自动驾驶

雒文豪、张生慧

青海盐湖工业股份有限公司 816000

光卤石采收是钾肥生产的核心环节。采船作业过程中，如何将光卤石成矿与采收动态结合，是盐湖钾肥生产中的重要课题。在此过程中，高精度的导航和自动驾驶是实现上述目标的关键。

（1）水采船概况

浮动式履带采收机（简称水采船）的行走是由作用在钠盐池板，并能沿地势自动升降的4条履带驱动。浮动式履带采收机行进中，螺旋集料器沿池板不断地将光卤石集聚到中部吸入口，集聚的光卤石矿浆经渣浆泵加压，通过浮管系统、浮动式可移动加压锚船的渣浆泵输送到岸上管道。

浮动式履带采收机在盐田作业时，可用手动和自动两种导航方式控制行走轨迹。手动作业时，操作人员根据供矿要求，依据监视屏的显示值手动调节矿浆流量、行走速度和切割头深度；自动驾驶时由控制系统完成上述工作。履带的行走和转向、螺旋集料器的升降和螺旋旋转、矿浆管线上的阀门均由液压驱动，液压的动力为电动机；通过架在浮管系统上的10kV柔性电缆和架在浮管系统上的淡水管线供电。

（2）水采船导航

水采船导航系统由卫星定位系统和计算机处理系统组成，定位系统由1个在岸上已知测定点的基准台（由卫星接收天线、卫星定位接收机、无线数传电台和发射天线组成）和1个在船上安装的差分台（包括接收天线、差分卫星定位接收机、无线数传电台和数据链接收天线）组成；采船上的专用处理器，将定位系统传输的坐标转换成采船在盐田中的位置，并通过与设定航线比较，控制履带的转向，自动将浮动式履带式采收机调整至设定的航线，控制精度为±0.1m。

水采船和锚船都是大型的机械液压设备。它们并不是真正意义上的船，而是靠浮力平衡于水面，正常行走时，行走机构靠重力依附于盐田底面，通过履带爬行。由于盐田底面的高低不平和盐田成矿对履带行走的羁绊，凹陷，需要对行走机构施加下压力。池板的不平和及下压力的不平衡会导致船体的倾斜。油缸的柔性可以在一定范围内自动调节其伸缩长度，从而在一定程度上保持船体的平衡。

采收工艺要求水采船在采收作业时，需按照设定的直线航道，进行直线采收，其距离误差不能超过10公分，方向误差不得超过3度，为实现水采船自动导航、自动纠偏、自动切换航道以及自动换向等自动化程度极高的控制动作，通过优化导航程序，利用导航模块的计算优势，让其参与到控制中来，实现上述高精度导航与控制。

（3）避障和风险预警

为了进一步提升水采船自动控制水平，通过 OPC 通讯的方式将矿浆管线形态识别接入水采船自动导航系统。在矿浆管断裂风险出现时，控制水采船驱动系统及时停机，并向操作人员发出预警。

矿浆管线形态识别技术是基于机器视觉的方法，通过红外成像仪采集矿浆管道的图像，通过图像处理技术进行分析，从而判断矿浆管道的状态和可能出现的风险，并通过 OPC 通讯方式与采船控制系统进行双向通讯。

当矿浆管线出现断裂风险等异常情况时，自动导航系统会接收到预警信号，并将预警信号传输给水采船驱动系统。驱动系统会根据预警信号及时停机，避免水采船在矿浆管道断裂的情况下继续行驶，从而保证水采船的安全。在操作方面，当矿浆管道出现异常情况时，操作人员会接收到预警信号。通过预警信号，操作人员可以及时采取措施，避免水采船在矿浆管道断裂的情况下继续行驶，从而保证水采船的安全。通过将矿浆管线形态识别技术加入水采船自动导航系统，可进一步提升水采船自动驾驶的安全性。

（4）通讯系统

采船在广袤的盐湖上作业，机动性强，活动范围大，无法采用传统的光纤等有线链路来进行通讯。以前主要利用跳频电台和工业网桥来实现数据及视频的无线传输。但现有工业网桥网络带宽小，速率低，信号质量受距离影响明显，网络传输问题过去制约着采船导航和自动驾驶技术的发展。青海盐湖股份试点在盐田区域部署5G网络，并充分利用700M频带资源，在不多增加基站的情况下，实现了水采船的远距离高带宽低延时通讯，解决了通讯的难题。

（5）系统集成

新一代的水采船导航与驾驶系统，改变了过去PLC与导航模块的通讯机制，实现模块与PLC的双向读写，并通过获取的位置信息，分析采船与锚船，采船与矿浆管的位置关系，通过锚船及时的随动，进而实现采船的自动驾驶与风险预警。

基于上述系统架构，通过在PLC、计算模块、导航系统、红外矿浆管线系统中分别进行编程并集成，进而实现水采船在矿浆管线断裂风险出现时，自主退出导航方式并及时停止驱动系统。进一步提高了水采船自动驾驶的安全性。

结语

上述过程的开发和应用均已在青海盐湖水采船上成功实现，所改造的水采船在导航和驾驶方式在原有基础上有了进一步的提升，为钾肥生产装备的发展开拓了新的方形。