En août dernier, je me suis rendu avec notre équipe dans une mine de charbon à ciel ouvert en Mongolie intérieure pour un projet de modernisation de la conduite autonome. C'était mon premier contact avec le monde des camions miniers autonomes. Honnêtement, l'expérience sur place a été bien plus impressionnante que je ne l'avais imaginé : des camions miniers massifs pesant des dizaines de tonnes, qui chargent, transportent et déversent sans aucun conducteur. L'ensemble de l'opération s'est déroulée en toute transparence. En tant qu'ingénieur de terrain chez KEY-IOT, ce projet a complètement changé ma vision des véhicules miniers autonomes.

Pourquoi les mines à ciel ouvert ont besoin de camions autonomes

Après avoir passé un mois sur le site de la mine, j'ai vraiment compris les problèmes de l'industrie.

La sécurité est le principal problème. Les environnements miniers à ciel ouvert sont brutaux : forte poussière, bruit extrême, faible visibilité. Les conducteurs qui travaillent dans ces conditions sont exposés à de graves risques d'accident. Les statistiques nationales sur les accidents miniers de l'année dernière ont montré que les opérations de transport étaient à l'origine d'une grande partie des incidents. Le responsable de la sécurité m'a dit que sa plus grande inquiétude concernait les conducteurs de l'équipe de nuit qui devaient faire face à la fatigue. Un accident signifie que toute la mine est fermée pour inspection.

Les coûts de main-d'œuvre augmentent. À l'heure actuelle, l'embauche d'un conducteur de camion expérimenté commence à $2 200 USD par mois, et il faut trois équipes, donc au moins 3-4 conducteurs par camion. Ce client possédait 30 camions, ce qui représente des centaines de milliers de dollars de salaires par an. Le plus gros problème ? Les jeunes ne veulent pas de ces emplois et les chauffeurs chevronnés atteignent l'âge de la retraite. Le recrutement devient de plus en plus difficile chaque année.

L'efficacité opérationnelle est également importante. Les conducteurs humains ont des limites - ils se fatiguent, tombent malades, ont besoin de pauses. Lors des pics de demande, vous ne pouvez pas augmenter la cadence assez rapidement. Pendant les périodes creuses, vous payez des travailleurs pour qu'ils restent inactifs. Les systèmes autonomes fonctionnent 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, et s'adaptent aux demandes de répartition en temps réel, ce qui améliore considérablement l'efficacité du transport.

L'architecture technique des camions miniers autonomes

Beaucoup de gens pensent qu'il suffit de transposer la technologie des voitures particulières autonomes aux camions miniers. C'est totalement faux. Les environnements miniers sont bien plus complexes que les routes urbaines, et les exigences de fiabilité sont hors normes.

Le système comprend plusieurs éléments majeurs :

Systèmes de perception des véhicules
Chaque camion est équipé de capteurs : Le LiDAR 3D établit une carte tridimensionnelle de l'environnement, le radar à ondes millimétriques détecte les obstacles, les caméras HD identifient l'état des routes et les panneaux de signalisation, et le positionnement différentiel RTK offre une précision de l'ordre du centimètre. Ces capteurs génèrent d'énormes volumes de données - plusieurs gigaoctets par seconde.

Système de contrôle embarqué
C'est le “cerveau” du système, qui traite les données des capteurs en temps réel, prend les décisions de conduite, contrôle la direction, l'accélérateur et les freins. Le temps de latence doit rester de l'ordre de la milliseconde, sinon, à grande vitesse, les choses deviennent rapidement dangereuses.

Réseau de communication
Les véhicules maintiennent une communication en temps réel avec le centre de répartition dans le nuage, en téléchargeant l'état du véhicule, les données de position et les flux vidéo tout en recevant les commandes de la répartition. Cela nécessite une bande passante extrême, une faible latence et une fiabilité à toute épreuve.

Plate-forme de répartition dans le nuage
Il gère tous les camions autonomes, planifie les itinéraires, coordonne la programmation des véhicules et surveille l'état opérationnel.

Pour ce projet, nous avons utilisé le Passerelle pour véhicules SV900.

Communication en réseau : La ligne de vie des camions miniers autonomes

La communication réseau est le composant le plus critique et le plus sujet aux défaillances de l'ensemble du système.

Exigences en matière de largeur de bande
Un camion minier autonome est équipé d'au moins 6 à 8 caméras HD, ainsi que de données LiDAR et de radars à ondes millimétriques, de commandes de contrôle et de mises à jour de l'état des lieux. Les besoins en bande passante de la liaison montante atteignent au moins 100 Mbps. Si vous souhaitez une capacité de prise en charge à distance (opérateurs de sécurité contrôlant à partir d'un centre de surveillance), les besoins en bande passante sont encore plus élevés.

Exigences en matière de latence
La conduite autonome est incroyablement sensible à la latence. À 60 km/h, 100 ms de latence signifient que le véhicule a déjà parcouru 1,67 mètre. Pour un camion pesant des dizaines de tonnes, cette distance peut faire la différence entre la sécurité et le désastre. Notre projet exigeait une latence de bout en bout inférieure à 30 ms.

Exigences de fiabilité
Les environnements miniers posent d'énormes défis en matière de couverture réseau. Les mines à ciel ouvert ont souvent une profondeur de 30 à 50 mètres, parfois plus de 100 mètres. Les signaux des stations de base peinent à assurer une couverture complète. Les véhicules rencontrent constamment des zones mortes ou des zones de faible couverture. Les réseaux 4G ordinaires ne peuvent pas y faire face - vous avez besoin de la 5G, et même dans ce cas, vous avez besoin de solutions de secours.

SV900 : Une passerelle de véhicules conçue pour les camions miniers autonomes

 

Nous avons choisi le SV900 pour ce projet en raison de plusieurs caractéristiques essentielles :

Conception d'une double liaison 5G
Le SV900 prend en charge les réseaux 5G doubles - vous pouvez insérer simultanément deux cartes SIM de différents opérateurs. Dans cette mine de Mongolie intérieure, nous avons utilisé une configuration à double carte SIM China Mobile + China Unicom. Le côté est de la mine bénéficiait d'un meilleur signal Mobile, tandis que le côté ouest bénéficiait d'une meilleure couverture Unicom. La double configuration 5G sélectionne automatiquement la liaison optimale, garantissant ainsi une connectivité ininterrompue.

Les résultats des essais sur le terrain ont été excellents. Les vitesses de téléchargement d'une seule liaison 5G sont restées stables autour de 800 Mbps, ce qui est largement suffisant pour plusieurs flux vidéo. Plus important encore, lorsqu'une liaison tombe en panne, l'autre prend immédiatement le relais. Le temps de basculement est inférieur à 200 ms, ce qui est pratiquement imperceptible pour les opérations.

Connecteurs M12 pour l'aviation
Les environnements d'exploitation des camions miniers sont absolument éprouvants - poussière, vibrations, températures extrêmes. Les ports Ethernet RJ45 standard ne peuvent pas survivre. J'ai vu d'autres projets utiliser des équipements grand public qui sont tombés en panne au bout d'un mois, les connexions desserrées entraînant des coupures constantes.

Le SV900 utilise des connecteurs d'aviation M12 avec des normes de protection de niveau industriel - résistant aux vibrations, à la poussière et à l'eau. L'installation est simple - il suffit de serrer la bague de verrouillage et le tour est joué. Super solide. Ce détail semble mineur, mais il est crucial pour un fonctionnement stable à long terme.

SDK d'agrégation multi-réseaux
Cette fonction est très intéressante. Le SV900 dispose d'un SDK d'agrégation multiréseau intégré qui peut combiner la bande passante des deux liens 5G. Dans les scénarios nécessitant un trafic de téléchargement important (comme les mises à jour du système ou la synchronisation des journaux), la bande passante d'un seul lien n'est pas suffisante - l'agrégation multiréseau résout ce problème.

Nous l'avons testé - la double agrégation 5G permet d'augmenter la bande passante de la liaison montante à plus de 200 Mbps. Le téléchargement d'une mise à jour OTA pour le système du camion minier (généralement 2 à 3 Go) prend à peine plus de 10 minutes. Avec une seule liaison, il faut compter une demi-heure au minimum.

Support du protocole NTRIP
Ceci est essentiel pour le positionnement RTK de haute précision. Les camions miniers autonomes ont besoin d'une précision de positionnement de l'ordre du centimètre - le GPS ordinaire ne suffit pas. Vous avez besoin d'un positionnement différentiel RTK.

Les systèmes RTK doivent récupérer les données différentielles des stations de base en utilisant le protocole NTRIP. Le SV900 supporte nativement le protocole NTRIP. La configuration est simple - il suffit d'entrer l'adresse de la station de base et les informations d'identification dans l'interface web. Aucun équipement de conversion supplémentaire n'est nécessaire, ce qui permet de réduire les coûts et d'éliminer les points de défaillance.

Ethernet M12 à 5 ports
Les camions miniers sont équipés de tonnes de dispositifs : contrôleurs de conduite autonome, LiDAR, radar à ondes millimétriques, caméras, PC industriels - chacun d'entre eux a besoin d'une connectivité réseau. Le SV900 offre 5 ports Ethernet gigabit avec des connecteurs M12. Beaucoup de ports, tous avec des connexions fiables.

Interfaces RS232/485/CAN
Outre les dispositifs Ethernet, les camions miniers disposent de nombreux équipements à port série - bus CAN du véhicule, divers capteurs RS232 ou RS485. Le SV900 intègre toutes ces interfaces. Un seul appareil répond à tous les besoins de connectivité.

Dans notre projet, nous avons utilisé l'interface CAN pour lire les niveaux de carburant, la vitesse, l'angle de braquage et d'autres données du véhicule. Nous avons utilisé l'interface RS485 pour connecter une station météorologique qui surveille la vitesse du vent, la température et l'humidité. Grâce à ces données, le système de répartition prend des décisions plus intelligentes.

Leçons de déploiement dans le monde réel

Ce projet a duré quatre mois, de la recherche initiale au lancement officiel. Nous avons rencontré quelques problèmes en cours de route, mais nous avons beaucoup appris.

La planification du réseau est essentielle

Avant le début des travaux, nous avons procédé à des études détaillées du réseau, en utilisant un équipement professionnel pour tester la couverture du signal 5G sur le site de la mine. Nous avons trouvé plusieurs zones mortes et avons travaillé avec les opérateurs pour ajouter deux nouvelles stations de base, ce qui nous a permis d'obtenir une couverture correcte.

Mon conseil à tous ceux qui réalisent des projets de camions miniers autonomes : commencez par vous occuper de votre réseau. N'attendez pas que tous les équipements soient installés pour découvrir que le réseau ne fonctionne pas - c'est un cauchemar.

L'emplacement de l'appareil est important

L'emplacement du SV900 doit être réfléchi. Trop bas, il est bloqué, ce qui affecte le signal. Trop haut, les câbles d'extension de l'antenne entraînent des pertes. Nous avons fini par l'installer dans la baie d'équipement derrière la cabine, ce qui protège l'appareil sans compromettre le signal.

Les antennes doivent absolument être montées sur le toit, avec un espace d'au moins 5 cm par rapport aux surfaces métalliques, sinon l'intensité du signal diminue. Nous avons utilisé des supports d'antenne dédiés, qui ont très bien fonctionné.

Les systèmes électriques ont besoin d'être protégés

Les systèmes électriques des camions miniers sont complexes, avec des fluctuations de tension importantes et d'énormes courants instantanés lors du démarrage. Le SV900 supporte une tension d'entrée large de 9-36V avec une grande adaptabilité, mais il est toujours judicieux d'ajouter un régulateur de tension pour protéger l'appareil.

Notre projet utilisait une alimentation 24V avec un régulateur DC-DC entre les deux, assurant une sortie stable à 24V±0.5V. Après presque un an, nous n'avons eu aucun problème lié à l'alimentation avec le SV900.

Le stockage des grumes est très utile

Le SV900 prend en charge le stockage des journaux flash, ce qui est extrêmement utile pour le débogage. En cas de problème, vous pouvez exporter les journaux pour les analyser et identifier rapidement les causes profondes.

Un jour, un camion minier a soudainement perdu la connexion. Les journaux du SV900 nous ont permis de constater que la latence du réseau atteignait plusieurs centaines de millisecondes juste avant la déconnexion, puis chutait complètement. Nous avons transmis les journaux à l'opérateur, qui a découvert une station de base défectueuse. Sans journaux, ce type de problème est pratiquement impossible à diagnostiquer.

L'entretien régulier est important

Même si la SV900 est très fiable, un entretien régulier est indispensable. Nous recommandons des contrôles mensuels :

• Dépoussiérer les surfaces de l'appareil
• Vérifier que les connexions de l'antenne sont sûres
• Examiner les journaux de l'appareil pour y déceler des anomalies
• Tester les performances du réseau pour s'assurer que la vitesse et la latence sont normales.

Ces tâches ne sont pas compliquées, mais elles permettent de prévenir efficacement les échecs.

Données de performance réelles

Le projet est opérationnel depuis plus de six mois. J'ai récemment effectué une visite de suivi et recueilli des données opérationnelles :

Performance du réseau

• Vitesse de téléchargement moyenne : 750 Mbps (double agrégation 5G)
• Vitesse moyenne de téléchargement : 120 Mbps
• Latence de bout en bout : 18 ms en moyenne, 26 ms au 99e percentile
• Disponibilité du réseau : 99,7% (moins de 4 minutes d'indisponibilité par jour)

Stabilité du système

• 30 camions miniers, 30 unités SV900
• Durée d'exécution : 6 mois
• Défaillances des appareils : 0
• Prise en charge de la sécurité en raison d'une interruption du réseau : 3 (tous les problèmes liés aux stations de base des opérateurs)

Avantages économiques

• Augmentation de l'efficacité du transport : 35% (par rapport au fonctionnement manuel)
• Réduction des coûts de main-d'œuvre : ~$730 000 USD par an (suppression de 90 postes de conducteurs)
• Incidents de sécurité : 0 (2 à 3 par an en moyenne auparavant)

Le client est extrêmement satisfait. Il prévoit maintenant d'équiper sa deuxième phase de 20 camions miniers pour qu'ils fonctionnent de manière autonome.

Tendances technologiques dans les camions miniers autonomes

D'après l'expérience de ce projet, la technologie des camions miniers autonomes évolue rapidement. Plusieurs tendances méritent d'être observées :

Applications 5G-Advanced (5.5G)
Les réseaux 5G actuels fonctionnent mais peuvent être mis à rude épreuve dans des scénarios extrêmes. La 5G-A offre une plus grande largeur de bande et une latence plus faible - elle deviendra la norme à l'avenir.

Le SV900 prend en charge les réseaux Redcap, une version 5G légère. Dans les scénarios à faible vitesse, il permet d'économiser de l'énergie et des coûts, ce qui est parfait pour les équipements auxiliaires des sites miniers.

Intégration de l'informatique de pointe
Le transfert de certaines tâches informatiques vers les véhicules ou les serveurs périphériques des sites miniers réduit la dépendance à l'égard de la latence du réseau. Le SV900 fonctionne sur OpenWrt avec une capacité de calcul décente - il peut gérer des applications périphériques légères à l'avenir.

Coordination entre véhicules et infrastructures (V2I)
Les véhicules ne sont pas les seuls à devoir être intelligents, les routes le sont aussi. Les sites miniers déploieront des équipements routiers intelligents qui communiqueront avec les camions en temps réel, fournissant ainsi des données plus riches sur la perception de l'environnement. Cela crée de nouvelles demandes pour des capacités de multi-connexion - les multiples ports Ethernet du SV900 sont parfaitement adaptés à ce besoin.

Réflexions finales

Les camions miniers autonomes représentent un défi d'ingénierie des systèmes impliquant la perception, la prise de décision, le contrôle, la communication, etc. Chaque composant doit être solide. La communication réseau n'est peut-être pas la partie la plus tape-à-l'œil, mais elle est absolument la plus fondamentale et la plus critique.

La passerelle de véhicule SV900 a parfaitement fonctionné dans le cadre de ce projet. Conception double 5G, protection de qualité industrielle, interfaces riches, support NTRIP - ces caractéristiques sont soigneusement conçues pour répondre aux besoins du monde réel, et pas seulement pour remplir la fiche technique.

Si vous travaillez sur des camions miniers autonomes ou des projets de véhicules similaires, je vous recommande vivement d'envisager le SV900. Chez Star VMAX, nous pouvons fournir une assistance technique complète, de la conception de la solution à la mise en service sur le terrain - une assistance complète tout au long du projet.

L'intelligentisation des mines est une tendance que rien n'arrête, et la technologie de la conduite autonome ne fera que gagner en maturité. En tant qu'ingénieur de terrain, il est très gratifiant de participer à cette transformation. J'ai hâte d'échanger davantage d'expériences pratiques avec tout le monde à l'avenir.