Введение
Современный этап развития горнодобывающей промышленности характеризуется активным внедрением цифровых технологий и переходом к концепции «Интеллектуального карьера» (Mining 4.0), предполагающей широкое использование автоматизированных и беспилотных производственных комплексов [1, с. 1007-1015]. Одним из ключевых направлений цифровой трансформации отрасли является внедрение автономного карьерного транспорта, позволяющего повысить производительность технологических процессов, снизить эксплуатационные затраты и минимизировать влияние человеческого фактора на безопасность ведения горных работ [3].
Неотъемлемым элементом функционирования автономных транспортных систем является высокоточное определение пространственного положения техники в режиме реального времени. От качества навигационного обеспечения напрямую зависят безопасность движения, эффективность выполнения погрузочно-разгрузочных операций и возможность взаимодействия с другими участниками производственного процесса. При этом требования к точности позиционирования автономных карьерных самосвалов существенно выше по сравнению с традиционными транспортными средствами, поскольку даже незначительные ошибки определения координат могут привести к нарушению технологического цикла или возникновению аварийных ситуаций.
В настоящее время основным источником навигационной информации являются глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС), обеспечивающие определение координат объектов с высокой точностью [4, 5]. Однако особенности эксплуатации техники в условиях открытых горных работ существенно ограничивают возможности использования спутниковой навигации как единственного средства позиционирования. Высокие борта карьеров, ограниченная видимость небесной полусферы, многолучевое распространение сигналов и воздействие локальных помех приводят к ухудшению качества навигационных измерений и снижению устойчивости навигационного решения [2, с. 699-710; 3].
В связи с этим особую актуальность приобретает поиск методов, обеспечивающих непрерывность и достоверность определения координат автономного карьерного транспорта при ухудшении условий приёма спутниковых сигналов. Целью настоящей работы является анализ факторов, ограничивающих применение спутниковой навигации в условиях открытых горных работ, и формулирование научной проблемы, связанной с разработкой устойчивых методов навигационного обеспечения автономной карьерной техники.
1. Проблемы навигационного обеспечения автономного карьерного транспорта
Автономный карьерный транспорт представляет собой сложную киберфизическую систему, функционирование которой основано на непрерывном обмене информацией между бортовыми вычислительными средствами, исполнительными механизмами и средствами навигации. При этом навигационная подсистема является одним из ключевых компонентов системы управления, поскольку именно она обеспечивает определение текущего положения транспортного средства, оценку параметров движения и формирование информации, необходимой для построения безопасной траектории.
Наиболее широкое распространение в современных автономных транспортных системах получили глобальные навигационные спутниковые системы, позволяющие определять координаты объекта на основе измерения времени распространения радиосигналов от навигационных спутников до пользовательского приёмника [4, 5]. Использование дифференциальных поправок и технологий высокоточного позиционирования обеспечивает достижение сантиметровой точности определения координат, что делает ГНСС базовым элементом навигационного обеспечения беспилотной карьерной техники [3, 5].
Однако эффективность спутниковой навигации напрямую зависит от условий распространения радиосигналов и геометрии расположения наблюдаемых спутников. В отличие от эксплуатации на открытой местности карьер представляет собой сложную пространственную структуру с высокими бортами и значительным количеством отражающих поверхностей, что создаёт дополнительные источники ошибок позиционирования [4, 5].
2. Факторы, ограничивающие применение ГНСС в условиях открытых горных работ
Основной причиной снижения точности спутниковой навигации в карьерах является ограничение обзора небесной полусферы вследствие значительной глубины горных выработок и наличия высоких откосов. Уменьшение количества одновременно наблюдаемых спутников приводит к ухудшению геометрии навигационного созвездия и увеличению погрешностей определения координат [2, с. 699-710; 3].
Дополнительным фактором является многолучевое распространение радиосигналов. Отражение навигационных сигналов от бортов карьера, технологических сооружений и крупногабаритной техники приводит к искажению измеряемых псевдодальностей и формированию систематических ошибок позиционирования. В условиях интенсивной производственной деятельности также возможно возникновение локальных электромагнитных помех, оказывающих негативное влияние на качество принимаемых навигационных сигналов [2, с. 699-710; 4].
Совокупное воздействие перечисленных факторов приводит к временному ухудшению точности позиционирования или полной потере навигационного решения, что существенно снижает надёжность функционирования автономного карьерного транспорта. Использование исключительно спутниковой навигации в подобных условиях не обеспечивает требуемого уровня отказоустойчивости и требует применения дополнительных источников информации о движении объекта [2, с. 699-710].
3. Постановка научной проблемы и перспективные направления исследований
Анализ современных исследований показывает, что существующие подходы к навигационному обеспечению автономного транспорта в большинстве случаев основаны на комплексировании информации, поступающей от различных измерительных систем [1, с. 1007-1015]. Наиболее распространённым направлением является интеграция данных глобальных навигационных спутниковых систем и инерциальных навигационных систем, позволяющая компенсировать недостатки каждого из используемых методов [3].
Несмотря на значительный прогресс в области разработки интегрированных навигационных комплексов, проблема обеспечения устойчивого позиционирования автономной карьерной техники в условиях длительной деградации или отсутствия спутниковых сигналов остаётся актуальной [6]. Особый интерес представляет разработка адаптивных алгоритмов комплексной обработки навигационной информации, способных учитывать изменение условий эксплуатации и обеспечивать требуемую точность определения координат в режиме реального времени [8].
Таким образом, научная проблема заключается в создании методов навигационного обеспечения, обеспечивающих непрерывное и высокоточное определение пространственного положения автономного карьерного транспорта при ограниченной доступности сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. Решение данной задачи является необходимым условием дальнейшего развития беспилотных технологий в горнодобывающей промышленности.
Заключение
Развитие автономного карьерного транспорта предъявляет повышенные требования к качеству навигационного обеспечения и устойчивости определения пространственного положения техники в реальных условиях эксплуатации. Выполненный анализ показал, что использование глобальных навигационных спутниковых систем в условиях открытых горных работ сопровождается рядом ограничений, обусловленных особенностями карьерной среды и негативно влияющих на точность позиционирования.
Сформулированная научная проблема свидетельствует о необходимости дальнейшего совершенствования методов комплексирования навигационной информации и разработки адаптивных алгоритмов обработки данных, обеспечивающих непрерывность и надёжность навигационного решения при деградации спутниковых сигналов. Полученные выводы создают основу для последующих исследований, направленных на разработку высокоточных интегрированных навигационных систем для автономной карьерной техники.
