隨著5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)逐漸進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，無人駕駛的春風(fēng)從城市吹到了呼倫貝爾草原的礦山上。

9月15日，國家能源集團(tuán)雁寶能源聯(lián)合航天重型工程裝備有限公司、青島慧拓智能機(jī)器有限公司共同研制的極寒型復(fù)雜氣候環(huán)境露天煤礦無人駕駛礦卡項(xiàng)目，順利通過中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)組織的工業(yè)性示范運(yùn)行安全評審、科技成果鑒定及國家能源集團(tuán)組織的項(xiàng)目驗(yàn)收。這一天，安全員全部下車，5臺(tái)礦卡徹底實(shí)現(xiàn)了無人模式。

國家能源集團(tuán)雁寶能源寶日希勒露天煤礦副礦長徐煦在接受澎湃新聞（www.nxos.com.cn）記者采訪時(shí)提到，“該項(xiàng)目在5G獨(dú)立組網(wǎng)應(yīng)用、雙控雙駕改造、深度融合感知、防車轍均衡碾壓、路徑規(guī)劃、自適應(yīng)控制、地圖自動(dòng)采集、無人運(yùn)輸仿真等10余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了重大突破，為無人礦卡安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障?！?p>

國家能源集團(tuán)寶日希勒露天煤礦位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原中部，冬季最低氣溫可達(dá)零下50攝氏度，極寒天氣限制著礦區(qū)的生產(chǎn)作業(yè)，不僅“人受罪”，車也經(jīng)?！傲T工”。

目前，該礦卡編組及有關(guān)控制系統(tǒng)已經(jīng)受住去年零下42℃的低溫考驗(yàn)。截至今年8月，該項(xiàng)目無人駕駛礦卡累計(jì)編組運(yùn)行5萬余公里，土方運(yùn)輸量60余萬立方米，最高運(yùn)行速度可達(dá)每小時(shí)40千米，趕超有人駕駛規(guī)定的每小時(shí)30千米。

技術(shù)突破

2020年2月，國家能源局聯(lián)合國家發(fā)展改革委、應(yīng)急部等8部門印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，文件明確了煤礦智能化的發(fā)展目標(biāo)和具體任務(wù)，提出到2021年建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦，到2025年大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化。今年，國家能源局、國家礦山安全監(jiān)察局又聯(lián)合發(fā)布了《煤礦智能化建設(shè)指南（2021年版）》，對煤礦的操作系統(tǒng)等重要技術(shù)能力提出了明確判斷和重點(diǎn)發(fā)展需求。

“這是我們智能化礦山建設(shè)的一個(gè)先期示范性項(xiàng)目”，徐煦表示，這也是世界首個(gè)在極寒（零下40攝氏度以下）環(huán)境下實(shí)現(xiàn)大型礦用自卸卡車無人駕駛編組運(yùn)行項(xiàng)目。

對于如何保證溫度極低的情況下礦卡能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)？

徐煦解釋，通過研究溫控系統(tǒng)以及采用耐低溫元件相結(jié)合方式，保障無人駕駛卡車在零下50℃的極寒天氣能夠可靠安全運(yùn)行。在激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、控制器等主要設(shè)備上加入溫度控制系統(tǒng)，并通過云端實(shí)時(shí)監(jiān)控管理溫控系統(tǒng)調(diào)節(jié)設(shè)備工作溫度，從而使系統(tǒng)運(yùn)行在合理的溫度范圍內(nèi)，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

除了極寒天氣下的專項(xiàng)技術(shù)突破，該項(xiàng)目在5G、無人駕駛方面的發(fā)展為全球礦山智能化升級提供了借鑒方案。

通過與中國移動(dòng)的合作，該項(xiàng)目攻克了露天礦網(wǎng)絡(luò)傳輸速度慢、5G網(wǎng)絡(luò)部署難的問題；通過開發(fā)道路均衡碾壓技術(shù)，無人駕駛車輛可進(jìn)行安全可控范圍內(nèi)的橫向自移動(dòng)，從而攻克無人礦卡行駛路線單一、反復(fù)碾壓造成的車轍問題；通過融合感知技術(shù)，精準(zhǔn)把握礦區(qū)的復(fù)雜環(huán)境，及時(shí)更新地圖……

無人化改造

依托5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，該項(xiàng)目搭建了一套完整的無人駕駛控制系統(tǒng)，同時(shí)對5臺(tái)220噸礦卡進(jìn)行無人駕駛改造，實(shí)現(xiàn)礦用自卸車“裝、運(yùn)、卸”典型作業(yè)過程的完全無人自主運(yùn)行。

徐煦解釋，這里的無人化技術(shù)改造包含兩部分，分別是線控系統(tǒng)改造和無人駕駛系統(tǒng)安裝部署。線控系統(tǒng)改造采用雙控雙駕線控技術(shù)，包含驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、無人駕駛行車警示系統(tǒng)、冗余安全控制系統(tǒng)、自動(dòng)溫控系統(tǒng)等。

無人駕駛系統(tǒng)安裝部署采用了平行駕駛技術(shù)，分為硬件系統(tǒng)層和軟件系統(tǒng)層。硬件系統(tǒng)改造主要是在車輛上加裝一系列傳感器，包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、V2X通信設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)車輛感知與定位數(shù)據(jù)的獲取、無人駕駛算法數(shù)據(jù)處理；軟件系統(tǒng)是整個(gè)車端自動(dòng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的核心技術(shù)所在，既包含用于實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能的車載作業(yè)模塊，還包括感知與定位、決策與規(guī)劃、控制模塊、人機(jī)交互GUI等，各模塊分工合作，通過信息交互實(shí)現(xiàn)礦卡的自動(dòng)駕駛功能。

整套無人駕駛系統(tǒng)可分為設(shè)備端、傳輸端、中心端，設(shè)備端主要包括無人礦卡系統(tǒng)、協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)（電鏟、推土機(jī)、輔助車輛等）、路側(cè)協(xié)同感知系統(tǒng)；傳輸端是連接云端調(diào)度與車端通信的管道，支持4G/5G/V2X/Mesh等多種通信方式，且可以通過多種通信方式實(shí)現(xiàn)高精度差分定位信號(hào)的傳輸；中心端包含云端智能調(diào)度管理系統(tǒng)、無人運(yùn)輸仿真系統(tǒng)、遠(yuǎn)程應(yīng)急接管系統(tǒng)，三大層級七大系統(tǒng)互相協(xié)作構(gòu)成整個(gè)智能無人駕駛系統(tǒng)。

無人礦卡技術(shù)落地后，徐煦為我們算了一筆賬，之前5臺(tái)礦卡四班三倒通常需要20個(gè)人，現(xiàn)在只需要4個(gè)人。疊加作業(yè)效率的提高、無人技術(shù)發(fā)展提升配件壽命，如提高輪胎壽命、優(yōu)化燃油效率等將釋放更多的降本價(jià)值。

智能化仍需砥礪深耕

徐煦認(rèn)為，一方面，我們肯定無人礦卡的發(fā)展成果和未來趨勢，但另一方面，行業(yè)也要看到無人礦卡還有亟待提高的地方。

首先，在礦山環(huán)境復(fù)雜、道路條件不好、礦卡作業(yè)場景狹小等背景下，要求無人礦卡具備極高的靈活度。

在礦區(qū)，隨著開采進(jìn)度的變化，無人礦卡所處的道路、5G基站、作業(yè)面都處在變化當(dāng)中，涉及道路重新規(guī)劃、地圖更新、5G基站遷移等諸多問題，因而，未來仍需深入發(fā)展這一特殊場景下無人礦卡的靈活應(yīng)用程度，以期其實(shí)現(xiàn)“因地制宜”。

其次，進(jìn)一步發(fā)展無人礦卡裝載區(qū)域及其在卸載區(qū)域與電鏟、推土機(jī)的深度融合技術(shù)。

露天煤礦的開采原理是把煤層上面的砂巖剝離開，使用礦卡運(yùn)輸至排土場排棄，原煤露出后再使用礦卡運(yùn)輸?shù)狡扑檎酒扑?、分離，然后傳送至儲(chǔ)煤倉，這一過程需要推土機(jī)、電鏟等作業(yè)車輛聯(lián)合完成。徐煦表示，在智能作業(yè)管理與監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度管理下，無人礦卡可與各類輔助作業(yè)車輛實(shí)現(xiàn)協(xié)同混編作業(yè)，但如何進(jìn)一步提高無人礦卡裝載和卸載機(jī)的效率仍值得探索。

再者，全開放環(huán)境下的無人駕駛技術(shù)短期內(nèi)較難實(shí)現(xiàn)，從目前的單獨(dú)作業(yè)面到未來的多道路、多設(shè)備聯(lián)合混編作業(yè)需要更多技術(shù)和場景突破。

國家能源集團(tuán)雁寶能源寶日希勒露天煤礦無人礦卡項(xiàng)目是礦山智能化發(fā)展的一個(gè)標(biāo)桿，也是行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的一個(gè)縮影，其看到的問題也是整個(gè)行業(yè)未來需要攻克的難題。礦山智能化發(fā)展是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要政策激勵(lì)、裝備投入、技術(shù)創(chuàng)新等多個(gè)環(huán)節(jié)支撐，需要與不同行業(yè)聯(lián)結(jié)，共謀升級轉(zhuǎn)型路徑，進(jìn)而凝練出一條可復(fù)制的智能化發(fā)展模式、技術(shù)、管理經(jīng)驗(yàn)等，實(shí)現(xiàn)向其他礦井的推廣應(yīng)用。