5G+無(wú)人駕駛：無(wú)人駕駛“闖入”極寒區(qū) 完成露天礦無(wú)人運(yùn)輸作業(yè)系統(tǒng)

在內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原的中部，神華寶日希勒露天煤礦（下稱(chēng)“神寶煤礦”）正在搭建一個(gè)“5G+無(wú)人駕駛”的未來(lái)礦區(qū)。2021年1月8日，一輛編號(hào)為2207的白色無(wú)人駕駛礦卡夜以繼日地行駛在神寶煤礦，這輛載重可達(dá)220噸的礦卡，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)彎、倒車(chē)等操作后，準(zhǔn)確地停泊在有坡度的道路邊緣，開(kāi)始向路邊的坑底傾倒土方。如今，這樣的場(chǎng)景在神寶煤礦每天上演。為了能夠在極寒氣候中實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛，神寶煤礦的“5G+無(wú)人駕駛”突破重重困難，最終完成了一套完整的露天礦無(wú)人運(yùn)輸作業(yè)系統(tǒng)。

智能礦山建設(shè)當(dāng)前正成為能源行業(yè)熱點(diǎn)之一，從國(guó)家到地方，相關(guān)政策頻頻發(fā)布，各大礦區(qū)也在積極推動(dòng)智能礦山的搭建。而大型運(yùn)礦卡車(chē)的無(wú)人駕駛技術(shù)作為智能礦山中的關(guān)鍵一環(huán)，也迎來(lái)了發(fā)展契機(jī)。航天重工董事長(zhǎng)虢勁松表示，如果說(shuō)2019年是礦區(qū)無(wú)人駕駛的元年，那么2020年則進(jìn)入了大發(fā)展階段，預(yù)計(jì)2021年將會(huì)有更多的項(xiàng)目落地。

基于國(guó)家能源集團(tuán)智慧礦區(qū)的建設(shè)規(guī)劃，2020年5月，神寶能源聯(lián)合航天重工、慧拓啟動(dòng)極寒型復(fù)雜氣候環(huán)境露天礦無(wú)人駕駛卡車(chē)編組安全示范工程項(xiàng)目，對(duì)5臺(tái)220噸MT4400電動(dòng)輪礦用自卸卡車(chē)進(jìn)行無(wú)人駕駛改造，與配套的1臺(tái)WK-35電鏟和1臺(tái)推土機(jī)及灑水車(chē)、平路機(jī)、指揮車(chē)等輔助作業(yè)車(chē)輛，形成一套完整的露天礦無(wú)人運(yùn)輸作業(yè)系統(tǒng)。據(jù)介紹，該項(xiàng)目是世界第一個(gè)極寒（零下50攝氏度）環(huán)境下大型礦用自卸卡車(chē)無(wú)人駕駛編組運(yùn)行項(xiàng)目，也是國(guó)內(nèi)第一個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)下實(shí)現(xiàn)五臺(tái)大型礦用自卸卡車(chē)無(wú)人駕駛工業(yè)性運(yùn)行項(xiàng)目。

作為國(guó)家能源投資集團(tuán)煤炭板塊重要的大型煤礦，國(guó)家核定生產(chǎn)能力3500萬(wàn)噸/年，日裝車(chē)運(yùn)輸能力10萬(wàn)噸以上。然而，神寶煤礦所在的呼倫貝爾夏季可達(dá)48攝氏度，冬季最低可達(dá)零下50攝氏度，日間平均氣溫也低于零下30攝氏度，通常極寒天氣會(huì)在12月至來(lái)年3月間歇性出現(xiàn)?？岷臍夂驐l件限制著煤礦的開(kāi)采。

神寶煤礦負(fù)責(zé)機(jī)電的技術(shù)人員包瑋瑋介紹，在冬季寒冷的天氣環(huán)境中，礦卡常常會(huì)出現(xiàn)機(jī)械性故障，維修任務(wù)繁重，需要技術(shù)人員不斷進(jìn)行維修和保養(yǎng)。這些礦卡雖然是進(jìn)口車(chē)輛，但并非是針對(duì)極寒天氣的產(chǎn)品，因此為讓卡車(chē)適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境，就需要技術(shù)人員進(jìn)行調(diào)整，做一些保溫措施。神寶煤礦副礦長(zhǎng)徐煦表示，極寒天氣會(huì)影響到礦區(qū)的裝卸卡車(chē)等設(shè)備，縮短一些零部件的使用壽命。

如今，新接入的露天礦無(wú)人運(yùn)輸作業(yè)系統(tǒng)針對(duì)極寒天氣做了針對(duì)性改造，使用了各種耐低溫的零部件。航天重工在這一項(xiàng)目中主要負(fù)責(zé)對(duì)礦卡的改造，針對(duì)礦卡的線(xiàn)控系統(tǒng)，如轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、牽引（電驅(qū)）、舉升、燈光等進(jìn)行改裝，并加裝無(wú)人駕駛傳感器、控制器、通信和定位設(shè)備，同時(shí)也部署了無(wú)人駕駛系統(tǒng)軟件?！霸跓o(wú)人駕駛的礦卡上安裝使用的各個(gè)部件都需要經(jīng)過(guò)耐低溫性能的測(cè)試，通過(guò)后才允許使用，在源頭上確保無(wú)人駕駛能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)極寒天氣；同時(shí)，在各主要部件中還加入了加熱裝置，用來(lái)預(yù)防在極寒條件下設(shè)備不工作的情況?！?/p>

慧拓研究院副院長(zhǎng)高玉表示，如果各地礦區(qū)無(wú)人駕駛的項(xiàng)目難度最高為十級(jí)，此次在神寶露天煤礦進(jìn)行的極寒型復(fù)雜氣候環(huán)境露天礦無(wú)人駕駛卡車(chē)編組安全示范工程難度幾乎置頂，這對(duì)于無(wú)人駕駛在不同地質(zhì)、氣候等條件的礦區(qū)推廣有著重要意義?！叭绻@種級(jí)別的難度克服了，那么在難度沒(méi)這么高的礦區(qū)，相關(guān)技術(shù)很容易落地?！?/p>

從一定意義上來(lái)說(shuō)，在最為復(fù)雜的地理環(huán)境和氣候條件下，實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)的落地，已然成為行業(yè)中的標(biāo)桿，其搭建起的行業(yè)壁壘，最終會(huì)推動(dòng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的形成，進(jìn)一步驗(yàn)證無(wú)人駕駛在礦區(qū)落地的可行性。

隨著無(wú)人駕駛礦卡改造的技術(shù)成熟度越來(lái)越高，無(wú)人駕駛礦卡的改造時(shí)間也從最初需要十幾天才能改造一臺(tái)，到最后僅用四天時(shí)間便可完成一臺(tái)礦卡的改造。

在徐煦眼中，無(wú)人駕駛的項(xiàng)目推進(jìn)，給礦區(qū)帶來(lái)了極大改變。以往，在零下40攝氏度至零下50攝氏度的氣候中，礦區(qū)工人需要連續(xù)作業(yè)，倘若使用自卸卡車(chē)用于露天煤礦巖石和煤炭的運(yùn)輸，每天3班24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，每臺(tái)設(shè)備至少需4名司機(jī)倒班工作，每次換班時(shí)間大約在一個(gè)小時(shí)左右，作業(yè)條件艱苦且效率不高。

隨著礦用車(chē)輛的無(wú)人駕駛編組在神寶煤礦運(yùn)行，只需要一個(gè)安全員坐在調(diào)度室就可以管理這些無(wú)人駕駛礦卡。據(jù)介紹，安全員在無(wú)人駕駛車(chē)廂內(nèi)所要做的工作，主要是觀(guān)察周?chē)h(huán)境，對(duì)車(chē)輛的行駛進(jìn)行觀(guān)測(cè)，如有問(wèn)題及時(shí)反饋，以最大程度保證無(wú)人駕駛礦卡的安全操作。

“無(wú)人化的生產(chǎn)作業(yè)從根本上杜絕了人員安全事故的發(fā)生。在后面的運(yùn)行過(guò)程中，我們會(huì)繼續(xù)加大對(duì)無(wú)人駕駛系統(tǒng)的管理和人才培養(yǎng)，希望能夠真正實(shí)現(xiàn)礦山的絕對(duì)安全?！鄙駥毮茉捶矫姹硎?，5臺(tái)卡車(chē)無(wú)人化工業(yè)運(yùn)行后，預(yù)計(jì)每年可累計(jì)節(jié)省約571萬(wàn)元支出、增加50萬(wàn)噸運(yùn)輸量。

與此同時(shí)，在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，包括航天重工、慧拓等在內(nèi)的項(xiàng)目組針對(duì)性地研發(fā)出應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)靥厥鈿夂蚝偷刭|(zhì)條件的相關(guān)技術(shù)，推動(dòng)礦區(qū)自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。比如基于虛實(shí)互動(dòng)的礦區(qū)無(wú)人運(yùn)輸仿真測(cè)試技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)極端工況、危險(xiǎn)場(chǎng)景以及系統(tǒng)極限測(cè)試，確保無(wú)人駕駛系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效。

高玉介紹，項(xiàng)目中的仿真測(cè)試結(jié)合實(shí)際地形條件，從2D畫(huà)面提升為3D畫(huà)面?！斑@一技術(shù)在行業(yè)中也算是領(lǐng)先的，無(wú)論從車(chē)輛的大小、運(yùn)行速度還是運(yùn)行的環(huán)境，慧拓組織搭建的仿真測(cè)試大大提高了真實(shí)性，為之后的真實(shí)場(chǎng)景作業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，減少了項(xiàng)目的試錯(cuò)成本?！?/p>

從礦卡的改造到算法系統(tǒng)的搭建，從人才的培養(yǎng)到科技公司的技術(shù)輸出，礦山無(wú)人化已然形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈。虢勁松介紹，礦區(qū)無(wú)人化之所以會(huì)在這幾年取得明顯發(fā)展，一是因?yàn)?G、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、感知等新技術(shù)的快速發(fā)展；二是經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐，無(wú)人駕駛的技術(shù)也更加成熟；三是在國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的大背景下，在國(guó)家能源集團(tuán)等國(guó)企、央企的牽引之下，需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)礦區(qū)運(yùn)輸類(lèi)無(wú)人駕駛有3000多億元的市場(chǎng)規(guī)模，礦車(chē)無(wú)人化的前后端改裝亦有3000多億元的規(guī)模。礦山無(wú)人化已成為一個(gè)坐擁6000億元市場(chǎng)的新興行業(yè)。

隨著行業(yè)的發(fā)展，無(wú)人駕駛車(chē)輛端改造的標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)的安全性規(guī)范、無(wú)人駕駛的運(yùn)行規(guī)范等亟須制定。虢勁松指出，礦區(qū)也面臨適應(yīng)無(wú)人駕駛下礦區(qū)運(yùn)行的改變，需要逐漸摸索出無(wú)人化運(yùn)行的管理規(guī)范。而在對(duì)礦區(qū)無(wú)人駕駛的評(píng)價(jià)領(lǐng)域，亦須有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)去評(píng)價(jià)某一無(wú)人駕駛項(xiàng)目是否優(yōu)質(zhì)。

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