中國(guó)礦山迎來(lái)無(wú)人駕駛

史佳慶

在內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟勝利一號(hào)煤礦，6輛220噸礦用重型卡車組成的作業(yè)編組正在不舍晝夜有序地行駛在礦區(qū)道路上。每一輛礦用卡車近三層樓高，駕駛室里空無(wú)一人。龐大的礦用卡車?guó)Q笛、發(fā)車、爬坡、倒車……自主完成裝、運(yùn)、卸全流程作業(yè)。現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目人員介紹，這種無(wú)人作業(yè)狀態(tài)已經(jīng)先后在不同的作業(yè)平面上持續(xù)近半年，其中最長(zhǎng)的運(yùn)輸?shù)缆烦^(guò)3公里。

這是國(guó)家能源集團(tuán)下屬勝利能源在勝利一號(hào)露天煤礦實(shí)施的無(wú)人駕駛項(xiàng)目。作為該項(xiàng)目的技術(shù)提供方，北京踏歌智行科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“踏歌智行”）創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家、北京航空航天大學(xué)交通運(yùn)輸系教授余貴珍告訴《瞭望東方周刊》：“相比乘用車場(chǎng)景，礦區(qū)場(chǎng)景具有路線簡(jiǎn)單固定、低速可控、貨運(yùn)為主等特性，加上國(guó)家政策的大力支持，諸多方面都有利于無(wú)人駕駛在礦區(qū)的規(guī)?；涞亍！?/p>

“ 相比乘用車場(chǎng)景，礦區(qū)場(chǎng)景具有路線簡(jiǎn)單固定、低速可控、貨運(yùn)為主等特性，加上國(guó)家政策的大力支持，諸多方面都有利于無(wú)人駕駛在礦區(qū)的規(guī)?；涞亍！?/p>

勝利一號(hào)露天煤礦，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林浩特市郊外5公里處、勝利煤田中西部，礦區(qū)面積34.36平方公里，煤炭資源儲(chǔ)量近20億噸，屬我國(guó)特大型露天煤礦。礦區(qū)年平均氣溫2攝氏度，最低氣溫零下40攝氏度以下；春、秋季風(fēng)沙大，瞬時(shí)風(fēng)速可達(dá)37m/s。嚴(yán)苛的自然環(huán)境對(duì)駕駛員的工作構(gòu)成極大挑戰(zhàn)，不僅嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，還導(dǎo)致了安全隱患、招工難等問(wèn)題。

“長(zhǎng)期以來(lái)，礦區(qū)運(yùn)輸普遍存在三大痛點(diǎn)?！眹?guó)家煤礦智能化專家任月龍告訴《瞭望東方周刊》，第一個(gè)痛點(diǎn)是，由于礦區(qū)環(huán)境惡劣，司機(jī)老齡化嚴(yán)重，年輕司機(jī)從業(yè)意愿低，招工難、管理難，人工費(fèi)用也逐年增高。第二個(gè)痛點(diǎn)是，司機(jī)操作水平不一，各礦車輛調(diào)度水平差距較大，效率有較大提升空間。第三個(gè)痛點(diǎn)是，礦車車型大、盲區(qū)多，因而司機(jī)作業(yè)易疲勞，常發(fā)生安全生產(chǎn)事故。

面對(duì)上述痛點(diǎn)，無(wú)人駕駛直擊招工難，通過(guò)提升智能化水平，突破了“人”的不確定因素，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)作業(yè)效率。通過(guò)數(shù)字化技術(shù)、優(yōu)化管理，無(wú)人駕駛降低了不規(guī)范作業(yè)造成的車輛維修、油耗高、胎損等成本，有利于進(jìn)一步提升企業(yè)效益水平，有助于規(guī)避人員傷亡事故，真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)的本質(zhì)安全。

據(jù)國(guó)家能源局介紹，我國(guó)目前已有近400座煤礦在開(kāi)展智能化建設(shè)。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)副教授楊健健表示，無(wú)人駕駛在礦區(qū)的運(yùn)用，增加了礦山生產(chǎn)與管理者對(duì)于新技術(shù)應(yīng)用的信心，提高了安全和生產(chǎn)效率，減少了人為事故隱患等潛在問(wèn)題。

自2016年起，我國(guó)不斷推進(jìn)礦山智能化進(jìn)程，國(guó)產(chǎn)無(wú)人駕駛礦用卡車的研發(fā)則經(jīng)歷了幾個(gè)重要階段。

2018年8月，內(nèi)蒙古北方重型汽車股份有限公司與踏歌智行聯(lián)手，對(duì)一臺(tái)MT3600自卸卡車在世界最大的稀土露天礦山白云鄂博礦區(qū)進(jìn)行了國(guó)內(nèi)第一輛無(wú)人駕駛礦用卡車的實(shí)測(cè)和試運(yùn)營(yíng)。

2019年7月，航天重型工程裝備有限公司與國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司合作，對(duì)礦用卡車進(jìn)行了無(wú)人化升級(jí)改造，并在江西銅業(yè)股份有限公司城門(mén)山銅礦開(kāi)展了礦用卡車無(wú)人駕駛工業(yè)試驗(yàn)運(yùn)行。

2022年3月底，踏歌智行在國(guó)能集團(tuán)旗下勝利一號(hào)煤礦開(kāi)始實(shí)施生產(chǎn)狀態(tài)下國(guó)內(nèi)首次L4級(jí)無(wú)人駕駛。同期，踏歌智行在國(guó)家電投旗下霍林河南露天礦、鄂爾多斯永順煤礦等多個(gè)核心礦區(qū)實(shí)現(xiàn)常態(tài)化的安全員下車落地。

由此，我國(guó)礦山無(wú)人駕駛規(guī)模化商用開(kāi)啟。

霍林河南礦無(wú)人駕駛礦卡（ 汪青云/ 攝）

如今，在國(guó)家能源勝利能源無(wú)人駕駛礦卡智能調(diào)度室大屏幕上，可以清晰地看到一輛輛礦用卡車有條不紊地行駛于勝利一號(hào)礦運(yùn)輸?shù)缆飞希翰裳b、運(yùn)輸、排土，礦用卡車配合著電鏟、推土機(jī)，分別在裝載區(qū)和卸載區(qū)協(xié)同作業(yè)。

“相比乘用車場(chǎng)景，礦區(qū)需要的無(wú)人駕駛技術(shù)有所不同?！庇噘F珍告訴《瞭望東方周刊》。

首先，兩者的環(huán)境不同。在礦區(qū)進(jìn)行無(wú)人駕駛需要考慮天氣、道路環(huán)境和24小時(shí)持續(xù)作業(yè)三要素，這是一個(gè)綜合性難點(diǎn)。比如，零下40攝氏度低溫環(huán)境，部分設(shè)備無(wú)法正常工作，需要選用車規(guī)級(jí)產(chǎn)品以及溫控裝置；礦區(qū)存在較大的揚(yáng)塵、雨霧，容易造成自動(dòng)駕駛誤檢，需要通過(guò)灰塵識(shí)別算法，過(guò)濾灰塵雨霧的干擾；礦山坡度超過(guò)8度的地方，下雨后道路會(huì)被侵蝕造成溝坎等。如此情況下要實(shí)現(xiàn)安全員下車、完全由礦用卡車自主行駛的24小時(shí)持續(xù)作業(yè)，需要礦山各領(lǐng)域?qū)＜业耐献鳌?/p>

第二個(gè)難點(diǎn)在于車輛控制技術(shù)。礦用卡車的載重量在200至300噸，煤礦運(yùn)輸中，存在大量的上下坡，乃至連續(xù)長(zhǎng)下坡加彎道場(chǎng)景，尤其是重載上坡，要將一輛8米高、8米寬、13米長(zhǎng)礦用卡車的橫向控制精準(zhǔn)度控制在0.5米，甚至0.3米以內(nèi)，絕非易事。

第三個(gè)難點(diǎn)是，礦區(qū)的無(wú)人駕駛不是單臺(tái)車，而是一個(gè)編組、一套系統(tǒng)，是裝載、運(yùn)輸、卸貨整個(gè)過(guò)程的無(wú)人駕駛運(yùn)輸。礦區(qū)運(yùn)輸從A點(diǎn)運(yùn)到B點(diǎn)，是長(zhǎng)年累月的無(wú)人運(yùn)輸，需要在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)從單臺(tái)車輛到編組再到系統(tǒng)化的調(diào)度管理。

為實(shí)現(xiàn)安全員下車常態(tài)化，踏歌智行選擇的路徑是全棧冗余，即在感知、定位、通信等多方面采取安全冗余設(shè)計(jì)。

“我們提出了‘車-地-云’架構(gòu)的露天礦無(wú)人運(yùn)輸系統(tǒng)架構(gòu)，搭建的‘曠谷’一站式解決方案涵蓋編隊(duì)跟車、防撞避讓、泊車?？俊?dòng)態(tài)卸載等細(xì)分環(huán)節(jié)，假設(shè)部分環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，它依然能夠正常運(yùn)作。”余貴珍表示，實(shí)現(xiàn)安全員下車常態(tài)化后，司機(jī)可轉(zhuǎn)崗至無(wú)人車輛后臺(tái)控制、車輛檢修等工作，在改善工作環(huán)境的同時(shí)，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

進(jìn)入2022年，無(wú)人駕駛進(jìn)礦區(qū)持續(xù)受到各大投資者追捧，中金、華泰、金沙基金等多家機(jī)構(gòu)對(duì)未來(lái)中國(guó)礦區(qū)無(wú)人駕駛市場(chǎng)給出了千億級(jí)規(guī)模的市場(chǎng)空間預(yù)測(cè)。

金沙基金合伙人馬開(kāi)茂表示：“礦區(qū)是最適宜L4級(jí)無(wú)人駕駛商用車大批量落地的場(chǎng)景，潛在市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)千億元。我們認(rèn)為礦區(qū)無(wú)人駕駛大規(guī)模落地拐點(diǎn)在即?！?/p>

據(jù)任月龍介紹，國(guó)外礦山自動(dòng)駕駛商業(yè)化已超過(guò)10年，卡特彼勒、小松等工程機(jī)械巨頭，力拓、FMG、必和必拓等礦業(yè)集團(tuán)已經(jīng)有了成熟的礦山無(wú)人駕駛解決方案和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)起步較晚，目前主要由踏歌智行、慧拓智能等自動(dòng)駕駛公司牽頭落地。

國(guó)外礦山技術(shù)早已成熟，為何國(guó)內(nèi)自動(dòng)駕駛企業(yè)依舊躬身入局呢？余貴珍告訴《瞭望東方周刊》，這是由于國(guó)內(nèi)外的礦山無(wú)人駕駛市場(chǎng)存在較大差異。

首先是礦山分布情況差異：國(guó)外礦山相對(duì)集中，且單個(gè)礦山產(chǎn)量巨大，有能力整體改造，而我國(guó)的礦山相對(duì)分散、大小不同。

其次是客觀條件的差異使得國(guó)內(nèi)外在技術(shù)方案常用車體的選擇差異。比如，國(guó)外多采用單車售價(jià)高達(dá)數(shù)千萬(wàn)元、載重100至400噸的大型礦用卡車，而國(guó)內(nèi)多為中小礦山并不適用，一般采用寬體車、后八輪。加之礦業(yè)屬于國(guó)土安全范疇，這都給了我國(guó)自動(dòng)駕駛企業(yè)發(fā)展的空間和機(jī)會(huì)。

任月龍表示，礦區(qū)人員對(duì)無(wú)人駕駛技術(shù)的接受度尚需要一定的過(guò)程，但市場(chǎng)表現(xiàn)積極看好。

“技術(shù)發(fā)展是迭代打磨，不斷優(yōu)化的過(guò)程。一方面，要實(shí)現(xiàn)‘安全員下車、安全不下車’；另一方面，要實(shí)現(xiàn)全礦的運(yùn)營(yíng)，只有這兩個(gè)方面同時(shí)具備了，無(wú)人駕駛在礦區(qū)才能實(shí)現(xiàn)批量的復(fù)制，才會(huì)真正迎來(lái)行業(yè)發(fā)展的爆發(fā)。”余貴珍預(yù)測(cè)，2023年下半年或會(huì)迎來(lái)行業(yè)的蓬勃發(fā)展。