世界首個無人礦卡駛向極寒礦山:告別「人受罪」、「車罷工」

原標題:世界首個無人礦卡駛向極寒礦山:告別「人受罪」、「車罷工」 來源:澎湃新聞

隨著5G、大數據、人工智慧、物聯網等技術逐漸進入工業領域,無人駕駛的春風從城市吹到了呼倫Bell草原的礦山上。

9月15日,國家能源集團雁寶能源聯合航天重型工程裝備有限公司、青島慧拓智能機器有限公司共同研製的極寒型複雜氣候環境露天煤礦無人駕駛礦卡項目,順利通過中國煤炭工業協會組織的工業性示範運行安全評審、科技成果鑒定及國家能源集團組織的項目驗收。這一天,安全員全部下車,5台礦卡徹底實現了無人模式。

國家能源集團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.thepaper.cn)記者採訪時提到,「該項目在5G獨立組網應用、雙控雙駕改造、深度融合感知、防車轍均衡碾壓、路徑規劃、自適應控制、地圖自動採集、無人運輸模擬等10餘項關鍵技術方面實現了重大突破,為無人礦卡安全、高效、穩定運行提供了可靠保障。」

國家能源集團寶日希勒露天煤礦位於內蒙古呼倫Bell草原中部,冬季最低氣溫可達零下50攝氏度,極寒天氣限制著礦區的生產作業,不僅「人受罪」,車也經常「罷工」。

目前,該礦卡編組及有關控制系統已經受住去年零下42℃的低溫考驗。截至今年8月,該項目無人駕駛礦卡累計編組運行5萬余公里,土方運輸量60餘萬立方米,最高運行速度可達每小時40千米,趕超有人駕駛規定的每小時30千米。

技術突破

2020年2月,國家能源局聯合國家發展改革委、應急部等8部門印發了《關於加快煤礦智能化發展的指導意見》,文件明確了煤礦智能化的發展目標和具體任務,提出到2021年建成多種類型、不同模式的智能化示範煤礦,到2025年大型煤礦和災害嚴重煤礦基本實現智能化。今年,國家能源局、國家礦山安全監察局又聯合發佈了《煤礦智能化建設指南(2021年版)》,對煤礦的操作系統等重要技術能力提出了明確判斷和重點發展需求。

「這是我們智能化礦山建設的一個先期示範性項目」,徐煦表示,這也是世界首個在極寒(零下40攝氏度以下)環境下實現大型礦用自卸卡車無人駕駛編組運行項目。

對於如何保證溫度極低的情況下礦卡能夠正常運轉?

徐煦解釋,通過研究溫控系統以及採用耐低溫元件相結合方式,保障無人駕駛卡車在零下50℃的極寒天氣能夠可靠安全運行。在激光雷達、毫米波雷達、控制器等主要設備上加入溫度控制系統,並通過雲端實時監控管理溫控系統調節設備工作溫度,從而使系統運行在合理的溫度範圍內,保障系統穩定運行。

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

通過與中國移動的合作,該項目攻克了露天礦網路傳輸速度慢、5G網路部署難的問題;通過開發道路均衡碾壓技術,無人駕駛車輛可進行安全可控範圍內的橫向自移動,從而攻克無人礦卡行駛路線單一、反覆碾壓造成的車轍問題;通過融合感知技術,精準把握礦區的複雜環境,及時更新地圖……

無人化改造

依託5G網路建設,該項目搭建了一套完整的無人駕駛控制系統,同時對5台220噸礦卡進行無人駕駛改造,實現礦用自卸車「裝、運、卸」典型作業過程的完全無人自主運行。

徐煦解釋,這裏的無人化技術改造包含兩部分,分別是線控系統改造和無人駕駛系統安裝部署。線控系統改造採用雙控雙駕線控技術,包含驅動系統、制動系統、故障診斷系統、無人駕駛行車警示系統、冗餘安全控制系統、自動溫控系統等。

無人駕駛系統安裝部署採用了平行駕駛技術,分為硬體系統層和軟體系統層。硬體系統改造主要是在車輛上加裝一系列感測器,包括激光雷達、毫米波雷達、V2X通信設備等,實現車輛感知與定位數據的獲取、無人駕駛演算法數據處理;軟體系統是整個車端自動自動駕駛系統的核心技術所在,既包含用於實現業務功能的車載作業模塊,還包括感知與定位、決策與規劃、控制模塊、人機交互GUI等,各模塊分工合作,通過信息交互實現礦卡的自動駕駛功能。

整套無人駕駛系統可分為設備端、傳輸端、中心端,設備端主要包括無人礦卡系統、協同作業系統(電鏟、推土機、輔助車輛等)、路側協同感知系統;傳輸端是連接雲端調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現高精度差分定位信號的傳輸;中心端包含雲端智能調度管理系統、無人運輸模擬系統、遠程應急接管系統,三大層級七大系統互相協作構成整個智能無人駕駛系統。

無人礦卡技術落地後,徐煦為我們算了一筆賬,之前5台礦卡四班三倒通常需要20個人,現在只需要4個人。疊加作業效率的提高、無人技術發展提升配件壽命,如提高輪胎壽命、優化燃油效率等將釋放更多的降本價值。

智能化仍需砥礪深耕

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

首先,在礦山環境複雜、道路條件不好、礦卡作業場景狹小等背景下,要求無人礦卡具備極高的靈活度。

在礦區,隨著開採進度的變化,無人礦卡所處的道路、5G基站、作業面都處在變化當中,涉及道路重新規劃、地圖更新、5G基站遷移等諸多問題,因而,未來仍需深入發展這一特殊場景下無人礦卡的靈活應用程度,以期其實現「因地制宜」。

其次,進一步發展無人礦卡裝載區域及其在卸載區域與電鏟、推土機的深度融合技術。

露天煤礦的開採原理是把煤層上面的砂岩剝離開,使用礦卡運輸至排土場排棄,原煤露出後再使用礦卡運輸到破碎站破碎、分離,然後傳送至儲煤倉,這一過程需要推土機、電鏟等作業車輛聯合完成。徐煦表示,在智能作業管理與監控系統統一調度管理下,無人礦卡可與各類輔助作業車輛實現協同混編作業,但如何進一步提高無人礦卡裝載和卸載機的效率仍值得探索。

再者,全開放環境下的無人駕駛技術短期內較難實現,從目前的單獨作業面到未來的多道路、多設備聯合混編作業需要更多技術和場景突破。

國家能源集團雁寶能源寶日希勒露天煤礦無人礦卡項目是礦山智能化發展的一個標杆,也是行業智能化轉型的一個縮影,其看到的問題也是整個行業未來需要攻克的難題。礦山智能化發展是一項系統工程,需要政策激勵、裝備投入、技術創新等多個環節支撐,需要與不同行業聯結,共謀升級轉型路徑,進而凝練出一條可複製的智能化發展模式、技術、管理經驗等,實現向其他礦井的推廣應用。

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