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新华社《瞭望东方周刊》:中国矿山迎来无人驾驶

媒体报道

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以下文章转载自《瞭望东方周刊》
记者丨史佳庆
编辑丨陈融雪

在内蒙古自治区锡林郭勒盟胜利一号煤矿,6辆220吨矿用重型卡车组成的作业编组正在不舍昼夜有序地行驶在矿区道路上。每一辆矿用卡车近三层楼高,驾驶室里空无一人。庞大的矿用卡车鸣笛、发车、爬坡、倒车……自主完成装、运、卸全流程作业。现场项目人员介绍,这种无人作业状态已经先后在不同的作业平面上持续近半年,其中最长的运输道路超过3公里。

这是国家能源集团下属胜利能源在胜利一号露天煤矿实施的无人驾驶项目。作为该项目的技术提供方,北京踏歌智行科技有限公司(以下简称“踏歌智行”)创始人兼首席科学家、北京航空航天大学交通运输系教授余贵珍告诉《瞭望东方周刊》:“相比乘用车场景,矿区场景具有路线简单固定、低速可控、货运为主等特性,加上国家政策的大力支持,诸多方面都有利于无人驾驶在矿区的规模化落地。”

行业痛点一一破解

胜利一号露天煤矿,位于内蒙古自治区锡林浩特市郊外5公里处、胜利煤田中西部,矿区面积34.36平方公里,煤炭资源储量近20亿吨,属我国特大型露天煤矿。矿区年平均气温2摄氏度,最低气温零下40摄氏度以下;春、秋季风沙大,瞬时风速可达37m/s。严苛的自然环境对驾驶员的工作构成极大挑战,不仅严重影响生产效率,还导致了安全隐患、招工难等问题。

“长期以来,矿区运输普遍存在三大痛点。”国家煤矿智能化专家任月龙告诉《瞭望东方周刊》,第一个痛点是,由于矿区环境恶劣,司机老龄化严重,年轻司机从业意愿低,招工难、管理难,人工费用也逐年增高。第二个痛点是,司机操作水平不一,各矿车辆调度水平差距较大,效率有较大提升空间。第三个痛点是,矿车车型大、盲区多,因而司机作业易疲劳,常发生安全生产事故。

面对上述痛点,无人驾驶直击招工难,通过提升智能化水平,突破了“人”的不确定因素,进一步提高了生产作业效率。通过数字化技术、优化管理,无人驾驶降低了不规范作业造成的车辆维修、油耗高、胎损等成本,有利于进一步提升企业效益水平,有助于规避人员伤亡事故,真正实现生产作业的本质安全。

据国家能源局介绍,我国目前已有近400座煤矿在开展智能化建设。中国矿业大学副教授杨健健表示,无人驾驶在矿区的运用,增加了矿山生产与管理者对于新技术应用的信心,提高了安全和生产效率,减少了人为事故隐患等潜在问题。

商业应用进入规模化

自2016年起,我国不断推进矿山智能化进程,国产无人驾驶矿用卡车的研发则经历了几个重要阶段。
2018年8月,内蒙古北方重型汽车股份有限公司与踏歌智行联手,对一台MT3600自卸卡车在世界最大的稀土露天矿山白云鄂博矿区进行了国内第一辆无人驾驶矿用卡车的实测和试运营。
2019年7月,航天重型工程装备有限公司与国家能源投资集团有限责任公司合作,对矿用卡车进行了无人化升级改造,并在江西铜业股份有限公司城门山铜矿开展了矿用卡车无人驾驶工业试验运行。
2022年3月底,踏歌智行在国能集团旗下胜利一号煤矿开始实施生产状态下国内首次L4级无人驾驶。同期,踏歌智行在国家电投旗下霍林河南露天矿、鄂尔多斯永顺煤矿等多个核心矿区实现常态化的安全员下车落地。
由此,我国矿山无人驾驶规模化商用开启。
如今,在国家能源胜利能源无人驾驶矿卡智能调度室大屏幕上,可以清晰地看到一辆辆矿用卡车有条不紊地行驶于胜利一号矿运输道路上:采装、运输、排土,矿用卡车配合着电铲、推土机,分别在装载区和卸载区协同作业。
“相比乘用车场景,矿区需要的无人驾驶技术有所不同。”余贵珍告诉《瞭望东方周刊》。
首先,两者的环境不同。在矿区进行无人驾驶需要考虑天气、道路环境和24小时持续作业三要素,这是一个综合性难点。比如,零下40摄氏度低温环境,部分设备无法正常工作,需要选用车规级产品以及温控装置;矿区存在较大的扬尘、雨雾,容易造成自动驾驶误检,需要通过灰尘识别算法,过滤灰尘雨雾的干扰;矿山坡度超过8度的地方,下雨后道路会被侵蚀造成沟坎等。如此情况下要实现安全员下车、完全由矿用卡车自主行驶的24小时持续作业,需要矿山各领域专家的通力合作。
第二个难点在于车辆控制技术。矿用卡车的载重量在200至300吨,煤矿运输中,存在大量的上下坡,乃至连续长下坡加弯道场景,尤其是重载上坡,要将一辆8米高、8米宽、13米长矿用卡车的横向控制精准度控制在0.5米,甚至0.3米以内,绝非易事。
第三个难点是,矿区的无人驾驶不是单台车,而是一个编组、一套系统,是装载、运输、卸货整个过程的无人驾驶运输。矿区运输从A点运到B点,是长年累月的无人运输,需要在平台上实现从单台车辆到编组再到系统化的调度管理。
为实现安全员下车常态化,踏歌智行选择的路径是全栈冗余,即在感知、定位、通信等多方面采取安全冗余设计。
“我们提出了‘车-地-云’架构的露天矿无人运输系统架构,搭建的‘旷谷’一站式解决方案涵盖编队跟车、防撞避让、泊车停靠、动态卸载等细分环节,假设部分环节出现故障,它依然能够正常运作。”余贵珍表示,实现安全员下车常态化后,司机可转岗至无人车辆后台控制、车辆检修等工作,在改善工作环境的同时,为企业创造更多的经济价值。

千亿级市场拐点在即

进入2022年,无人驾驶进矿区持续受到各大投资者追捧,中金、华泰、金沙基金等多家机构对未来中国矿区无人驾驶市场给出了千亿级规模的市场空间预测。

金沙基金合伙人马开茂表示:“矿区是最适宜L4级无人驾驶商用车大批量落地的场景,潜在市场规模超过千亿元。我们认为矿区无人驾驶大规模落地拐点在即。”

据任月龙介绍,国外矿山自动驾驶商业化已超过10年,卡特彼勒、小松等工程机械巨头,力拓、FMG、必和必拓等矿业集团已经有了成熟的矿山无人驾驶解决方案和运营数据。国内起步较晚,目前主要由踏歌智行、慧拓智能等自动驾驶公司牵头落地。

国外矿山技术早已成熟,为何国内自动驾驶企业依旧躬身入局呢?余贵珍告诉《瞭望东方周刊》,这是由于国内外的矿山无人驾驶市场存在较大差异。

首先是矿山分布情况差异:国外矿山相对集中,且单个矿山产量巨大,有能力整体改造,而我国的矿山相对分散、大小不同。

其次是客观条件的差异使得国内外在技术方案常用车体的选择差异。比如,国外多采用单车售价高达数千万元、载重100至400吨的大型矿用卡车,而国内多为中小矿山并不适用,一般采用宽体车、后八轮。加之矿业属于国土安全范畴,这都给了我国自动驾驶企业发展的空间和机会。

任月龙表示,矿区人员对无人驾驶技术的接受度尚需要一定的过程,但市场表现积极看好。

“技术发展是迭代打磨,不断优化的过程。一方面,要实现‘安全员下车、安全不下车’;另一方面,要实现全矿的运营,只有这两个方面同时具备了,无人驾驶在矿区才能实现批量的复制,才会真正迎来行业发展的爆发。”余贵珍预测,2023年下半年或会迎来行业的蓬勃发展。

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