5G+無人駕駛：無人駕駛“闖入”極寒區(qū) 完成露天礦無人運輸作業(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“神寶煤礦”）正在搭建一個“5G+無人駕駛”的未來礦區(qū)。2021年1月8日，一輛編號為2207的白色無人駕駛礦卡夜以繼日地行駛在神寶煤礦，這輛載重可達220噸的礦卡，經(jīng)過轉(zhuǎn)彎、倒車等操作后，準(zhǔn)確地停泊在有坡度的道路邊緣，開始向路邊的坑底傾倒土方。如今，這樣的場景在神寶煤礦每天上演。為了能夠在極寒氣候中實現(xiàn)無人駕駛，神寶煤礦的“5G+無人駕駛”突破重重困難，最終完成了一套完整的露天礦無人運輸作業(yè)系統(tǒng)。

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

基于國家能源集團智慧礦區(qū)的建設(shè)規(guī)劃，2020年5月，神寶能源聯(lián)合航天重工、慧拓啟動極寒型復(fù)雜氣候環(huán)境露天礦無人駕駛卡車編組安全示范工程項目，對5臺220噸MT4400電動輪礦用自卸卡車進行無人駕駛改造，與配套的1臺WK-35電鏟和1臺推土機及灑水車、平路機、指揮車等輔助作業(yè)車輛，形成一套完整的露天礦無人運輸作業(yè)系統(tǒng)。據(jù)介紹，該項目是世界第一個極寒（零下50攝氏度）環(huán)境下大型礦用自卸卡車無人駕駛編組運行項目，也是國內(nèi)第一個5G網(wǎng)絡(luò)下實現(xiàn)五臺大型礦用自卸卡車無人駕駛工業(yè)性運行項目。

作為國家能源投資集團煤炭板塊重要的大型煤礦，國家核定生產(chǎn)能力3500萬噸/年，日裝車運輸能力10萬噸以上。然而，神寶煤礦所在的呼倫貝爾夏季可達48攝氏度，冬季最低可達零下50攝氏度，日間平均氣溫也低于零下30攝氏度，通常極寒天氣會在12月至來年3月間歇性出現(xiàn)?？岷臍夂驐l件限制著煤礦的開采。

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

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

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

從一定意義上來說，在最為復(fù)雜的地理環(huán)境和氣候條件下，實現(xiàn)無人駕駛運輸系統(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，最終會推動行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的形成，進一步驗證無人駕駛在礦區(qū)落地的可行性。

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

在徐煦眼中，無人駕駛的項目推進，給礦區(qū)帶來了極大改變。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)，倘若使用自卸卡車用于露天煤礦巖石和煤炭的運輸，每天3班24小時連續(xù)運行，每臺設(shè)備至少需4名司機倒班工作，每次換班時間大約在一個小時左右，作業(yè)條件艱苦且效率不高。

隨著礦用車輛的無人駕駛編組在神寶煤礦運行，只需要一個安全員坐在調(diào)度室就可以管理這些無人駕駛礦卡。據(jù)介紹，安全員在無人駕駛車廂內(nèi)所要做的工作，主要是觀察周圍環(huán)境，對車輛的行駛進行觀測，如有問題及時反饋，以最大程度保證無人駕駛礦卡的安全操作。

“無人化的生產(chǎn)作業(yè)從根本上杜絕了人員安全事故的發(fā)生。在后面的運行過程中，我們會繼續(xù)加大對無人駕駛系統(tǒng)的管理和人才培養(yǎng)，希望能夠真正實現(xiàn)礦山的絕對安全?！鄙駥毮茉捶矫姹硎?，5臺卡車無人化工業(yè)運行后，預(yù)計每年可累計節(jié)省約571萬元支出、增加50萬噸運輸量。

與此同時，在項目進行過程中，包括航天重工、慧拓等在內(nèi)的項目組針對性地研發(fā)出應(yīng)對當(dāng)?shù)靥厥鈿夂蚝偷刭|(zhì)條件的相關(guān)技術(shù)，推動礦區(qū)自動化技術(shù)的進一步發(fā)展。比如基于虛實互動的礦區(qū)無人運輸仿真測試技術(shù)，實現(xiàn)了對極端工況、危險場景以及系統(tǒng)極限測試，確保無人駕駛系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效。

高玉介紹，項目中的仿真測試結(jié)合實際地形條件，從2D畫面提升為3D畫面?！斑@一技術(shù)在行業(yè)中也算是領(lǐng)先的，無論從車輛的大小、運行速度還是運行的環(huán)境，慧拓組織搭建的仿真測試大大提高了真實性，為之后的真實場景作業(yè)提供了堅實的基礎(chǔ)，減少了項目的試錯成本?！?/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，礦山無人化已然形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈。虢勁松介紹，礦區(qū)無人化之所以會在這幾年取得明顯發(fā)展，一是因為5G、大數(shù)據(jù)、云計算、感知等新技術(shù)的快速發(fā)展；二是經(jīng)過幾年的實踐，無人駕駛的技術(shù)也更加成熟；三是在國家創(chuàng)新驅(qū)動的大背景下，在國家能源集團等國企、央企的牽引之下，需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，中國礦區(qū)運輸類無人駕駛有3000多億元的市場規(guī)模，礦車無人化的前后端改裝亦有3000多億元的規(guī)模。礦山無人化已成為一個坐擁6000億元市場的新興行業(yè)。

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

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