無人礦山技術(shù)上慧拓智能所做的事情

前幾天，智車科技一篇名為《慧拓智能：礦區(qū)將是無人車最先落地的最佳場景》文章，引發(fā)了自動(dòng)駕駛領(lǐng)域各屆同仁的廣泛熱議。在無人礦山技術(shù)上，國外已經(jīng)商用了近十年，國內(nèi)為何遲遲沒有一個(gè)較為完整的解決方案？作為國內(nèi)最早開始探索礦區(qū)無人駕駛卡車的慧拓智能機(jī)器公司，在該領(lǐng)域做了哪些努力？本文我們專訪了慧拓智能機(jī)器公司CSO王健博士。

一家公司如何成為行業(yè)內(nèi)的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者？美國計(jì)算機(jī)名人堂代表人物杰拉爾德·溫伯格在《成為技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者》一書中提到，要想成為公司的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，必須掌握創(chuàng)新、激勵(lì)和組織能力。然而對(duì)于一家企業(yè)來說，想成為整個(gè)行業(yè)的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，不僅要具備足夠的技術(shù)領(lǐng)先性，同時(shí)也要用不斷的創(chuàng)新來推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的進(jìn)步。在自動(dòng)駕駛創(chuàng)業(yè)遍地開花的今天，作為一家名不見經(jīng)傳的公司，慧拓智能如何敢稱國內(nèi)端到端的無人礦山技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者？帶著這個(gè)疑惑，我們找到了慧拓智能機(jī)器有限公司CSO王健博士，跟他聊了聊在無人礦山技術(shù)上慧拓智能所做的事情。

“在無人礦山技術(shù)研究上，慧拓絕對(duì)是國內(nèi)最資深的?！?/p>

初見王健博士，他剛從內(nèi)蒙礦區(qū)回來，本人比履歷里的照片顯得黑瘦很多。“這次我們實(shí)地調(diào)研考察了錫林浩特、烏海兩處煤礦，與礦區(qū)負(fù)責(zé)人面對(duì)面會(huì)談，重點(diǎn)對(duì)自動(dòng)化開采、自動(dòng)挖機(jī)設(shè)備升級(jí)，以及在礦山的挖掘、生產(chǎn)、運(yùn)輸過程中所涉及的一系列問題展開探討，為早日實(shí)現(xiàn)'無人礦山'達(dá)成共識(shí)?！?/p>

實(shí)地調(diào)研往往是理解客戶需求、認(rèn)清項(xiàng)目難度的重要途徑。這不是王健博士第一次深入礦區(qū)進(jìn)行實(shí)地考察，“礦區(qū)作業(yè)面揚(yáng)塵很大，攝像頭很難工作，礦山里面大多數(shù)用的都是雷達(dá)。四面環(huán)山有的地方GPS信號(hào)很微弱，機(jī)械車輛復(fù)雜的動(dòng)作以及車機(jī)間配合等等，難度很大不過都在意料之中。礦區(qū)沒有車道線，無人礦卡會(huì)自動(dòng)裝載，然后自動(dòng)循跡運(yùn)輸，遇到路口會(huì)停止下自動(dòng)檢測，這些工作的前提要依賴龐大的云端，就是我們說的平行。云端會(huì)進(jìn)行所有路線規(guī)劃和障礙物下發(fā)、裝載點(diǎn)下發(fā)。無人駕駛礦車國外已經(jīng)商用10年了，國內(nèi)還處在初級(jí)階段。在國內(nèi)無人礦山技術(shù)研究上，慧拓絕對(duì)是最資深的。”

早在上個(gè)世紀(jì)末，國內(nèi)外已經(jīng)開始嘗試在礦用卡車上做無人駕駛。1996年，時(shí)任亞利桑那大學(xué)機(jī)器人與自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室主任的王飛躍教授及其團(tuán)隊(duì)，承擔(dān)了Caterpillar 的大型野外裝載車(Wheel Loaders)的自動(dòng)化項(xiàng)目，對(duì)動(dòng)態(tài)不可預(yù)測的巖石開挖環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)控制算法的設(shè)計(jì)，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯和有限狀態(tài)機(jī)來模擬人類挖掘策略，通過設(shè)計(jì)在線鏟斗挖掘軌跡，完成了全世界第一輛全自動(dòng)裝載、挖掘和運(yùn)輸?shù)臒o人自主駕駛大卡車，并出版了世界上第一本礦山自動(dòng)車的研究專著。

近年來，隨著計(jì)算機(jī)算力的提高和傳感器等硬件的補(bǔ)強(qiáng)，單臺(tái)礦車上實(shí)現(xiàn)無人駕駛，已經(jīng)不再是難事，但如果整體提高礦山的安全和效率，最關(guān)鍵的還是在集群化運(yùn)營。為了解決單體智能在場景數(shù)據(jù)有限和安全不可控等弊端，王飛躍教授提出了“車端感知、云端管控”的平行駕駛架構(gòu)，通過借助云端的平行駕駛管控中心對(duì)多臺(tái)無人車的進(jìn)行實(shí)時(shí)管控，保證了車輛行駛的安全。

“慧拓智能機(jī)器有限公司正在研發(fā)礦山無人化管理系統(tǒng)以及端到端的礦區(qū)無人運(yùn)輸解決方案，就是基于平行駕駛理論的露天礦山無人化管理系統(tǒng)?！?/p>

“無人駕駛用于礦區(qū)，首要的目的是提高效率?！?/p>

與城區(qū)道路不同，礦區(qū)人煙稀少，道路結(jié)構(gòu)簡單，所以無人駕駛用于礦區(qū)的目的是保證安全、提高效率、降低運(yùn)營成本?；谄叫旭{駛理論的露天礦山無人化管理系統(tǒng)，能夠在降低單車改裝成本的前提下，實(shí)現(xiàn)集群化的運(yùn)營管理。無人礦卡由控制中心管理控制，為每輛車指定運(yùn)輸路線，車輛通過接收無線指令以合適的速度按照目標(biāo)路線運(yùn)行, 根據(jù)行駛路線、自身位置、周圍環(huán)境等信息，自動(dòng)行駛，完成裝載、運(yùn)輸、卸載的循環(huán)運(yùn)作流程由挖掘機(jī)來引導(dǎo)礦卡至正確的位置進(jìn)行裝載，挖機(jī)機(jī)手可根據(jù)360全景影像、挖掘位姿影像等數(shù)字化輔助功能更加方便的挖掘，挖機(jī)機(jī)手挖掘完成后，挖機(jī)可實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動(dòng)卸料，并自動(dòng)回到上一挖掘點(diǎn)。卸載時(shí)，也有對(duì)應(yīng)的設(shè)備引導(dǎo)無人礦卡進(jìn)行卸載，并由無人駕駛卡車運(yùn)輸?shù)侥康牡?，這樣就實(shí)現(xiàn)了端到端無人礦山的解決方案。

每個(gè)環(huán)節(jié)都配合緊密，最大程度上節(jié)約了運(yùn)輸時(shí)間，24小時(shí)不間斷運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛狀況?？刂浦行耐ㄟ^網(wǎng)絡(luò)通信，把無人礦卡、挖掘機(jī)及整個(gè)生產(chǎn)線串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)高效精密化作業(yè)，在正常作業(yè)過程中，車車、車與控制中心之間都能形成即時(shí)通信，確保車輛的正常運(yùn)行。

慧拓智能無人礦山集群化運(yùn)營方案示意

“平行駕駛屢次成功實(shí)踐，未來多場景嫁接應(yīng)用”

成立三年多來，慧拓智能機(jī)器有限公司以ACP平行智能理論為基礎(chǔ)，致力于新一代云端化智能網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。他們?cè)啻纬袚?dān)國內(nèi)無人駕駛賽事的測試工作，并在IEEE IV 等國際會(huì)議上展示自己的成果，這些實(shí)踐都為商用落地打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2017年中國智能車未來挑戰(zhàn)賽中，虛實(shí)結(jié)合的無人駕駛車輛平行測試平臺(tái)首次實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用，該平臺(tái)通過虛擬測試和實(shí)際測試的互動(dòng)，利用對(duì)抗式生成網(wǎng)絡(luò)和平行學(xué)習(xí)的方式快速生成更多具有挑戰(zhàn)性的測試任務(wù)，不斷迭代更新，使之更好的擬合人類駕駛員、行人等和受試車輛互動(dòng)行為，并通過虛擬測試探查當(dāng)前的車輛智能系統(tǒng)面對(duì)這些測試任務(wù)的反應(yīng)和結(jié)果。這是平行系統(tǒng)在自動(dòng)駕駛汽車測試場景下的應(yīng)用。

平行測試系統(tǒng)管理平臺(tái)電子打分系統(tǒng)架構(gòu)和十車聯(lián)調(diào)

2018年3月18日，慧拓智能機(jī)器公司在常熟成功演示了平行駕駛3.0系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、及時(shí)預(yù)警，用獨(dú)特的加密方式確保車輛與云端的通信安全，為自動(dòng)駕駛汽車路測以及特殊場景的應(yīng)用多了一種可能。據(jù)王健博士介紹：“當(dāng)時(shí)測試車輛由3輛車內(nèi)前排不坐駕駛員的無人車以及4-5輛有人駕駛的社會(huì)車輛組成，演示無人駕駛車輛在一般交通場景響應(yīng)式接管（正常接管）和緊急交通場景主動(dòng)接管（緊急接管）兩種典型場景下遠(yuǎn)程管理與控制等。第三代平行駕駛系統(tǒng)主要包括三個(gè)組成部分：平行駕駛管控系統(tǒng)、遙控駕駛系統(tǒng)與無人駕駛系統(tǒng)（無人車）。”

平行駕駛3.0示意圖和多輛無人車避障現(xiàn)場圖

2018年6月27日，國際平行駕駛聯(lián)盟（iPDA）在常熟宣布成立，“iPDA國際聯(lián)盟的成立意義重大，”王健博士說，“這將及時(shí)交流與平行駕駛相關(guān)的最新研究成果，用于研究的非保密性測試數(shù)據(jù)將在成員之間實(shí)現(xiàn)共享，參與共建平行駕駛通用共享研究平臺(tái)等，推動(dòng)平行駕駛學(xué)術(shù)研究的健康快速發(fā)展。”

iPDA成立，王飛躍教授與當(dāng)選的聯(lián)盟副主席合影

（從左到右依次為：慧拓智能CEO陳龍博士、美國普度大學(xué)印第安納波利斯分校李靈犀副教授、加拿大滑鐵盧大學(xué)曹東璞教授為副主席、中科院自動(dòng)化所復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王飛躍教授）

2018年6月30日，國際平行駕駛聯(lián)盟（iPDA）承辦了“IEEE IV 2018 On-road Demonstration國際智能車聯(lián)合道路演示”。這次路演以“From Parallel Driving to Smart Mobility”為主題，在統(tǒng)一的平行駕駛遠(yuǎn)程管控平臺(tái)上展現(xiàn)多家單位的網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛車輛在多種典型應(yīng)用場景下的協(xié)同駕駛及平安出行?，F(xiàn)場演示了一般交通場景響應(yīng)式接管、緊急交通場景主動(dòng)接管、主動(dòng)避障、中心駕駛員實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測四個(gè)部分。圍繞“平行駕駛”框架的平行駕駛3.1系統(tǒng)，通過平行駕駛管控平臺(tái)流暢的管理多臺(tái)無人車，讓無人車更安全平穩(wěn)的在道路上行駛。

王飛躍教授在國際智能車聯(lián)合道路演示上發(fā)言及多臺(tái)無人車集中展示

慧拓智能機(jī)器公司基于“車端感知，云端管控”理念的平行駕駛系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用到礦區(qū)中，實(shí)現(xiàn)無人礦山整體場景平行智能解決方案，也可以用于民用無人車的上路測試、油田、飛機(jī)場、工業(yè)園區(qū)等需要有人遠(yuǎn)程監(jiān)管的限制場景中。同時(shí)也衍生出了基于自動(dòng)駕駛的平行物流體系解決方案以及智能網(wǎng)聯(lián)場地建設(shè)完整解決方案等。

“當(dāng)你構(gòu)建了平行駕駛系統(tǒng)，很多場景都可以嫁接應(yīng)用。傳統(tǒng)自動(dòng)駕駛主要是基于傳感器單車智能車輛，網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛涉及了多車并行。而在平行駕駛中，我們會(huì)構(gòu)造真實(shí)世界的映射，映射可以做更大空間、更大時(shí)間的預(yù)測，這樣可以形成特定場景更好的描述。”

“從技術(shù)上講，橫軸是我們決策的時(shí)間，縱軸代表能夠預(yù)測多遠(yuǎn)距離會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)。從這兩個(gè)維度，傳統(tǒng)單車智能感知范圍十分有限，加上網(wǎng)聯(lián)的好處是能夠獲得更遠(yuǎn)的距離信息。在平行里面能做到什么呢，所有交通場景都在平行，就可以在更遠(yuǎn)的時(shí)間跟更遠(yuǎn)的空間做出更精確的結(jié)果，這個(gè)結(jié)果對(duì)無人駕駛來講會(huì)更有用處，這是真正意義上的區(qū)別。”

“從成本上來看，我們做特定場景，10輛車和20輛車是完全不一樣的概念。云平臺(tái)是很大的投入，如果車輛很少的話，這個(gè)方案并不占優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槲覀兊姆桨敢苛縼砭鶖?，藍(lán)色和綠色線是網(wǎng)聯(lián)和單車智能自動(dòng)駕駛，紅色線代表平行自動(dòng)駕駛。對(duì)于我們來講，車的數(shù)量上來后，固定場景下的運(yùn)營成本就會(huì)大大降低，而往后成本增加基本上就很少了?！?/p>

“資歷雄厚的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，保證了我們不斷創(chuàng)新?！?/p>

“我們有著強(qiáng)大的技術(shù)背景，團(tuán)隊(duì)成員30%具有博士學(xué)位，40%具有海外學(xué)位或留學(xué)經(jīng)歷，主要來自：卡耐基梅隆大學(xué)、加大伯克利分校、劍橋大學(xué)、滑鐵盧大學(xué)、慕尼黑工大、米蘭理工、清華、北大、中科院、中山大學(xué)、北理、北航、吉大等。經(jīng)過20多年的學(xué)術(shù)與技術(shù)積累，組建了一支由無人車、電子、人工智能等各領(lǐng)域人才組成的專業(yè)隊(duì)伍。目前公司專注于自動(dòng)駕駛與車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、產(chǎn)品、解決方案和測試評(píng)估的高新技術(shù)公司，產(chǎn)業(yè)分布于中國、英國、美國和加拿大?！?/p>

談到目前發(fā)展?fàn)顩r，王健博士說：“慧拓智能把無人駕駛首先在特定場景下落地，在2017年初就與世界工程機(jī)械排名前十的國內(nèi)大型集團(tuán)企業(yè)達(dá)成了面向無人礦山量產(chǎn)的戰(zhàn)略合作，做無人礦山機(jī)械及管控平臺(tái)。同時(shí)，公司也與國內(nèi)主流整車廠簽署了量產(chǎn)無人駕駛物流商用車的合作。公司也在與其他整車廠和大型能源公司以及華為、移動(dòng)、聯(lián)通等移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)公司洽談合作，進(jìn)一步完善整體運(yùn)營方案?！?/p>