一方面，礦山環(huán)境惡劣，開采深度增加，地點(diǎn)偏遠(yuǎn)封閉，無人化需求迫切；另一方面，礦山機(jī)械運(yùn)作單一，重復(fù)性操作，是機(jī)械自動(dòng)化與智能化的合適場(chǎng)景。慧拓智能機(jī)器有限公司正在研發(fā)的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(yíng)管理，讓礦山運(yùn)輸更安全高效，將加速我國(guó)礦山開采向智能化轉(zhuǎn)變的進(jìn)程。

自動(dòng)駕駛技術(shù)作為汽車產(chǎn)業(yè)變革的發(fā)力點(diǎn)，不僅成為了國(guó)內(nèi)外眾多傳統(tǒng)車企轉(zhuǎn)戰(zhàn)的重點(diǎn)，也是各大互聯(lián)網(wǎng)巨頭關(guān)注的焦點(diǎn)之一。然而，無人車在公共道路開放場(chǎng)景的商業(yè)落地正面臨著諸多瓶頸。復(fù)雜的交通標(biāo)志、道路參與者難預(yù)知的行為以及性能不穩(wěn)定的硬件設(shè)備等都是無人車走向城市道路的阻礙因素。對(duì)此，中國(guó)工程院鄭南寧院士就曾表示，“目前智能汽車在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜交通場(chǎng)景的周密感知，理解外部車輛的‘預(yù)行為’，對(duì)‘意外遭遇’的及時(shí)應(yīng)對(duì)等五個(gè)方面仍面臨著巨大挑戰(zhàn)”，“無人車上路至少得十幾年”。

盡管業(yè)界研發(fā)L4級(jí)自動(dòng)駕駛汽車的熱情持續(xù)高漲。但目前L4級(jí)汽車相關(guān)的核心零部件大多達(dá)不到車規(guī)級(jí)，全世界也還沒有合法生產(chǎn)上路的L4級(jí)汽車。在剛剛過去的IEEE IV2018大會(huì)上，加拿大滑鐵盧大學(xué)人工智能與無人車聯(lián)合研究中心執(zhí)行主任曹東璞教授也提到“雖然現(xiàn)在比較容易就能攢出一輛所謂的L3級(jí)自動(dòng)駕駛樣車，但要真正實(shí)現(xiàn)L3級(jí)智能車大規(guī)模量產(chǎn)，仍需邁過多道坎，做L4就更難了。”

應(yīng)用場(chǎng)景是自動(dòng)駕駛下一步突破的關(guān)鍵

今年3月份的Uber無人車事故為自動(dòng)駕駛汽車的城市路測(cè)敲響了警鐘，開放道路中的不確定性成為困擾無人車上路的一個(gè)巨大難題。早在2014年，SAE International（國(guó)際汽車工程師協(xié)會(huì)）就制訂了一套自動(dòng)駕駛汽車分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將其分為L(zhǎng)0-L5幾個(gè)等級(jí)。國(guó)內(nèi)借鑒SAE的劃分，也對(duì)應(yīng)分了幾個(gè)等級(jí)。行業(yè)內(nèi)有專家認(rèn)為SAE分級(jí)之外，有必要再加一個(gè)維度，就是按照地域再行劃分，也就是地理圍欄（Geofence）的概念。地理圍欄進(jìn)行了Geo1~Geo5的簡(jiǎn)單分級(jí)，Geo1：無人、低速、車流少的場(chǎng)景，如停車場(chǎng)、礦山等；Geo2：無人、高速、車流少/少人、低速、車流少的場(chǎng)景如：公司園區(qū)或長(zhǎng)途高速公路；Geo3：少人、低速、車流大/無人、高速、車流大的場(chǎng)景，如：城市簡(jiǎn)單道路或近郊的高速公路等；Geo4：少人、高速、車流大/人多、低速、車流大的場(chǎng)景，如：城市高架路或市中心道路；Geo5：人多、雜亂的交通環(huán)境，如：城鄉(xiāng)結(jié)合部的道路。隨著數(shù)據(jù)的積累以及技術(shù)的提升，無人車可行駛區(qū)域從Geo1：礦區(qū)無人車到Geo5：基本沒有圍欄，逐步放大區(qū)域并最終實(shí)現(xiàn)自主駕駛，顯得更加科學(xué)。所以，在自動(dòng)駕駛未能駛上高速高路之前，在地理圍欄之內(nèi)選擇合適的應(yīng)用場(chǎng)景，被認(rèn)為是自動(dòng)駕駛下一步突破的關(guān)鍵。

礦區(qū)將是無人車最先落地的商用場(chǎng)景之一

7月1日，在2018 全球人工智能與機(jī)器人峰會(huì)上，中科院自動(dòng)化所復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)兼秘書長(zhǎng)、青島智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院院長(zhǎng)王飛躍教授一語中的：“到采礦現(xiàn)場(chǎng)看一看，那里惡劣的環(huán)境，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，礦山場(chǎng)景是人們對(duì)無人駕駛應(yīng)用的真正剛需。”

我國(guó)是資源大國(guó)，已探明有儲(chǔ)量的礦產(chǎn)159種，礦山十萬多處，目前主板上市的采礦公司有60多家。礦山的開采及運(yùn)輸主要依靠國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)，環(huán)境、安全、效率等問題一直是制約采礦業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要難題。為提高生產(chǎn)率、降低成本和應(yīng)對(duì)勞動(dòng)力短缺，急需智能化無人化技術(shù)提升行業(yè)能力。

國(guó)內(nèi)外礦山機(jī)械的無人化均處于初級(jí)階段。20世紀(jì)90年代中期，國(guó)外采礦工程師就開始嘗試使用自動(dòng)化設(shè)備，目前已經(jīng)發(fā)展成以運(yùn)輸卡車無人駕駛為龍頭的自動(dòng)化采礦階段。自動(dòng)控制鉆機(jī)-穿孔作業(yè)、無人駕駛礦用卡車、GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)、邊坡位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等已經(jīng)應(yīng)用嫻熟，較為知名的公司有：Caterpillar、Komatsu、Hitachi 等。美國(guó)伊利諾州卡特彼勒礦業(yè)技術(shù)解決方案總工程師邁克爾墨菲說：“礦區(qū)生產(chǎn)需要更少的人在現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)全天候運(yùn)營(yíng)時(shí)，由于疲勞，不可避免地產(chǎn)生人為錯(cuò)誤。由此產(chǎn)生的人身安全、工期延誤等問題，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)率。” 同時(shí)，由于礦區(qū)生產(chǎn)環(huán)境惡劣，長(zhǎng)期機(jī)械重復(fù)性的工作，盡管為工人們提供了不菲的薪水，在某些崗位上仍有很大的勞動(dòng)力缺口。

當(dāng)然，國(guó)內(nèi)礦山機(jī)械的智能化也取得一些進(jìn)展，通過借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息化礦山，對(duì)礦山設(shè)備進(jìn)行管理控制，同時(shí)將與礦山安全、生產(chǎn)等相關(guān)的信息數(shù)字化，并有機(jī)地結(jié)合，建成一個(gè)礦山信息管理系統(tǒng)，用于管理礦山。但在礦山無人化、無人化運(yùn)輸?shù)确矫鎽?yīng)用較少。慧拓智能是國(guó)內(nèi)目前為數(shù)不多的切入礦山無人化以及重型機(jī)械智能化的公司之一。該公司以“平行駕駛，平安出行”為理念，在今年3月18日發(fā)布了“車端感知·云端管控”的平行駕駛3.0系統(tǒng)，目前已經(jīng)與國(guó)內(nèi)多家大型龍頭重工企業(yè)建立合作。

慧拓智能機(jī)器有限公司副總裁王健，曾多次深入考察露天煤礦，“條件非常艱苦”是他對(duì)礦山工作的評(píng)價(jià)。“人開著礦卡沿著整個(gè)山頂盤旋著一圈一圈下到坑底，然后剝離土方，再一圈圈上去，開到排土場(chǎng)再把土倒掉，工作環(huán)境很惡劣。”王健說，礦區(qū)作業(yè)環(huán)境比較危險(xiǎn)，但工作路線比較單一，這樣的封閉場(chǎng)景就很適合無人駕駛，而以現(xiàn)在平行駕駛汽車的技術(shù)水平，完全能勝任這樣場(chǎng)景下的工作。

平行駕駛應(yīng)對(duì)礦山挖掘四大難題

礦區(qū)環(huán)境相對(duì)城市道路封閉可控，而且人煙稀少，是發(fā)展無人化作業(yè)得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，但實(shí)際應(yīng)用并沒有那么簡(jiǎn)單。慧拓智能機(jī)器有限公司副總裁王健總結(jié)道：“礦山實(shí)現(xiàn)無人化，主要有四大難點(diǎn)：

一是工況下傳感器難以正常工作：礦區(qū)灰塵大，一般攝像頭不起作用，一鏟下去有很多揚(yáng)塵，這些揚(yáng)塵會(huì)覆蓋住攝像頭的鏡片，一般會(huì)按質(zhì)量好的外殼，把鏡頭露出來，雷達(dá)也是這樣的，會(huì)做防塵罩，會(huì)避免碎石、揚(yáng)塵對(duì)它的傷害。

二是GPS信號(hào)弱：礦區(qū)周圍障礙物多，GPS信號(hào)弱，對(duì)機(jī)械設(shè)備的導(dǎo)航系統(tǒng)、傳感器融合技術(shù)具有更高的要求。

三是通信安全問題：礦山地域廣闊，環(huán)境惡劣（有的礦井比較深），需要合理的設(shè)計(jì)選擇通信設(shè)備跟通信方式，保證信息傳輸?shù)陌踩浴⒖煽啃浴?/p>

四是需要車間協(xié)助配合：無人礦車不只是實(shí)現(xiàn)無人駕駛，還有很重要的挖機(jī)和礦卡之間的配合等操作，不同車輛的配合顯得很關(guān)鍵。

慧拓智能無人礦山集群化運(yùn)營(yíng)方案示意

同時(shí)王健也指出“裝載時(shí)，無人礦卡需要準(zhǔn)確地停止在裝載，挖機(jī)也需要對(duì)鏟斗實(shí)現(xiàn)精確的控制，因此采用合適的控制算法，保證控制精度也是需要考慮的一個(gè)關(guān)鍵。礦用卡車上做無人駕駛，單臺(tái)車其實(shí)早就可以實(shí)現(xiàn)了，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(yíng)。”

慧拓智能機(jī)器有限公司正在研發(fā)的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(yíng)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，這樣就實(shí)現(xiàn)端到端整個(gè)的解決方案。

另外，公司引入國(guó)外先進(jìn)的無線mesh網(wǎng)絡(luò)通信方案，實(shí)現(xiàn)礦山內(nèi)的無線通信，保證通信的可靠性、安全性。控制中心通過網(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。

據(jù)慧拓智能CEO陳龍博士也透漏：“慧拓智能把無人駕駛首先落地在特定場(chǎng)景，在2017年初就與世界工程機(jī)械排名前十的國(guó)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)。由于礦山除了礦本身以外還牽扯到如何把無人礦卡挖出來的礦運(yùn)走，也是特定場(chǎng)景下大物流的概念，我們和東風(fēng)汽車簽署了一個(gè)量產(chǎn)無人駕駛物流商用車的合作。近來，公司也在與陜汽集團(tuán)、山東兗礦等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(yíng)方案。整個(gè)2018年，慧拓智能將有6000多萬合同入賬。”

慧拓智能，助力礦山無人化與智能化運(yùn)營(yíng)

人類駕駛員需要定期休息，但無人礦卡一年365天，每天運(yùn)行近24小時(shí)，僅需要停止加油和定期維護(hù)等。澳大利亞力拓采礦公司使用無人駕駛卡車后，運(yùn)行成本比駕駛?cè)祟惖能囕v便宜約15％，自動(dòng)化運(yùn)輸車隊(duì)的使用最大限度地減少了延誤與維護(hù)，并延長(zhǎng)了輪胎壽命，降低了燃料消耗相關(guān)的成本。從生產(chǎn)率的角度來看，自動(dòng)鉆機(jī)與人工鉆機(jī)相比，由于更少的中斷（例如換班）導(dǎo)致停機(jī)時(shí)間縮短了10％。據(jù)了解，我國(guó)礦山運(yùn)輸行業(yè)有2000多家，總計(jì)運(yùn)輸車輛20萬臺(tái)以上，大約需要配備40萬名司機(jī)來駕駛，在礦區(qū)實(shí)現(xiàn)無人化運(yùn)輸，每年將節(jié)省數(shù)以億計(jì)的勞動(dòng)力成本，這里潛藏的巨大的行業(yè)需求不言而喻。

慧拓智能針對(duì)智能礦山的解決方案，通過實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械的無人化，將極大地提高設(shè)備的使用效率，減少人為誤操作以及倒班時(shí)間，降低勞動(dòng)成本；利用網(wǎng)絡(luò)通信，增強(qiáng)了車與車之間協(xié)作，增加了能源產(chǎn)量，提高了生產(chǎn)率；獨(dú)創(chuàng)的中央平行管控系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎、電機(jī)等部件的運(yùn)行，延長(zhǎng)了配件壽命，減少了燃油費(fèi)用，降低了保養(yǎng)成本。通過礦區(qū)無人機(jī)械的集群化運(yùn)營(yíng)，將催動(dòng)巨大的行業(yè)需求。