5G智慧礦車實現(xiàn)極寒氣候下“全天候、真無人”

這是極寒型復雜氣候環(huán)境露天煤礦無人駕駛卡車編組安全示范工程中的一景，由國能寶日希勒能源有限公司聯(lián)合航天重型工程裝備有限公司與青島慧拓智能機器有限公司共同完成。9月15日，該項目分別通過中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織的工業(yè)性示范運行安全評審和科技成果鑒定、國家能源集團組織的項目驗收，成果達到國際先進水平，為期一年多的項目建設收獲了圓滿成效。

在礦區(qū)不遠處一座臨時調(diào)度指揮中心內(nèi)，95后的楊明成正聚精會神地盯著面前的三個大屏幕，上面展示的是礦車作業(yè)實時畫面、各種車輛運行數(shù)據(jù)以及礦區(qū)實時地圖。

所有自動駕駛的礦車均裝備了北斗提供的RTK（實時差分定位）定位，通過5G基站進行位置共享和數(shù)據(jù)傳輸。但在大多數(shù)情況下，無人駕駛調(diào)度指揮人員都扮演著一個監(jiān)測者的角色，只有在礦區(qū)情況和環(huán)境出現(xiàn)變化時才需要重點關(guān)注。

比如在下雪天，通過一鍵開啟雪天模式，讓礦車的平均時速下調(diào)到約20公里，無人駕駛控制器也會開啟謹慎的駕駛方式，以適配天氣和路面變化。

“第一次和家人視頻工作場景時，他們一度以為我在打電競游戲。”楊明成在接受記者采訪時笑稱，這可能是最不像煤礦的煤礦工作場景了，“以前從沒想過在煤礦上班也能有如此'未來感’”。楊明成說道。

楊明成是寶日希勒露天煤礦無人駕駛項目的調(diào)試工程師。寶日希勒露天煤礦始建于1998年，有著優(yōu)質(zhì)豐富的煤礦資源，核定產(chǎn)量位列全國露天礦前三，是東北煤炭最重要的供應方。由于地處北緯49.22°，寶日希勒露天煤礦也是中國最北端的大型煤礦之一，冬季夜間最低溫度甚至可能達到零下50℃。

極端的天氣、惡劣的作業(yè)條件，對寶日希勒煤礦安全生產(chǎn)帶來巨大挑戰(zhàn)。在這種艱難險重的駕駛工作中，如果能用機器替代人工駕駛，不僅能更好保障煤礦人員生命財產(chǎn)安全，還降低了成本，提高了效率。于是，對無人駕駛礦車的需求應運而生。

2020年初，寶日希勒露天煤礦按照國家能源局要求推進智慧礦山建設，布局5G設施；同年5月，無人駕駛項目正式啟動，在仿真測試、封閉場地動態(tài)調(diào)試、極寒氣候五車編組連續(xù)運行、全天候不間斷作業(yè)、車內(nèi)無安全員等一項項充滿挑戰(zhàn)的目標中，最為艱難的便是極寒氣候下“全天候、真無人”的實現(xiàn)。該項目的完成可突破國內(nèi)該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)“卡脖子”環(huán)節(jié)，代表國內(nèi)智慧礦山無人化的最高水平。

項目技術(shù)負責人高玉告訴記者，之所以能實現(xiàn)無人駕駛，是因為在礦車的車前、車后加裝多個攝像頭、毫米波雷達和激光雷達。這些設備像人的“眼睛”和“耳朵”那樣讓礦車可以看得見，聽得著，并通過算法進行感知融合，補齊盲點，排除礦區(qū)冬季飄雪、夏季沙塵等復雜環(huán)境因素的干擾。此外，礦車還進行了內(nèi)部相應的線控改造，車上裝載通訊、定位、控制單元，部署無人駕駛軟件。

“項目啟動后，僅僅三個月就完成了對5臺礦車的改造和封閉測試場地與模擬測試場地全部調(diào)試內(nèi)容。”高玉說。

然而，極寒條件對無人駕駛改造還是提出了非常嚴苛的硬件要求。入冬以后，氣溫驟降至零下30度，這不僅遠遠低于許多常規(guī)器件的工作溫度，甚至會突破一些電子元器件的存儲溫度，導致設備失靈，乃至徹底損壞。

最終，項目團隊給每臺無人礦車都安裝了包括耐低溫裝置與傳感器等航空級別接口的零部件，使其具備了在極寒、顛簸環(huán)境下運行的可靠性。并研發(fā)卸載物料殘留檢測、二次提車卸載、地圖自動采集與一鍵更新、道路平整度自動檢測、防車轍均衡碾壓控制等先進技術(shù)確保系統(tǒng)運行安全流暢、提升有效作業(yè)時長。

同時，項目組共同起草和制定了《露天煤礦無人駕駛運輸系統(tǒng)總體技術(shù)條件》《露天煤礦無人駕駛礦用自卸車技術(shù)條件》等10項企業(yè)標準，發(fā)布了無人駕駛項目工業(yè)運行安全管理辦法和安全作業(yè)規(guī)范。

去年12月，該項目入圍國資委“大國重器英雄榜”；今年5月，項目實現(xiàn)了24小時連續(xù)作業(yè)；今年7月，實現(xiàn)了安全員下車；如今，伴隨著項目正式通過工業(yè)運行，已實現(xiàn)領(lǐng)域內(nèi)兩項世界第一、三項國內(nèi)第一，在智慧礦山無人化領(lǐng)域首開“全天候、真無人”項目先河，在國內(nèi)起到行業(yè)示范引領(lǐng)作用。

高玉表示，如果各礦區(qū)無人駕駛項目難度最高為十級，此次寶日希勒露天礦的項目難度幾乎置頂。突破難度系數(shù)最高的礦區(qū)環(huán)境限制，并實現(xiàn)安全員下車的24小時作業(yè)，意味著能夠?qū)⒋隧椖拷?jīng)驗進行復制，而其搭建起的行業(yè)壁壘，最終會推動行業(yè)標準形成，加速無人駕駛在更多礦區(qū)進行規(guī)模化落地。

而對于寶日希勒露天煤礦來說，無人駕駛項目的成功也能帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。一方面，傳統(tǒng)礦區(qū)是四班三倒制，每次換班時間大約在1小時左右，而自動駕駛作業(yè)則基本不需要占用換班時間，節(jié)省出來的時間可以直接用于運輸作業(yè)；另一方面，目前無人駕駛的車輛最高車速達到40km/h，超過有人駕駛規(guī)定的30km/h，無人駕駛系統(tǒng)可動率大于96.7%，已實現(xiàn)無人駕駛運輸綜合效率不低于有人駕駛。

截至今年8月，無人礦卡累計編組運行5萬余公里，土方運輸量達60余萬立方米。在剛剛結(jié)束的項目驗收中，驗收評審組專家一致建議，后續(xù)可進一步擴大項目應用范圍，在當前不低于有人駕駛效率基礎上進一步提高運行效率。