无人驾驶“闯入”极寒区 完成一套完整的露天矿无人运输作业系统

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日期:2021-02-01 10:38:06    来源:经济参考报    

在内蒙古呼伦贝尔草原的中部,神华宝日希勒露天煤矿(下称“神宝煤矿”)正在搭建一个“5G+无人驾驶”的未来矿区。2021年1月8日,一辆编号为2207的白色无人驾驶矿卡夜以继日地行驶在神宝煤矿,这辆载重可达220吨的矿卡,经过转弯、倒车等操作后,准确地停泊在有坡度的道路边缘,开始向路边的坑底倾倒土方。如今,这样的场景在神宝煤矿每天上演。为了能够在极寒气候中实现无人驾驶,神宝煤矿的“5G+无人驾驶”突破重重困难,最终完成了一套完整的露天矿无人运输作业系统。

智能矿山建设当前正成为能源行业热点之一,从国家到地方,相关政策频频发布,各大矿区也在积极推动智能矿山的搭建。而大型运矿卡车的无人驾驶技术作为智能矿山中的关键一环,也迎来了发展契机。航天重工董事长虢劲松表示,如果说2019年是矿区无人驾驶的元年,那么2020年则进入了大发展阶段,预计2021年将会有更多的项目落地。

基于国家能源集团智慧矿区的建设规划,2020年5月,神宝能源联合航天重工、慧拓启动极寒型复杂气候环境露天矿无人驾驶卡车编组安全示范工程项目,对5台220吨MT4400电动轮矿用自卸卡车进行无人驾驶改造,与配套的1台WK-35电铲和1台推土机及洒水车、平路机、指挥车等辅助作业车辆,形成一套完整的露天矿无人运输作业系统。据介绍,该项目是世界第一个极寒(零下50摄氏度)环境下大型矿用自卸卡车无人驾驶编组运行项目,也是国内第一个5G网络下实现五台大型矿用自卸卡车无人驾驶工业性运行项目。

作为国家能源投资集团煤炭板块重要的大型煤矿,国家核定生产能力3500万吨/年,日装车运输能力10万吨以上。然而,神宝煤矿所在的呼伦贝尔夏季可达48摄氏度,冬季最低可达零下50摄氏度,日间平均气温也低于零下30摄氏度,通常极寒天气会在12月至来年3月间歇性出现。酷寒的气候条件限制着煤矿的开采。

神宝煤矿负责机电的技术人员包玮玮介绍,在冬季寒冷的天气环境中,矿卡常常会出现机械性故障,维修任务繁重,需要技术人员不断进行维修和保养。这些矿卡虽然是进口车辆,但并非是针对极寒天气的产品,因此为让卡车适应当地气候环境,就需要技术人员进行调整,做一些保温措施。神宝煤矿副矿长徐煦表示,极寒天气会影响到矿区的装卸卡车等设备,缩短一些零部件的使用寿命。

如今,新接入的露天矿无人运输作业系统针对极寒天气做了针对性改造,使用了各种耐低温的零部件。航天重工在这一项目中主要负责对矿卡的改造,针对矿卡的线控系统,如转向、制动、牵引(电驱)、举升、灯光等进行改装,并加装无人驾驶传感器、控制器、通信和定位设备,同时也部署了无人驾驶系统软件。“在无人驾驶的矿卡上安装使用的各个部件都需要经过耐低温性能的测试,通过后才允许使用,在源头上确保无人驾驶能够适应现场极寒天气;同时,在各主要部件中还加入了加热装置,用来预防在极寒条件下设备不工作的情况。”

慧拓研究院副院长高玉表示,如果各地矿区无人驾驶的项目难度最高为十级,此次在神宝露天煤矿进行的极寒型复杂气候环境露天矿无人驾驶卡车编组安全示范工程难度几乎置顶,这对于无人驾驶在不同地质、气候等条件的矿区推广有着重要意义。“如果这种级别的难度克服了,那么在难度没这么高的矿区,相关技术很容易落地。”

从一定意义上来说,在最为复杂的地理环境和气候条件下,实现无人驾驶运输系统的落地,已然成为行业中的标杆,其搭建起的行业壁垒,最终会推动行业标准的形成,进一步验证无人驾驶在矿区落地的可行性。

随着无人驾驶矿卡改造的技术成熟度越来越高,无人驾驶矿卡的改造时间也从最初需要十几天才能改造一台,到最后仅用四天时间便可完成一台矿卡的改造。

在徐煦眼中,无人驾驶的项目推进,给矿区带来了极大改变。以往,在零下40摄氏度至零下50摄氏度的气候中,矿区工人需要连续作业,倘若使用自卸卡车用于露天煤矿岩石和煤炭的运输,每天3班24小时连续运行,每台设备至少需4名司机倒班工作,每次换班时间大约在一个小时左右,作业条件艰苦且效率不高。

随着矿用车辆的无人驾驶编组在神宝煤矿运行,只需要一个安全员坐在调度室就可以管理这些无人驾驶矿卡。据介绍,安全员在无人驾驶车厢内所要做的工作,主要是观察周围环境,对车辆的行驶进行观测,如有问题及时反馈,以最大程度保证无人驾驶矿卡的安全操作。

“无人化的生产作业从根本上杜绝了人员安全事故的发生。在后面的运行过程中,我们会继续加大对无人驾驶系统的管理和人才培养,希望能够真正实现矿山的绝对安全。”神宝能源方面表示,5台卡车无人化工业运行后,预计每年可累计节省约571万元支出、增加50万吨运输量。

与此同时,在项目进行过程中,包括航天重工、慧拓等在内的项目组针对性地研发出应对当地特殊气候和地质条件的相关技术,推动矿区自动化技术的进一步发展。比如基于虚实互动的矿区无人运输仿真测试技术,实现了对极端工况、危险场景以及系统极限测试,确保无人驾驶系统安全、稳定、高效。

高玉介绍,项目中的仿真测试结合实际地形条件,从2D画面提升为3D画面。“这一技术在行业中也算是领先的,无论从车辆的大小、运行速度还是运行的环境,慧拓组织搭建的仿真测试大大提高了真实性,为之后的真实场景作业提供了坚实的基础,减少了项目的试错成本。”

从矿卡的改造到算法系统的搭建,从人才的培养到科技公司的技术输出,矿山无人化已然形成了完整的产业链。虢劲松介绍,矿区无人化之所以会在这几年取得明显发展,一是因为5G、大数据、云计算、感知等新技术的快速发展;二是经过几年的实践,无人驾驶的技术也更加成熟;三是在国家创新驱动的大背景下,在国家能源集团等国企、央企的牵引之下,需求呈现出爆发式增长。行业数据显示,中国矿区运输类无人驾驶有3000多亿元的市场规模,矿车无人化的前后端改装亦有3000多亿元的规模。矿山无人化已成为一个坐拥6000亿元市场的新兴行业。

随着行业的发展,无人驾驶车辆端改造的标准、系统的安全性规范、无人驾驶的运行规范等亟须制定。虢劲松指出,矿区也面临适应无人驾驶下矿区运行的改变,需要逐渐摸索出无人化运行的管理规范。而在对矿区无人驾驶的评价领域,亦须有相关的标准去评价某一无人驾驶项目是否优质。(记者 韦夏怡)

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