礦卡在露天煤礦作業

一座移動城堡般的龐然大物，靈活地行駛在溝壑縱橫的露天煤礦作業面。

它是一輛礦卡，普通人很少有機會看到它，單憑想象無法體會那種視覺沖擊。

輪胎直徑比成年男子還高的礦卡

它自重超100噸、高度近8米、輪胎直徑3.6米、滿載重量接近400噸、發動機功率超2000千瓦、油箱容積達到7000升、百公里油耗800升、每天行駛200公里、每年可運送礦石超百萬噸。

在過去，每一輛礦卡的日常全天候運行需要近10人的團隊來支持

在過去，每一輛礦卡的日常全天候運行需要近10人的團隊來支持，而在礦山還要面臨各種不確定因素，危險時有發生，據最近的統計數據，中國每百萬噸煤礦死亡率為0.059人。

國家能源集團大雁公司（寶日希勒能源）無人駕駛礦卡進行五車編組運行

該項目實現在零下42度極寒工況下， 220噸無人駕駛礦卡5車編組連續運行、全天候不間斷作業；運行時速達到業內最高的每小時40千米，超過有人駕駛規定的每小時30千米，無人駕駛運輸綜合效率不低于有人駕駛；并形成了無人駕駛卡車與挖掘機、遙控推土機、平路機等輔助作業車輛完整的露天煤礦無人運輸作業系統。

礦卡在極寒環境下作業

礦區的艱苦條件常人難以想象，寶日希勒露天煤礦位于呼倫貝爾草原的中部，緯度達到49.2°（中國最接近北極圈的漠河在北緯53°），1月份夜間最低氣溫逼近零下50攝氏度，是標準意義上的“極寒”。

但是，寶日希勒露天煤礦承擔著東北三省煤炭保供的任務，而冬季又是東北的用煤旺季，即使條件再艱苦，礦卡四班三倒的不間斷作業也不能停，零下四五十度的凌晨三四點，駕駛近四百噸的鋼鐵巨獸，機械的往復于溝壑縱橫之間，考驗可想而知。

礦山施工現場

晉北地區面臨著同樣的問題，當寒潮來襲，氣溫會驟降到了零下二十多度。

位于山西省朔州市的安太堡露天礦、東露天煤礦等超大型礦區是央企中煤能源集團中煤平朔集團有限公司所管轄的礦區，中煤平朔是我國目前規模最大、資源回收率最高、多項指標位居全國領先水平的露井聯采的特大型煤炭生產企業。

安太堡露天煤礦總面積376平方千米，產量1533噸/年，是當年鄧小平同志親切關懷誕生的中國改革開放第一家中外合資企業，是當時引進外資額度最大、現代化程度最高的中外合作項目，被譽為“中國改革開放試驗田”。東露天煤礦礦田勘探面積48.41平方千米，核定產能2500萬噸/年，設計服務年限43年，煤層厚、煤質好、煤層埋藏淺、地質構造簡單、剝采比低，是我國為數不多的適合露天開采的優良礦田之一，是國家煤炭工業“十一五”規劃重點建設項目。

礦山施工現場

安太堡露天礦和東露天煤礦地處晉北山區，氣候多變，為日常作業增加了非常多的不確定因素。

礦區的無人駕駛可以大幅節省人員開支，安全性也更高

如果能夠實現礦區的無人駕駛，不但可以大幅節省人員開支、緩解一線用工荒，更可以最大限度的避免生產安全事故的發生。

但礦區是典型的半封閉場景，通用的自動駕駛方案并不能復用。對于車端來說，從計算平臺，到算法，再到傳感器組合、線控底盤，無論是礦卡，還是寬體車，都自成體系。

結合路側智能，礦區自動駕駛方案和礦山整體自動化解決方案互相嵌套，與地面采掘無人化、地面運輸無人化、地下采掘無人化等功能模塊共同形成礦山整體數字化管理方案。

礦山生產管理系統

在礦山，這個可能是工作環境最惡劣的地方，數字化/智能化/無人化轉型迫在眉睫，而國內礦山在轉型方向上的探索已經卓有成效，國內創新企業在這個領域正在扮演著不可或缺的角色。

愚公平行礦山操作系統??

在智慧礦山這個大賽道中，慧拓是一家有代表性的創新企業。作為中科院自動化所孵化的“國家隊”科技企業，慧拓以首席科學家王飛躍教授首創的“平行智能”為支撐，研發了自主可控的平行礦山操作系統——“愚公YUGONG”，其六大子系統已實現軟件硬件化、服務產品化、產品系列化和系統平臺化，經搭配組合支持各類場景需求，并適配國內外各型礦車。“愚公YUGONG”平行礦山操作系統通過讓參與生產的人、物、系統在虛擬世界“吃一塹、吃多塹”，從而實現其在現實空間的“長一智、長多智”。慧拓正在運用前沿科技實現礦山這一傳統行業的轉型升級，從人、物、系統三方面保障礦山本質安全的同時，提高礦山運營效率，降低礦山運營成本。憑借“愚公YUGONG”核心技術的高度可適配性，慧拓在多元化的落地場景積累了豐富的數據，持續建設安全（Safety）、有保障（Security）、可持續（Sustainability）、能感知（Sensitivity）、服務于人（Service）且智能（Smartness）的6S礦山。

1、前世今生

王飛躍教授

作為國際頂尖人工智能專家，王飛躍教授從1990年起任美國亞利桑那大學自動化系與礦業系教授、機器人與自動化實驗室主任、復雜系統高等研究中心主任。

上世紀90年代，王飛躍教授即在亞利桑那大學開發 VISTA 智能車，并在鳳凰城的51號高速公路上進行了公眾演示，引發全美轟動，獲州政府頒發的“美國亞利桑那州杰出成就獎”。

20世紀80年代，王飛躍教授參與了NASA太空挖掘項目

20世紀80年代，王飛躍教授參與了NASA太空挖掘項目 (NASA Center for Intelligent Robotic Systems for Space Exploration) 。

90年代中期王飛躍教授與卡特彼勒合作，研發了全球第一臺無人駕駛礦卡

90年代中期王飛躍教授與卡特彼勒合作，研發了全球第一臺無人駕駛礦卡。

王飛躍教授繼1992年提出“影子系統” 概念后，于1994年發布首個關于“平行智能”的報告

王飛躍教授繼1992年提出“影子系統” 概念后，于1994年發布首個關于“平行智能”的報告。

“平行智能”體系奠定了“愚公YUGONG”平行礦山操作系統和礦山“元宇宙”的基礎。

小松礦卡

由于海外各主要礦區人力資源稀缺，同時得益于礦山機械領域兩家頭部公司小松、卡特彼勒在數字化、自動化方面的提早布局，礦山自動駕駛的萌芽、發展和落地都明顯早于通用自動駕駛領域。

比如日本小松，2005年就在智利的銅礦進行了自動運輸系統試驗。通過由傳感器、控制器和通訊組件等設備構成的閉環控制系統，實現了礦卡、挖掘機械在一些控制指令之下進行協同工作、及自動行駛。

小松的自動運輸系統AHS，是綜合性的礦山車隊管理系統，涵蓋一系列技術和設備，包括有人駕駛車輛、計算機輔助有人駕駛車輛、遠程控制車輛，以及完全由人工智能操控的車輛。

據小松2021年財報顯示，其共有400余輛裝備了AHS的車輛在全球部署。

力拓聯手卡特彼勒在澳洲鐵礦部署的完全自動駕駛噴灑水車

卡特彼勒從1994年在美國德克薩斯州的一個石灰石采石場運行了兩輛原型為卡特777C 的自動采礦卡車開始，到 2021 年底，在全球運營 500 輛無人駕駛卡車，為其客戶安全運輸超過 40 億噸貨物，并自動行駛了超過 1.45 億公里。

卡特彼勒Cat794 AC無人駕駛礦卡在高速行駛中的避障

上世紀九十年代，王飛躍教授成為了全球最大的工程機械和礦山設備生產廠家卡特彼勒的無人露天采礦項目負責人，其提出的分層智能控制理論和智能挖掘算法分別應用于卡特彼勒無人礦卡和必和必拓無人銅礦淬取項目，獲卡特彼勒技術發明家、必和必拓杰出技術成就獎。基于王飛躍教授的工作，卡特彼勒于90年代研發出了全球第一臺無人駕駛礦卡。直至今日，卡特彼勒仍在繼續發展礦車無人化方案。

2020年國家八部委聯合印發《關于推進煤礦智能化發展的指導意見》

而在國內，2019年被稱為礦區無人化元年，2020年國家八部委聯合印發《關于推進煤礦智能化發展的指導意見》，鼓勵智慧礦山與礦區無人化發展。

在國內，勞動力日漸稀缺，大量礦區的一線工人已經出現年齡斷層，同時，作業安全歷來是各類礦企首要關心的問題，大量礦山經過長期開采后復雜的自然地質條件對礦區安全作業提出了更大的挑戰，而礦區的自動駕駛和各作業模塊的自動化、數字化升級則有望從根本上解決礦區的各種痛點。

無人駕駛礦卡測試

2021年9月，國家能源集團大雁公司（寶日希勒能源）聯合航天重工與慧拓共同開展的極寒型復雜氣候環境下露天礦無人駕駛卡車編組安全示范工程項目順利實現工業驗收。

該項目實現在零下42度極寒工況下， 220噸無人駕駛礦卡5車編組連續運行、全天候不間斷作業；運行時速達到業內最高的每小時40千米，超過有人駕駛規定的每小時30千米，無人駕駛運輸綜合效率不低于有人駕駛；并形成了無人駕駛卡車與挖掘機、遙控推土機、平路機等輔助作業車輛完整的露天煤礦無人運輸作業系統。目前該項目已在無安全員狀態下連續運行超過1年，并在2022年二季度實現了場地開放狀態下，有人駕駛車輛和無人駕駛車輛混編的安全員下車運行，達成了全流程、全天候、全時段的“真無人”自動駕駛。項目對極端環境的克服，不僅僅是對行業技術創新的突破，也意味著無人運輸作業系統在一般環境中的普適性，這將帶來規模化商業應用的巨大潛力。

無人駕駛礦卡

2020年，慧拓助力中煤集團、中煤平朔集團及中煤西安設計院在平朔安太堡露天煤礦建立了國內首個智慧礦山開發測試基地，真實模擬露天礦不同氣候條件下的各種作業場景，詳細驗證了露天礦大型礦用自卸卡車無人駕駛項目的安全性和實效性，打造了我國最早落地“真無人”、“安全員下車”5G+智慧礦山項目，為礦區無人化技術此次在中煤平朔集團礦區的大面積推廣積累了豐富的測試數據和運行場景。

2、腳踏實地

2005~2020年煤礦百萬噸死亡率

2005~2020年煤礦死亡人數

為減少人員傷亡、減輕人員勞動強度，中國采礦業此前數十年經歷了機械化、自動化改造。但同時，頻頻發生的礦難也造成巨大的人員傷亡。“十三五”末，中國每百萬噸煤礦死亡率為0.059人，雖較2016年大幅下降63.6%，但造成兩位數人員死傷的礦難事故仍頻頻發生。隨著5G、人工智能、云計算、大數據等新興信息技術的融合，為建設本質安全礦山，采礦業向數字化、智能化轉型發展已經成為國家戰略方向和行業發展趨勢。

無人駕駛礦卡

國家能源集團寶日希勒項目是極寒型復雜氣候環境露天煤礦無人駕駛卡車編組安全示范工程，實現了“五項第一”：世界首個極寒環境無人礦卡編組運行示范項目；世界首個5GSA獨立組網露天煤礦無人駕駛項目；國內首個200噸級以上無人化改造項目；國內首個實現全天候三班無人化編組運行項目；國內首個實現礦用卡車無安全員編組運行項目。

無人駕駛礦卡

實現無人礦山需要整個礦區多個設備系統共同協同。比如，在采礦中，礦車自動駕駛系統、挖掘機、推土機、輔助車輛等所有采礦設備都需要互聯協同。僅能完成其中某一環的技術改造意義并不大。

智能環境監控系統

“愚公YUGONG”不止是傳統意義的自動駕駛，它是全機型、多礦種、全場景適配的智慧礦山操作系統。在該技術助力下，慧拓在諸多“卡脖子”的關鍵核心技術領域取得重大突破，順利推進了礦山無人化的商業化落地。

而“平行智能”，建立了一個與真實世界礦山場景和無人礦車相對應的虛擬平行礦山，作為整個無人礦山系統的描述系統，無人礦車、挖機的作業全程受到平行管控中心的監管和調度指揮。基于虛擬礦山與真實礦山數據的學習積累，平行管控中心能夠實現對所有無人礦卡設備運行狀態的智能化預測，并實現對無人運輸整個作業流程的安全、高效引導。在必要時，其遠程應急接管平臺也能對異常設備進行安全接管。

“愚公YUGONG”操作系統由云端智能調度與管理系統、礦車無人駕駛系統、協同作業管理系統、無人運輸仿真系統、V2X智能路側協同系統、遠程駕駛系統六大子系統組成，可以幫助礦商實現智慧礦山無人化作業全流程，大幅度降低人工成本，提高生產作業效率，提高競爭力。

國家電投霍林河北露天煤礦有人+無人運輸智能生產調度指揮系統請輸入圖注

傳統來說，礦區無人駕駛領域一直采用先到先行通行規則，以及此后工程師設定的紅綠燈通行規則，這兩者都會導致路口總有礦車停下，均無法很好解決礦區十字路口通行難題。

而依據平行理論的核心理念：“車端感知、云端管控”、“車端簡單、云端復雜”，無人礦車采用中心端智能化調度，可完全避免礦車在交叉口發生停車、排隊、碰撞等現象，比“先到先行”的通行規則能節省近30%的通行時間，大幅度提高作業安全與運輸效率、降低燃油消耗，同時也極大降低了運營成本。

寶日希勒夜間運行的無人駕駛礦卡

在寶日希勒零下42°C的極寒工況下，礦卡要加裝多個激光雷達、毫米波雷達和圖像傳感器，通過算法進行感知融合、補齊盲點，還要進行相應的線控改造，裝載通訊、定位、控制單元，部署無人駕駛軟件。而極寒對這些改造提出了極其苛刻的要求，在零下40-50°C區間，遠低于大量常規器件的工作溫度，甚至會造成設備徹底損壞。

在改造過程中，全鏈路都要應對長時間的極寒天氣，慧拓使用耐受低溫的線材、傳感器，此外對于諸多非標產品，還自主研發了保溫加熱裝置。

東露天礦按照“數字化—自動化—智能化”的順序逐步推進智慧礦山發展

東露天礦按照“數字化—自動化—智能化”的順序逐步推進智慧礦山發展，并于2021年完成國家首批智能化示范煤礦建設。

智能經營管理平臺

這是中煤平朔集團東露天煤礦智能化建設框架，智慧礦山的數字化絕不是一蹴而就的，從智能感知、到智能生產、再到智能控制、乃至智能管理，涉及到海量的子系統，牽一發而動全身。

無人駕駛礦卡

慧拓承接的礦用卡車無人駕駛項目，驗證了其具備提供包括底層線控改造、無人駕駛車端改造和多車編組常態化運營的整體解決方案能力，為后續商業化規模落地奠定了基礎。

無人駕駛礦卡

慧拓與中煤平朔集團合作，在平朔東露天煤礦打造5G+無人駕駛智慧礦山項目，以“1+7+N”的編排化模式，實現了對1臺電鏟、7臺NET200礦用自卸卡車、13臺輔助設備的“采-運-排”全流程無人化、智能化協同作業，實現真實作業場景下具備常態化編組運行能力，這已是慧拓與中煤平朔集團合作的第二個智慧礦山項目。

中煤平朔集團是全國十三個億噸級煤炭基地之一，現有卡特彼勒、小松、日立、北方重工、太原重工等國內外品牌大型礦用自卸卡車200余臺，采裝及輔助設備千余臺。

遠程控制臺

從遠程控制臺的變遷也能強烈的感受到數字化升級在細枝末節之處的人性化。

全新的遠程駕駛系統旗艦版智能遠程駕駛艙具備優秀的人機交互設計理念

作為“愚公YUGONG”平行礦山操作系統應急接管功能的模塊，全新的遠程駕駛系統旗艦版智能遠程駕駛艙具備優秀的人機交互設計理念，配備了符合人體工學的電動自調式座椅、工業級方向盤，靈活開合的屏幕和可調整受力效果的工業級踏板，座椅的高度、與方向盤之間的距離、方向盤與屏幕間的角度均可自動調節，每位中心駕駛員都可以根據自己的身型和使用偏好進行調整，獲得最佳的“駕駛”體驗。?

3、繼往開來

某大型能源集團井工礦巷道內潮濕、昏暗、狹窄的環境

我國煤炭資源分布廣、煤層埋藏深，在數量上井工礦占比高達80%，但開采相對困難，地質環境也更為惡劣復雜。2020年，慧拓便開始布局井工礦無人化，通過一年多的時間內完成了關鍵技術的落地轉化。

慧拓與江西銅業集團有限公司共同打造的鉸接式礦卡自動駕駛項目在城門山銅礦順利通過驗收

近日，慧拓與江西銅業集團有限公司共同打造的鉸接式礦卡自動駕駛項目在城門山銅礦順利通過驗收，成為國內首個鉸接式礦卡無人駕駛項目。

該項目的成功驗收，意味著慧拓實現了鉸接式礦卡無人駕駛技術的國產化，打破了國外工程機械廠商在這一技術上的壟斷地位。

慧拓與陜煤集團合作，在小保當5G+智慧礦區示范項目中，將精確定位及無人駕駛應用于井工礦無人駕駛領域

陜煤集團榆北小保當煤礦是煤炭行業數字化轉型的改革先鋒，慧拓與陜煤集團合作，在小保當5G+智慧礦區示范項目中，將精確定位及無人駕駛應用于井工礦無人駕駛領域，取得多項關鍵技術突破，包括：基于激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達、熱成像相機等傳感器，研發的多源異構融合感知技術可以適應井下巷道弱光照和水汽干擾工況；采用UWB定位、激光SLAM、高精地圖等多項技術，研制的高精度組合定位系統可以實現在無GPS信號環境中的大范圍精準定位。項目旨在形成小保當礦區“智能裝備、智能交通、智能管理”為總體框架的無人運輸完整解決方案，積極推動國內井下輔助運輸系統的智能化改造，助力煤礦生產轉型升級。

兩年時間，慧拓參與了絕大多數全國產能前十名煤礦的礦山無人化項目

兩年時間，慧拓參與了絕大多數全國產能前十名煤礦的礦山無人化項目，更是在冶金、有色、水泥行業也打造了具有標桿意義的商業落地項目。

2020年9月，慧拓攜手世界最大鋼鐵公司中國寶武旗下馬鋼礦業，首開國內冶金露天礦山多臺礦車無人駕駛與有人駕駛混編運行的先河，在業內率先實現了“安全員下車”。

2020年8月，慧拓與云南錫業華聯鋅銦公司合作，滿足了礦區“機器換人”的迫切需求

2020年8月，慧拓與云南錫業華聯鋅銦公司合作，實現了無人礦卡在滇南地區夏季多雨、道路泥濘、冬季多霧氣候條件下的精準控制操作，滿足了礦區“機器換人”的迫切需求。

2021年4月，慧拓攜手金隅集團冀東水泥打造國內水泥行業首個全礦純電動、數字化5G智能礦山無人駕駛項目

2021年4月，慧拓攜手金隅集團冀東水泥打造國內水泥行業首個全礦純電動、數字化5G智能礦山無人駕駛項目，在國家安全生產月中得到了山西省主要領導的高度評價。

2021年開始，慧拓在園區物流與智能網聯建設等多個封閉/半封閉場景展進行商業化落地延展

慧拓依托礦山半封閉場景成功落地經驗和技術積累，2021年開始，在園區物流與智能網聯建設等多個封閉/半封閉場景展進行商業化落地延展。

2021年3月，慧拓與航天科工旗下貴州天馬機電在園區物流領域展開合作，以愚公系統為基礎，實現任務需求驅動的物流車實時監控與綜合調度，顯著提高作業安全和生產效率。

慧拓園區物流解決方案具備可復制性和可推廣性，而從礦山場景到園區物流場景，標志著慧拓正在開啟多場景商業化落地新里程。

（來源：地球能量局）

責任編輯：Keyi

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