據(jù)新戰(zhàn)略無人駕駛產(chǎn)業(yè)研究所調(diào)研,近年來,采礦業(yè)受環(huán)境環(huán)保政策不斷加緊、以及礦車司機招聘困難,整體要素成本持續(xù)上升等因素影響,產(chǎn)業(yè)智能化升級迫在眉睫,尤其是無人駕駛技術(shù)的應(yīng)用,被寄予厚望。
成本高。據(jù)統(tǒng)計,礦區(qū)重卡的油耗百公里達到了900升,滿載爬坡不能一次性完成,在中間必須要涼車。并且礦上司機們的工資每年都在不斷上漲,平均工資在1萬-3萬中間。每臺礦卡配備2-3名司機,一個年產(chǎn)200萬噸-400萬噸的中型煤礦大約需要80-120臺礦卡,共計需要約160名-360名司機。
安全性有待提升。地下(井工)開采礦山墜罐、跑車等較大以上提升運輸事故屢有發(fā)生,一旦出現(xiàn)事故導(dǎo)致人員傷亡,無論對于司機個人的生命、家庭,以及礦區(qū)都將造成巨大的損失。礦區(qū)要被關(guān)停數(shù)月乃至一年,其所負擔的經(jīng)濟損失和風險都是難以計算的隱形成本。
環(huán)境惡劣,招工困難。礦區(qū)工作環(huán)境十分復(fù)雜惡劣,高噪聲、高粉塵,工作內(nèi)容枯燥,當前大部分年輕人愿意從事這份工作的概率低,而技術(shù)嫻熟愿意從事這一工作的“老司機們”往往都已經(jīng)成家立業(yè),無法承受如此高危的工作。
以上諸多因素導(dǎo)致了礦區(qū)無人駕駛需求具有現(xiàn)實性與緊迫性,對于礦區(qū)這種短距離、固定場所、高強度的施工作業(yè)來說,無人駕駛技術(shù)的實用價值相當高、突破性意義也非常大。礦區(qū)無人駕駛技術(shù)是推進智能礦區(qū)建設(shè)的一個關(guān)鍵點之一,通過車載自動駕駛子系統(tǒng)、車地無線通信子系統(tǒng)、地面管理子系統(tǒng)的有機協(xié)同,可實現(xiàn)礦用卡車“裝、運、卸”作業(yè)過程的完全無人自主運行。作為智能礦區(qū)重要組成部分之一,礦區(qū)無人駕駛技術(shù)可以從根本上解決駕駛?cè)藛T的安全問題,降低人力成本,并能極大地提高礦區(qū)生產(chǎn)效率。
新戰(zhàn)略無人駕駛產(chǎn)業(yè)研究所了解到,僅中國礦區(qū)運輸類無人駕駛市場規(guī)模就達3000多億元,礦車無人化前后端改裝的市場規(guī)模也在3000多億元,未來甚至?xí)霈F(xiàn)爆發(fā)式增長。但無人駕駛技術(shù)是否能解決當前礦區(qū)運輸存在的種種問題,又是否真的能走向規(guī)?;膽?yīng)用?下文將主要從以下三個方面闡述礦區(qū)無人駕駛產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況:
礦區(qū)無人駕駛發(fā)展歷程及落地現(xiàn)狀;
礦區(qū)無人駕駛規(guī)?;瘧?yīng)用難點及挑戰(zhàn);
礦區(qū)無人駕駛賽道入局者及競爭格局;
發(fā)展現(xiàn)狀——起步晚,處于小規(guī)模測試階段
無人駕駛礦車的發(fā)展起源于國外,上世紀80年代,美國卡特彼勒開始了無人駕駛自卸礦用卡車的研發(fā),1996年正式推出自動化礦用自卸車,2005年,日本小松開始進行礦區(qū)自動化運輸實驗,2008年開始商業(yè)化運營部署。這兩大主機廠都是利用自動駕駛技術(shù)讓自家的礦車更好賣。
國外礦區(qū)無人駕駛代表企業(yè)
與國外相比,國內(nèi)對于礦區(qū)無人駕駛的探索起步較晚。洛鉬集團三道莊礦,在 2017 年開始在國內(nèi)率先運用無人采礦設(shè)備,但采用的是遠程操控模式,且4G網(wǎng)絡(luò)下延時較長,并不能發(fā)揮無人駕駛的優(yōu)勢,2019年開始使用5G,效果有所提升。
2018 年 9 月包鋼集團、踏歌智行、北方股份、航空航天大學(xué)、中國移動、華為合作簽約,共同推進世界最大的稀土露天礦山白云鄂博礦無人駕駛項目,2018 年 11 月踏歌智行在白云鄂博礦區(qū)完成了 MT3600B、NTE150t 2 臺大型礦卡和 1 臺同力 90 t 寬體車的無人化升級改造和礦車無人駕駛管理系統(tǒng)開發(fā),實現(xiàn)了不同廠家、不同噸位車型混合編組測試運營的重大進展。
2018年,城門山銅礦啟動智能化礦山建設(shè),是我國首家使用無人駕駛礦用車的有色露天礦山,其無人礦車還實現(xiàn)與全球首臺大馬力 5G 遠程遙控推土機的聯(lián)合作業(yè)…………
運礦路徑圖
從2018年開始,國內(nèi)對于礦區(qū)無人駕駛的探索逐漸增多,一些礦區(qū)先后與工程機械廠商及無人駕駛方案商等展開合作,開始小批量的測試。據(jù)新戰(zhàn)略無人駕駛產(chǎn)業(yè)研究所統(tǒng)計,目前落地的無人礦車數(shù)量有200多臺。
國內(nèi)部分礦區(qū)無人駕駛應(yīng)用情況(新戰(zhàn)略無人駕駛產(chǎn)業(yè)研究所整理,本表粗略統(tǒng)計)
從上表中可以看出,當前國內(nèi)對于無人駕駛礦車的應(yīng)用目前大部分仍處于測試階段,進入常態(tài)化運營的并不多,單個項目應(yīng)用的無人礦車數(shù)量都在10臺以內(nèi),其中有些項目中礦車屬于遠程操控狀態(tài),并未實現(xiàn)真正的無人操作。
從不同礦區(qū)應(yīng)用需求來看,目前礦區(qū)礦類有金屬礦、建材礦(沙石、土)、煤礦,其中煤礦是在礦產(chǎn)業(yè)中需求量最大,也走在無人駕駛技術(shù)應(yīng)用的前列。
從應(yīng)用場景看,礦區(qū)運輸分為露天及井工礦,據(jù)礦用卡車自動駕駛公司路凱智行介紹,針對礦區(qū)市場的無人駕駛企業(yè),還是以露天場景為主。據(jù)新戰(zhàn)略無人駕駛產(chǎn)業(yè)研究所調(diào)研,露天礦運輸基建投資總額約占礦山總基建費用的 60%左右,運輸車輛主要有大型礦卡、同力寬體自卸車和后八輪。目前無人駕駛改造的車型也主要是同力寬體車改造與大型礦卡車,相對來說,同力寬體車單車價格更低,替換周期快,改造成本和難度也會較低。
同力寬體車和大型礦卡車使用情況對比
離規(guī)?;瘧?yīng)用還有多遠?
礦區(qū)無人駕駛的前期測試正在逐步推進,但目前而言,礦區(qū)無人駕駛要想全面鋪開,還存在以下問題有待突破:
1)礦區(qū)無人駕駛配套技術(shù)、管理水平、基礎(chǔ)設(shè)施滯后。無人駕駛系統(tǒng)需與智能化開采技術(shù)、先進的礦區(qū)管理水平及網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)施等進行相匹配,從而保證其正常運行。例如當前礦區(qū)的運輸及作業(yè)流程其實都是根據(jù)有人駕駛設(shè)計的,原先人工駕駛的自主性很大,現(xiàn)在更換為無人駕駛了,需要考慮無人駕駛的情況下,怎么讓無人作業(yè)更順暢,這些都是需要無人駕駛技術(shù)供應(yīng)商跟礦企一起協(xié)作解決的。
2)礦山對新技術(shù)的接受需要時間。由于種種條件的限制,礦山行業(yè)本身帶有一定的保守性,對無人駕駛等新興技術(shù)的接受需要一定時間。目前而言,大部分礦企還處于觀望狀態(tài),有些進行試點測試的企業(yè)也要看運輸?shù)男适欠衲軌驖M足期望值才會考慮后續(xù)的規(guī)模應(yīng)用,所以,市場尚在培育期,需要一定的時間。
3)應(yīng)用成本較高。無人駕駛技術(shù)需利用 5G 低延時、高速率的優(yōu)勢進行遠程操作控制。但是目前 5G 基站建設(shè)成本較高、覆蓋區(qū)域小,幾乎每 100 m 就需要建設(shè) 1 個 5G 基站,這對于小型礦區(qū)無疑是筆大的費用。此外,車體智能化改造的成本目前也較高,一般的寬體車改造成本幾乎與車體價格持平,高昂的改造成本也會降低礦企改造的意愿。
4)無人駕駛核心技術(shù)突破的難度較大。無人駕駛是設(shè)備智能化的終極體現(xiàn),它集中運用了工程機械、通信技術(shù)、人工智能及自動控制等技術(shù),是典型的高新技術(shù)綜合體。在整個生產(chǎn)過程中,生產(chǎn)調(diào)度管理員應(yīng)盡可能減少干預(yù)無人駕駛設(shè)備的運行。礦區(qū)無人駕駛的技術(shù)難點就是人工智能程序的編制,這對全球現(xiàn)有的人工智能技術(shù)是很大的考驗。
5)各類無人駕駛產(chǎn)業(yè)資源分散不聚焦。目前,礦區(qū)無人駕駛發(fā)展的格局呈現(xiàn)出 2 種趨勢,傳統(tǒng)工程機械生產(chǎn)廠家更傾向于漸進式自動化,以漸進自動駕駛的方式逐步提升施工作業(yè)體驗,而新興高科技公司以人工智能方式進入完全自動無人駕駛,是在傳統(tǒng)工程機械的基礎(chǔ)上直接跨越到以無人駕駛。前者依靠的是長期積累的整車經(jīng)驗和在自動控制領(lǐng)域的核心優(yōu)勢,后者則是借由人工智能的大力發(fā)展整合傳感器、感知算法、計算平臺等技術(shù)以實現(xiàn)跨越式的發(fā)展。在目前的發(fā)展技術(shù)水平下,2 種發(fā)展方式各有利弊,雙方有各自的營銷方式但深入合作不夠。
那么,什么時候能真正實現(xiàn)無人礦車的規(guī)模化應(yīng)用?路凱智行相關(guān)負責人表示,規(guī)?;瘧?yīng)用的關(guān)鍵在于產(chǎn)業(yè)鏈上下游相關(guān)技術(shù)能夠進一步成熟:
硬件:傳感器價格、傳感器環(huán)境耐受滿足礦山無人駕駛要求,主要是高低溫、震動、耐久;車規(guī)級芯片算力不斷提升、價格趨于合理。行業(yè)控制器廠商在礦山方向的投入一段時間后設(shè)計制造能力大幅度提升,控制器產(chǎn)品能夠滿足礦山環(huán)境要求。
軟件:車端開源、商用無人駕駛軟件框架在不同場景下的使用成熟,能夠滿足礦山低速場的要求,各種感知、控制、規(guī)劃、決策算法得到充分驗證。輔助云端的全局調(diào)度、安全等算法無人駕駛?cè)鞒淌芸亍?br />
整車:寬體車環(huán)境適應(yīng)性,安全性,線控功能進一步完善。
規(guī)程:礦山業(yè)主對無人駕駛運輸?shù)墓芾矸椒芭涮资┕ひ?,會針對無人駕駛進行技術(shù)改進。
市場競爭格局
目前礦區(qū)無人駕駛市場商業(yè)模式主要有兩種:技術(shù)服務(wù)與運輸服務(wù)。前者指自動駕駛相關(guān)改裝費、前裝銷售分成以及平臺運營費,測算對象主要為礦區(qū)運輸車擁有自動駕駛能力所額外誕生的市場,不包含傳統(tǒng)運輸車整車銷售所對應(yīng)的市場;后者指礦區(qū)自動駕駛公司直接提供自動駕駛運輸服務(wù)。
礦區(qū)無人駕駛的需求前景吸引了一些企業(yè)相繼入局,針對礦區(qū)無人駕駛的需求特點打造了相應(yīng)的解決方案。如慧拓智能、路凱智行、踏歌智行、得到運通、伯鐳科技等。
國內(nèi)主要礦區(qū)無人駕駛企業(yè)(新戰(zhàn)略無人駕駛產(chǎn)業(yè)研究所整理,本表粗略統(tǒng)計)
慧拓智能
作為中科院自動化所青島技術(shù)產(chǎn)業(yè)研究院孵化的一家高新技術(shù)企業(yè),慧拓智能擁有以礦區(qū)無人運輸云端機群系統(tǒng),無人礦車系統(tǒng),挖機/電鏟協(xié)同作業(yè)管理系統(tǒng),礦區(qū)無人運輸仿真系統(tǒng),遠程駕駛系統(tǒng),V2X車路協(xié)同感知系統(tǒng)等為代表的核心技術(shù)產(chǎn)品。慧拓智能世界首創(chuàng)的“愚公”平行礦山解決方案目前已經(jīng)被國內(nèi)多個露天礦區(qū)落地應(yīng)用。自成立之初,慧拓智能便將自動駕駛技術(shù)聚焦于礦山場景的落地運用。無人化礦卡,半自動化挖掘機,智能化機群管理調(diào)度系統(tǒng)是目前慧拓智能的智慧礦山框架。
路凱智行
路凱智行作為由國內(nèi)知名投資機構(gòu)順為資本、中關(guān)村發(fā)展前沿基金及達泰資本投資的“國家、中關(guān)村”雙高新技術(shù)企業(yè),首創(chuàng)的新型智能網(wǎng)聯(lián)礦山無人駕駛整體解決方案結(jié)合露天礦生產(chǎn)管控、設(shè)備管控、礦山安全,通過云平臺對廠區(qū)工作機械進行管理。在管理過程中使用高精度地圖、北斗定位、5G低延時通信、車載冗余安全等技術(shù),配合自主研發(fā)的各種AI調(diào)度算法,可實現(xiàn)全天候全作業(yè)場景覆蓋保障礦山生產(chǎn)穩(wěn)定持續(xù),軟件平臺采用北斗高精度地圖技術(shù)實現(xiàn)沉浸式情景交互體驗,具有高效率智能調(diào)度算法及預(yù)防性安全保障技術(shù);感知算法基于圖像、點云、雷達的感知融合算法解決了灰塵、路面不平等造成的誤識別;基于RTK、IMU、輪速計、激光SLAM的融合定位算法解決了定位失效的問題;挖機、裝載機指點??俊⒌V車動態(tài)路徑規(guī)劃算法,解決了裝卸載區(qū)變化頻繁的礦山實際需求。
踏歌智行
踏歌智行是一家專注于礦用車無人駕駛技術(shù)研究、產(chǎn)品開發(fā)和無人礦山整體工程化解決方案設(shè)計及實施的高新技術(shù)企業(yè)。在鋼鐵領(lǐng)域,踏歌智行在白云鄂博交付了全國第一個全礦無人駕駛項目,單礦總運營無人駕駛礦卡近20臺。在煤炭領(lǐng)域,踏歌智行項目已落地國電投霍林河、國家能源平莊煤礦、國家能源神華北電、包鋼白云鄂博鐵礦、海螺水泥、紫金巨龍、鄂爾多斯永順煤礦等。公司擁有目前國內(nèi)最大的無人駕駛運輸運營車隊,上半年聯(lián)合北方股份中標平莊大型露天礦24臺無人駕駛新礦卡項目,該項目總標的3.96億元,也是迄今公開招標的最大單體項目。
易控智駕
2018年易控智駕成立,同時在這一年,易控智駕完成了廠區(qū)內(nèi)無人駕駛的全流程測試。2019年,易控智駕開始向礦區(qū)無人駕駛真實工礦測試,并在這一年完成了無人駕駛智能調(diào)度云平臺“蜂群指揮官”的上線,年底,易控智駕在礦區(qū)投入了4臺完整編組的無人駕駛礦車。2020年中旬,易控智駕在礦區(qū)投入的無人駕駛車輛達到了12臺。作為一家新成立的無人駕駛科技公司,易控智駕的礦用無人駕駛系統(tǒng),露天礦無人駕駛集群管理平臺,礦用車無人駕駛技術(shù),V2X通信技術(shù)等智能無人駕駛,管理體系為解決礦區(qū)的開采作業(yè)提供了相對完整的解決方案。
伯鐳科技
伯鐳科技的智慧礦山解決方案集成了無人駕駛系統(tǒng),工程機械遠程控制和調(diào)度系統(tǒng),三維可視化展示系統(tǒng),對礦山進行信息的可視化管理,從而實時監(jiān)控人員,車輛,設(shè)備的工作狀態(tài)。并且,通過在礦山建立大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中心,基于可視化數(shù)據(jù),協(xié)助管理者實時調(diào)度礦用車輛和工程機械的場景布局。目前,伯鐳科技打造了國內(nèi)單項目最大無人駕駛車隊(30臺無人駕駛礦車),在煤礦、有色金屬礦、黑色金屬礦及砂石礦全品類都有成功案例;擁有全國最大的自動駕駛礦車生產(chǎn)和測試基地。2020年實現(xiàn)全天候無安全員生產(chǎn),在內(nèi)蒙古烏海市礦山投入了5臺自動駕駛礦用自卸車用于土石方剝離,伯鐳科技還計劃在該礦投入100臺無人駕駛礦用自卸車,實現(xiàn)整個礦區(qū)的無人駕駛運輸。
優(yōu)控智行
優(yōu)控無人礦車智慧作業(yè)調(diào)度協(xié)同管理系統(tǒng)主要由實時數(shù)據(jù)采集、傳輸系統(tǒng)、礦區(qū)無人化集群生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度協(xié)同管理、調(diào)度系統(tǒng)管理終端、礦山環(huán)境三維建模與實時優(yōu)化、無人駕駛單車智能系統(tǒng)、多通信組合系統(tǒng)、遠程駕駛模擬系統(tǒng)搭建等部分組成。今年5月,由優(yōu)控智行、北京科技大學(xué)、內(nèi)蒙古白音華煤礦、邁寶礦業(yè)聯(lián)合打造無人礦車項目成功上線。項目中無人礦車以優(yōu)控自動駕駛域控制器為核心,北科大提供路徑規(guī)劃算法仿真,由優(yōu)控完成車輛工程化改造和自動駕駛調(diào)試,并利用優(yōu)控開發(fā)的智慧調(diào)度系統(tǒng)實施管理協(xié)同,最終完成的無人礦車達到各方預(yù)期目標。
盟識科技
盟識科技于2018年5月正式啟動運營,面向露天礦山等行業(yè),自主研發(fā)“云、邊、端”遞階架構(gòu)解決方案,為客戶提供智能運輸作業(yè)系統(tǒng)解決方案與運營服務(wù),包括模塊化環(huán)境感知系統(tǒng)、高精全工況定位系統(tǒng)、高性能決策控制器、車輛域控制器、生產(chǎn)調(diào)度平臺、云服務(wù)平臺等關(guān)鍵技術(shù)。盟識科技采用了經(jīng)典移動機器人控制技術(shù)與人工智能新技術(shù)的混合型遞階模塊架構(gòu),以保持系統(tǒng)可解析性,同時,以深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)增強系統(tǒng)各模塊柔性處理能力,實現(xiàn)系統(tǒng)本質(zhì)安全與智能化。
希迪智駕
針對礦區(qū)場景應(yīng)用,希迪智駕基于公司自動駕駛軟件系統(tǒng)打造了新一代純電無人礦卡。無人礦卡搭載華為MDC計算平臺,由寧德時代動力電池提供動力支持,由希迪智駕提供整體自動駕駛解決方案,在理想工況下,該礦卡最高可節(jié)省90%的人力、運營成本,實現(xiàn)礦山運輸車輛的無人化和電動化。純電無人礦卡由于無需人力操作,其運行成本只有電費和維護保養(yǎng)兩項,在水泥和砂石骨料礦山工況下,一年的平均電費只需5萬左右,同時因為電動車結(jié)構(gòu)簡單幾乎免維護,其一年的維護保養(yǎng)費用也只需約1萬,兩項合計僅在6萬左右,無人純電礦卡取代傳統(tǒng)有人燃油礦卡后,最高可節(jié)省92%的運營成本。
躍薪智能
2015年開始,躍薪智能由礦山爆破工作轉(zhuǎn)向,開始著手嘗試無人礦山的項目,從近程遙控,遠程操控,到17年,躍薪智能便已經(jīng)在礦區(qū)實現(xiàn)了使用單車無人駕駛技術(shù)進行開采作業(yè),在這期間,躍薪智能礦用車由柴油燃料升級為電力驅(qū)動。同時,躍薪智能也是國內(nèi)首個成功將5G技術(shù)應(yīng)用到礦山開采領(lǐng)域的智能駕駛創(chuàng)業(yè)公司,2019年初躍薪智能集團成功用5G代替原有的4G技術(shù),使得整個無人開采技術(shù)得到質(zhì)的飛躍,并實現(xiàn)月開采量達到50萬噸的產(chǎn)能。這是國內(nèi)首次將5G技術(shù)應(yīng)用到礦山開采領(lǐng)域,為提高礦區(qū)無人車的安全性和開采效率做出了很大貢獻。
得到運通
專注于工礦企業(yè)智能無人化系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)、裝備制造、系統(tǒng)集成與投資運營,以增程式電動解決方案高效、低成本快入切入礦山場景,采集礦車駕駛數(shù)據(jù)進行駕駛模塊訓(xùn)練,逐步升級成為智能無人駕駛平臺。大量采集駕駛數(shù)據(jù)用于機器學(xué)習(xí)、優(yōu)化算法。深度理解礦山場景及礦山需求,結(jié)合特定場景要素設(shè)計無人駕駛解決方案。
除了上述企業(yè)外,還有西井科技、拓疆者智能等無人駕駛企業(yè)擁有礦區(qū)自動駕駛解決方案,諸多創(chuàng)業(yè)公司的進入加劇了行業(yè)的競爭,但也正是這種競爭,不斷推動著技術(shù)的變革以及落地應(yīng)用的加快。
2021年12月29-31日,“2021中國低速無人駕駛產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)展年會暨無人車場景生態(tài)共建拓展大會”將在蘇州舉行,屆時會有行業(yè)專家專題報告,重點講解礦區(qū)無人駕駛解決方案的研究。