无人驾驶正悄悄改变云贵高原的矿山
qju 发表于 2024/05/10 21:54 一品 人文历史 (www.ywpw.com)
云南怒江兰坪县，在一座大型矿山的开采道路上，一辆辆矿石运输车辆在压实过的路面穿梭，将数十吨刚开采出来的矿石运送到下个工序。这些上百吨的重型车辆，偶遇突起的地形会减速通过，当行至急坡也能平稳而行...
“这组矿车都是无人驾驶的，我们已经有一个编组在运行，它们与远程控制的挖掘机一起开采着这座露天矿山。”金鼎锌业副矿长蒋新艳介绍。
金鼎锌业处于云贵高原，是亚洲最大的在产露天铅锌矿山，也是驰宏科工的无人矿山项目孵化平台。近年来，国内头部矿山企业在平原和人迹稀少地区，开展了大量无人驾驶技术的探索。但在云贵高海拔、低温的山区，无人驾驶尚属首次。而且，由于我国大量金属矿分布在类似的地区，因此该项目对整个行业来说，具有相当重要的意义。
项目负责人，驰宏科工党支部书记郑彦超表示，我们选择在最恶劣的环境下试验，如果成功了，就表明无人驾驶技术可以在其他有色金属矿山复制和推广。因此，该项目也吸引了华为、中国移动等国内科技与通信行业巨头的参与，它们也希望一起探索。
极限挑战
兰坪最高海拔2750米左右。虽然在云贵高原不算极限高度，不过，驰宏科工和华为的工程师们，在矿区要面对的挑战却都是极限。
首先，项目位于矿山的一侧坡面路段，总长仅3.2公里。但上百吨、近4米宽的无人驾驶矿车，就需要面对“V”字形的大坡道、90度大曲率拐弯、6米宽窄道双向通行调度、与非连接的坡道不停车调度等四大难关。
“第一次开着越野车来到这里，我都捏了一把汗，9%的坡度，一上一下加上凹凸不平的泥泞路面，有种被抛出去的感觉。”华为常驻现场的项目工程师天泽说，还有大曲率拐弯，从矿车的司机位置上看，旁边就是悬崖，对人的心理压力极大。
不过，人工驾驶很难驾驭的这些路段，对无人矿车而言已经是常规操作了。他透露，无人驾驶的矿车上安装了巡航轨迹规划模块，能够根据地形特征，自适应调整车速，而且工程师针对上下坡各种急刹停车、直角转弯和超窄的路段，做了相当多的算法调优工作。最终的目的是保证车辆在一个合理的速度下稳定、安全通行。
除了地形挑战，工程师们还要解决无人车辆、有人车辆、远程控制的挖掘机混合编组，在全路段、全流程的稳定运行、协同作业的难题。天泽介绍，驰宏科工和华为共同提出的解决方案中，已经考虑到这些问题。
例如，在无人车辆调度方面，我们用了一个云平台，相当于矿区的统一的大脑，对多车进行路径整体规划，避免车辆之间的冲突。规划路径中除了包含轨迹点的坐标外，还包括各个关键节点的行驶速度、预期到达时间，以及车辆需要用到的控制模式等。保障车辆在作业区尽可能均匀分布，避免拥堵。
从技术指标来看，金鼎锌业矿区的大脑支持全矿无人化调度运营，满足全矿无人化的需求。“当然，这只是理论，要适应高原的复杂气候和地形环境，还有很多调试工作要做。”天泽补充道。
驰宏科工的现场工程师李晨旭自立项就在矿区了，他说，“到了7、8月份，兰坪就会进入雨季，矿区经常停工停产。”他说，因为下雨不仅会阻挡司机的视线，而且矿区路面变得泥泞不堪，路线经常需要调整。对无人驾驶车辆也是一样的，平稳地跑起来也挑战极大。
驰宏科工和华为的工程师给出了一个解决方案。
首先，在无人车辆的控制层面，通过对运输道路关键指标分析，利用3D路况模型构建、行进中车身的包络线仿真，通过相关的算法实现精准、高效的控制。
其次，通过大数据基础设施以及规模化生产系统应对矿区复杂多变的场景，绘制能够不断维护更新的高质量地图。
李晨旭直言，“技术层面已经可以应对，就等兰坪雨季到来的考验。”
大势所趋
驰宏科工和华为在金鼎锌业的无人驾驶项目启动于2023年，其背景是全国矿山智能化的浪潮。
2017年到2019年，国务院发布了《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》《新一代人工智能发展规划》等相关政策。2022年工业和信息化部、国家发改委、自然资源部发布了《有色金属行业智能矿山建设指南（试行）》，指出：在矿山已有自动化、信息化建设基础上，推进物联网、大数据、人工智能、5G、边缘计算、虚拟现实等前沿技术在有色金属矿山的应用。
从企业发展的角度来看，矿企的生产经营面临安全、招工、效率三大挑战，通过智能化转型，实现无人矿山也是一项迫切的任务。由于地处偏远、工作环境较为恶劣，常为高海拔、低温、招工难，而且矿山从业者老龄化严重，年轻人从业意愿极低，存在严重的年龄断档。
与此同时，当前各地矿山的生产运输效率整体偏低，但是成本却在持续上升。比如，面临矿山设备综合利用率普遍不足；车辆调度效率差，燃油成本高；车铲协同率低，生产数据无法实时更新，配矿计划无法达到最优，造成品质下降等问题。
面对这些行业的共同挑战，在2022年，驰宏锌锗在中国铜业的指导和支持下，发布了《驰宏锌锗“十四五”信息化、智能化专项发展规划实施方案》，计划率先把金鼎锌业打造成国内领先的智能矿山，实现露天采剥运装备大型机械和装备的无人化。
此时，项目的实施方驰宏科工引入了华为，希望通过华为30多年ICT技术积累，同时把近几年来，华为与国能集团、山东能源集团、陕煤集团等头部煤炭企业在矿山智能化建设的成功经验，带到金鼎锌业的孵化平台。
郑彦超表示，打造智能化矿山，不仅能提产增效，体现以人为本、以生命为本的精神，而且能够促进企业的全面升级、提升综合竞争力。此次露天铅锌矿山的无人驾驶实践在国内尚属首例，承载了我们和华为在探索金属露天矿智能化发展路径的重要使命。
他山之石
虽然我国的矿山智能化建设如火如荼，但是与世界发达国家相比，差距依然明显，特别是效率方面。
比如，西方某发达国家公布数据显示，2010年该国露天煤矿雇员人数为28709名，全员劳动生产率为9.46t/h（即：吨/小时）；2017年该国露天煤矿雇员人数相比2010年减少了25.08％，降至21509名，但平均单工开采效率却提高到了10.92t/h，增长幅度达15.43％，“减人增效”显著。
2018年8月，力拓公司（Rio Tinto）开始在澳大利亚Koodaideri矿启动全球首个“纯智能化矿山”项目，并在2021年完成改造。该矿的生产系统将由一个遍布着机器人、无人驾驶矿车、无人卡车、无人钻机、无人火车的智能设备网络所组成，成为真正的无人化智能化露天矿。
事实上，在金鼎锌业的矿区，驰宏科工与华为的工程师们也在朝着这个目标加班加点。李晨旭指着从另外一个方向开过来的矿卡，笑着说，“现在调试任务很重，加上雨季快到，五一节日，我们都别想放假了。不过，等两三年后，这里也许就很难看到人了，在山下办公室的系统上，就能开采、运营整座矿山。”
而在郑彦超眼里，金鼎锌业的无人驾驶项目孵化只是第一步，他表示，“不仅在高原，中国还有很多金属矿山在环境恶劣的偏远地区，智能化转型任重道远。我们希望推动这些安全、高效的生产技术落地，普惠矿山行业。”他透露，下个更具挑战的高原无人化矿山已经在规划中。