中國礦山迎來無人駕駛

史佳慶

在內蒙古自治區錫林郭勒盟勝利一號煤礦，6輛220噸礦用重型卡車組成的作業編組正在不舍晝夜有序地行駛在礦區道路上。每一輛礦用卡車近三層樓高，駕駛室里空無一人。龐大的礦用卡車鳴笛、發車、爬坡、倒車……自主完成裝、運、卸全流程作業。現場項目人員介紹，這種無人作業狀態已經先后在不同的作業平面上持續近半年，其中最長的運輸道路超過3公里。

這是國家能源集團下屬勝利能源在勝利一號露天煤礦實施的無人駕駛項目。作為該項目的技術提供方，北京踏歌智行科技有限公司（以下簡稱“踏歌智行”）創始人兼首席科學家、北京航空航天大學交通運輸系教授余貴珍告訴《瞭望東方周刊》：“相比乘用車場景，礦區場景具有路線簡單固定、低速可控、貨運為主等特性，加上國家政策的大力支持，諸多方面都有利于無人駕駛在礦區的規模化落地。”

“ 相比乘用車場景，礦區場景具有路線簡單固定、低速可控、貨運為主等特性，加上國家政策的大力支持，諸多方面都有利于無人駕駛在礦區的規模化落地。”

勝利一號露天煤礦，位于內蒙古自治區錫林浩特市郊外5公里處、勝利煤田中西部，礦區面積34.36平方公里，煤炭資源儲量近20億噸，屬我國特大型露天煤礦。礦區年平均氣溫2攝氏度，最低氣溫零下40攝氏度以下；春、秋季風沙大，瞬時風速可達37m/s。嚴苛的自然環境對駕駛員的工作構成極大挑戰，不僅嚴重影響生產效率，還導致了安全隱患、招工難等問題。

“長期以來，礦區運輸普遍存在三大痛點。”國家煤礦智能化專家任月龍告訴《瞭望東方周刊》，第一個痛點是，由于礦區環境惡劣，司機老齡化嚴重，年輕司機從業意愿低，招工難、管理難，人工費用也逐年增高。第二個痛點是，司機操作水平不一，各礦車輛調度水平差距較大，效率有較大提升空間。第三個痛點是，礦車車型大、盲區多，因而司機作業易疲勞，常發生安全生產事故。

面對上述痛點，無人駕駛直擊招工難，通過提升智能化水平，突破了“人”的不確定因素，進一步提高了生產作業效率。通過數字化技術、優化管理，無人駕駛降低了不規范作業造成的車輛維修、油耗高、胎損等成本，有利于進一步提升企業效益水平，有助于規避人員傷亡事故，真正實現生產作業的本質安全。

據國家能源局介紹，我國目前已有近400座煤礦在開展智能化建設。中國礦業大學副教授楊健健表示，無人駕駛在礦區的運用，增加了礦山生產與管理者對于新技術應用的信心，提高了安全和生產效率，減少了人為事故隱患等潛在問題。

自2016年起，我國不斷推進礦山智能化進程，國產無人駕駛礦用卡車的研發則經歷了幾個重要階段。

2018年8月，內蒙古北方重型汽車股份有限公司與踏歌智行聯手，對一臺MT3600自卸卡車在世界最大的稀土露天礦山白云鄂博礦區進行了國內第一輛無人駕駛礦用卡車的實測和試運營。

2019年7月，航天重型工程裝備有限公司與國家能源投資集團有限責任公司合作，對礦用卡車進行了無人化升級改造，并在江西銅業股份有限公司城門山銅礦開展了礦用卡車無人駕駛工業試驗運行。

2022年3月底，踏歌智行在國能集團旗下勝利一號煤礦開始實施生產狀態下國內首次L4級無人駕駛。同期，踏歌智行在國家電投旗下霍林河南露天礦、鄂爾多斯永順煤礦等多個核心礦區實現常態化的安全員下車落地。

由此，我國礦山無人駕駛規模化商用開啟。

霍林河南礦無人駕駛礦卡（ 汪青云/ 攝）

如今，在國家能源勝利能源無人駕駛礦卡智能調度室大屏幕上，可以清晰地看到一輛輛礦用卡車有條不紊地行駛于勝利一號礦運輸道路上：采裝、運輸、排土，礦用卡車配合著電鏟、推土機，分別在裝載區和卸載區協同作業。

“相比乘用車場景，礦區需要的無人駕駛技術有所不同。”余貴珍告訴《瞭望東方周刊》。

首先，兩者的環境不同。在礦區進行無人駕駛需要考慮天氣、道路環境和24小時持續作業三要素，這是一個綜合性難點。比如，零下40攝氏度低溫環境，部分設備無法正常工作，需要選用車規級產品以及溫控裝置；礦區存在較大的揚塵、雨霧，容易造成自動駕駛誤檢，需要通過灰塵識別算法，過濾灰塵雨霧的干擾；礦山坡度超過8度的地方，下雨后道路會被侵蝕造成溝坎等。如此情況下要實現安全員下車、完全由礦用卡車自主行駛的24小時持續作業，需要礦山各領域專家的通力合作。

第二個難點在于車輛控制技術。礦用卡車的載重量在200至300噸，煤礦運輸中，存在大量的上下坡，乃至連續長下坡加彎道場景，尤其是重載上坡，要將一輛8米高、8米寬、13米長礦用卡車的橫向控制精準度控制在0.5米，甚至0.3米以內，絕非易事。

第三個難點是，礦區的無人駕駛不是單臺車，而是一個編組、一套系統，是裝載、運輸、卸貨整個過程的無人駕駛運輸。礦區運輸從A點運到B點，是長年累月的無人運輸，需要在平臺上實現從單臺車輛到編組再到系統化的調度管理。

為實現安全員下車常態化，踏歌智行選擇的路徑是全棧冗余，即在感知、定位、通信等多方面采取安全冗余設計。

“我們提出了‘車-地-云’架構的露天礦無人運輸系統架構，搭建的‘曠谷’一站式解決方案涵蓋編隊跟車、防撞避讓、泊車停靠、動態卸載等細分環節，假設部分環節出現故障，它依然能夠正常運作。”余貴珍表示，實現安全員下車常態化后，司機可轉崗至無人車輛后臺控制、車輛檢修等工作，在改善工作環境的同時，為企業創造更多的經濟價值。

進入2022年，無人駕駛進礦區持續受到各大投資者追捧，中金、華泰、金沙基金等多家機構對未來中國礦區無人駕駛市場給出了千億級規模的市場空間預測。

金沙基金合伙人馬開茂表示：“礦區是最適宜L4級無人駕駛商用車大批量落地的場景，潛在市場規模超過千億元。我們認為礦區無人駕駛大規模落地拐點在即。”

據任月龍介紹，國外礦山自動駕駛商業化已超過10年，卡特彼勒、小松等工程機械巨頭，力拓、FMG、必和必拓等礦業集團已經有了成熟的礦山無人駕駛解決方案和運營數據。國內起步較晚，目前主要由踏歌智行、慧拓智能等自動駕駛公司牽頭落地。

國外礦山技術早已成熟，為何國內自動駕駛企業依舊躬身入局呢？余貴珍告訴《瞭望東方周刊》，這是由于國內外的礦山無人駕駛市場存在較大差異。

首先是礦山分布情況差異：國外礦山相對集中，且單個礦山產量巨大，有能力整體改造，而我國的礦山相對分散、大小不同。

其次是客觀條件的差異使得國內外在技術方案常用車體的選擇差異。比如，國外多采用單車售價高達數千萬元、載重100至400噸的大型礦用卡車，而國內多為中小礦山并不適用，一般采用寬體車、后八輪。加之礦業屬于國土安全范疇，這都給了我國自動駕駛企業發展的空間和機會。

任月龍表示，礦區人員對無人駕駛技術的接受度尚需要一定的過程，但市場表現積極看好。

“技術發展是迭代打磨，不斷優化的過程。一方面，要實現‘安全員下車、安全不下車’；另一方面，要實現全礦的運營，只有這兩個方面同時具備了，無人駕駛在礦區才能實現批量的復制，才會真正迎來行業發展的爆發。”余貴珍預測，2023年下半年或會迎來行業的蓬勃發展。