自动化所平行驾驶技术“闯入”极寒矿区

2021 年 6 月 9 日 中国科学院自动化研究所

CASIA

解锁更多智能之美

当前，我国矿山开采行业面临人口老龄化严重、工人转岗率高以及工作环境恶劣等不利因素带来的用工难和成本上升问题，发展极受制约。无人驾驶、5G、人工智能、云计算等新一代信息技术的快速发展，为推动矿山开采行业智能升级提供了有力技术支撑。近年来，在国家政策的大力支持和大型能源集团的牵引之下，智慧矿区建设已经成为采矿行业发展的一大方向，具有重大的建设意义。

以煤矿为例，国家发展改革委、能源局、应急部、煤监局、工信部、财政部、科技部、教育部8部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，要求“到2021年要基本实现掘进工作面减人提效、综采工作面内少人或无人操作、井下和露天煤矿固定岗位的无人值守与远程监控。到2025年，露天煤矿实现智能连续作业和无人化运输。到2035年，各类煤矿基本实现智能化，建成智能感知、智能决策、自动执行的煤矿智能化体系。”面向矿山行业对无人化、智能化的迫切需求以及传统重型机械产业转型升级的重要任务，自动化所围绕矿山特定场景持续发力，推动矿山无人运输、无人驾驶和智能交通管控的技术和平台研发工作，为国民经济“动脉”增效提能。

王飞跃研究员领衔的平行智能技术与系统团队多年来深耕基于ACP的平行智能理论、方法与技术，并积极推动相关成果为国民经济发展服务。团队首创提出的“愚公YUGONG”无人矿山整体解决方案，已应用于国内近20个露天矿，服务煤矿、冶金、有色、水泥四大行业。与传统的单车自动驾驶和网联自动驾驶相比，平行驾驶具备独特的先进性。通过构建和集成软件定义的“描述车—预测车—引导车”系统，可大幅度提升驾驶安全和运营效率，在保证了目标感知的准确性和稳定性的同时，可以灵活进行子系统组合，可适配混编场景与国内外各型矿车。

平行智能技术与系统团队在无人驾驶矿卡测试现场

自动化所围绕“四个面向”扎根战略产业部署的具体生态环境，孵化了慧拓智能这一面向矿山无人化迫切需求的高科技公司，并与之成立“平行驾驶与智能交通联合研究中心”，共同搭建面向自动驾驶领域的高水平产学研合作平台，推动相关领域理论研究、技术攻关、人才培养、成果转化等深化合作，并积极推动相关技术在能源、制造领域的落地应用。

“愚公YUGONG”无人矿山整体解决方案

无人驾驶矿卡在严寒环境下的白班全流程测试

2019年，自动化所与慧拓智能联合研发的无人驾驶矿卡在中金集团内蒙古乌山铜钼矿首发试运行。这是国内首个挺进极寒地区的无人驾驶项目。目前，自动化所与慧拓智能联合参与的国家能源集团（神宝能源）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，是世界第一个在极寒（零下40摄氏度以下）环境下实现大型矿用自卸卡车无人驾驶编组运行的项目。该矿卡编组及有关控制系统已经受住2020年零下42℃的低温考验，且工业性试验以来，无人驾驶系统各项性能不断提升，累计满载运输超过5600多车次，运输土方超过44万立方米，运输里程数超过2.5万公里。经过重重考验的“5G+无人驾驶”矿卡编组计划6月底验收，7月开始工业运行。

该项目将创造五个“第一”：

◆ 世界第一个在极寒（零下50摄氏度）环境下实现大型矿用自卸矿卡无人驾驶编组运行项目

◆ 国内第一个在5G网络下实现大型矿用自卸矿卡无人驾驶编组，且与电铲、遥控推土机实现了智能协同作业

◆ 国内第一个5G网络下实现5台大型矿用自卸矿卡无人驾驶工业性运行

◆ 国内第一个无人驾驶综合运输效率超过有人驾驶的露天矿无人化项目

◆ 国内第一个在极寒工况下实现5G智能遥控驾驶推土机测试及应用

无人驾驶矿卡在宝日希勒露天煤矿运行

无人驾驶的项目推进，给矿区带来了极大改变。相比有人驾驶，采用“愚公YUGONG”解决方案的无人矿山可以将整体效率提高30%、节油15%、轮胎寿命提升40%。以宝日希勒能源的方案为例，仅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。以往，在零下40摄氏度至零下50摄氏度的气候中，矿区工人连续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。这也从根本上杜绝了人员安全事故的发生。

以往使用自卸卡车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。目前，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

平行驾驶技术在宝日希勒露天煤矿的全面应用，标志着我国在无人矿区生产运输智能化的技术自主创新和工程落地方面取得突破性进展，切实推动了矿区作业的“少人则安”和“无人则安”，为无人驾驶在各种不同矿区的落地打下了坚实基础，进一步验证了无人驾驶在矿区落地的可行性。

截至当前，矿区无人化解决方案已布局在内蒙古、山西、陕西、江西、安徽、新疆等主要矿区的智慧矿山生态联盟建设，并与国家能源集团、中煤集团、中国宝武马钢集团、大唐集团、江铜集团、中国黄金集团等顶级能源公司和矿企达成深入合作，将推动行业标准的形成，加速中国矿业生产无人化、智慧化的进程，助力我国智慧矿山技术进入国际领先技术行列。