大國競爭靠工業，工業競爭在智能。在國家相繼出臺“中國制造2025”“新一代人工智能發展規劃”等一系列政策措施推進我國工業智能化轉型的背景下，礦業作為關系我國經濟命脈和能源安全的重要基礎產業，智能化是其發展的必由之路，可從本質上提升礦山企業的核心競爭力，從而推動我國礦業向安全、高效、經濟、綠色與可持續的目標發展，在日益激烈的市場競爭中脫穎而出。

　　國外礦山無人駕駛技術研發起步早，目前已實現規模化應用。放眼全球，美國的卡特彼勒、日本的小松把控著全球主要的無人駕駛礦卡市場，其中的澳大利亞成為無人礦卡的“試驗田”，并在首次引入無人礦卡之后一步步深入與卡特彼勒和小松的合作。

　　采礦行業作為我國發展歷史最久，經歷了機械化、規模化的重大歷史變革，成為整個規模最大、技術水平最成熟的國家支柱行業。近年來煤炭行業與其他制造業一樣呈現出三大特征：一是生產效率增長逐漸放緩甚至趨于停滯，二是勞動力嚴重短缺，成本也迅速攀升，三是高污染高耗能的問題日益嚴重，資源環境壓力使成本優勢逐漸喪失，所有的粗放式發展方式難以為繼。各企業積極探索基于信息化、智能化、網絡化的技術變革，在精益管理、降本增效等方面取得一定的成效。

　　隨著國內礦主的投入意愿逐漸增強，且逐漸意識到礦用無人駕駛是礦業的剛性需求；無人駕駛公司技術能力逐步提高、數據逐漸積累；主機廠車身可靠性和智能化程度逐步提高；5G商用在國內對比國外的巨大優勢；國外有商業樣板作為經驗參考；資本市場逐漸向細分可落地場景布局傾斜等等結合在一起，形成了礦用無人駕駛在國內落地的基礎。

5G+無人駕駛系統圖

　　2019年被稱為礦區無人化元年，2020年八部委聯合印發《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。為了突破國外技術和硬件壟斷，國內多家企業已開展自動駕駛礦用卡車、遠程遙控挖掘機等相關技術研發與應用示范，目前都處于試驗與試商用階段。

　　截至2021年1月底，國家能源集團16個智能化煤礦示范工程已開工建設;智能化采煤工作面已建成25個，計劃年底建成65個;智能化掘進工作面已建成10個，計劃年底建成43個;智能化選煤廠已建成5個，計劃年底建成19個;5個露天煤礦已開展無人駕駛礦用卡車現場測試，1個露天煤礦已實現5臺220噸無人駕駛礦用卡車編組重載運行;已研發應用5類21種煤礦機器人。

　　在上灣煤礦建成世界首套8.8米超大采高智能工作面，在錦界煤礦建成國內首個數字礦山示范礦井，在大柳塔煤礦建成世界首座智能煤礦地面集中控制中心。寶日希勒煤礦實現世界首個極寒工況“5G+無人駕駛”卡車編組重載運行。黑岱溝及哈爾烏素露天煤礦率先在爆破作業中上線北斗定位和智能布孔系統，依靠安全保障系統實現自動預警和智能剎車等主動安全駕駛功能。通過數字化實現無人化、少人化，有效提升礦山安全生產水平。

小松  構建AHS的商業優勢

　　上世紀末，隨著技術的不斷變革，小松研發的自動運輸系統——AHS便有了雛形，小松也成為全球較早嘗到自動運輸系統甜頭的企業之一。截至2020年底，小松共有221輛裝備了AHS的車輛在全球部署。

　　所謂AHS，即小松的自動運輸系統，是一個綜合性的礦山車隊管理系統，2008年首次在智利銅礦實現商業化部署。小松全球業務發展總監Brian Yureskes曾經表示，自動化系統中有一系列技術和設備，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。

　　AHS由裝備了高精度定位能力GPS系統的車隊監測中心管理，為每輛車指定運輸目的地，車輛通過接收無線指令以合適的速度按照目標路線運行，卡車由GPS、控制中心無線指令(信息)和其它導引裝置來確定車輛在礦山的準確坐標以及周圍的情況，使得自卸車能在無人操作的情況下實現復雜的裝載、運輸和卸載循環的自動運行。

　　AHS具備有人駕駛卡車和自動化卡車協同工作的能力，依靠FrontRunner和Dispatch量大系統來實現。其中，FrontRunner負責車輛操作和導航，Dispatch負責車隊管理、位置跟蹤和生產力優化，二者相結合從而實現效益的最大化，被喻為左腦和右腦。

　　使用FrontRunner實現自動化需要在卡車駕駛室座椅后方安裝一個控制箱，還有用于Wi-Fi和LTE連接的無線天線、GPS定位的一組陀螺儀、雷達、激光器。使用FrontRunner進行卡車操作和交通控制，常常會遇到以下幾個場景：自動卡車交互、有人駕駛車輛交互、防撞探測系統(CDS)、障礙探測系統(ODS)、緊急停車按鈕(ESB)。簡言之，FrontRunner能夠安全地操作每一輛自動化卡車，同時還要跟蹤它們以及該區域內全部有人駕駛車輛的位置，避免發生碰撞等事故。

　　以有人駕駛車輛交互為例，一輛無人駕駛車輛和有人駕駛車輛交互時，FrontRunner對這兩種車輛進行跟蹤、并掌握它們的行駛、會車和停車等運行狀況，系統根據此信息和有人駕駛車輛的位置進行自動操作和交互管理。

　　而Dispatch通過使用定制的硬件和軟件，可優化卡車在裝載點和卸載點的任務分配，能生成操作員報告。同時，在AHS的運營中，中央控制中心通常有2名操作人員，監測著幾個顯示屏并不斷同采坑內人員通信聯絡。據悉，當一座礦山卸載點和開采位置在AHS系統中全部建立并完成定位后，一名訓練有素的操作人員通常可以運行最多達30輛卡車。

　　這種經過精密計算的系統，不僅有效的提高了運營效率，同時也可延長工作時間、減少人工成本。另一方面，優化的自動控制系統減少了車輛的突然加速或緊急轉向，使得輪胎使用壽命同比提高40%。業內數據顯示，與傳統的運輸方式相比，自動運輸系統可降低15%以上的裝卸成本。

卡特彼勒  智能采礦科技助力安全、高效采礦

　　在礦區無人駕駛方面，卡特彼勒旗下的Cat^® MineStarTM（礦山之星）系統可以通過車隊、地形、探測、健康和命令五大智能模塊，更好地幫助客戶管理從物料跟蹤到車隊、設備健康、無人駕駛等各方面。通過使用傳感器、車載激光雷達和雷達系統等技術，CAT 無人駕駛礦用卡車在礦山實現全天候無人駕駛，為客戶安全移送物料已達10億噸，將近3500萬公里。在2013年卡特彼勒部署了首批6輛商用無人駕駛卡車，現在已經有超過150輛，幫助近十家礦業公司運輸鐵礦石、銅和油砂。

　　“Cat^® MineStarTM （礦山之星）的自動運輸系統已證明了其對采礦客戶的價值。這體現在卡特彼勒無人駕駛車隊在實現10億噸運輸量的速度上。卡車生產效率和利用率的提升、穩定的運營和成本降低為礦業公司帶來極大好處，他們的車隊快速發展壯大、產量持續增加。”卡特彼勒技術研發有限公司產品經理Sean McGinnis表示。

　　而在今年，卡特彼勒宣布，使用智能采礦技術的無人駕駛自卸車運輸量增加了10億噸，實現累計運輸超30億噸的里程碑。對于此次取得的突破，卡特彼勒MineStar解決方案總監吉姆·霍金斯表示：“自從超過運輸20億噸的里程碑，我們為更多的礦山配備了無人駕駛自卸車，并建立了世界上第一個由該系統控制運輸的的黃金開采場。”

　　如今，無人駕駛車隊主要由Cat^® 793F卡車組成，載重量為227噸。卡車型號的范圍也正在擴大，卡特彼勒已經開發并正在部署無人駕駛Cat^® 797F（363噸有效載荷）和Cat^® 789D（181噸有效載荷）卡車。

日立  深扎工業互聯網 構建礦區無人駕駛壁壘

　　日立集團成立于1910年，其前身則是久源礦業日立礦山的電機修理廠，雖然業務領域始終不斷拓展，但日立在能源的淵源從未中斷。如今，在備受矚目的礦區無人駕駛領域，日立也逐步走上了商業化的路途。

　　此前，日立與澳大利亞電力公司合作，在距澳大利亞東部布里斯班內陸約100公里的Meandu煤礦建立了一個無人駕駛的試驗場，以測試配有中央控制系統、傾卸卡車模擬器和三輛配置了混合仿真器的傾卸卡車。其中自卸卡車是EH5000AC-3型號，挖掘機是EX3500。2021年初，無線網絡的提供商Rajant和澳大利亞日立建機合作，通過在澳大利亞煤礦中使用自主運輸系統來提高運營安全性和生產率。Rajant首席執行官羅伯特·謝納透露，“在我們與日立共同在澳大利亞的煤礦部署中，目前有6輛自動拖運卡車正在生產。”2020年至2021年，Rajant將其規模擴大到超過45輛。

　　目前，日立正在為自動運輸系統進行開發和測試，以實現礦用自卸車的無人駕駛、自主操作。而車隊管理系統在世界各地的露天煤礦都有廣泛的安裝跟蹤記錄，系統功能已從單純的自卸卡車調度管理擴展到支持礦山的各種操作任務，包括從優化自卸卡車的維護到根據要生產的物料或礦石含量的百分比估算采礦質量和產量。值得一提的是，車隊管理系統在日立工程機械的自主運輸系統的基礎上扮演著重要角色。

　　在礦區方面，日立的目標是比肩卡特和小松，雖然在這方面日立并不占優勢，起步時間也晚于兩者，但日立十分清楚自己的優勢所在，大數據、AI以及混合模擬技術等才是自己進軍礦區無人駕駛的著力點。只有在工業互聯網、物聯網等領域深扎，才能構建礦區無人駕駛的壁壘。

準能集團  鏈接上下游推動礦用車輛無人駕駛

　　準能集團“露天煤礦礦用自卸車無人駕駛系統”科技創新項目于2018年5月被國家能源集團批準立項。2019年，該公司與航天重工、株洲中車達成最終合作意向，由兩家公司無費用各承擔一臺礦用卡車的無人駕駛系統研制，并在黑岱溝露天煤礦和哈爾烏素露天煤礦開展工業性試驗。

　　該項目通過搭建一套包括地面控制中心系統、車地無線通信系統、車載控制系統等完整的無人駕駛控制系統，實現礦用自卸車“裝、運、卸”典型作業過程的完全無人自主運行，并能夠與鉆機、電鏟、推土機、平路機等露天煤礦作業關鍵設備配合工作。

　　從2020年6月18日起，由航天重工研發團隊開發的無人駕駛系統開始在930E礦用卡車上實施現場改造，先后完成整車線控化改造、無人駕駛車載傳感器安裝、作業區域地圖采集與制作、無人駕駛循跡行駛測試、機群系統與無人礦卡協同作業調試等工作。目前，改造后的車輛已在全程3.6公里的測試區域內實現前進、后退、轉彎、上下坡、裝載和卸載等無人駕駛功能。

　　據航天重工自動駕駛系統項目經理丁國徐介紹，額定載重290噸的930E電動輪自卸礦用卡車是目前全球最大的無人駕駛礦用卡車。針對該車的自動駕駛系統，現已完成自動行駛功能，下一步研發團隊將為它裝上“眼睛”和“大腦”，以精準識別道路上的障礙物。

　　而作為項目甲方，為了加快實施進度，準能集團成立了項目管理小組，多家單位和部門共同參與、通力合作，分別負責項目全過程管理、安全管理、采礦方案制定、改造設備技術資料提供、礦用自卸車和裝載設備提供、維修人員和密閉場地提供、協調無人駕駛項目網絡接口等各項工作。同時，從2020年7月起，項目管理小組每周召開推進會，協調解決項目一周實施過程中出現的問題。

　　據了解，黑岱溝與哈爾烏素兩個露天煤礦現有礦用自卸車200臺，司機配置800余人。近年來，露天礦運輸作業存在招工難、效率低、運營成本高等難題，人工智能的發展為此提供了全新的解決方案。

　　礦用車輛無人駕駛技術能夠有效提升露天煤礦現有運輸裝備工作效率，最大限度降低人員的參與，特別是在惡劣環境和天氣下，在降低人工成本、改善職工作業環境的同時，減少安全事故的發生，帶來較大的經濟效益和社會效益。 

(責任編輯：休魚）