一方面，礦山環境惡劣，開采深度增加，地點偏遠封閉，無人化需求迫切；另一方面，礦山機械運作單一，重復性操作，是機械自動化與智能化的合適場景。慧拓智能機器有限公司正在研發的礦山無人化管理系統以及端到端的礦區無人運輸解決方案能夠在降低單車改裝成本的前提下實現集群化的運營管理，讓礦山運輸更安全高效，將加速我國礦山開采向智能化轉變的進程。

自動駕駛技術作為汽車產業變革的發力點，不僅成為了國內外眾多傳統車企轉戰的重點，也是各大互聯網巨頭關注的焦點之一。然而，無人車在公共道路開放場景的商業落地正面臨著諸多瓶頸。復雜的交通標志、道路參與者難預知的行為以及性能不穩定的硬件設備等都是無人車走向城市道路的阻礙因素。對此，中國工程院鄭南寧院士就曾表示，“目前智能汽車在實現復雜交通場景的周密感知，理解外部車輛的‘預行為’，對‘意外遭遇’的及時應對等五個方面仍面臨著巨大挑戰”，“無人車上路至少得十幾年”。

盡管業界研發L4級自動駕駛汽車的熱情持續高漲。但目前L4級汽車相關的核心零部件大多達不到車規級，全世界也還沒有合法生產上路的L4級汽車。在剛剛過去的IEEE IV2018大會上，加拿大滑鐵盧大學人工智能與無人車聯合研究中心執行主任曹東璞教授也提到“雖然現在比較容易就能攢出一輛所謂的L3級自動駕駛樣車，但要真正實現L3級智能車大規模量產，仍需邁過多道坎，做L4就更難了。”

應用場景是自動駕駛下一步突破的關鍵

今年3月份的Uber無人車事故為自動駕駛汽車的城市路測敲響了警鐘，開放道路中的不確定性成為困擾無人車上路的一個巨大難題。早在2014年，SAE International（國際汽車工程師協會）就制訂了一套自動駕駛汽車分級標準，將其分為L0-L5幾個等級。國內借鑒SAE的劃分，也對應分了幾個等級。行業內有專家認為SAE分級之外，有必要再加一個維度，就是按照地域再行劃分，也就是地理圍欄（Geofence）的概念。地理圍欄進行了Geo1~Geo5的簡單分級，Geo1：無人、低速、車流少的場景，如停車場、礦山等；Geo2：無人、高速、車流少/少人、低速、車流少的場景如：公司園區或長途高速公路；Geo3：少人、低速、車流大/無人、高速、車流大的場景，如：城市簡單道路或近郊的高速公路等；Geo4：少人、高速、車流大/人多、低速、車流大的場景，如：城市高架路或市中心道路；Geo5：人多、雜亂的交通環境，如：城鄉結合部的道路。隨著數據的積累以及技術的提升，無人車可行駛區域從Geo1：礦區無人車到Geo5：基本沒有圍欄，逐步放大區域并最終實現自主駕駛，顯得更加科學。所以，在自動駕駛未能駛上高速高路之前，在地理圍欄之內選擇合適的應用場景，被認為是自動駕駛下一步突破的關鍵。

礦區將是無人車最先落地的商用場景之一

7月1日，在2018 全球人工智能與機器人峰會上，中科院自動化所復雜系統管理與控制國家重點實驗室主任、中國自動化學會副理事長兼秘書長、青島智能產業技術研究院院長王飛躍教授一語中的：“到采礦現場看一看，那里惡劣的環境，你就會發現，礦山場景是人們對無人駕駛應用的真正剛需?！?/p>

我國是資源大國，已探明有儲量的礦產159種，礦山十萬多處，目前主板上市的采礦公司有60多家。礦山的開采及運輸主要依靠國內勞動力優勢，環境、安全、效率等問題一直是制約采礦業持續發展的重要難題。為提高生產率、降低成本和應對勞動力短缺，急需智能化無人化技術提升行業能力。

國內外礦山機械的無人化均處于初級階段。20世紀90年代中期，國外采礦工程師就開始嘗試使用自動化設備，目前已經發展成以運輸卡車無人駕駛為龍頭的自動化采礦階段。自動控制鉆機-穿孔作業、無人駕駛礦用卡車、GPS卡車調度系統、邊坡位移實時監測等已經應用嫻熟，較為知名的公司有：Caterpillar、Komatsu、Hitachi 等。美國伊利諾州卡特彼勒礦業技術解決方案總工程師邁克爾墨菲說：“礦區生產需要更少的人在現場，當全天候運營時，由于疲勞，不可避免地產生人為錯誤。由此產生的人身安全、工期延誤等問題，嚴重影響了生產率。” 同時，由于礦區生產環境惡劣，長期機械重復性的工作，盡管為工人們提供了不菲的薪水，在某些崗位上仍有很大的勞動力缺口。

當然，國內礦山機械的智能化也取得一些進展，通過借助計算機網絡實現信息化礦山，對礦山設備進行管理控制，同時將與礦山安全、生產等相關的信息數字化，并有機地結合，建成一個礦山信息管理系統，用于管理礦山。但在礦山無人化、無人化運輸等方面應用較少。慧拓智能是國內目前為數不多的切入礦山無人化以及重型機械智能化的公司之一。該公司以“平行駕駛，平安出行”為理念，在今年3月18日發布了“車端感知·云端管控”的平行駕駛3.0系統，目前已經與國內多家大型龍頭重工企業建立合作。

慧拓智能機器有限公司副總裁王健，曾多次深入考察露天煤礦，“條件非常艱苦”是他對礦山工作的評價。“人開著礦卡沿著整個山頂盤旋著一圈一圈下到坑底，然后剝離土方，再一圈圈上去，開到排土場再把土倒掉，工作環境很惡劣?！蓖踅≌f，礦區作業環境比較危險，但工作路線比較單一，這樣的封閉場景就很適合無人駕駛，而以現在平行駕駛汽車的技術水平，完全能勝任這樣場景下的工作。

平行駕駛應對礦山挖掘四大難題

礦區環境相對城市道路封閉可控，而且人煙稀少，是發展無人化作業得天獨厚的優勢，但實際應用并沒有那么簡單?；弁刂悄軝C器有限公司副總裁王健總結道：“礦山實現無人化，主要有四大難點：

一是工況下傳感器難以正常工作：礦區灰塵大，一般攝像頭不起作用，一鏟下去有很多揚塵，這些揚塵會覆蓋住攝像頭的鏡片，一般會按質量好的外殼，把鏡頭露出來，雷達也是這樣的，會做防塵罩，會避免碎石、揚塵對它的傷害。

二是GPS信號弱：礦區周圍障礙物多，GPS信號弱，對機械設備的導航系統、傳感器融合技術具有更高的要求。

三是通信安全問題：礦山地域廣闊，環境惡劣（有的礦井比較深），需要合理的設計選擇通信設備跟通信方式，保證信息傳輸的安全性、可靠性。

四是需要車間協助配合：無人礦車不只是實現無人駕駛，還有很重要的挖機和礦卡之間的配合等操作，不同車輛的配合顯得很關鍵。

慧拓智能無人礦山集群化運營方案示意

同時王健也指出“裝載時，無人礦卡需要準確地停止在裝載，挖機也需要對鏟斗實現精確的控制，因此采用合適的控制算法，保證控制精度也是需要考慮的一個關鍵。礦用卡車上做無人駕駛，單臺車其實早就可以實現了，但如果整體提高礦山的安全和效率，最關鍵的還是在集群化運營?！?/p>

慧拓智能機器有限公司正在研發的礦山無人化管理系統以及端到端的礦區無人運輸解決方案能夠在降低單車改裝成本的前提下實現集群化的運營管理：無人礦卡由控制中心管理控制，為每輛車指定運輸路線，車輛通過接收無線指令以合適的速度按照目標路線運行, 根據行駛路線、自身位置、周圍環境等信息，自動行駛，完成裝載、運輸、卸載的循環運作流程由挖掘機來引導礦卡至正確的位置進行裝載，挖機機手可根據360全景影像、挖掘位姿影像等數字化輔助功能更加方便的挖掘，挖機機手挖掘完成后，挖機可實現鏟斗的自動卸料，并自動回到上一挖掘點。卸載時，也有對應的設備引導無人礦卡進行卸載，這樣就實現端到端整個的解決方案。

另外，公司引入國外先進的無線mesh網絡通信方案，實現礦山內的無線通信，保證通信的可靠性、安全性。控制中心通過網絡通信，把無人礦卡、挖掘機及整個生產線串聯起來，實現高效精密化作業，在正常作業過程中，車車、車與控制中心之間都能形成即時通信，確保車輛的正常運行。

據慧拓智能CEO陳龍博士也透漏：“慧拓智能把無人駕駛首先落地在特定場景，在2017年初就與世界工程機械排名前十的國內大型集團企業達成了面向無人礦山量產的戰略合作，做無人礦山機械及管控平臺。由于礦山除了礦本身以外還牽扯到如何把無人礦卡挖出來的礦運走，也是特定場景下大物流的概念，我們和東風汽車簽署了一個量產無人駕駛物流商用車的合作。近來，公司也在與陜汽集團、山東兗礦等大型能源公司以及華為、移動、聯通等移動互聯網公司洽談合作，進一步完善整體運營方案。整個2018年，慧拓智能將有6000多萬合同入賬?！?/p>

慧拓智能，助力礦山無人化與智能化運營

人類駕駛員需要定期休息，但無人礦卡一年365天，每天運行近24小時，僅需要停止加油和定期維護等。澳大利亞力拓采礦公司使用無人駕駛卡車后，運行成本比駕駛人類的車輛便宜約15％，自動化運輸車隊的使用最大限度地減少了延誤與維護，并延長了輪胎壽命，降低了燃料消耗相關的成本。從生產率的角度來看，自動鉆機與人工鉆機相比，由于更少的中斷（例如換班）導致停機時間縮短了10％。據了解，我國礦山運輸行業有2000多家，總計運輸車輛20萬臺以上，大約需要配備40萬名司機來駕駛，在礦區實現無人化運輸，每年將節省數以億計的勞動力成本，這里潛藏的巨大的行業需求不言而喻。

慧拓智能針對智能礦山的解決方案，通過實現礦山機械的無人化，將極大地提高設備的使用效率，減少人為誤操作以及倒班時間，降低勞動成本；利用網絡通信，增強了車與車之間協作，增加了能源產量，提高了生產率；獨創的中央平行管控系統隨時監測輪胎、電機等部件的運行，延長了配件壽命，減少了燃油費用，降低了保養成本。通過礦區無人機械的集群化運營，將催動巨大的行業需求。