上世纪90年代末期,东方发达国家就开始研究智慧矿山技术,无人驾驶矿用卡车在多个国家陆续实现商业化应用。国际大型矿山企业如FMG、力拓和英美资源集团也纷纷启动了智慧矿山项目。
中国矿产资源丰富,已探明的大中型露天矿区超过1000处。预计到2025年至2030年,中国的矿区运输类无人驾驶车辆市场将快速增长,市场规模有望突破6000亿元。近年来,政府出台了一系列支持智慧矿山发展的政策,在科技、产业和金融等方面全面支持矿山升级,行业内也成立了一系列创新联盟,推动矿业智能化水平不断提升。
[5G+无人驾驶技术在矿山领域的商业化应用最有可能率先成熟。]矿区道路通常不规则、弯道多且视线盲区大,容易导致事故频发。例如,内蒙古白云鄂博的一个矿区有52个弯道,坡道多且道路狭窄,曾一年发生过6起事故。该矿区自50年代开采以来已有近70年的历史,开采深度达423米,从这么深的地方运输矿石难度极大,人工多车协同作业效率低下。矿区司机普遍患有尘肺病、胃下垂、腰椎间盘突出等职业病,招工困难,多数工人年龄偏大,人力成本逐年上升,因此矿区对无人操作的需求非常迫切。
针对这些痛点,一套包括云端调度管理、车联网通讯、车载智能终端、辅助车辆智能终端和路侧单元在内的5G矿山运输无人驾驶解决方案应运而生。这套方案实现了智慧矿山端、边、云的整体覆盖,从根本上避免了人员伤亡,并具备广泛的适用性,可以适应煤矿、金属矿、石灰石矿等多种类型矿山的采运工艺。为了满足中国矿区特性的自卸车和宽体车需求,一些新技术公司还开发了专有的驾驶机器人和线控混合驾驶技术,以适应各种车型和矿区环境。这些无人驾驶产品既可以在新车出厂前预装,也可以对现有车辆进行现场改造,涵盖了大型矿用自卸卡车、宽体自卸卡车、普通自卸卡车等不同品牌和型号的矿山运输主力车型。
无人驾驶技术从2000年开始发展,到2020年5G技术普及,大致经历了20年的时间。2020年被认为是无人驾驶商业化的元年,尽管突如其来的疫情给许多行业带来了严峻挑战,但5G技术的应用使得信息交互的能力在矿山场景下得到了更大发挥,5G加持下的无人驾驶技术在矿区等生产运输环境中的商业化应用迅速推进。
在神宝动力露天煤矿的生产现场,5台无人驾驶矿用自卸卡车依次自动与挖掘机对位卸车,实现了装运排一体化运行,标志着世界首个极寒工况5G+220吨无人驾驶卡车编组项目进入了满载工业性试运行阶段。
在新疆准东开发区的神华准东露天煤矿和天池动力南露天煤矿,5G+智慧矿山无人驾驶技术成功调试运行,标志着全疆5G+智慧矿山无人驾驶技术率先在准东开发区落地。
5G+智慧矿山无人驾驶系统主要由云端运营监控平台、5G+4G通信系统和车端无人驾驶系统组成。通过这些系统,无人驾驶矿车可以完成完整的作业流程,包括倒车入位、挖掘机装载、装载完成后离场、重载爬坡、精准停靠、自动卸料、轨迹规划、自主绕障和小物体防碾压等“采、运、排”作业过程,实现了设备远程控制和采场作业的自动化和无人化,提高了露天煤矿生产的效率和安全性。
目前,神华准东露天煤矿已经建设了5座5G基站,覆盖面积约4平方公里,配备了一台斗容4立方米的液压挖掘机和6台无人驾驶卡车组成一个编组进行生产作业;天池动力南露天煤矿则建设了4座5G基站,覆盖面积约3平方公里,配备了同样的挖掘机和4台无人驾驶卡车组成一个编组进行生产作业。
据预测,中国的5G无人驾驶矿车产业整体市场规模有望达到数百亿至千亿级别。然而,目前无人驾驶矿车的价格较高,矿区环境复杂,工程实施难度大;技术、成本、规模和工程能力是相关企业面临的严峻挑战。当然,挑战也是机遇,中国制造蕴含着无限可能性。中国的矿山智能化进程任重道远,国家的“新基建”政策正以新的发展理念引领基础设施建设,5G相关的新技术不断涌现将为各行业带来新的体验和新的机遇。无人驾驶技术的创新正在颠覆露天采矿行业,让我们对智慧矿山的未来发展充满期待。