无人驾驶“闯入”极寒地区

神华宝日希勒露天煤矿(以下简称“神宝煤矿”)位于内蒙古呼伦贝尔草原中部，正在建设“5G无人驾驶”的未来矿区。2021年1月8日，神宝煤矿一辆编号为2207的白色无人矿车24小时行驶。卡车转弯倒车后，准确的停在了坡路边缘，开始向路边坑底部倾倒土方。如今，神宝煤矿每天都在上演这样的场景。为了实现严寒气候下的无人驾驶，神宝煤矿的“5G无人驾驶”突破了诸多困难，最终完成了一套完整的露天矿无人运输作业系统。

目前，智能矿山建设正成为能源行业的热点之一。国家到地方的相关政策频频出台，各大矿区都在积极推进智能矿山建设。作为智能矿山的关键环节，大型矿用卡车的无人驾驶技术也迎来了发展机遇。航天重工董事长郭劲松表示，如果2019年是矿区无人驾驶的第一年，那么2020年将进入大发展阶段，预计2021年将有更多项目落地。

基于国家能源集团智能矿区建设规划，2020年5月，神宝能源联合航天重工、惠拓启动了极端寒冷复杂气候环境下露天矿山无人车编组安全示范工程，对5辆220吨MT4400电动轮矿用自卸车进行了无人化改造，配套WK-35电铲、推土机和洒水车、平地机、指挥车等辅助车辆，形成了露天矿山无人运输作业的成套作业。据报道，该项目是全球首个在极冷(-50摄氏度)环境下的大型矿用自卸车无人编组作业项目，也是国内首个5G网络下的5辆大型矿用自卸车工业无人作业项目。

作为国家能源投资集团煤炭行业的重要大型煤矿，国家核定生产能力3500万吨/年，日装运输能力10万吨以上。而申宝煤矿所在的呼伦贝尔，夏季可达48摄氏度，冬季最低可达零下50摄氏度，日平均气温也低于零下30摄氏度。通常极冷的天气会在12月到明年3月间间歇性出现。极端寒冷的天气条件限制了煤矿的开采。

神宝煤矿负责机电工作的技术员鲍伟伟表示，在冬季寒冷的天气环境下，矿卡经常发生机械故障，维护任务繁重，需要技术员进行持续的维护和维修。虽然这些矿用卡车是进口车辆，但它们不是极端寒冷天气的产品。因此，为了使卡车适应当地的气候和环境，技术人员需要进行调整并采取一些保温措施。神宝煤矿副主任徐旭表示，极端寒冷的天气将影响矿区的装卸车和其他设备，并缩短一些部件的使用寿命。

如今，露天煤矿新连接的无人运输系统已经针对极冷的天气进行了改造，并使用了各种耐低温部件。在本项目中，航天重工股份有限公司主要负责矿用卡的改造，改造矿用卡的线控系统，如转向、制动、牵引(电驱动)、提升、照明等。并安装无人传感器、控制器、通信和定位设备，还部署无人系统软件。“无人驾驶采矿卡上安装使用的所有部件都需要进行耐低温测试，合格后才允许使用，保证无人驾驶能够在源头适应极其寒冷的天气；同时，在主要部件上还增加了加热装置，防止设备在极冷的条件下工作。”

惠拓研究院副院长高宇表示，如果各矿区无人值守工程难度达到10级，神宝露天矿极端寒冷复杂气候环境下无人值守卡车编组安全示范工程

从某种意义上来说，在最复杂的地理环境和气候条件下，实现无人运输系统的着陆已经成为行业内的标杆，它所构建的行业壁垒最终会推动行业标准的形成，进一步验证无人着陆在矿区的可行性。

随着无人化矿卡改造技术的日益成熟，一张矿卡从开始改造到完成一张矿卡的改造需要十天。

在徐旭看来，无人项目的推进给矿区带来了巨大的变化。过去，在-40至-50的气候条件下，矿区工人需要连续工作。如果在露天煤矿使用自卸车运输岩石和煤炭，一天24小时三班制，每台设备至少需要四名司机轮班工作，换班时间约为一小时。工作条件艰苦且效率低下。

随着神宝煤矿运行的矿用车辆无人编组，只有一名安全员可以坐在调度室管理这些无人采矿卡。据介绍，安全员在无人车厢内要做的工作主要是观察周围环境，观察车辆行驶情况，如有问题及时反馈，最大限度的保证无人矿车的安全运行。

“无人化生产作业从根本上杜绝了人员安全事故的发生。在后期的运营过程中，我们会继续加大无人系统的管理和人员培训力度，希望真正做到矿山的绝对安全。”申宝能源表示，五辆卡车无人化工业运营后，预计每年将节省约571万元，增加运输量50万吨。

同时，在项目过程中，航天重工、惠拓等项目组开发了应对当地特殊气候和地质条件的相关技术，推动了矿区自动化技术的进一步发展。例如，基于虚拟和真实交互的矿区无人运输模拟测试技术，实现了极端工况、危险场景和系统极限测试，保证了无人系统的安全性、稳定性和高效性。

高宇介绍，项目模拟试验结合实际地形条件从2D升级为3D。“这项技术在行业内也处于领先地位。无论是车辆的大小、行驶速度、行驶环境，慧拓搭建的模拟试验都大大提高了真实性，为真实场景操作提供了坚实的基础。降低项目的试错成本。”

从矿卡转型

到算法系统的搭建，从人才的培养到科技公司的技术输出，矿山无人化已然形成了完整的产业链。虢劲松介绍，矿区无人化之所以会在这几年取得明显发展，一是因为5G、大数据、云计算、感知等新技术的快速发展；二是经过几年的实践，无人驾驶的技术也更加成熟；三是在国家创新驱动的大背景下，在国家能源集团等国企、央企的牵引之下，需求呈现出爆发式增长。行业数据显示，中国矿区运输类无人驾驶有3000多亿元的市场规模，矿车无人化的前后端改装亦有3000多亿元的规模。矿山无人化已成为一个坐拥6000亿元市场的新兴行业。

随着行业的发展，无人驾驶车辆端改造的标准、系统的安全性规范、无人驾驶的运行规范等亟须制定。虢劲松指出，矿区也面临适应无人驾驶下矿区运行的改变，需要逐渐摸索出无人化运行的管理规范。而在对矿区无人驾驶的评价领域，亦须有相关的标准去评价某一无人驾驶项目是否优质。