行业案例 | 以技术创新筑基，中科慧拓首创性突破水泥行业无人化桎梏

    2021年4月份，金隅冀东水泥与中科慧拓、中国联通共同打造阳泉冀东水泥5G+智慧矿山项目，基于一期项目无人化建设的显著成效，以及中科慧拓成熟的技术方案和高质量、标准化的交付流程，二期项目金隅冀东水泥继续携手中科慧拓，推进矿区全矿无人化进程，并于去年完成验收，冀东水泥董事长姜英武和金隅集团总经理刘宇在调研期间，对无人驾驶的运行稳定性和流畅性给予了高度肯定。

    目前，该项目真正实现了全天候常态化下安全员无人化作业，是我国水泥矿山行业首家实现全矿纯电动、数字化、绿色智慧矿山示范项目，项目成果的可复制性与推广性极强。

     客户诉求：建设本质安全矿山，以科技赋能新质生产力

    国务院发布的《十四五数字经济发展规划》中指出，到2025年数字经济将迈向全面扩展期。我国水泥行业作为中国经济发展的重要支柱，是传统行业推进数字化转型的关键领域。阳泉冀东水泥积极响应国家对水泥行业数字化、智能化的要求，依托人工智能、大数据和无人驾驶等先进技术，努力提升矿山作业安全的同时，降本增效，夯实高质量发展根基。

    阳泉冀东水泥矿在进行智能化升级过程中，面临着多项难题：

    1. 铲装设备位置不断变化

    露天矿山铲装设备是不断移动作业的，矿上的挖掘设备在生产作业时需要经常移动，其绝对定位与相对姿态都处于不断变化的状态。当设备位置发生变化时，如何快速且高效的确定装载点位置，成为无人化改造要面临的一大难题。

    2. 矿区地形环境复杂且区域变动频繁

    阳泉冀东水泥矿区地形条件复杂，其道路多弯、坡度大且含泥量大，当无人驾驶卡车通过后，平整困难，其中装载区平整度更差，卸载区面积小且有山体；同时，矿区场景内部分区域变动频繁，也为地图的更新频率提出了更高的要求。

    3. 山体遮挡信号

    相比其他露天矿而言，阳泉冀东水泥的破碎站正好建设于山体旁边，山体对5G和GNSS信号造成一定遮挡，如何解决山体对信号传输的影响，是实现无人化建设的难题之一。

    4. 破碎站对GNSS信号的遮蔽

    基于环保要求，本项目的破碎站采用全遮挡方式建造，当车辆进入破碎站时惯导无法接收GNSS信号，当车辆出破碎站时恢复GNSS信号也需要很长时间，这也成为阳泉冀东水泥5G+智慧矿山项目建设的最大难题。

    技术创新：以“愚公YUGONG”尖刀，打破水泥行业无人化“坚冰”

    本项目矿山地形环境具有普遍性，通过成功解决各项问题，为项目规模化复制提供经验及数据支持。

该项目依托中科慧拓“愚公YUGONG”平行矿山操作系统，突破性地解决了车铲智能协同、车辆智能调度、复杂地形自适应、破碎站无/弱GNSS环境下精确导航定位和快速切换等水泥行业智慧矿山建设痛点问题，保障了无人驾驶矿车的安全、稳定、高效运行，进一步提升阳泉冀东水泥矿区的智能化建设水平和日常生产管理效率。

    阳泉冀东水泥5G+智慧矿山项目主要应用了以下六个方面的创新技术：

    1.世界首创的基于虚实互动的矿区无人运输仿真测试技术

    中科慧拓提供的矿区无人运输仿真系统，除了可以对自动驾驶各项功能算法、云端智能调度与管理系统进行功能测试外，还同时具备对矿区自动增量式更新模拟、人机共驾仿真、虚实互动仿真、极端天气的环境感知与湿滑道路下的车辆控制仿真、远程应急接管功能验证、传感器配置方案测试验证等功能。

    2.无/弱GNSS信号环境中的高精度定位及快速切换技术

    面对信号遮挡、山体多径效应等因素导致的，破碎站GNSS系统信号不稳定问题，中科慧拓采用激光SLAM定位技术和差分组合导航、轮速计进行融合，通过SLAM技术预先构建高精度点云地图实现厘米级定位，利用EKF技术将SLAM定位结果与差分组合导航、轮速计进行融合，实现无GNSS信号时无人驾驶卡车的实时位置和姿态解算。目前该技术已应用于多个水泥矿无人化项目。

    3.矿区复杂工况高效交通调度技术

    由于存在辅助车混运，且装载区、破碎站、停车场和道路交通规则存在差异，矿区自身也存在道路换向行驶等自定义通行规则，需要高效交通调度保证生产安全和运行效率。中科慧拓采用基于新颖的分层搜索CBS求解多智能体冲突调度，基于路权冲突区域管理的复杂工况交通调度技术能够对生产作业车辆进行有人车与无人车混编协同控制运行、路口安全会车、多车装载卸载排队执行和道路交通安全管理，通过配置交通规则、路权规则、路权冲突区域，指导无人运输卡车编队行驶，使无人驾驶车辆有序行驶。

    4.矿山高精度地图快速更新技术

    露天矿山作业区域是一种随开采作业面而不断变化的半动态地形环境，中科慧拓提出的矿山高精度地图快速更新技术，可以实时描述地形变化。其中，地形管理模块以无人宽体矿车车载传感器为数据来源，无需冗余设备（如数据采集车）采集地图数据，并支持多车众包数据采集，相比单车采集大大提升了制图效率。

    5.全方位的本质安全技术

    为360°保障露天矿无人运输实施过程中的人员与设备安全，避免因无人驾驶系统导致的人员安全事故，车辆侧翻、刮碰、失控、跌落等安全事件、以及网络入侵造成的安全事故的发生。中科慧拓设计了全方位、立体化的安全性保障措施，主要包括无人运输仿真、云端安全管理、通信安全、车端安全管理、全方位通讯防护、供电冗余、驾驶模式冗余、其他辅助措施等。分别通过智能化安全调度、极端工况仿真模拟测试、全方位技术方案冗余、驾驶模式冗余、多层次多级别故障监测与安全处理机制、全方位通讯防护体系、专职安全员配备等多个方面采取相应安全措施。

    6.高实时性智能卸料协同感知技术

    宽体矿车体型较大，车载传感器的水平和垂直视野有限，车身周围很容易存在死角，存在很大的漏检、误检等安全隐患，破碎站区域车流量大，安全隐患较多。中科慧拓采用高实时性智能卸料协同感知技术，充分利用智能立杆的开阔视角下的环境感知结果，可以有效实现自动驾驶的协同补盲感知，提高行车安全。协同感知技术充分考虑了立杆处理耗时、通信时延等问题，采用CTRA运动模型将协作车感知数据预测到当前时间戳以减少时延的影响，采用随机有限集理论来实现跟踪级协同融合跟踪，进一步保证了数据的一致性融合效果。

    客户价值：打造水泥行业无人化参考范例

    阳泉冀东水泥5G+智慧矿山项目能够高效调度，管理矿中不少于200台无人运输车辆的运输任务，并确保车辆在矿区安全行驶。该项目根据设定地点为车辆合理规划导航路径，实现错车通行、交汇路口通行、协同装载；此外，项目突破精确导航定位、复杂环境感知、远程监控和应急接管、车路协同等关键技术，为推进“机械化换人、自动化减人、智能化无人”，筑牢生态安全，实现高质量发展奠定了坚实的基础。

    中科慧拓在技术研发上不断加码，通过人工智能、大数据、无人驾驶等前沿技术，为矿业打造新质生产力的“飞轮”，推动传统产业的高质量发展。目前公司在煤炭、冶金、有色、水泥四大行业均有标杆案例，接下来也期待携手更多矿企，将丰富的项目落地经验快速复制到更多的场景之中。