或掃碼獲取報(bào)告
露天礦山無人駕駛產(chǎn)業(yè)主要環(huán)節(jié)包括上游技術(shù)端、中游集成端、下游應(yīng)用端，不僅覆蓋了硬件制造商、軟件開發(fā)商，還涉及提供基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和服務(wù)支持的企業(yè)，目前已經(jīng)形成了多元化、高度協(xié)同的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，在政府主管部門的引領(lǐng)下，產(chǎn)業(yè)鏈各方正共同推動(dòng)露天煤礦無人駕駛技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
1、應(yīng)用場(chǎng)景的推廣問題
一是向非煤礦山應(yīng)用場(chǎng)景的推廣問題。當(dāng)前，露天礦無人駕駛技術(shù)主要在煤礦領(lǐng)域得以應(yīng)用，這得益于煤炭產(chǎn)量高、土方剝離運(yùn)輸需求量大等因素的推動(dòng)。然而，我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富多樣，非煤類露天礦如金屬礦、砂石骨料等同樣具備無人駕駛市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿?。但就目前而言，盡管國(guó)內(nèi)無人駕駛技術(shù)已在少數(shù)砂石骨料礦、金屬礦上實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用，但整體還處于探索階段?，F(xiàn)有露天煤礦無人駕駛技術(shù)的通用性受到一定限制，需要針對(duì)各礦區(qū)的差異性進(jìn)行個(gè)性化的開發(fā)定制，而如何設(shè)計(jì)出能夠滿足各類礦山需求通用方案，成為當(dāng)前應(yīng)用場(chǎng)景推廣亟待解決的難題。
二是向干線運(yùn)輸、礦外運(yùn)輸拓展的問題。露天礦無人駕駛運(yùn)輸?shù)V卡在向礦外運(yùn)輸拓展的方向具備一定的發(fā)展?jié)摿?，且由于該技術(shù)已經(jīng)在礦內(nèi)運(yùn)輸中得到驗(yàn)證，因此與干線、礦外運(yùn)輸應(yīng)用場(chǎng)景的整體適配度較高。但在具體適配過程中，首先要注意礦內(nèi)與礦外運(yùn)輸在業(yè)務(wù)流程上的區(qū)別。干線運(yùn)輸涉及更多的環(huán)節(jié)，如收費(fèi)站、匝道等，這就要求無人駕駛系統(tǒng)具備更全面的功能，需要完成增量算法的調(diào)整。其次是要注意礦外運(yùn)輸環(huán)境更為復(fù)雜，對(duì)技術(shù)要求更高，一方面是礦外運(yùn)輸?shù)貓D規(guī)模將遠(yuǎn)超礦內(nèi)運(yùn)輸，另一方面車輛對(duì)礦外復(fù)雜環(huán)境感知的敏捷性也面臨挑戰(zhàn)。因此，無人礦卡需具備更強(qiáng)的定位、感知和協(xié)同能力。此外，無人礦卡作為重型車輛，礦外運(yùn)輸必須設(shè)計(jì)冗余系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)主系統(tǒng)故障等突發(fā)情況，從而避免潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。
三是向井下礦山無人駕駛應(yīng)用場(chǎng)景推廣的問題。井工礦無人駕駛礦卡推廣的主要挑戰(zhàn)在技術(shù)層面。例如感知能力方面，井工礦作業(yè)環(huán)境光線不足、濕度高，要求傳感器具備更高的精確度與穩(wěn)定性，其非開闊性環(huán)境需要依賴更精準(zhǔn)的井下三維激光掃描技術(shù)及激光雷達(dá)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)有效感知。在定位問題上，井下環(huán)境存在一定遮擋，衛(wèi)星定位信號(hào)難以到達(dá)井下，使GPS 系統(tǒng)無法直接應(yīng)用于井下作業(yè)場(chǎng)景。因此無人駕駛礦卡必須具備在遮擋情況下的通行定位能力。當(dāng)前，露天煤礦無人駕駛礦卡的應(yīng)用尚未獲得廣泛市場(chǎng)認(rèn)可，礦企對(duì)井工礦無人駕駛技術(shù)的成熟度仍存在一定的顧慮，短期內(nèi)推廣上難以有顯著的進(jìn)展。
2、極端環(huán)境的適應(yīng)問題
礦區(qū)環(huán)境復(fù)雜，如高溫、嚴(yán)寒等復(fù)雜氣候以及礦區(qū)的道路不平、煤灰揚(yáng)塵等特殊生產(chǎn)環(huán)境均對(duì)無人駕駛技術(shù)構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，特別是隨著礦區(qū)車輛數(shù)量的增加，這些挑戰(zhàn)愈發(fā)凸顯。在現(xiàn)階段無人礦卡的正向設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于礦山地形行駛的特殊性考量不足，包括礦山內(nèi)部道路不平引發(fā)的高頻震動(dòng)、極端溫差環(huán)境（例如新疆地區(qū)夏季高溫與冬季嚴(yán)寒）以及煤灰等揚(yáng)塵對(duì)雷達(dá)性能的實(shí)際影響。此外，對(duì)于道路平整度的檢測(cè)、與礦山內(nèi)各類工程機(jī)械的交互以及裝載區(qū)域自動(dòng)泊車的復(fù)雜性，也缺乏充分的考量。當(dāng)前，傳統(tǒng)無人駕駛技術(shù)在露天煤礦無人駕駛領(lǐng)域的適配性仍處較低水平，迫切需要進(jìn)行深入的技術(shù)適配工作，未來還需在環(huán)境感知、規(guī)劃決策、控制執(zhí)行等核心技術(shù)領(lǐng)域不斷突破，以增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)礦山極端環(huán)境（如極端溫度、揚(yáng)沙粉塵等）的適應(yīng)能力。
3、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)安全問題
無人駕駛設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)收集大量的數(shù)據(jù)，包括設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)進(jìn)度等信息，對(duì)于煤礦的運(yùn)營(yíng)和管理具有重要意義，而這些數(shù)據(jù)存在被泄露或?yàn)E用的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，露天煤礦的無人駕駛設(shè)備高度依賴網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制，一旦網(wǎng)絡(luò)受到黑客攻擊或病毒入侵，可能造成數(shù)據(jù)傳輸中斷、設(shè)備失控等嚴(yán)重后果，都將對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。目前，無人礦卡在交互方面主要分為V2N（Vehicle to Network）通信以及V2V（Vehicle to Vehicle）通信兩大部分，基本按照相應(yīng)的車聯(lián)網(wǎng)安全協(xié)議以保障數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。但與其他行業(yè)數(shù)字化建設(shè)過程相比，露天礦無人駕駛方案在主動(dòng)安全措施方面仍較為缺乏，如防火墻、入侵檢測(cè)、數(shù)據(jù)加密等。
此外，由于礦區(qū)內(nèi)部可能存在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不佳的區(qū)域，無人駕駛礦卡在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注重車云結(jié)合策略，探索如何在保障車端決策能力的同時(shí)，又能充分利用云端和邊端的資源，以支持整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源的高效利用。通過豐富的V2V 交互，適當(dāng)控制對(duì)于5G 網(wǎng)絡(luò)的依賴性。確保在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)短暫故障時(shí)，無人駕駛礦卡能夠按照預(yù)先設(shè)定的方式去正確的進(jìn)行作業(yè)，而不會(huì)對(duì)礦區(qū)的安全生產(chǎn)造成影響。
4、無人礦卡的噸位問題
目前，出于煤炭生產(chǎn)效率提升的需要，煤企對(duì)于無人礦卡的需求正逐漸向更大噸位方向發(fā)展。為滿足這一市場(chǎng)需求，各大無人駕駛礦卡廠家著手進(jìn)行更高噸位礦卡的研發(fā)。然而，這一趨勢(shì)也面臨著技術(shù)上的挑戰(zhàn)，特別是在新能源礦卡的動(dòng)力電池方面。隨著礦卡噸位的提升，電池組也需要相應(yīng)增加，但過重的電池組不僅會(huì)增加礦卡的整體重量，降低其有效載重能力，還可能對(duì)礦卡的行駛穩(wěn)定性和操控性產(chǎn)生影響。同時(shí)，電池的能量密度、功率密度、安全性等性能指標(biāo)直接關(guān)系到礦卡的續(xù)航能力和使用效率。在礦山作業(yè)中，礦卡需要長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的運(yùn)行，特別是在引入無人駕駛技術(shù)后，運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足全天候7*24 小時(shí)作業(yè)要求，對(duì)新能源礦卡的電池的壽命和充電速度提出了更高的要求。2023年以來，增程式礦卡的數(shù)量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。這一趨勢(shì)主要?dú)w因于增程式礦卡相較于純電礦卡充電時(shí)間更短且無需額外進(jìn)行補(bǔ)電。因此，在提升礦卡有效載重的同時(shí)，如何保證動(dòng)力電池的續(xù)航能力、功率輸出、使用壽命及安全性能等關(guān)鍵要素，是當(dāng)前新能源礦用卡車研發(fā)亟待解決的重要挑戰(zhàn)。
5、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一問題
當(dāng)前，礦區(qū)無人駕駛行業(yè)仍缺少統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尤其在接口標(biāo)準(zhǔn)方面存在顯著缺失。由于接口標(biāo)準(zhǔn)缺乏統(tǒng)一規(guī)范，各大廠商在產(chǎn)品開發(fā)上各行其是，大都傾向于以自身標(biāo)準(zhǔn)為主導(dǎo)，再由其他廠商進(jìn)適配。這一現(xiàn)狀極大地增加了不同廠商產(chǎn)品之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的復(fù)雜性。對(duì)于煤企而言，他們希望能夠在礦內(nèi)集成多家廠商的不同產(chǎn)品，以滿足多樣化的生產(chǎn)需求。然而，由于各廠商產(chǎn)品接口標(biāo)準(zhǔn)的不一致，煤企在選擇不同廠商產(chǎn)品時(shí)面臨諸多限制，給其數(shù)字化、智能化的推進(jìn)帶來了挑戰(zhàn)。此外，在現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系內(nèi)，部分中小型礦場(chǎng)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行與落實(shí)方面存在不足，這一現(xiàn)狀也對(duì)無人礦卡的實(shí)際部署與應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)。例如，礦區(qū)道路過窄等生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境條件未能嚴(yán)格遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這在很大程度上影響了無人礦卡在實(shí)際應(yīng)用中的生產(chǎn)效率，同時(shí)也增加了其應(yīng)用的復(fù)雜性和難度。
1、無人駕駛技術(shù)普及率將繼續(xù)提高
當(dāng)前，無人礦卡在國(guó)內(nèi)露天煤礦應(yīng)用和推廣正迎來多重發(fā)展機(jī)遇，預(yù)計(jì)未來將以更快的速度實(shí)現(xiàn)普及。一方面，國(guó)家和地方層面密集出臺(tái)政策，大力支持露天煤礦的數(shù)字化、智能化建設(shè)，鼓勵(lì)采掘生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的少人無人化，為無人駕駛技術(shù)的普及營(yíng)造了良好的發(fā)展環(huán)境。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)家和地方出臺(tái)的相關(guān)政策已達(dá)數(shù)十項(xiàng)，并呈現(xiàn)力度繼續(xù)加大的態(tài)勢(shì)。另一方面，國(guó)內(nèi)無人駕駛技術(shù)和商業(yè)模式不斷成熟，在露天煤礦領(lǐng)域已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。目前，國(guó)內(nèi)已有典型的露天煤礦已進(jìn)入較為成熟的應(yīng)用階段，起到示范作用，樹立了標(biāo)桿。此外，國(guó)家和地方的智能化煤礦驗(yàn)收上對(duì)煤礦的無人駕駛技術(shù)應(yīng)用有較大比重的考量，通過此類驗(yàn)收對(duì)煤礦自身的可持續(xù)發(fā)展有較大益處，此舉也成為推動(dòng)更多煤礦布局無人駕駛礦卡的重要力量。
2、無人礦卡運(yùn)行機(jī)制將進(jìn)一步優(yōu)化
現(xiàn)階段，露天煤礦無人礦卡的基本運(yùn)行思路是基于云端的統(tǒng)一調(diào)度管理和車輛端的檢測(cè)識(shí)別與動(dòng)作執(zhí)行來完成運(yùn)輸任務(wù)。對(duì)于車輛端遇到故障的情況，解決思路主要為“故障導(dǎo)向停車”，即一旦車輛出現(xiàn)故障，則立刻執(zhí)行停車指令，原地等待救援維修。這一操作保證了車輛的運(yùn)行安全，但也很容易引起運(yùn)輸路線的擁堵，降低車輛編組的整體運(yùn)輸效率。經(jīng)過調(diào)研分析，未來車輛端故障解決思路將轉(zhuǎn)為更高階的“故障導(dǎo)向運(yùn)行”思路，即車輛出現(xiàn)故障后，只要可以排除是直接影響車輛運(yùn)行的問題，則故障車輛仍可以繼續(xù)完成當(dāng)前運(yùn)輸任務(wù)，并主動(dòng)開往車輛維修車間接受維修。這一方面優(yōu)化了車輛端執(zhí)行運(yùn)輸任務(wù)的邏輯，提升了無人駕駛解決方案故障處理的合理性，另一方面也在機(jī)制上提高了車輛編組的整體運(yùn)行效率。雖然故障處理機(jī)制是露天煤礦無人駕駛的非核心功能模塊，但也標(biāo)志著無人駕駛技術(shù)正在不斷走向完備和成熟。
3、一體化智能管理或?qū)⒖焖俾涞?/p>
推進(jìn)煤礦數(shù)據(jù)融合互通、實(shí)現(xiàn)環(huán)境智能感知、系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)、重大災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)智能預(yù)警是煤礦數(shù)字化智能化發(fā)展的必由之路。當(dāng)前，我國(guó)露天煤礦單礦大多已按業(yè)務(wù)模塊完成了基本功能的數(shù)字化改造，帶來便利的同時(shí)也導(dǎo)致了單礦內(nèi)獨(dú)立數(shù)字系統(tǒng)過多，極易形成數(shù)據(jù)孤島，難以統(tǒng)一管控，數(shù)據(jù)價(jià)值也難以挖掘和展現(xiàn)。因此，不少煤企已經(jīng)提出建立一體化智能管理平臺(tái)的訴求：一是單礦內(nèi)目前存在無人礦卡、有人礦卡、挖掘機(jī)、灑水車及其他輔助設(shè)備，需要確保各類機(jī)械設(shè)備數(shù)據(jù)信息的互聯(lián)互通，以便統(tǒng)一管控、協(xié)調(diào)作業(yè)；二是匯集多源數(shù)據(jù)，基于先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，安全有效地管理數(shù)據(jù)資產(chǎn)，同時(shí)提取礦山日常運(yùn)營(yíng)的特征和問題，完成對(duì)礦山運(yùn)營(yíng)工作的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，發(fā)揮出數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值。目前，國(guó)內(nèi)已有廠商著手推進(jìn)單礦一體化智能管理平臺(tái)的開發(fā)和建設(shè)。
4、中國(guó)廠商出海發(fā)展將成就“新通路”
國(guó)外露天礦產(chǎn)資源豐富，具備更廣闊的市場(chǎng)需求空間。從地質(zhì)條件來看，其他主要煤炭生產(chǎn)國(guó)資源更加豐富，且更多以露天開采為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，澳大利亞、俄羅斯、南美等地露天煤礦的產(chǎn)量占比高達(dá)70%-90%。結(jié)合卡特彼勒、小松等國(guó)際廠商的市場(chǎng)布局規(guī)模以及海外發(fā)達(dá)國(guó)家人力成本水平等因素，目前全球范圍內(nèi)仍有很大的露天煤礦無人駕駛市場(chǎng)空間有待開拓。對(duì)于落地方案來說，中國(guó)露天礦無人駕駛技術(shù)和落地模式正不斷完善，出海條件越來越成熟。在國(guó)家政策的引領(lǐng)下，依托先進(jìn)的人工智能、5G、線控等技術(shù)，中國(guó)露天礦無人駕駛解決方案具備礦卡改裝、技術(shù)支持和運(yùn)營(yíng)等多種服務(wù)，場(chǎng)景適應(yīng)性強(qiáng)、性價(jià)比高，能夠滿足大多數(shù)海外客戶的部署需要。同時(shí)，國(guó)內(nèi)大型礦企、運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商也在貫徹“走出去”戰(zhàn)略，露天礦無人駕駛產(chǎn)業(yè)鏈“組團(tuán)出?！眲?shì)頭正起。目前，易控智駕、踏歌智行、中科慧拓等廠商已開始探索海外市場(chǎng)商業(yè)布局。