行業(yè)案例 | 以技術(shù)創(chuàng)新筑基，中科慧拓首創(chuàng)性突破水泥行業(yè)無人化桎梏

2021年4月份，金隅冀東水泥與中科慧拓、中國聯(lián)通共同打造陽泉冀東水泥5G+智慧礦山項目，基于一期項目無人化建設(shè)的顯著成效，以及中科慧拓成熟的技術(shù)方案和高質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化的交付流程，二期項目金隅冀東水泥繼續(xù)攜手中科慧拓，推進(jìn)礦區(qū)全礦無人化進(jìn)程，并于去年完成驗收，冀東水泥董事長姜英武和金隅集團總經(jīng)理劉宇在調(diào)研期間，對無人駕駛的運行穩(wěn)定性和流暢性給予了高度肯定。

目前，該項目真正實現(xiàn)了全天候常態(tài)化下安全員無人化作業(yè)，是我國水泥礦山行業(yè)首家實現(xiàn)全礦純電動、數(shù)字化、綠色智慧礦山示范項目，項目成果的可復(fù)制性與推廣性極強。

客戶訴求：建設(shè)本質(zhì)安全礦山，以科技賦能新質(zhì)生產(chǎn)力

國務(wù)院發(fā)布的《十四五數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》中指出，到2025年數(shù)字經(jīng)濟將邁向全面擴展期。我國水泥行業(yè)作為中國經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，是傳統(tǒng)行業(yè)推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵領(lǐng)域。陽泉冀東水泥積極響應(yīng)國家對水泥行業(yè)數(shù)字化、智能化的要求，依托人工智能、大數(shù)據(jù)和無人駕駛等先進(jìn)技術(shù)，努力提升礦山作業(yè)安全的同時，降本增效，夯實高質(zhì)量發(fā)展根基。

陽泉冀東水泥礦在進(jìn)行智能化升級過程中，面臨著多項難題：

1. 鏟裝設(shè)備位置不斷變化

露天礦山鏟裝設(shè)備是不斷移動作業(yè)的，礦上的挖掘設(shè)備在生產(chǎn)作業(yè)時需要經(jīng)常移動，其絕對定位與相對姿態(tài)都處于不斷變化的狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備位置發(fā)生變化時，如何快速且高效的確定裝載點位置，成為無人化改造要面臨的一大難題。

2. 礦區(qū)地形環(huán)境復(fù)雜且區(qū)域變動頻繁

陽泉冀東水泥礦區(qū)地形條件復(fù)雜，其道路多彎、坡度大且含泥量大，當(dāng)無人駕駛卡車通過后，平整困難，其中裝載區(qū)平整度更差，卸載區(qū)面積小且有山體；同時，礦區(qū)場景內(nèi)部分區(qū)域變動頻繁，也為地圖的更新頻率提出了更高的要求。

3. 山體遮擋信號

相比其他露天礦而言，陽泉冀東水泥的破碎站正好建設(shè)于山體旁邊，山體對5G和GNSS信號造成一定遮擋，如何解決山體對信號傳輸?shù)挠绊?，是實現(xiàn)無人化建設(shè)的難題之一。

4. 破碎站對GNSS信號的遮蔽

基于環(huán)保要求，本項目的破碎站采用全遮擋方式建造，當(dāng)車輛進(jìn)入破碎站時慣導(dǎo)無法接收GNSS信號，當(dāng)車輛出破碎站時恢復(fù)GNSS信號也需要很長時間，這也成為陽泉冀東水泥5G+智慧礦山項目建設(shè)的最大難題。

技術(shù)創(chuàng)新：以“愚公YUGONG”尖刀，打破水泥行業(yè)無人化“堅冰”

本項目礦山地形環(huán)境具有普遍性，通過成功解決各項問題，為項目規(guī)?；瘡?fù)制提供經(jīng)驗及數(shù)據(jù)支持。

該項目依托中科慧拓“愚公YUGONG”平行礦山操作系統(tǒng)，突破性地解決了車鏟智能協(xié)同、車輛智能調(diào)度、復(fù)雜地形自適應(yīng)、破碎站無/弱GNSS環(huán)境下精確導(dǎo)航定位和快速切換等水泥行業(yè)智慧礦山建設(shè)痛點問題，保障了無人駕駛礦車的安全、穩(wěn)定、高效運行，進(jìn)一步提升陽泉冀東水泥礦區(qū)的智能化建設(shè)水平和日常生產(chǎn)管理效率。

陽泉冀東水泥5G+智慧礦山項目主要應(yīng)用了以下六個方面的創(chuàng)新技術(shù)：

1.世界首創(chuàng)的基于虛實互動的礦區(qū)無人運輸仿真測試技術(shù)

中科慧拓提供的礦區(qū)無人運輸仿真系統(tǒng)，除了可以對自動駕駛各項功能算法、云端智能調(diào)度與管理系統(tǒng)進(jìn)行功能測試外，還同時具備對礦區(qū)自動增量式更新模擬、人機共駕仿真、虛實互動仿真、極端天氣的環(huán)境感知與濕滑道路下的車輛控制仿真、遠(yuǎn)程應(yīng)急接管功能驗證、傳感器配置方案測試驗證等功能。

2.無/弱GNSS信號環(huán)境中的高精度定位及快速切換技術(shù)

面對信號遮擋、山體多徑效應(yīng)等因素導(dǎo)致的，破碎站GNSS系統(tǒng)信號不穩(wěn)定問題，中科慧拓采用激光SLAM定位技術(shù)和差分組合導(dǎo)航、輪速計進(jìn)行融合，通過SLAM技術(shù)預(yù)先構(gòu)建高精度點云地圖實現(xiàn)厘米級定位，利用EKF技術(shù)將SLAM定位結(jié)果與差分組合導(dǎo)航、輪速計進(jìn)行融合，實現(xiàn)無GNSS信號時無人駕駛卡車的實時位置和姿態(tài)解算。目前該技術(shù)已應(yīng)用于多個水泥礦無人化項目。

3.礦區(qū)復(fù)雜工況高效交通調(diào)度技術(shù)

由于存在輔助車混運，且裝載區(qū)、破碎站、停車場和道路交通規(guī)則存在差異，礦區(qū)自身也存在道路換向行駛等自定義通行規(guī)則，需要高效交通調(diào)度保證生產(chǎn)安全和運行效率。中科慧拓采用基于新穎的分層搜索CBS求解多智能體沖突調(diào)度，基于路權(quán)沖突區(qū)域管理的復(fù)雜工況交通調(diào)度技術(shù)能夠?qū)ιa(chǎn)作業(yè)車輛進(jìn)行有人車與無人車混編協(xié)同控制運行、路口安全會車、多車裝載卸載排隊執(zhí)行和道路交通安全管理，通過配置交通規(guī)則、路權(quán)規(guī)則、路權(quán)沖突區(qū)域，指導(dǎo)無人運輸卡車編隊行駛，使無人駕駛車輛有序行駛。

4.礦山高精度地圖快速更新技術(shù)

露天礦山作業(yè)區(qū)域是一種隨開采作業(yè)面而不斷變化的半動態(tài)地形環(huán)境，中科慧拓提出的礦山高精度地圖快速更新技術(shù)，可以實時描述地形變化。其中，地形管理模塊以無人寬體礦車車載傳感器為數(shù)據(jù)來源，無需冗余設(shè)備（如數(shù)據(jù)采集車）采集地圖數(shù)據(jù)，并支持多車眾包數(shù)據(jù)采集，相比單車采集大大提升了制圖效率。

5.全方位的本質(zhì)安全技術(shù)

為360°保障露天礦無人運輸實施過程中的人員與設(shè)備安全，避免因無人駕駛系統(tǒng)導(dǎo)致的人員安全事故，車輛側(cè)翻、刮碰、失控、跌落等安全事件、以及網(wǎng)絡(luò)入侵造成的安全事故的發(fā)生。中科慧拓設(shè)計了全方位、立體化的安全性保障措施，主要包括無人運輸仿真、云端安全管理、通信安全、車端安全管理、全方位通訊防護、供電冗余、駕駛模式冗余、其他輔助措施等。分別通過智能化安全調(diào)度、極端工況仿真模擬測試、全方位技術(shù)方案冗余、駕駛模式冗余、多層次多級別故障監(jiān)測與安全處理機制、全方位通訊防護體系、專職安全員配備等多個方面采取相應(yīng)安全措施。

6.高實時性智能卸料協(xié)同感知技術(shù)

寬體礦車體型較大，車載傳感器的水平和垂直視野有限，車身周圍很容易存在死角，存在很大的漏檢、誤檢等安全隱患，破碎站區(qū)域車流量大，安全隱患較多。中科慧拓采用高實時性智能卸料協(xié)同感知技術(shù)，充分利用智能立桿的開闊視角下的環(huán)境感知結(jié)果，可以有效實現(xiàn)自動駕駛的協(xié)同補盲感知，提高行車安全。協(xié)同感知技術(shù)充分考慮了立桿處理耗時、通信時延等問題，采用CTRA運動模型將協(xié)作車感知數(shù)據(jù)預(yù)測到當(dāng)前時間戳以減少時延的影響，采用隨機有限集理論來實現(xiàn)跟蹤級協(xié)同融合跟蹤，進(jìn)一步保證了數(shù)據(jù)的一致性融合效果。

客戶價值：打造水泥行業(yè)無人化參考范例

陽泉冀東水泥5G+智慧礦山項目能夠高效調(diào)度，管理礦中不少于200臺無人運輸車輛的運輸任務(wù)，并確保車輛在礦區(qū)安全行駛。該項目根據(jù)設(shè)定地點為車輛合理規(guī)劃導(dǎo)航路徑，實現(xiàn)錯車通行、交匯路口通行、協(xié)同裝載；此外，項目突破精確導(dǎo)航定位、復(fù)雜環(huán)境感知、遠(yuǎn)程監(jiān)控和應(yīng)急接管、車路協(xié)同等關(guān)鍵技術(shù)，為推進(jìn)“機械化換人、自動化減人、智能化無人”，筑牢生態(tài)安全，實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

中科慧拓在技術(shù)研發(fā)上不斷加碼，通過人工智能、大數(shù)據(jù)、無人駕駛等前沿技術(shù)，為礦業(yè)打造新質(zhì)生產(chǎn)力的“飛輪”，推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。目前公司在煤炭、冶金、有色、水泥四大行業(yè)均有標(biāo)桿案例，接下來也期待攜手更多礦企，將豐富的項目落地經(jīng)驗快速復(fù)制到更多的場景之中。

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