從鄂爾多斯市東勝區(qū)驅(qū)車近50公里，就到了位于該市東北部達拉特旗的大唐寶利煤礦。
與鄂爾多斯其他200多座煤礦不同，寶利露天煤礦擁有四輛安裝了自動駕駛系統(tǒng)的寬體自卸車。“這四輛車是今年4月份來的，是慧拓智能的車。”現(xiàn)場工作人員表示，“效果挺好的。”
工作人員口中的慧拓智能是2014年10月誕生的自動駕駛公司，其孵化于中科院自動化所青島智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院。公司自成立之初就聚焦礦山場景，以ACP平行駕駛理論為基礎(chǔ)，打造礦區(qū)運輸無人化解決方案。
今年9月，慧拓智能已在寶利煤礦實現(xiàn)了商業(yè)化落地運營，由此成為國內(nèi)首個完成礦區(qū)自動駕駛商業(yè)化落地運營的企業(yè)。
到達當?shù)貢r，這四輛三黃一白無人礦車正在有條不紊地工作。由于幾天前的降雨，礦區(qū)作業(yè)還未完全恢復，現(xiàn)場作業(yè)車輛較少。
隨后試乘了其中一輛黃色寬體自卸車，車內(nèi)主駕駛和副駕駛位置分別坐有一名安全員和一位為記者講解的程序員，保證隨時接管車輛。在采礦點，慧拓智能改裝的半自主化挖掘機先進行裝載作業(yè)，作業(yè)完畢后，寬體自卸車裝載著近25噸的礦土開始沿主干線低速自動駕駛到卸礦點，途中經(jīng)過了兩個直角彎。
近15分鐘的試乘過程中發(fā)現(xiàn)，該車在面對地面深坑、較大石塊等情況時，能夠及時檢測到并自動避開;遇到稍淺的坑時，車輛則選擇直接行駛過去。因此，在試乘過程中感到略微顛簸，考慮到礦石是寬體自卸車的主要運輸對象，該車的總體表現(xiàn)還算過關(guān)。
試乘完畢后，記者與慧拓智能聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO陳龍、研究院院長田濱、副院長高玉聊了聊公司近況、商業(yè)模式、未來計劃以及他對目前行業(yè)的看法。
無人礦區(qū)的三種解決方案
早在十年前，陳龍就涉足無人駕駛領(lǐng)域。他畢業(yè)于武漢大學和新加坡國立大學，是中山大學數(shù)據(jù)科學與計算機學院副教授兼博導，曾經(jīng)獲得過2010中國無人車未來挑戰(zhàn)賽(IVFC)綜合路段測試的冠軍。
多年的學習和研究經(jīng)歷，讓陳龍認定，礦區(qū)既是自動駕駛實現(xiàn)落地的最早場景，也是能最終為這項技術(shù)買單的場景。“想要在開放道路場景下實現(xiàn)無人駕駛的商業(yè)化落地，還需整個行業(yè)為此進行長期努力。”陳龍表示，“但礦區(qū)不一樣，國外已經(jīng)有多個成熟的無人化礦區(qū)實現(xiàn)運營盈利，這為國內(nèi)企業(yè)指引了方向。”據(jù)他所述，目前國內(nèi)每臺自動駕駛車每年能節(jié)省近60萬元的司機成本——這對礦企十分有吸引力。
陳龍介紹稱，公司研發(fā)了三種解決方案：無人化礦卡、半自主化挖掘機，以及智能化機群管理調(diào)度系統(tǒng)。前兩者可以節(jié)省大量人力成本，提高礦卡和挖掘機的工作效率，輔以后者則可以實現(xiàn)整個礦山的作業(yè)規(guī)劃與管理。
這三方面，構(gòu)成了慧拓智能當下的智慧礦山框架。
以試乘的黃色無人駕駛寬體自卸車為例。從外觀看，這輛同力重工TLI65非公路寬體礦用車，裝有1臺32線激光雷達和3臺16線激光雷達，以及3臺毫米波雷達。高玉介紹道：“這些傳感器可以感知周圍60米范圍內(nèi)的障礙物。”
(寬體自卸車)
他同時表示，車內(nèi)還配備了攝像頭、GPS定位系統(tǒng)與5G設(shè)備，以用于遠程控制和信號傳輸，當車在行駛過程中遇到一些無法解決的問題時，遠程操控室的工作人員就會進行接管。陳龍認為，遠程控制十分必要，“人類必須掌握駕駛的最終控制權(quán)。我們需要有一個第三方應急接管系統(tǒng)，一旦發(fā)生緊急事件，系統(tǒng)就會報警，我們可以遠程將車行駛到安全區(qū)域。”
遠程控制系統(tǒng)位于距離采礦點一百多米的管控中心內(nèi)。在這里，還有應急接管系統(tǒng)和機群調(diào)度系統(tǒng)。系統(tǒng)中的挖機采用半自主式的作業(yè)方式，可以控制無人駕駛車的入場和出場，“由于礦物所處的地質(zhì)硬度不同，挖機較難自主控制力度。”田濱表示，“與礦車相比，這個(挖掘機)無人化的迫切程度也沒有那么高。”
(遠程控制系統(tǒng))
機群調(diào)度系統(tǒng)則能夠通過車與車、車與中心之間的通訊，實現(xiàn)作業(yè)任務(wù)的下發(fā)。“作業(yè)下發(fā)的傳統(tǒng)方式是駕駛員每天親自領(lǐng)任務(wù)，這種效率特別低。”高玉介紹道，“我們的智能化機群調(diào)度系統(tǒng)可以實現(xiàn)單人遠程下發(fā)作業(yè)任務(wù)，指定任何一輛無人車或挖掘機按規(guī)定作業(yè)。”
除此以外，這套系統(tǒng)還能實現(xiàn)復雜交通路口的智能化調(diào)度。“車輛通過十字路口的總時間能降低30%以上。”他補充說，“前幾天下雨了，礦區(qū)還沒完全恢復作業(yè)。平時大概有一百多輛寬體車在寶利煤礦同時作業(yè)。”
(機群調(diào)度系統(tǒng))
這也是智能調(diào)度系統(tǒng)與礦區(qū)的傳統(tǒng)卡車調(diào)度系統(tǒng)的最大不同之處——傳統(tǒng)卡調(diào)系統(tǒng)只能起到監(jiān)控作用。為了實現(xiàn)這種遠程控制和智能化調(diào)度，慧拓智能在寶利煤礦的最大交叉口安裝了路側(cè)單元，包括一個32線的激光雷達、一個攝像頭，以及一些路由器和通信終端。“我們會根據(jù)具體情況評估合適建立路側(cè)單元的點，”陳龍表示，“基本安裝在核心路口。”
但想要實現(xiàn)礦山場景下的自動駕駛，還需要解決定位、低溫、震動(顛簸)等難題。由于礦區(qū)GPS信號覆蓋度差，礦車的自定位相對困難。“我們利用組合定位技術(shù)來解決，包括使用GPS、IMU、激光雷達、高精地圖等，至少目前已經(jīng)實現(xiàn)了局部區(qū)域的自定位。”田濱表示。
低溫和震動問題則主要針對傳感器產(chǎn)生。“目前傳感器的低溫極限一般在零下20攝氏度以內(nèi)，而鄂爾多斯經(jīng)常出現(xiàn)零下三四十攝氏度的低溫環(huán)境。”田濱解釋道，“震動和顛簸比較大，對傳感器和自動駕駛系統(tǒng)的穩(wěn)定性都是一大考驗。”對此，慧拓智能選擇通過裝載傳感器保溫裝置和路側(cè)單元來解決問題。
平行駕駛理論下的智慧礦山
據(jù)陳龍介紹，慧拓智能最初由王飛躍發(fā)起建立，后者是公司的首席科學家，也是“ACP平行駕駛”理論的創(chuàng)始人。正是以該理論為基礎(chǔ)，慧拓智能研發(fā)了無人化礦卡、半自主化挖掘機，智能化機群管理調(diào)度系統(tǒng)這三種解決方案。
2004年，時任中國科學院自動化研究所研究員的王飛躍發(fā)表了《平行系統(tǒng)方法與復雜系統(tǒng)的管理和控制》一文，其中提到，“平行系統(tǒng)，即由某個自然存在的實際系統(tǒng)，及與之相對應的一個或多個虛擬或理想化的人工系統(tǒng)所共同組成的系統(tǒng)”。
特定到自動駕駛場景，平行系統(tǒng)分為四個部分：一個真實車輛(某個自然存在的實際系統(tǒng))，以及三個虛擬車輛(多個虛擬或理想化的人工系統(tǒng))。
田濱解釋道，通過收集真實車輛在駕駛過程中所獲得的海量數(shù)據(jù)，三個虛擬車輛在虛擬世界中，分別起到建立環(huán)境與車輛模型，驗證模型準確性、預測車輛位置軌跡，以及引導真實車輛運行等作用。簡單而言，就是能夠描述車、預測車和引導車。
在無人礦山系統(tǒng)中，平行系統(tǒng)的四部分就具體為：無人礦卡和半自主化挖掘機組成的真實系統(tǒng)(真實車)、管控中心的虛擬平行礦山(描述車)、管控中心的大數(shù)據(jù)分析與深度學習功能(預測車)、管控調(diào)度和接管平臺(引導車)。以真實系統(tǒng)回傳的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，后三者共同構(gòu)成了虛擬空間的平行礦山系統(tǒng)，能夠預測和引導真實車輛的行駛，解決調(diào)度難、管理難等問題。
“它是一種比較高級的網(wǎng)聯(lián)駕駛解決方案。”田濱表示，與傳統(tǒng)V2X不同，平行駕駛在網(wǎng)聯(lián)駕駛和自動駕駛基礎(chǔ)上，專門做了一塊平行化(搭建平行世界)的工作，“中心智能會強一點，有一些計算功能在其中。”
與V2X相同的是，平行系統(tǒng)也需要路側(cè)單元、通訊網(wǎng)絡(luò)和基站的輔助。在寶利煤礦，通過聯(lián)通建立的5G基站和自建的路側(cè)單元，慧拓智能可以實現(xiàn)車與車、車與中心之間的通訊。
在平行駕駛理論的指導下，慧拓智能于2016年就與徐工集團合作研發(fā)了徐工智能化系列產(chǎn)品，包括110噸無人礦卡、15噸半自主式挖機、智能調(diào)度機群系統(tǒng)等。2018年，二者共同發(fā)布平行無人礦山系統(tǒng)。
到了2019年，慧拓智能開始嘗試商業(yè)化落地。
今年4月，公司與寶利煤礦、華威礦業(yè)簽署三方戰(zhàn)略合作協(xié)議，開始試運營礦區(qū)無人運輸系統(tǒng)。經(jīng)過5個月的試運營后，慧拓智能于9月份在寶利煤礦完成落地，成為國內(nèi)首個完成礦區(qū)自動駕駛商業(yè)化落地運營的企業(yè)。
以寶利煤礦為起點，慧拓智能也瞄向了更遠的未來。陳龍透露了公司的兩項未來規(guī)劃。一是以現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ)，與礦主和運輸隊成立三方合資公司，負責技術(shù)運營工作;二是走出礦區(qū)，研發(fā)礦區(qū)場景外的自動駕駛技術(shù)，“我們將之稱為‘短倒物流’，就是將煤(礦)從礦里運輸?shù)揭睙拸S、洗煤廠、火車站等礦外地點。”他介紹道。
礦區(qū)自動駕駛產(chǎn)業(yè)熱鬧下的深思
有別于之前大熱的RoboTaxi，礦區(qū)場景的自動駕駛鮮少在公眾面前亮相。但在資本遇冷、企業(yè)缺乏自我造血能力的當下，礦區(qū)自動駕駛有望迎來新的發(fā)展機遇。“很快，明年就會出現(xiàn)多個示范樣例，后年就能較大規(guī)模鋪開。”陳龍預測道。
除慧拓智能外，目前專注礦區(qū)場景的自動駕駛公司還有希迪智駕、踏歌智行、易控智駕、伯鐳科技等。以上企業(yè)均處于早期發(fā)展階段，成立時間在2014年-2018年之間，但今年以來，無一例外的傳出融資喜訊。根據(jù)天眼查，踏歌智行甚至在今年完成了兩輪融資——與沒有拿到融資的去年形成鮮明對比。
該場景之所以被資本看重，主要因為落地迅速和業(yè)界剛需。從易控智駕在鄂爾多斯開始測試，到踏歌智行與包鋼合作研發(fā)成功礦用卡車無人駕駛運輸系統(tǒng)，再到希迪智駕在內(nèi)蒙某礦場正式交付遠程智能駕駛礦卡項目、慧拓智能在寶利煤礦實現(xiàn)商業(yè)化落地運營。在RoboTaxi商業(yè)化遙遙無期的當下，該賽道企業(yè)的落地進展讓業(yè)界眼前一亮。
“在很多行業(yè)中，人們都擔心AI會取代人類，但煤礦行業(yè)人才稀缺，我們是在幫助行業(yè)發(fā)展。”陳龍表示。
據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)卡車司機缺口在千萬人次左右。而礦山工作環(huán)境惡劣，空氣中充滿粉塵，甚至有放射性物質(zhì)，更是鮮有年輕司機出現(xiàn)。“干活的還是那批人，年輕人補不上。”寶利煤礦工作人員稱，“礦區(qū)司機私下談?wù)撟疃嗟脑掝}恐怕就是跳槽，他們都希望換一個環(huán)境好、工資高的工作。”
礦區(qū)無人化的實現(xiàn)顯得尤為迫切。這里安全事故易發(fā)，一旦發(fā)生人員傷亡，礦區(qū)就面臨著被關(guān)停的風險，損失巨大。
在國外，美國的卡特彼勒(Caterpillar)、日本的小松(Komatsu)等公司于上世紀90年代就開始研發(fā)礦區(qū)場景下的自動駕駛，王飛躍就曾與卡特彼勒合作研究露天銅礦的無人車和自動化技術(shù)。目前，以上公司均已實現(xiàn)商業(yè)化落地。
雖然技術(shù)領(lǐng)先，但國外產(chǎn)品較難進入中國市場。“一方面價格高，另一方面是政策問題。”陳龍稱，“現(xiàn)在國家十分注重自主知識產(chǎn)權(quán)的保護及核心技術(shù)的開發(fā)應用。”業(yè)內(nèi)人士表示，目前大多數(shù)大型礦卡的招標采購都是國產(chǎn)的，這給了專注該領(lǐng)域的國內(nèi)初創(chuàng)公司一定的存活空間。
“這是一個幾千億的市場，比大家預期的要大得多。”他透露，目前國內(nèi)礦區(qū)司機實行“三班倒”制度，每個司機的年薪近20萬元左右，因此每臺車的人力成本約為五六十萬元，“汽車運行效率也能至少提高30%。”此外，自動駕駛車還可以通過節(jié)省油耗和輪胎磨損來減少成本。
但礦區(qū)場景自動駕駛在發(fā)展過程中不是沒有遇到困難。除了技術(shù)上的難點外，陳龍?zhí)寡裕?ldquo;現(xiàn)在產(chǎn)品化手段是關(guān)鍵。”對于現(xiàn)階段的慧拓智能而言，更大的困難在于將寶利煤礦的無人礦山系統(tǒng)進行泛化處理，從而能夠快速、穩(wěn)定地移植到不同礦區(qū)中。
這也是該賽道其他玩家所面臨的挑戰(zhàn)——完成區(qū)域化測試和落地之后如何大規(guī)模在不同礦區(qū)“鋪開”，以及如何將這套自動駕駛系統(tǒng)應用到礦區(qū)外更廣泛的場景。
礦區(qū)自動駕駛的玩家都在探索，以讓商業(yè)模式具有更廣闊的發(fā)展空間，特別是在寒冬之下，這決定了其能否獲得資本的青睞。它們的目標，不僅是一座座礦山，還有一條條礦區(qū)外的道路。
