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新时代“愚公”移山——慧拓的探索与实践

作者:张洋 Lynn 来源:低速无人驾驶产业联盟 发布时间:2022年07月02日

[摘要]慧拓表示,有足够的信心与卡特彼勒、小松等比肩。

[关键词]低速无人驾驶;无人矿区;慧拓智能

本文为新战略低速无人驾驶编辑部原创,转载、改编或摘录请注明“来源:低速无人驾驶网”

日月其迈,岁律更新。随着全球自动驾驶技术加速发展,无人驾驶已经从概念照进现实,并向着量产商用的新目标发力。其中,上世纪90年代萌芽于美国的矿区无人驾驶,近几年在中国发展迅速,“智慧矿山”建设更是成为国家战略的重要内容之一。

慧拓是中科院自动化所孵化的智慧矿山技术和服务提供商,致力于以科技创新助力我国能源安全新战略纵深发展,以智能化建设服务我国工业高质量发展。作为矿区无人驾驶赛道的领跑者,慧拓无人矿卡已落地超百台,广泛覆盖煤炭、水泥、有色金属、黑色金属等矿山,车队规模大、应用案例多,行业领先。

慧拓中煤集团平朔项目

慧拓金隅集团阳泉冀东项目

从全球首台无人矿卡,到国内首家矿区自动驾驶企业

说到矿区无人驾驶,美国卡特彼勒、日本小松无疑是赛道开拓者。尤其是最早开始研究该技术的卡特彼勒,作为全球最大的工程机械和矿山设备制造商,该公司于上世纪80年代开始研发无人矿卡,90年代推出世界上第一台无人矿卡,并在美国投入使用。目前,卡特彼勒无人矿卡年运输量已超过10亿吨,再次刷新了采矿史智能化水平的纪录!

鲜为人知的是,在全球首台无人矿卡成功研发的背后,“中国智能控制奠基人”王飞跃教授功不可没。

王飞跃教授是智能控制、智能机器人、无人驾驶、智能交通等领域早期开拓者之一,曾担任美国NASA/UA本地行星资源利用空间工程研究中心无人系统主管与空间机器人首席研究员,研发太空挖掘机器人;担任美国亚利桑那大学自动化系与矿业系教授、机器人与自动化实验室主任、复杂系统高等研究中心主任。90年代初,卡特彼勒邀请王飞跃教授合作研发了全球第一台无人驾驶矿卡。

2000年,王飞跃教授以中科院“百人计划”的身份回国,后担任过中科院自动化研究所副所长,2011年创建中科院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室并担任主任至今。而这样一位全球智能控制大咖,正是慧拓的首席科学家。

2017年,中国工程机械行业“排头兵”徐工集团邀请慧拓参与开发无人矿山项目。自此,王飞跃教授领衔7位中青年博士生导师,组成慧拓核心团队,专注矿区无人驾驶赛道。

用30年技术经验,创5年最佳表现      

慧拓是中科院孵化的高新技术企业,豪华的核心团队阵容为公司发展提供了肥沃土壤。一方面,在“全球智能控制大咖”王飞跃教授的指导下,慧拓掌握着国际领先的智能控制技术。王飞跃教授深耕矿区无人化领域超过20年,研发了首个无人矿山操作系统,编写出版了第一本无人矿山挖掘专著。王飞跃教授提出的分层智能控制理论和智能挖掘算法,率先应用于卡特彼勒无人矿卡及必和必拓无人铜矿淬取项目,卡特彼勒至今仍在沿用王飞跃教授当年创建的无人化方案。

另一方面,多学科、能力复合的核心团队推动慧拓向着技术和产品系统化、体系化迈进。公司CEO陈龙教授曾任中山大学计算机院教授及博导、无人车研究中心主任,拥有10余年无人驾驶系统研发经验,在机器人领域也有深厚的学术造诣。技术负责人艾云峰教授、田滨教授等人在感知控制、决策算法、高精地图等核心领域的顶尖研究技术,更成为企业的王牌。

得益于王飞跃教授30余年的智能控制技术沉淀,以及业界领先的技术团队的高效协作,慧拓以“平行理论”为支撑,研发了世界唯一全机型、国内唯一多矿种、全场景适配的平行矿山操作系统——“愚公YUGONG”。


慧拓董秘介绍,慧拓的无人驾驶技术以全矿视角为基础,既具备技术领先性和开拓性又符合工业互联网时代采矿业发展建设的需求。慧拓自入局矿区赛道,便保持着系统性思维,充分考虑中国智慧矿山的实际需求与场景痛点。“愚公YUGONG”包含矿车无人驾驶、无人运输仿真、远程驾驶、挖机协同作业管理、V2X智能路侧协同系统、云端智能调度与管理六大子系统。六大子系统已实现软件硬件化、服务产品化、产品系列化和系统平台化。子系统的搭配组合支持各类场景需求,并适配国内外各型矿车。

过硬技术实力兑现高质量商用交付。经过在矿区无人驾驶领域的5年深耕,慧拓矿山无人化解决方案在煤炭、冶金、有色、水泥行业均有落地应用。

煤矿“智变”,开启新时代“愚公”移山    

目前,慧拓的智慧矿山无人化项目已覆盖五大煤炭集团的标杆矿区,全面服务国家能源集团、中国华能、国家电投、中国大唐、中国宝武、中煤集团、金隅集团及华润水泥等国内顶尖能源集团和矿山企业,在30余个矿区落地无人驾驶车辆200余台,包括无人矿卡、无人驾驶宽体车、井下无轨胶轮车等矿区无人驾驶车辆。多个标杆项目的成功交付,奠定了慧拓在业界的领先地位。

慧拓中煤集团平朔项目

2019年9月,慧拓在中国大唐宝利煤矿完成了国内首个无人运输系统的商业化落地运营。慧拓的矿山无人化解决方案可稳定地在露天矿实现矿车无人驾驶、挖卡协同、智能调度、应急接管等功能,智能高效地完成运输全流程作业的无人化。目前项目已投入正常生产运营3年,经济效益和社会效益显著,并得到中国煤炭工业委员会、鄂尔多斯市能源局等单位的高度认可。

慧拓中国大唐宝利项目

慧拓中国大唐宝利项目的落地,标志着拥有中国自主知识产权的首套矿山无人运输系统已初具雏形。随后慧拓继续凭借自身产品技术的强硬实力,向着更具挑战性的作业环境进军,再次树立了智慧矿山领域的新标杆。

2021年9月,慧拓助力世界首个极寒环境无人矿卡编组项目通过工业验收并进入示范运营。该项目在极寒环境下,实现了去安全员、五车编组连续运行、全天候不间断作业,实现了“五项首个”:世界首个极寒环境无人矿卡编组运行示范项目,世界首个5G SA独立组网露天煤矿无人驾驶项目,国内首个200吨级以上矿用卡车无人化改造项目,国内首个实现全天候三班无人化编组运行项目,国内首个实现矿用卡车无安全员编组运行项目。无人驾驶系统可动率大于96.7%,无人驾驶运输综合效率不低于有人驾驶。

有色、水泥、冶金全场景落地,技术创新与规模发展相互促进  

2022年1月,慧拓承接的华联锌铟矿山无人运输项目在云锡集团华联锌铟矿顺利通过评审验收,成功打造了世界有色行业内首个实现矿卡全无人编组运行的项目。此项合作让慧拓再次跨越了作业环境带来的障碍。与其他北方露天矿区不同,云锡集团华联锌铟矿区所在地常年多雨多雾、道路泥泞,面对这种气候对无人驾驶系统感知功能和控制系统的干扰,慧拓自主研发了浓雾感知程序和自动补气功能,确保无人驾驶系统完美适配现场作业环境。

慧拓表示,一些场景化的技术问题,是要在实际落地项目的过程中,去发现、分析和解决的。以水泥矿山为例,相比煤炭行业,水泥行业一个非常突出的特点是多数矿山卸料时有破碎站,无人驾驶矿车在进入破碎站后,GNSS信号会因卸料棚的遮挡而减弱或消失,车辆单独依靠GNSS信号无法进行精准导航定位。慧拓依托自主研发的GNSS/IMU/ SLAM/轮速里程计多源协同定位技术,首创性地解决了无/弱GNSS信号环境下精确导航定位难题,无人驾驶矿车可安全、流畅地自动完成排队等候、入站卸料及出站,不受环境和通信延迟影响。

这样的场景化问题既是客户的痛点,也是慧拓创新突破的动力和保持技术领先的良机,技术创新与规模发展无疑是相辅相成、相互驱动的,技术领先的企业更易获得客户的青睐,抢占落地项目的先机,也只有在积累了一定的客户数量、多元化的落地场景和实地测试数据后,才能更好地进行算法训练,进行技术和服务的创新迭代。

慧拓凭借显著的技术优势和日益增长的项目经验,还完成了中国宝武南山矿、紫金矿业德尔尼铜矿、江铜集团城门山铜矿、陕煤集团小保当井工矿等数十个矿山无人化项目的落地,为煤炭、水泥、有色、冶金四大行业的智慧矿山建设树立了标杆。小保当项目的顺利验收,使慧拓成为国内唯一一家同时提供露天矿无人运输与井工矿无人辅助运输场景解决方案的公司。

高复购率下的新布局:吃透行业技术,扩大市场范围

目前慧拓在手订单和项目数量遥遥领先,客户复购率超7成,在尚处于成长阶段的矿区无人驾驶赛道成绩瞩目。

慧拓认为,随着国家政策的支持、资本的涌入,中国速度同样会在矿山无人化和智能化领域的发展上得到体现。首先,随着中国自动驾驶进程加速,国内无人驾驶技术水平并不亚于国际领先水平,甚至在个别领域已实现了行业首创。

其次,中国矿产资源丰富,除了煤产量世界第一,许多矿产资源也居世界首位。如中国的稀土约占世界总储量的43%;云南兰坪铅锌矿储量居全国第一、世界第二位;栾川钼矿储量居亚洲第一位,世界第三位等等,应用场景丰富。

最后,强大的机械设备厂商、完备的供应链体系为无人驾驶车辆研发提供了重要保障。据悉,慧拓目前合作的除了徐工集团,还有航天重工、三一集团、北方股份、同力重工等全球领先的工程机械制造商,共同推动中国矿用机械设备的智能化。

卡特彼勒MineStar Command系统的矿卡已经行驶超过14.5亿公里,相比之下,刚刚起步的国内矿山无人化领域市场成熟度还有很大的提升空间,市场渗透率尚处于破壁渗透期。可喜的是,在国家政策和技术突破的加持下,中国企业正在积极赶超,作为领先入局者,慧拓已落地30余个矿区无人驾驶项目、200余台无人矿车,在拔得先筹的同时,展示了慧拓作为国家队的技术实力和工程实力,与其自主创新技术赋能采矿业这一传统行业智能化、高端化发展的无限可能。

慧拓表示,中国矿区无人驾驶拥有千亿级市场,实现规模商用还要在标准体系、运营模式等方面进行深入探索。在技术方面,慧拓将继续发挥“愚公YUGONG”平行矿山操作系统广泛适配的优势,扩大与工程机械厂商的合作范围,拓宽潜在用户市场,与此同时,团队将继续深化车辆动力学模型的研发,完善技术方案。面对矿种差异、作业环境等因素带来的技术应用和系统适配等问题,慧拓将结合自身在潮湿多雨、低温多雾、极寒及高海拔等极端自然环境中积累的矿山作业经验,不断对方案的技术参数进行迭代更新,完善标准化流程,解决客户痛点问题。

市场方面,慧拓致力于以领先的智慧矿山技术和服务,矿山无人驾驶技术和服务,推动中国采矿业的智能化建设,不仅要打造国内矿山无人化和智能化领域的标杆案例,更要促进中国采矿业在数字化时代的全球竞争中拔得头筹。慧拓介绍,公司目前已与国内的矿企、工程机械厂商达成开展深度战略合作的意向,在全国各大矿区创建示范项目的同时,计划集三方优势于一体,重点沿“一带一路”对东南亚、非洲等地,进行矿区无人驾驶项目探索,助力中国大型能源、矿业央国企在海外的智能化发展,为中国技术的全球化,为中国矿业赢得全球话语权提供支撑。

对于公司国内矿山无人化和智能化领域的发展前景,慧拓表示,有足够的信心与美国卡特彼勒、日本小松等具有30年项目经验的公司比肩。作为“国家队”的智慧矿山技术和服务提供商,慧拓将持续发扬新时代的愚公精神,以智能科技建设智慧矿山,以高端技术助力中国的能源矿山企业高质量发展!
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