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人工智能

矿区无人驾驶助力能源产业提质增效

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(图为:国家电投霍林河南露天矿无人驾驶矿卡作业)

中国矿产资源丰富,截至2018年底中国大型矿山数量约为4324座,包括煤炭、钢铁、有色金属、水泥砂石等领域在内的能源和采矿业是保障国民经济健康发展的关键性行业。

人工智能、大数据、无人驾驶等新一代信息技术赋能能源开采提质增效,成为我国相关企业在不断实践中探索出的发展新道路。

 各主体推动无人驾驶“落地”矿区

据了解,矿区生产运输车辆大、盲区多,夜晚作业疲劳驾驶,如何杜绝安全事故一直是生产企业关注的重点,实现运输环节的无人化,有助于规避人员伤亡事故,实现生产作业的本质安全。基于国家能源安全、社会价值、企业经营等多维度考量,国家、地方政府以及矿业企业等多个主体都在积极推动无人驾驶技术在矿业行业的落地。

据了解,从业人员流动性大、年轻人从业意愿低等因素,增加了矿企的管理难度和运营成本。通过提升智能化水平,突破“人”的不确定因素,进一步提高生产作业效率;以及通过数字化技术,优化管理,降低不规范作业造成的车辆维修、油耗、胎损等成本,有利于进一步提升企业利润水平。

我国政府度重视能源生产的安全问题,相关部门发布多个政策文件,加速煤矿智能化建设落地。

在2020年2月,国家发展改革委、国家能源局、应急部、国家煤矿安监局、工业和信息化部、财政部、科技部、教育部等部门联合发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》,文件进一步明确提出:“重点突破精准地质探测、确定位与数据高效连续传输、智能快速掘进复杂条件综采、连续化辅助运输露天开采无人作业”。文件同时强调:“ 到2025年露天煤矿实现智能连续作业和无人化运输。”

2021年6月,国家能源局、国家矿山安全监察局联合印发了《煤矿智能化建设指南(2021年版)》,将露天煤矿智能化建设目标定为“生产煤矿重点建设远程操控系统、无人驾驶系统、远程运维系统、综合管控系统等”。

据了解,矿区无人驾驶是融合了IT、汽车、采矿等技术的综合性应用,叠加了矿山运输场景的独特性。从全球范围内来看,矿山无人驾驶发展也是无人驾驶各领域沉淀时间最长、技术发展最成熟、实践案例最多的应用场景。从技术维度看,现有技术发展水平在该场景下,基本可实现L4级别无人驾驶;从需求侧看,矿业从用人、效率、成本等角度考虑,存在刚需;在政策层面,“无人驾驶”+“智慧矿山”均属于国家重点发展方向,两者复合,切合国家能源安全和矿山智能化两大战略方向。

围绕矿区无人驾驶场景,企业主体也积极在实践中探索,头部科技企业加速人工智能技术在智慧矿业场景中的应用布局。2022年6月,中国联通集团正式成立智慧矿山军团,华为煤矿军团则将全球总部落地在山西太原。

我国矿区无人驾驶发展已历30多年

中国矿区无人驾驶源于上世纪90年代,2014年伴随着无人驾驶发展才逐渐成熟。国内的矿山无人驾驶生态,由无人驾驶解决方案企业牵头并掌握核心技术,联合工程机械企业(主机厂)等技术上下游伙伴,为矿企、运输公司、工程公司等终端市场提供解决方案或者运输运营服务。自动驾驶解决方案通常包含车辆自动驾驶改造以及云端、地面系统建构等内容。

我国矿区运输环节无人化推进与国外有所不同。国外主要是通过新车前装逐步替换旧车的方式,不对存量车进行改造。而在政策的引领下,中国市场是存量、增量同步推进,部分矿区以快速实现全矿无人驾驶为目标。

目前主要矿区无人驾驶解决方案企业包括踏歌智行、慧拓智能、易控智驾、伯镭科技等,经过起步、技术研发、试点验证,目前主要企业的相关方案已经开始在国内各大矿区规模化推广,各服务企业随着发展阶段不同,业务进展有所差异。

以头部公司踏歌智行为例,其方案已在内蒙古、新疆、西藏、安徽、河南等众多省份矿区实现落地运营,并逐步推进常态化的安全员下车作业;在矿区类型上,从露天煤矿、铁矿开始,逐渐扩展到有色金属矿、砂石矿等,代表性规模化运营项目包括包钢白云鄂博铁矿、国家能源贺斯格乌拉南露天煤矿、国家能源胜利一号煤矿、霍林河南露天矿、鄂尔多斯永顺煤矿、紫金巨龙驱龙铜矿、江铜德兴铜矿、海螺水泥等。

根据赛迪顾问发布的《中国智慧露天矿区研究》调研数据,按照改装车辆数计算的市场占有率,目前踏歌智行在总车辆改装数、前装车辆改装数两项占首位,其他企业跟随其后。

从商业模式角度,解决方案交付模式和基于无人驾驶技术的运输运营服务模式,是目前业内两种主流的两种商业模式形态。矿山无人驾驶企业在解决方案交付模式下,依托头部矿企,打造了一批有代表性的示范性规模应用案例。而以服务方式进行的矿石及土石方无人化运输运营则是被业界看好的潜力股,具有庞大的潜在市场空间。

矿区无人驾驶产业四大发展趋势

展望未来,中国矿区无人驾驶产业呈现以下四大发展趋势:

一、市场规模持续扩大,更多矿业龙头布局无人驾驶,逐步向长尾市场延伸。在近两年的实践中,矿区无人驾驶相关上下游企业已经打造了一系列的标杆案例,矿业龙头如国家能源、国家电投、中煤、包钢、紫金矿业、江西铜业、海螺水泥等参与其中。随着标杆案例的示范作用和无人驾驶方案的进一步成熟,更多的大中型矿企将参与其中。而由服务商自建或合建无人驾驶车队,为矿企提供运输运营外包服务的商业模式,除了使供给方企业能以更灵活的方式、更快捷的速度达成商业合作外,也使得他们服务长尾市场成为可能。市场潜力将进一步释放。

二、矿区无人驾驶方案进一步与智慧矿山、无人矿山方案深度融合。现阶段,矿山无人驾驶关注的核心还是采掘作业中的“采运排”环节。未来矿山的无人驾驶技术将与矿山作业的上下游链条衔接更加紧密,从矿山智能驾驶单环节无人化,扩展到“车-皮带”联动智能输送,甚至拓展到矿区半开放道路的联动作业,进而实现真正全矿无人化、自动化的作业系统。

三、无人化与电动技术融合,无人矿山与绿色矿山并行。与智能化、无人化并行的,是“绿色矿山”战略,其中不仅包括矿山生态修复,也包括碳排放的控制。矿山作业中有大量空载上坡、重载下坡的场景,其能量转化方式尤其适合电动矿车应用。理想状态下,电动矿车甚至可以无需充电实现常态作业。与有人驾驶相比,无人驾驶可以提供一种稳定的行驶状态,降低能耗,更好地发挥电动矿车的优势;电动方案的普及亦会给无人驾驶方案的相关技术实现带来较大便利。

四、海外市场将成矿区无人驾驶市场新增长点。相较与海外厂商的解决方案,中国矿区无人驾驶企业的产品方案具有多项关键优势,例如更加广泛的车型兼容性,更加普适的场景适应性,更具性价比、更灵活的商业合作方式。随着相关解决方案在国内的应用成熟,产品化程度的进一步提高,矿区无人驾驶的中国技术走向国外是一个必然趋势。

推动矿区无人驾驶发展三大建议

 展望中国矿区无人驾驶产业的未来发展,笔者提出三点建议。

一、进一步加强政策引导。在矿区无人驾驶应用中,煤碳领域的规模化推广最快,除矿区无人驾驶方案有利于增强矿企经营管理外,国家及地方的一系列扶持政策,作用同样至关重要。相对而言,水泥砂石、金属矿产等领域的无人驾驶推广速度略缓,与上述领域的政策的力度有一定关系。如相关扶持政策能得以出台,中国矿区无人驾驶全行业的快速普及将有望大幅提速,并加快助力中国矿业科技高精尖方案的出海。

二、推进标准化与产业协同。随着产业的蓬勃发展,同一矿区不同品牌方案统一接入的情况开始出现,平台与平台、平台与车辆的兼容问题慢慢浮现。行业标准化工作已经展开,但参建单位的局限性依然存在;并且局部性特征明显,缺乏从矿区无人驾驶总体层面部局,缺乏跨用户行业的系统构建。由权威机构牵头、组建全行业性质的高规格产业联盟,并由其牵头组织相关行业规范的编制,将有利于促进行业的规模化成长。

三、加强金融支持与保险体系建设。矿区无人驾驶的行业生态中,起技术主导作用的是拥有科技创新能力的创业型企业。对他们而言,除了科创企业人力成本支出之外,在研发、商业化落地方面,都需要大量资金支持。比如车辆的购置,无论是在测试阶段,还是在运输运营阶段,自建或者合建无人运输车队,都需要大量的资金。另一方面,矿车不同于乘用车辆,其保险体系大不相同,目前缺失适合该领域的保险品种,矿区无人驾驶企业存在较大潜在风险。基于以上因素,需要各级政府给予引导性的金融政策,包括股权、债权支持政策,以及支持相关企业与保险公司达成创新型保险合作,增强解决方案公司的业务规模化复制能力,以及抗风险能力。


责任编辑:王伟


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