點(diǎn)亮智慧之燈 共筑智能礦山
——記中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）ITVR實(shí)驗(yàn)室趙紅澤團(tuán)隊(duì)
◎? 本報(bào)記者 馬曉敏
近日，來(lái)自中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）ITVR實(shí)驗(yàn)室的海底小縱隊(duì)基于華為礦山AI大模型，歷經(jīng)數(shù)月研發(fā),、實(shí)驗(yàn),，最終成功實(shí)現(xiàn)露天礦非結(jié)構(gòu)化道路邊緣檢測(cè)和道路內(nèi)小目標(biāo)和多尺度目標(biāo)檢測(cè),，極大地提升了礦山生產(chǎn)的安全性,。該項(xiàng)作品榮獲第一屆全國(guó)煤炭行業(yè)礦山AI大模型大賽一等獎(jiǎng),。此外,，該團(tuán)隊(duì)還總結(jié)了露天煤礦無(wú)人駕駛礦卡運(yùn)輸作業(yè)全流程多場(chǎng)景的目標(biāo)檢測(cè)任務(wù),，并設(shè)計(jì)了配套的端到端解決方案,，為無(wú)人駕駛技術(shù)在露天煤礦的商業(yè)化運(yùn)行提供了參考。
在以5G,、大數(shù)據(jù),、云計(jì)算、人工智能等為代表的新一代信息技術(shù)的加持下,，智能礦山從理念走向現(xiàn)實(shí),，為我國(guó)礦業(yè)行業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)少人無(wú)人化作業(yè)提供了有力支撐。
數(shù)據(jù)顯示,，2020年以來(lái)全國(guó)煤礦智能化采掘工作面由494個(gè)增至1019個(gè),，同比增加42%；智能化煤礦由242處增至572處,，產(chǎn)能由8.5億噸增至19.36億噸,；煤礦井下機(jī)器人從19種增加到31種，礦山專用操作系統(tǒng),、5G專網(wǎng)等前沿技術(shù)得到更廣泛應(yīng)用……
露天礦智能運(yùn)輸亟待解決
露天煤礦是我國(guó)煤炭生產(chǎn)體系的重要組成部分,。在井工煤礦加快智能化建設(shè)的同時(shí)，露天煤礦的智能化建設(shè)也明顯提速,。
目前,，我國(guó)露天煤礦總計(jì)約450余處，總產(chǎn)能近8億噸/年,。據(jù)了解,，我國(guó)約有95%的露天煤礦采用單斗-卡車間斷工藝。在采用間斷工藝的露天煤礦,，卡車運(yùn)輸環(huán)節(jié)約占生產(chǎn)成本中的60%,，占勞動(dòng)定員的45%左右，卡車運(yùn)輸環(huán)節(jié)事故起數(shù)占總事故起數(shù)的60%以上,。因此,，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸環(huán)節(jié)的無(wú)人化智能化對(duì)于露天礦山安全、高效,、綠色開采至關(guān)重要,。
同時(shí)，相關(guān)部門多次發(fā)布政策文件,，加速實(shí)現(xiàn)煤礦智能化,，其中無(wú)人駕駛多次被提及,。2020年2月，國(guó)家發(fā)展改革委,、國(guó)家能源局,、應(yīng)急部、國(guó)家煤礦安監(jiān)局,、工業(yè)和信息化部,、財(cái)政部、科技部,、教育部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》,，明確提出：“重點(diǎn)突破精準(zhǔn)地質(zhì)探測(cè)、精確定位與數(shù)據(jù)高效連續(xù)傳輸,、智能快速掘進(jìn),、復(fù)雜條件智能綜采、連續(xù)化輔助運(yùn)輸,、露天開采無(wú)人化連續(xù)作業(yè),。”指導(dǎo)意見同時(shí)強(qiáng)調(diào)：“到2025年露天煤礦實(shí)現(xiàn)智能連續(xù)作業(yè)和無(wú)人化運(yùn)輸,?！?/p>
2021年6月，國(guó)家能源局,、國(guó)家礦山安全監(jiān)察局聯(lián)合印發(fā)了《煤礦智能化建設(shè)指南（2021年版）》,，將露天煤礦智能化建設(shè)目標(biāo)定為“生產(chǎn)煤礦重點(diǎn)建設(shè)遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)、無(wú)人駕駛系統(tǒng),、遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng),、綜合管控系統(tǒng)等”。
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）ITVR實(shí)驗(yàn)室教授趙紅澤帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員很早就開展了露天礦無(wú)人駕駛運(yùn)輸作業(yè)的理論和應(yīng)用研究,，并依托實(shí)驗(yàn)室老一輩科學(xué)家成立了智慧露天礦山研究中心,。
趙紅澤在美國(guó)某露天礦調(diào)研
“隨著礦山淺部礦產(chǎn)資源逐年減少，露天開采陸續(xù)轉(zhuǎn)為深部凹陷開采,，深部開采致使邊坡垂直高度不斷增大,，延長(zhǎng)運(yùn)輸距離的同時(shí)也增大了滑坡及邊坡傾倒滑移等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率。露天礦區(qū)運(yùn)輸與一般道路運(yùn)輸不同,，環(huán)境惡劣揚(yáng)塵大,、道路狹窄彎道多、路面坑洼不平整,；運(yùn)輸車輛車體寬盲區(qū)大,，對(duì)駕駛員資質(zhì)要求高；而部分礦區(qū)位于多雨雪,、高海拔區(qū)域使得安全風(fēng)險(xiǎn)更高,。此外各礦山企業(yè)普遍存在用工難,、用工成本高等問題，無(wú)人駕駛的應(yīng)用恰能有效緩解人力供給不足導(dǎo)致的產(chǎn)能遲滯,，還有利于各企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)需求靈活調(diào)整產(chǎn)能。而礦區(qū)運(yùn)輸運(yùn)行路線固定,、道路封閉等特點(diǎn)更為無(wú)人駕駛在該領(lǐng)域的應(yīng)用提供了便利,。自2013年智慧礦山建設(shè)被提出以來(lái)，我國(guó)煤礦智能化建設(shè)快速推進(jìn),，現(xiàn)已有包括北方重工,、航天重工、三一集團(tuán),、中車集團(tuán)等多家企業(yè)具備試制無(wú)人礦車的能力,。2018年11月，徐工集團(tuán)在上海寶馬車展上展出自制的無(wú)人礦車,；2020年1月,，包鋼集團(tuán)白云鄂博鐵礦牽頭發(fā)布的團(tuán)標(biāo)正式實(shí)施，填補(bǔ)了我國(guó)露天礦無(wú)人駕駛運(yùn)行安全標(biāo)準(zhǔn)體系的空白,；中國(guó)信息通信研究院聯(lián)合慧拓等編制的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)也于2021年1月發(fā)布,，團(tuán)隊(duì)參與的國(guó)家能源集團(tuán)無(wú)人駕駛企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也即將發(fā)布。我國(guó)露天礦無(wú)人駕駛正在朝著成熟化,、規(guī)?；粩嘹吔,！壁w紅澤老師在采訪中表示,。
但是，露天礦智能運(yùn)輸建設(shè)仍面臨單一傳感器的環(huán)境感知能力弱,；數(shù)據(jù)傳輸,、存儲(chǔ)和計(jì)算速度慢；現(xiàn)有算法的計(jì)算精度和計(jì)算速度不足等難題,。
校企聯(lián)動(dòng)直面應(yīng)用場(chǎng)景
對(duì)于礦山企業(yè)來(lái)說(shuō),，目前專門的智能化人才引進(jìn)方面是一項(xiàng)短板。短期內(nèi),，智能化人才的培養(yǎng)更多依靠企業(yè)內(nèi)部自我提升,、技能大師和傳幫帶制度的力量，因此,，校企合作,，可以聯(lián)合解決智能礦山建設(shè)過程中的實(shí)際場(chǎng)景問題。
在參加全國(guó)煤炭行業(yè)礦山AI大模型大賽之前,，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）ITVR實(shí)驗(yàn)室成員徐洪洋和陸俊宇在國(guó)家能源集團(tuán)黑岱溝露天煤礦無(wú)人駕駛工作面開展了為期3個(gè)月的調(diào)研,，并同團(tuán)隊(duì)針對(duì)露天煤礦非結(jié)構(gòu)化道路內(nèi)難以檢測(cè)的小目標(biāo)和多尺度目標(biāo)障礙,，建立了露天煤礦非結(jié)構(gòu)化道路邊緣檢測(cè)模型和礦區(qū)道路內(nèi)小目標(biāo)和多尺度目標(biāo)檢測(cè)模型，基于兩個(gè)模型提供了無(wú)人駕駛卡車運(yùn)輸作業(yè)全流程多場(chǎng)景的目標(biāo)檢測(cè)方案,。這是該團(tuán)隊(duì)致力于真正解決礦山智能化建設(shè)過程中場(chǎng)景需求的生動(dòng)實(shí)踐,。
趙紅澤團(tuán)隊(duì)在華能靈泉露天礦開展技術(shù)交流
此外，20多年來(lái),，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）ITVR實(shí)驗(yàn)室還與國(guó)家能源集團(tuán),、中煤能源、華能煤業(yè),、京煤集團(tuán)等煤炭企業(yè)開展了深入交流與合作,，并取得了一系列成果。團(tuán)隊(duì)參與編制了國(guó)家能源集團(tuán)主導(dǎo)的有關(guān)露天礦無(wú)人駕駛的兩項(xiàng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)露天礦智能化建設(shè)的三項(xiàng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),；實(shí)驗(yàn)室采用物聯(lián)網(wǎng),、大數(shù)據(jù)、人工智能,、虛擬現(xiàn)實(shí),、人員精準(zhǔn)定位等新技術(shù)基于多年理論研究成果，開發(fā)建立了一套基于信息化技術(shù)全流程可追溯的安全生產(chǎn)綜合管控平臺(tái),，該平臺(tái)已成功部署于華能集團(tuán)扎賚諾爾煤業(yè)公司旗下的靈露煤礦,，解決了人機(jī)環(huán)管多源數(shù)據(jù)融合、風(fēng)險(xiǎn)隱患雙控閉環(huán)管理體系可追溯,、動(dòng)態(tài)違章信息實(shí)時(shí)AI預(yù)警推送等安全智能管控難題,。
“我國(guó)露天礦山分布廣泛，不同露天礦山之間的地理位置和煤巖特性存在顯著差異,。面向復(fù)雜多變的露天礦開采環(huán)境,，針對(duì)機(jī)器人化裝運(yùn)卸生產(chǎn)設(shè)備的自主選取和開采工藝參數(shù)的合理設(shè)計(jì)問題，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）ITVR實(shí)驗(yàn)室未來(lái)會(huì)從無(wú)人駕駛運(yùn)輸工藝設(shè)計(jì)與效率驗(yàn)證,、多作業(yè)面機(jī)器人化裝卸工藝效率提升,、露天礦機(jī)器人化裝運(yùn)卸工藝沖突消解、機(jī)器人化裝運(yùn)卸組織管理模式等4個(gè)方面開展研究,，旨在提出一套面向露天礦機(jī)器人化裝運(yùn)卸工藝虛擬設(shè)計(jì)的理論與方法,，突破工藝設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)的依賴性，解決裝運(yùn)卸工藝多場(chǎng)景虛擬推演與效率驗(yàn)證,、設(shè)備決策與工藝優(yōu)化中運(yùn)量均衡和沖突消解,、融合多因素規(guī)則的安全運(yùn)輸計(jì)劃，自主高效生成機(jī)制等直接影響露天礦開采安全性和運(yùn)行效率的關(guān)鍵問題,，形成一套完整的露天礦機(jī)器人化裝運(yùn)卸管理規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),，使露天礦無(wú)人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)的智能設(shè)計(jì)效率大大提升，這是依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃團(tuán)隊(duì)制定的下一階段科研攻關(guān)目標(biāo),?！毙旌檠蟛┦勘硎?。
“路雖遠(yuǎn)，行則將至”,，ITVR實(shí)驗(yàn)室將依靠在露天礦山+信息化領(lǐng)域多年的積累,，積極探索智慧露天礦山建設(shè)，共筑智能礦山落地,，用技術(shù)改變礦山正在路上,，也一直在路上。
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