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技術(shù)創(chuàng)新破局,中科慧拓打造水泥行業(yè)無(wú)人化建設(shè)范例
2024-03-25
  2021年4月份,金隅冀東水泥與中科慧拓、中國(guó)聯(lián)通共同打造陽(yáng)泉冀東水泥5G+智慧礦山項(xiàng)目,基于一期項(xiàng)目無(wú)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(xiàng)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(wú)人化進(jìn)程,并于去年完成驗(yàn)收,冀東水泥董事長(zhǎng)姜英武和金隅集團(tuán)總經(jīng)理劉宇在調(diào)研期間,對(duì)無(wú)人駕駛的運(yùn)行穩(wěn)定性和流暢性給予了高度肯定。
  目前,該項(xiàng)目真正實(shí)現(xiàn)了全天候常態(tài)化下安全員無(wú)人化作業(yè),是我國(guó)水泥礦山行業(yè)首家實(shí)現(xiàn)全礦純電動(dòng)、數(shù)字化、綠色智慧礦山示范項(xiàng)目,項(xiàng)目成果的可復(fù)制性與推廣性極強(qiáng)。

  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(guó)務(wù)院發(fā)布的《十四五數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中指出,到2025年數(shù)字經(jīng)濟(jì)將邁向全面擴(kuò)展期。我國(guó)水泥行業(yè)作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)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(yáng)泉冀東水泥積極響應(yīng)國(guó)家對(duì)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(wú)人駕駛等先進(jìn)技術(shù),努力提升礦山作業(yè)安全的同時(shí),降本增效,夯實(shí)高質(zhì)量發(fā)展根基。
  陽(yáng)泉冀東水泥礦在進(jìn)行智能化升級(jí)過程中,面臨著多項(xiàng)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(dòng)作業(yè)的,礦上的挖掘設(shè)備在生產(chǎn)作業(yè)時(shí)需要經(jīng)常移動(dòng),其絕對(duì)定位與相對(duì)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(shí),如何快速且高效的確定裝載點(diǎn)位置,成為無(wú)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(dòng)頻繁
  陽(yáng)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(wú)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(shí),礦區(qū)場(chǎng)景內(nèi)部分區(qū)域變動(dòng)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(hào)
  相比其他露天礦而言,陽(yáng)泉冀東水泥的破碎站正好建設(shè)于山體旁邊,山體對(duì)5G和GNSS信號(hào)造成一定遮擋,如何解決山體對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀菍?shí)現(xiàn)無(wú)人化建設(shè)的難題之一。

  4、破碎站對(duì)GNSS信號(hào)的遮蔽
  基于環(huán)保要求,本項(xiàng)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(shí)慣導(dǎo)無(wú)法接收GNSS信號(hào),當(dāng)車輛出破碎站時(shí)恢復(fù)GNSS信號(hào)也需要很長(zhǎng)時(shí)間,這也成為陽(yáng)泉冀東水泥5G+智慧礦山項(xiàng)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(wú)人化“堅(jiān)冰”
  本項(xiàng)目礦山地形環(huán)境具有普遍性,通過成功解決各項(xiàng)問題,為項(xiàng)目規(guī)?;瘡?fù)制提供經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)支持。
  該項(xiàng)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(wú)/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(diǎn)問題,保障了無(wú)人駕駛礦車的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行,進(jìn)一步提升陽(yáng)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(yáng)泉冀東水泥5G+智慧礦山項(xiàng)目主要應(yīng)用了以下六個(gè)方面的創(chuàng)新技術(shù):
  1、世界首創(chuàng)的基于虛實(shí)互動(dòng)的礦區(qū)無(wú)人運(yùn)輸仿真測(cè)試技術(shù)
  中科慧拓提供的礦區(qū)無(wú)人運(yùn)輸仿真系統(tǒng),除了可以對(duì)自動(dòng)駕駛各項(xiàng)功能算法、云端智能調(diào)度與管理系統(tǒng)進(jìn)行功能測(cè)試外,還同時(shí)具備對(duì)礦區(qū)自動(dòng)增量式更新模擬、人機(jī)共駕仿真、虛實(shí)互動(dòng)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(yàn)證、傳感器配置方案測(cè)試驗(yàn)證等功能。
  2、無(wú)/弱GNSS信號(hào)環(huán)境中的高精度定位及快速切換技術(shù)
  面對(duì)信號(hào)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(hào)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(jì)進(jìn)行融合,通過SLAM技術(shù)預(yù)先構(gòu)建高精度點(diǎn)云地圖實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)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(jì)進(jìn)行融合,實(shí)現(xiàn)無(wú)GNSS信號(hào)時(shí)無(wú)人駕駛卡車的實(shí)時(shí)位置和姿態(tài)解算。目前該技術(shù)已應(yīng)用于多個(gè)水泥礦無(wú)人化項(xiàng)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(yùn),且裝載區(qū)、破碎站、停車場(chǎng)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(yùn)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(wú)人車混編協(xié)同控制運(yùn)行、路口安全會(huì)車、多車裝載卸載排隊(duì)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(wú)人運(yùn)輸卡車編隊(duì)行駛,使無(wú)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(dòng)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(shí)時(shí)描述地形變化。其中,地形管理模塊以無(wú)人寬體礦車車載傳感器為數(shù)據(jù)來(lái)源,無(wú)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(wú)人運(yùn)輸實(shí)施過程中的人員與設(shè)備安全,避免因無(wú)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(jì)了全方位、立體化的安全性保障措施,主要包括無(wú)人運(yùn)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(hù)、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(cè)試、全方位技術(shù)方案冗余、駕駛模式冗余、多層次多級(jí)別故障監(jiān)測(cè)與安全處理機(jī)制、全方位通訊防護(hù)體系、專職安全員配備等多個(gè)方面采取相應(yīng)安全措施。
  6、高實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的協(xié)同補(bǔ)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(shí)、通信時(shí)延等問題,采用CTRA運(yùn)動(dòng)模型將協(xié)作車感知數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)到當(dāng)前時(shí)間戳以減少時(shí)延的影響,采用隨機(jī)有限集理論來(lái)實(shí)現(xiàn)跟蹤級(jí)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(jià)值:打造水泥行業(yè)無(wú)人化參考范例
  陽(yáng)泉冀東水泥5G+智慧礦山項(xiàng)目能夠高效調(diào)度,管理礦中不少于200臺(tái)無(wú)人運(yùn)輸車輛的運(yùn)輸任務(wù),并確保車輛在礦區(qū)安全行駛。該項(xiàng)目根據(jù)設(shè)定地點(diǎn)為車輛合理規(guī)劃導(dǎo)航路徑,實(shí)現(xiàn)錯(cuò)車通行、交匯路口通行、協(xié)同裝載;此外,項(xiàng)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(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化無(wú)人”,筑牢生態(tài)安全,實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)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(wú)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(dòng)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(lái)也期待攜手更多礦企,將豐富的項(xiàng)目落地經(jīng)驗(yàn)快速?gòu)?fù)制到更多的場(chǎng)景之中。
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