從鄂爾多斯市東勝區(qū)驅(qū)車(chē)近50公里，就到了位于該市東北部達(dá)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(dòng)駕駛系統(tǒng)的寬體自卸車(chē)。“這四輛車(chē)是今年4月份來(lái)的，是慧拓智能的車(chē)。”現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)駕駛公司，其孵化于中科院自動(dòng)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(chǎng)景，以ACP平行駕駛理論為基礎(chǔ)，打造礦區(qū)運(yùn)輸無(wú)人化解決方案。
今年9月，慧拓智能已在寶利煤礦實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化落地運(yùn)營(yíng)，由此成為國(guó)內(nèi)首個(gè)完成礦區(qū)自動(dòng)駕駛商業(yè)化落地運(yùn)營(yíng)的企業(yè)。
到達(dá)當(dāng)?shù)貢r(shí)，這四輛三黃一白無(wú)人礦車(chē)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(fù)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)車(chē)輛較少。
隨后試乘了其中一輛黃色寬體自卸車(chē)，車(chē)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(shí)接管車(chē)輛。在采礦點(diǎn)，慧拓智能改裝的半自主化挖掘機(jī)先進(jìn)行裝載作業(yè)，作業(yè)完畢后，寬體自卸車(chē)裝載著近25噸的礦土開(kāi)始沿主干線低速自動(dòng)駕駛到卸礦點(diǎn)，途中經(jīng)過(guò)了兩個(gè)直角彎。
近15分鐘的試乘過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該車(chē)在面對(duì)地面深坑、較大石塊等情況時(shí)，能夠及時(shí)檢測(cè)到并自動(dòng)避開(kāi);遇到稍淺的坑時(shí)，車(chē)輛則選擇直接行駛過(guò)去。因此，在試乘過(guò)程中感到略微顛簸，考慮到礦石是寬體自卸車(chē)的主要運(yùn)輸對(duì)象，該車(chē)的總體表現(xiàn)還算過(guò)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(zhǎng)田濱、副院長(zhǎng)高玉聊了聊公司近況、商業(yè)模式、未來(lái)計(jì)劃以及他對(duì)目前行業(yè)的看法。
無(wú)人礦區(qū)的三種解決方案
早在十年前，陳龍就涉足無(wú)人駕駛領(lǐng)域。他畢業(yè)于武漢大學(xué)和新加坡國(guó)立大學(xué)，是中山大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院副教授兼博導(dǎo)，曾經(jīng)獲得過(guò)2010中國(guó)無(wú)人車(chē)未來(lái)挑戰(zhàn)賽(IVFC)綜合路段測(cè)試的冠軍。
多年的學(xué)習(xí)和研究經(jīng)歷，讓陳龍認(rèn)定，礦區(qū)既是自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)落地的最早場(chǎng)景，也是能最終為這項(xiàng)技術(shù)買(mǎi)單的場(chǎng)景。“想要在開(kāi)放道路場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛的商業(yè)化落地，還需整個(gè)行業(yè)為此進(jìn)行長(zhǎng)期努力。”陳龍表示，“但礦區(qū)不一樣，國(guó)外已經(jīng)有多個(gè)成熟的無(wú)人化礦區(qū)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)盈利，這為國(guó)內(nèi)企業(yè)指引了方向。”據(jù)他所述，目前國(guó)內(nèi)每臺(tái)自動(dòng)駕駛車(chē)每年能節(jié)省近60萬(wàn)元的司機(jī)成本——這對(duì)礦企十分有吸引力。
陳龍介紹稱(chēng)，公司研發(fā)了三種解決方案：無(wú)人化礦卡、半自主化挖掘機(jī)，以及智能化機(jī)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(jī)的工作效率，輔以后者則可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(dāng)下的智慧礦山框架。
以試乘的黃色無(wú)人駕駛寬體自卸車(chē)為例。從外觀看，這輛同力重工TLI65非公路寬體礦用車(chē)，裝有1臺(tái)32線激光雷達(dá)和3臺(tái)16線激光雷達(dá)，以及3臺(tái)毫米波雷達(dá)。高玉介紹道：“這些傳感器可以感知周?chē)?0米范圍內(nèi)的障礙物。”
(寬體自卸車(chē))
他同時(shí)表示，車(chē)內(nèi)還配備了攝像頭、GPS定位系統(tǒng)與5G設(shè)備，以用于遠(yuǎn)程控制和信號(hào)傳輸，當(dāng)車(chē)在行駛過(guò)程中遇到一些無(wú)法解決的問(wèn)題時(shí)，遠(yuǎn)程操控室的工作人員就會(huì)進(jìn)行接管。陳龍認(rèn)為，遠(yuǎn)程控制十分必要，“人類(lèi)必須掌握駕駛的最終控制權(quán)。我們需要有一個(gè)第三方應(yīng)急接管系統(tǒng)，一旦發(fā)生緊急事件，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，我們可以遠(yuǎn)程將車(chē)行駛到安全區(qū)域。”
遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)位于距離采礦點(diǎn)一百多米的管控中心內(nèi)。在這里，還有應(yīng)急接管系統(tǒng)和機(jī)群調(diào)度系統(tǒng)。系統(tǒng)中的挖機(jī)采用半自主式的作業(yè)方式，可以控制無(wú)人駕駛車(chē)的入場(chǎng)和出場(chǎng)，“由于礦物所處的地質(zhì)硬度不同，挖機(jī)較難自主控制力度。”田濱表示，“與礦車(chē)相比，這個(gè)(挖掘機(jī))無(wú)人化的迫切程度也沒(méi)有那么高。”
(遠(yuǎn)程控制系統(tǒng))
機(jī)群調(diào)度系統(tǒng)則能夠通過(guò)車(chē)與車(chē)、車(chē)與中心之間的通訊，實(shí)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(jī)群調(diào)度系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單人遠(yuǎn)程下發(fā)作業(yè)任務(wù)，指定任何一輛無(wú)人車(chē)或挖掘機(jī)按規(guī)定作業(yè)。”
除此以外，這套系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜交通路口的智能化調(diào)度。“車(chē)輛通過(guò)十字路口的總時(shí)間能降低30%以上。”他補(bǔ)充說(shuō)，“前幾天下雨了，礦區(qū)還沒(méi)完全恢復(fù)作業(yè)。平時(shí)大概有一百多輛寬體車(chē)在寶利煤礦同時(shí)作業(yè)。”
(機(jī)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(chē)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(shí)現(xiàn)這種遠(yuǎn)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(gè)32線的激光雷達(dá)、一個(gè)攝像頭，以及一些路由器和通信終端。“我們會(huì)根據(jù)具體情況評(píng)估合適建立路側(cè)單元的點(diǎn)，”陳龍表示，“基本安裝在核心路口。”
但想要實(shí)現(xiàn)礦山場(chǎng)景下的自動(dòng)駕駛，還需要解決定位、低溫、震動(dòng)(顛簸)等難題。由于礦區(qū)GPS信號(hào)覆蓋度差，礦車(chē)的自定位相對(duì)困難。“我們利用組合定位技術(shù)來(lái)解決，包括使用GPS、IMU、激光雷達(dá)、高精地圖等，至少目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了局部區(qū)域的自定位。”田濱表示。
低溫和震動(dòng)問(wèn)題則主要針對(duì)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?xún)?nèi)，而鄂爾多斯經(jīng)常出現(xiàn)零下三四十?dāng)z氏度的低溫環(huán)境。”田濱解釋道，“震動(dòng)和顛簸比較大，對(duì)傳感器和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的穩(wěn)定性都是一大考驗(yàn)。”對(duì)此，慧拓智能選擇通過(guò)裝載傳感器保溫裝置和路側(cè)單元來(lái)解決問(wèn)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(xué)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(wú)人化礦卡、半自主化挖掘機(jī)，智能化機(jī)群管理調(diào)度系統(tǒng)這三種解決方案。
2004年，時(shí)任中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究員的王飛躍發(fā)表了《平行系統(tǒng)方法與復(fù)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(gè)自然存在的實(shí)際系統(tǒng)，及與之相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)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(dòng)駕駛場(chǎng)景，平行系統(tǒng)分為四個(gè)部分：一個(gè)真實(shí)車(chē)輛(某個(gè)自然存在的實(shí)際系統(tǒng))，以及三個(gè)虛擬車(chē)輛(多個(gè)虛擬或理想化的人工系統(tǒng))。
田濱解釋道，通過(guò)收集真實(shí)車(chē)輛在駕駛過(guò)程中所獲得的海量數(shù)據(jù)，三個(gè)虛擬車(chē)輛在虛擬世界中，分別起到建立環(huán)境與車(chē)輛模型，驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性、預(yù)測(cè)車(chē)輛位置軌跡，以及引導(dǎo)真實(shí)車(chē)輛運(yùn)行等作用。簡(jiǎn)單而言，就是能夠描述車(chē)、預(yù)測(cè)車(chē)和引導(dǎo)車(chē)。
在無(wú)人礦山系統(tǒng)中，平行系統(tǒng)的四部分就具體為：無(wú)人礦卡和半自主化挖掘機(jī)組成的真實(shí)系統(tǒng)(真實(shí)車(chē))、管控中心的虛擬平行礦山(描述車(chē))、管控中心的大數(shù)據(jù)分析與深度學(xué)習(xí)功能(預(yù)測(cè)車(chē))、管控調(diào)度和接管平臺(tái)(引導(dǎo)車(chē))。以真實(shí)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(yù)測(cè)和引導(dǎo)真實(shí)車(chē)輛的行駛，解決調(diào)度難、管理難等問(wèn)題。
“它是一種比較高級(jí)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(dòng)駕駛基礎(chǔ)上，專(zhuān)門(mén)做了一塊平行化(搭建平行世界)的工作，“中心智能會(huì)強(qiáng)一點(diǎn)，有一些計(jì)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(guò)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(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)、車(chē)與中心之間的通訊。
在平行駕駛理論的指導(dǎo)下，慧拓智能于2016年就與徐工集團(tuán)合作研發(fā)了徐工智能化系列產(chǎn)品，包括110噸無(wú)人礦卡、15噸半自主式挖機(jī)、智能調(diào)度機(jī)群系統(tǒng)等。2018年，二者共同發(fā)布平行無(wú)人礦山系統(tǒng)。
到了2019年，慧拓智能開(kāi)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(kāi)始試運(yùn)營(yíng)礦區(qū)無(wú)人運(yùn)輸系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)5個(gè)月的試運(yùn)營(yíng)后，慧拓智能于9月份在寶利煤礦完成落地，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)完成礦區(qū)自動(dòng)駕駛商業(yè)化落地運(yùn)營(yíng)的企業(yè)。
以寶利煤礦為起點(diǎn)，慧拓智能也瞄向了更遠(yuǎn)的未來(lái)。陳龍透露了公司的兩項(xiàng)未來(lái)規(guī)劃。一是以現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ)，與礦主和運(yùn)輸隊(duì)成立三方合資公司，負(fù)責(zé)技術(shù)運(yùn)營(yíng)工作;二是走出礦區(qū)，研發(fā)礦區(qū)場(chǎng)景外的自動(dòng)駕駛技術(shù)，“我們將之稱(chēng)為‘短倒物流’，就是將煤(礦)從礦里運(yùn)輸?shù)揭睙拸S、洗煤廠、火車(chē)站等礦外地點(diǎn)。”他介紹道。
礦區(qū)自動(dòng)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(chǎng)景的自動(dòng)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(dāng)下，礦區(qū)自動(dòng)駕駛有望迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。“很快，明年就會(huì)出現(xiàn)多個(gè)示范樣例，后年就能較大規(guī)模鋪開(kāi)。”陳龍預(yù)測(cè)道。
除慧拓智能外，目前專(zhuān)注礦區(qū)場(chǎng)景的自動(dòng)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(shí)間在2014年-2018年之間，但今年以來(lái)，無(wú)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(méi)有拿到融資的去年形成鮮明對(duì)比。
該場(chǎng)景之所以被資本看重，主要因?yàn)槁涞匮杆俸蜆I(yè)界剛需。從易控智駕在鄂爾多斯開(kāi)始測(cè)試，到踏歌智行與包鋼合作研發(fā)成功礦用卡車(chē)無(wú)人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)，再到希迪智駕在內(nèi)蒙某礦場(chǎng)正式交付遠(yuǎn)程智能駕駛礦卡項(xiàng)目、慧拓智能在寶利煤礦實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地運(yùn)營(yíng)。在RoboTaxi商業(yè)化遙遙無(wú)期的當(dāng)下，該賽道企業(yè)的落地進(jìn)展讓業(yè)界眼前一亮。
“在很多行業(yè)中，人們都擔(dān)心AI會(huì)取代人類(lèi)，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(jì)，目前國(guó)內(nèi)卡車(chē)司機(jī)缺口在千萬(wàn)人次左右。而礦山工作環(huán)境惡劣，空氣中充滿(mǎn)粉塵，甚至有放射性物質(zhì)，更是鮮有年輕司機(jī)出現(xiàn)。“干活的還是那批人，年輕人補(bǔ)不上。”寶利煤礦工作人員稱(chēng)，“礦區(qū)司機(jī)私下談?wù)撟疃嗟脑掝}恐怕就是跳槽，他們都希望換一個(gè)環(huán)境好、工資高的工作。”
礦區(qū)無(wú)人化的實(shí)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(fēng)險(xiǎn)，損失巨大。
在國(guó)外，美國(guó)的卡特彼勒(Caterpillar)、日本的小松(Komatsu)等公司于上世紀(jì)90年代就開(kāi)始研發(fā)礦區(qū)場(chǎng)景下的自動(dòng)駕駛，王飛躍就曾與卡特彼勒合作研究露天銅礦的無(wú)人車(chē)和自動(dòng)化技術(shù)。目前，以上公司均已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地。
雖然技術(shù)領(lǐng)先，但國(guó)外產(chǎn)品較難進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。“一方面價(jià)格高，另一方面是政策問(wèn)題。”陳龍稱(chēng)，“現(xiàn)在國(guó)家十分注重自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)及核心技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。”業(yè)內(nèi)人士表示，目前大多數(shù)大型礦卡的招標(biāo)采購(gòu)都是國(guó)產(chǎn)的，這給了專(zhuān)注該領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)初創(chuàng)公司一定的存活空間。
“這是一個(gè)幾千億的市場(chǎng)，比大家預(yù)期的要大得多。”他透露，目前國(guó)內(nèi)礦區(qū)司機(jī)實(shí)行“三班倒”制度，每個(gè)司機(jī)的年薪近20萬(wàn)元左右，因此每臺(tái)車(chē)的人力成本約為五六十萬(wàn)元，“汽車(chē)運(yùn)行效率也能至少提高30%。”此外，自動(dòng)駕駛車(chē)還可以通過(guò)節(jié)省油耗和輪胎磨損來(lái)減少成本。
但礦區(qū)場(chǎng)景自動(dòng)駕駛在發(fā)展過(guò)程中不是沒(méi)有遇到困難。除了技術(shù)上的難點(diǎn)外，陳龍?zhí)寡裕?ldquo;現(xiàn)在產(chǎn)品化手段是關(guān)鍵。”對(duì)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(wú)人礦山系統(tǒng)進(jìn)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(cè)試和落地之后如何大規(guī)模在不同礦區(qū)“鋪開(kāi)”，以及如何將這套自動(dòng)駕駛系統(tǒng)應(yīng)用到礦區(qū)外更廣泛的場(chǎng)景。
礦區(qū)自動(dòng)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(biāo)，不僅是一座座礦山，還有一條條礦區(qū)外的道路。
