在以5G、大數(shù)據(jù)、云計算、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
2023年1月，由中國煤炭學(xué)會、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）、華為技術(shù)有限公司聯(lián)合舉辦的第一屆全國煤炭行業(yè)礦山AI大模型大賽決賽暨頒獎典禮在北京舉行。作為首屆礦山AI大模型大賽，比賽關(guān)注礦山一線生產(chǎn)的問題與挑戰(zhàn)，對齊安全生產(chǎn)的目標(biāo)；基于最前沿的技術(shù)，通過華為礦山AI大模型平臺完成比賽，對齊技術(shù)發(fā)展趨勢；旨在通過大賽中涌現(xiàn)出來的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新創(chuàng)意，能夠有效轉(zhuǎn)化應(yīng)用，在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展中發(fā)揮實(shí)效。
數(shù)據(jù)顯示，2020年以來全國煤礦智能化采掘工作面由494個增至1019個，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……
近日，來自中國礦業(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)化道路邊緣檢測和道路內(nèi)小目標(biāo)和多尺度目標(biāo)檢測，極大地提升了礦山生產(chǎn)的安全性，該項(xiàng)作品榮獲了第一屆全國煤炭行業(yè)礦山AI大模型大賽一等獎。華為礦山AI大模型是一種行業(yè)預(yù)訓(xùn)練模型，相當(dāng)于提供了一套自動化工具，用戶不再需要手工設(shè)計和制作螺絲，只需要放入原材料就能自動生產(chǎn)場景模型，這就大幅簡化了開發(fā)工作量。此外，該團(tuán)隊(duì)還總結(jié)了露天煤礦無人駕駛礦卡運(yùn)輸作業(yè)全流程多場景的目標(biāo)檢測任務(wù)，并設(shè)計了配套的端到端解決方案，為無人駕駛技術(shù)在露天煤礦的商業(yè)化運(yùn)行提供了參考。
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露天礦智能運(yùn)輸亟待解決
露天煤礦是我國煤炭生產(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，露天煤礦的智能化建設(shè)也明顯提速。
目前，我國露天煤礦總計約450余處，總產(chǎn)能近8億噸/年。據(jù)了解，我國約有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)的無人化智能化對于露天礦山安全、高效、綠色開采至關(guān)重要。
同時，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，其中無人駕駛多次被提及。2020年2月，國家發(fā)展改革委、國家能源局、應(yīng)急部、國家煤礦安監(jiān)局、工業(yè)和信息化部、財政部、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、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、露天開采無人化連續(xù)作業(yè)”。指導(dǎo)意見同時強(qiáng)調(diào)：“到2025年露天煤礦實(shí)現(xiàn)智能連續(xù)作業(yè)和無人化運(yùn)輸?！?/span>
2021年6月，國家能源局、國家礦山安全監(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。
“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，延長運(yùn)輸距離的同時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)被提出以來我國煤礦智能化建設(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)了我國露天礦無人駕駛運(yùn)行安全標(biāo)準(zhǔn)體系的空白；中國信息通信研究院聯(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)參與的國家能源集團(tuán)無人駕駛企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也即將發(fā)布。同年，華為也正式進(jìn)入露天礦無人駕駛行業(yè)，提供國產(chǎn)自主的全棧式解決方案，通過自動駕駛云控集群調(diào)度方案實(shí)現(xiàn)高安全，高效率的礦山無人生產(chǎn)作業(yè)。我國露天礦無人駕駛正在朝著成熟化、規(guī)?；粩嘹吔?。”趙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、存儲和計算速度慢；現(xiàn)有算法的計算精度和計算速度不足等難題。
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校企聯(lián)動直面真實(shí)應(yīng)用場景
對于礦山企業(yè)來說，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)際場景問題。
在參加全國煤炭行業(yè)礦山AI大模型大賽之前，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）ITVR實(shí)驗(yàn)室成員徐洪洋和陸俊宇在國家能源集團(tuán)黑岱溝露天煤礦無人駕駛工作面開展了為期3個月的調(diào)研，并同團(tuán)隊(duì)針對露天煤礦非結(jié)構(gòu)化道路內(nèi)難以檢測的小目標(biāo)和多尺度目標(biāo)障礙建立了露天煤礦非結(jié)構(gòu)化道路邊緣檢測模型和礦區(qū)道路內(nèi)小目標(biāo)和多尺度目標(biāo)檢測模型，基于兩個模型提供了無人駕駛卡車運(yùn)輸作業(yè)全流程多場景的目標(biāo)檢測方案。這是該團(tuán)隊(duì)致力于真正解決礦山智能化建設(shè)過程中場景需求的生動實(shí)踐。
此外，20多年來，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）ITVR實(shí)驗(yàn)室還與國家能源集團(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)參與編制了國家能源集團(tuán)主導(dǎo)的有關(guān)露天礦無人駕駛的兩項(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，該平臺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)險隱患雙控閉環(huán)管理體系可追溯、動態(tài)違章信息實(shí)時AI預(yù)警推送等安全智能管控難題。
“我國露天礦山分布廣泛，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)計問題，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）ITVR實(shí)驗(yàn)室未來會從無人駕駛運(yùn)輸工藝設(shè)計與效率驗(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)卸組織管理模式等四個方面開展研究，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)計的理論與方法，突破工藝設(shè)計對設(shè)計人員經(jīng)驗(yàn)的依賴性解決裝運(yùn)卸工藝多場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)，使露天礦無人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)的智能設(shè)計效率大大提升，這是依托國家重點(diǎn)研發(fā)計劃團(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。
通過第一屆全國煤炭行業(yè)礦山AI大模型大賽，多個團(tuán)隊(duì)的思想結(jié)晶在這里“生根發(fā)芽”，多個優(yōu)質(zhì)作品點(diǎn)燃了礦山行業(yè)智能化的“星星之火”。他們與礦山行業(yè)的碰撞，閃爍出關(guān)于智能的無限可能。對于團(tuán)隊(duì)與行業(yè)而言，都對于下一屆賽事充滿憧憬，希望共同助力智能礦山的飛速發(fā)展。
來源：中國礦業(yè)報
