在以5G、大數據、云計算、人工智能等為代表的新一代信息技術的加持下，智能礦山
2023年1月，由中國煤炭學會、中國礦業(yè)大學（北京）、華為技術有限公司聯(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，比賽關注礦山一線生產的問題與挑戰(zhàn)，對齊安全生產的目標；基于最前沿的技術，通過華為礦山AI大模型平臺完成比賽，對齊技術發(fā)展趨勢；旨在通過大賽中涌現(xiàn)出來的新產品、新技術、新創(chuàng)意，能夠有效轉化應用，在促進產業(yè)轉型升級和實現(xiàn)高質量發(fā)展中發(fā)揮實效。
數據顯示，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，產能由8.5億噸增至19.36億噸；煤礦井下機器人從19種增加到31種，礦山專用操作系統(tǒng)、5G專網等前沿技術得到更廣泛應用……
近日，來自中國礦業(yè)大學（北京）ITVR實驗室的海底小縱隊基于華為礦山AI大模型，歷經數月研發(fā)、實驗，最終成功實現(xiàn)露天礦非結構化道路邊緣檢測和道路內小目標和多尺度目標檢測，極大地提升了礦山生產的安全性，該項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)預訓練模型，相當于提供了一套自動化工具，用戶不再需要手工設計和制作螺絲，只需要放入原材料就能自動生產場景模型，這就大幅簡化了開發(fā)工作量。此外，該團隊還總結了露天煤礦無人駕駛礦卡運輸作業(yè)全流程多場景的目標檢測任務，并設計了配套的端到端解決方案，為無人駕駛技術在露天煤礦的商業(yè)化運行提供了參考。
1
露天礦智能運輸亟待解決
露天煤礦是我國煤炭生產體系的重要組成部分。在井工煤礦加快智能化建設的同時，露天煤礦的智能化建設也明顯提速。
目前，我國露天煤礦總計約450余處，總產能近8億噸/年。據了解，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，卡車運輸環(huán)節(jié)約占生產成本中的60%，占勞動定員的45%左右，卡車運輸環(huán)節(jié)事故起數占總事故起數的60%以上。因此，實現(xiàn)運輸環(huán)節(jié)的無人化智能化對于露天礦山安全、高效、綠色開采至關重要。
同時，相關部門多次發(fā)布政策文件，加速實現(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《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》，明確提出：“重點突破精準地質探測、精確定位與數據高效連續(xù)傳輸、智能快速掘進、復雜條件智能綜采、連續(xù)化輔助運輸、露天開采無人化連續(xù)作業(yè)”。指導意見同時強調：“到2025年露天煤礦實現(xiàn)智能連續(xù)作業(yè)和無人化運輸?！?/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《煤礦智能化建設指南（2021年版）》，將露天煤礦智能化建設目標定為“生產煤礦重點建設遠程操控系統(tǒng)、無人駕駛系統(tǒng)、遠程運維系統(tǒng)、綜合管控系統(tǒng)等”。
中國礦業(yè)大學（北京）ITVR實驗室教授趙紅澤帶領團隊成員很早就開展了露天礦無人駕駛運輸作業(yè)的理論和應用研究，并依托實驗室老一輩科學家成立了智慧露天礦山研究中心。
“隨著礦山淺部礦產資源逐年減少，露天開采陸續(xù)轉為深部凹陷開采，深部開采致使邊坡垂直高度不斷增大，延長運輸距離的同時也增大了滑坡及邊坡傾倒滑移等地質災害發(fā)生的概率。露天礦區(qū)運輸與一般道路運輸不同，環(huán)境惡劣揚塵大、道路狹窄彎道多、路面坑洼不平整；運輸車輛車體寬盲區(qū)大，對駕駛員資質要求高；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，無人駕駛的應用恰能有效緩解人力供給不足導致的產能遲滯，還有利于各企業(yè)根據市場需求靈活調整產能。而礦區(qū)運輸運行路線固定、道路封閉等特點更為無人駕駛在該領域的應用提供了便利。自2013年智慧礦山建設被提出以來我國煤礦智能化建設快速推進，現(xiàn)已有包括北方重工、航天重工、三一集團、中車集團等多家企業(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月包鋼集團白云鄂博鐵礦牽頭發(fā)布的團標正式實施，填補了我國露天礦無人駕駛運行安全標準體系的空白；中國信息通信研究院聯(lián)合慧拓等編制的團體標準也于2021年1月發(fā)布，團隊參與的國家能源集團無人駕駛企業(yè)標準也即將發(fā)布。同年，華為也正式進入露天礦無人駕駛行業(yè)，提供國產自主的全棧式解決方案，通過自動駕駛云控集群調度方案實現(xiàn)高安全，高效率的礦山無人生產作業(yè)。我國露天礦無人駕駛正在朝著成熟化、規(guī)模化不斷趨近?！壁w紅澤老師在采訪中表示。
但是，露天礦智能運輸建設仍面臨單一傳感器的環(huán)境感知能力弱；數據傳輸、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。
2
校企聯(lián)動直面真實應用場景
對于礦山企業(yè)來說，目前專門的智能化人才引進方面是一項短板。短期內，智能化人才的培養(yǎng)更多依靠企業(yè)內部自我提升、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過程中的實際場景問題。
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（北京）ITVR實驗室成員徐洪洋和陸俊宇在國家能源集團黑岱溝露天煤礦無人駕駛工作面開展了為期3個月的調研，并同團隊針對露天煤礦非結構化道路內難以檢測的小目標和多尺度目標障礙建立了露天煤礦非結構化道路邊緣檢測模型和礦區(qū)道路內小目標和多尺度目標檢測模型，基于兩個模型提供了無人駕駛卡車運輸作業(yè)全流程多場景的目標檢測方案。這是該團隊致力于真正解決礦山智能化建設過程中場景需求的生動實踐。
此外，20多年來，中國礦業(yè)大學（北京）ITVR實驗室還與國家能源集團、中煤能源、華能煤業(yè)、京煤集團等煤炭企業(yè)開展了深入交流與合作，并取得了一系列成果。團隊參與編制了國家能源集團主導的有關露天礦無人駕駛的兩項團體標準和有關露天礦智能化建設的三項企業(yè)標準；實驗室采用物聯(lián)網、大數據、人工智能、虛擬現(xiàn)實、人員精準定位等新技術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全流程可追溯的安全生產綜合管控平臺，該平臺已成功部署于華能集團扎賚諾爾煤業(yè)公司旗下的靈露煤礦，解決了人機環(huán)管多源數據融合、風險隱患雙控閉環(huán)管理體系可追溯、動態(tài)違章信息實時AI預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。面向復雜多變的露天礦開采環(huán)境，針對機器人化裝運卸生產設備的自主選取和開采工藝參數的合理設計問題，中國礦業(yè)大學（北京）ITVR實驗室未來會從無人駕駛運輸工藝設計與效率驗證、多作業(yè)面機器人化裝卸工藝效率提升、露天礦機器人化裝運卸工藝沖突消解、機器人化裝運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器人化裝運卸工藝虛擬設計的理論與方法，突破工藝設計對設計人員經驗的依賴性解決裝運卸工藝多場景虛擬推演與效率驗證、設備決策與工藝優(yōu)化中運量均衡和沖突消解、融合多因素規(guī)則的安全運輸計劃自主高效生成機制等直接影響露天礦開采安全性和運行效率的關鍵問題，形成一套完整的露天礦機器人化裝運卸管理規(guī)范和標準，使露天礦無人駕駛運輸系統(tǒng)的智能設計效率大大提升，這是依托國家重點研發(fā)計劃團隊制定的下一階段科研攻關目標。”徐洪洋博士表示。
“路雖遠，行則將至”，ITVR實驗室將依靠在露天礦山+信息化領域多年的積累，積極探索智慧露天礦山建設，共筑智能礦山落地，用技術改變礦山正在路上，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，多個團隊的思想結晶在這里“生根發(fā)芽”，多個優(yōu)質作品點燃了礦山行業(yè)智能化的“星星之火”。他們與礦山行業(yè)的碰撞，閃爍出關于智能的無限可能。對于團隊與行業(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
