面对国外的技术封锁,12名80后工程人员用人工智能技术,让110吨重的无人驾驶电动轮矿车成功下线——
在矿山遇到无人驾驶的巨无霸
一辆巨大的矿用车稳稳地在测试场行进,驾驶室内却不见人影。这辆“巨无霸”就是中国兵器北重集团北方股份公司研制的国内首台110吨NTE120AT无人驾驶电动轮矿车。它于今年1月24日成功下线,使我国成为继美国、日本后第三个涉足矿用车无人驾驶技术的国家。
《工人日报》记者在采访中了解到,为了从矿车驾驶室里替换下驾驶员,北方股份公司12名工程师用1000多个日日夜夜,利用人工智能技术,研发了具备智能导航、精准定位、安全行驶等涵盖尖端科技的矿车产品,实现了无人驾驶技术的突破。
“大脑”中隐藏着高科技
近日,记者踏着3米多高的楼梯,进入这台“巨无霸”的驾驶室内,一个白色箱子映入眼帘,这就是控制这个大家伙的“大脑”——控制柜。前进、倒车、刹车,前面道路是平坦还是颠簸,有没有障碍物……所有信息都要一一传回这个控制柜进行分析。
控制柜是矿车神经中枢系统的重要部分,负责收集和处理信号。车顶白色架子上装置的天线高高耸立,探知周围的环境,收集信息后再回传到“大脑”中。这个系统中隐藏着的高科技——毫米波雷达。正是利用最先进的雷达遥感技术和人工智能系统组合在一起,构成了无人驾驶矿车的整个智能系统。
据了解,北方股份公司矿用车占据国内80%以上的市场份额,是国内矿用车行业的领军企业。此次在原有矿车基础上进一步研制的无人驾驶矿用车,智能控制系统的设计安装是其突破点。在没有任何技术参考的情况下,设计团队首先想到向已经拥有成熟技术的美国和日本学习,可是没取到经还吃了闭门羹。
“发达国家对我们实施技术封锁,甚至去矿山参观都被拒绝了。”公司无人驾驶矿用车项目经理王逢全对记者说,在此情况下,要破解难题,只能自主研发。
2015年,NTE120AT无人驾驶电动轮矿车项目正式立项,由12名80后成员组成的团队踏上了一切都要靠自己的研发之路。期间他们走进鞍山、鄂尔多斯、乌海等地的各类大型矿场实地调研,登上人工驾驶矿用车,在复杂、危险的矿场环境中向驾驶员了解矿用车作业的全流程,采集了大量矿用车行驶数据。
在国内5家产学研机构的协助下,北方股份公司研发的无人驾驶矿用车在自主驾驶、自动作业、环境感知、行为控制和决策、定位及导航等关键技术上,均实现了矿车24小时无人驾驶循环作业。同时,为了破解矿区内扬尘多,常规摄像头难以发挥作用的难题,矿车采用车载传感器可依靠激光雷达与毫米波雷达形成双重保障,这些使得无人驾驶电动轮矿用车可实现360度无死角感知。
亲身体验迎面驶来的“紧张感”
“巨无霸”NTE120AT无人驾驶电动轮矿车长10米、宽5.5米、高5.7米,载重110吨,采用车辆线控技术,可在矿山现场完成倒车入位、精准停靠、自动倾卸、轨迹运行、自主避障等各个环节。
可在实验环节,信息回传中出现了“当机”情况。
“各调各的,大家都能调,可连起来就出现问题。当时,我们四五天没怎么休息,就是找不到问题所在,眼瞅着后续工作要滞后。”北方股份公司电器调试设计工程师张强回忆说。
张强和同事们开始逐一测试每条指令,用示波器、专用软件来回对比数据,几天后终于找到了问题的症结。张强说,要实时掌握运动中的车辆数据,指令会非常多,导致系统反应不过来,就容易出现“当机”。正常情况下,应该是每200毫秒刷新一次系统,我们给的“药方”是在200毫秒里完成几百个数据来回传输,甚至在关键时候20毫秒就要刷新一遍的情况下,保证数据准确,让这台“巨无霸”可以畅通无阻地行驶。
“无人驾驶矿用车仅轮胎就有常人身高的两倍多,站在它跟前,你会产生强烈的压迫感。”产品研究院装配工艺工程师邬鹏程调侃道,“如果矿用车迎面向你驶来,你会紧张吗?但为了让它的感应系统更加灵敏,我们必须要经常体验这种紧张感。”
另外,矿车设计任务书里面所有的功能也都要进行模拟试验。比如行进时的落石、每一个危险性的突发情况……只有通过模拟测试,才能够保证车辆在矿山遇见相同工况时自行解决,虽然危险和紧张,但工程师们必须亲身体验。
整体收益率提高了五成
近年来,随着大型露天矿山开采深度逐年下探,坡度大、弯道多的现象逐渐增多,给安全生产增加了许多难度。而矿区无人化运营是加快数字化智慧矿山建设的有效途径,有助于实现安全生产,降低人工和整车使用成本,提升运行效率。
王逢全说,公司完成了国内首台无人驾驶矿用车的研发,把中国智能制造带到了一个新高度。
据记者了解,随着中国国内数字化智慧矿山建设的不断推进,这家公司正加快与国内大型露天矿山和专业信息化公司合作,通过为矿车配置环境感知系统、行为控制和决策系统、定位系统及高精度地图,实现矿车的环境感知、行为预测和路径规划及决策,自动按照矿山调度指令在无人操作的情况下实现装载、运输和卸载的循环作业。
该公司一份研究数据表明,在考虑了相关因素的理论状态下,7台无人驾驶矿车可替代至少9台同型号有人驾驶车的工作量,降低燃油成本6%,轮胎磨损减少7.5%以上,如果加上人工成本的节省,整体收益率可提高49%。(李玉波 本报通讯员 刘畅)
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