礦山不見人，但見采運(yùn)忙——“AI賦能工業(yè)新場景”系列報(bào)道之一

　　天津水泥院無人礦用卡車在山東青州中聯(lián)礦區(qū)進(jìn)行作業(yè)。　

　　編者按 日前，工業(yè)和信息化部公布了《人工智能賦能新型工業(yè)化典型應(yīng)用案例名單》，遴選出人工智能在礦山、港口、服裝制造等多個(gè)領(lǐng)域的典型應(yīng)用場景。本報(bào)今日起推出“AI賦能工業(yè)新場景”系列報(bào)道，展現(xiàn)人工智能加持下工業(yè)領(lǐng)域的新景象。

　　在露天礦山上，司機(jī)開著礦用卡車在曲折的山路上穿行，車后塵土飛揚(yáng)，這是傳統(tǒng)露天礦山采運(yùn)場景。隨著科技飛速發(fā)展，在AI技術(shù)的強(qiáng)力賦能下，露天礦山采運(yùn)向全流程無人化轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

　　近日，裝備集團(tuán)天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司的“AI賦能露天礦山采運(yùn)全流程無人化應(yīng)用案例”入選了工業(yè)和信息化部公布的《人工智能賦能新型工業(yè)化典型應(yīng)用案例名單》。

　　露天礦山采運(yùn)全流程無人化場景融合5G通信專網(wǎng)，采用AI、無人駕駛等技術(shù)，形成“車、云、地、網(wǎng)”礦山無人運(yùn)輸系統(tǒng)解決方案，實(shí)現(xiàn)了礦山裝載、運(yùn)輸、稱重、卸載全流程無人化，顯著提升了作業(yè)安全性和效率。

　　傳統(tǒng)露天礦山采運(yùn)困境亟待破解

　　長期以來，傳統(tǒng)露天礦山采運(yùn)都采用臺階式開采工藝。在作業(yè)過程中，首先穿孔爆破，隨后礦石由工人操作挖掘機(jī)裝入大型礦用卡車，再由卡車司機(jī)運(yùn)至破碎車間。所有環(huán)節(jié)都離不開人工操作，整個(gè)現(xiàn)場還需配備管理人員，負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理。

　　然而，這種傳統(tǒng)露天礦山采運(yùn)場景存在弊端。

　　“在傳統(tǒng)露天礦山采運(yùn)場景下，安全問題始終是懸在工人頭頂?shù)倪_(dá)摩克利斯之劍。”裝備集團(tuán)數(shù)字化研究所副所長孫利波解釋，“工人每日都在幾十米深的礦坑作業(yè)，塌方、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害就像‘頭頂懸劍’，時(shí)刻威脅著他們的生命安全。”

　　同時(shí)，人工操作的效率受工人經(jīng)驗(yàn)、技能和體力的制約，波動極大。新手工人因操作不熟練，常常會影響整體作業(yè)效率。在成本方面，多班制生產(chǎn)需要大量司機(jī)，人工成本持續(xù)攀升，再加上工人流動性大，管理和培訓(xùn)的難度也隨之增加。

　　此外，運(yùn)營數(shù)據(jù)難以實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋，調(diào)度優(yōu)化總是慢半拍，導(dǎo)致資源浪費(fèi)和效率損失。

　　孫利波表示：“這些問題嚴(yán)重制約了露天礦山行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，亟待通過技術(shù)創(chuàng)新推動智能化、無人化轉(zhuǎn)型，提升露天礦山作業(yè)的安全性、效率和可持續(xù)性。”

　　先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)采運(yùn)全流程無人化

　　露天礦山采運(yùn)全流程無人化場景依托人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了礦山作業(yè)的自動化、智能化與高效化，覆蓋爆破、配礦、裝載、運(yùn)輸、稱重與卸載等關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)。

　　在環(huán)境惡劣的露天礦山，離開了人，這些笨重的巨無霸礦車是如何成功完成復(fù)雜操作的呢？

　　“對于礦車這種龐然大物，精準(zhǔn)的協(xié)同控制尤為重要，否則很容易出現(xiàn)事故。”裝備集團(tuán)數(shù)字化研究所所長助理王濤說。

　　工程師首先通過一系列感知技術(shù)，搭建了露天礦山采運(yùn)全流程無人化場景的“數(shù)字模型”。他們運(yùn)用激光雷達(dá)點(diǎn)云+熱成像視覺+毫米波雷達(dá)，進(jìn)行地形場景建模，精度可達(dá)±5厘米，為后續(xù)作業(yè)提供了精準(zhǔn)的環(huán)境數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

　　在露天礦山采運(yùn)全流程無人化場景中，決策技術(shù)則扮演著“智能調(diào)度中樞”的角色——融合地形數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、能耗參數(shù)等信息，通過優(yōu)化算法動態(tài)規(guī)劃運(yùn)輸路徑，減少了行駛時(shí)間與人為操作失誤。控制技術(shù)則構(gòu)建了“精準(zhǔn)控制閉環(huán)”——運(yùn)用北斗RTK+慣性導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度定位，定位誤差小于等于2厘米；針對坡度、載荷變化的扭矩動態(tài)分配算法，通過自適應(yīng)控制，提升燃油效率10%以上，有效降低了能耗。

　　借助5G專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備毫秒級響應(yīng)，車路云協(xié)同，調(diào)度指令延遲小于15毫秒，確保了整個(gè)采運(yùn)流程的高效協(xié)同。

　　在這些技術(shù)的加持下，與傳統(tǒng)露天礦山采運(yùn)場景相比，AI賦能的露天礦山采運(yùn)全流程無人化場景優(yōu)勢明顯，可實(shí)現(xiàn)露天礦山智能無人作業(yè)，讓礦工告別“苦、臟、累、險(xiǎn)”的同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)降本增效。

　　王濤給記者算了一筆賬。目前應(yīng)用在禹州市成磊建材有限公司礦區(qū)的3臺無人駕駛礦車和無人運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全流程無人化編組運(yùn)行，無人駕駛礦車總計(jì)運(yùn)礦量超過40萬噸。“使用燃油無人礦車能夠節(jié)約近10%運(yùn)營成本，且礦山規(guī)模越大，車輛越多，無人化生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益越高。未來如果使用新能源無人礦車，還能進(jìn)一步節(jié)約能耗，運(yùn)營成本將大幅降低。”王濤說。

　　同時(shí)，露天礦山采運(yùn)全流程無人化場景還支持遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和干預(yù)，便于管理和故障處理。基于大數(shù)據(jù)分析和實(shí)時(shí)反饋，還能夠持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)性能和生產(chǎn)效率。

　　除此之外，通過減少作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境污染，露天礦山采運(yùn)全流程無人化場景還會為礦區(qū)周邊居民提供更安全、更健康的生活環(huán)境。

　　整合技術(shù)促進(jìn)規(guī)模化應(yīng)用

　　“盡管AI賦能的露天礦山采運(yùn)全流程無人化場景已經(jīng)落地，但目前仍存在一些不足。”孫利波坦言。

　　技術(shù)門檻高是一大挑戰(zhàn)。AI和自動駕駛等技術(shù)的研發(fā)成本高昂，技術(shù)難度大，需要大量資金和高端人才的持續(xù)投入；系統(tǒng)對數(shù)據(jù)依賴性強(qiáng)，其運(yùn)行高度依賴高質(zhì)量的數(shù)據(jù)采集和處理能力，一旦數(shù)據(jù)缺失或存在誤差，可能嚴(yán)重影響決策的準(zhǔn)確性。

　　此外，礦山環(huán)境復(fù)雜多變，現(xiàn)有技術(shù)在極端天氣、復(fù)雜環(huán)境等場景下的適應(yīng)性和穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步提升。

　　盡管面臨挑戰(zhàn)，但孫利波依然堅(jiān)信，AI賦能的露天礦山采運(yùn)全流程無人化場景的應(yīng)用前景十分廣闊。

　　“未來，AI、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等前沿技術(shù)將進(jìn)一步整合，持續(xù)提升場景的智能化水平。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，無人化采運(yùn)模式的成本將逐漸降低，從而實(shí)現(xiàn)該場景的規(guī)模化推廣，在更多礦山落地應(yīng)用，有力推動礦山行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色化、智能化轉(zhuǎn)型。”孫利波說。

　　與此同時(shí)，在國家“雙碳”目標(biāo)和新一輪科技革命的大力推動下，相關(guān)政策也將為礦山智能化發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。

　　目前，AI賦能露天礦山采運(yùn)全流程無人化模式已經(jīng)申請發(fā)明專利15項(xiàng)，獲得7項(xiàng)軟件著作權(quán)，在山東的青州中聯(lián)水泥有限公司、河南的禹州市成磊建材有限公司和禹州市錦信水泥有限公司等多家公司得到應(yīng)用。

　　王濤表示，可以預(yù)見，未來AI賦能的露天礦山采運(yùn)全流程無人化場景將引領(lǐng)行業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。