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露天礦山無人駕駛產(chǎn)業(yè)主要環(huán)節(jié)包括上游技術(shù)端、中游集成端、下游應(yīng)用端，不僅覆蓋了硬件制造商、軟件開發(fā)商，還涉及提供基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和服務(wù)支持的企業(yè)，目前已經(jīng)形成了多元化、高度協(xié)同的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，在政府主管部門的引領(lǐng)下，產(chǎn)業(yè)鏈各方正共同推動露天煤礦無人駕駛技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
1、應(yīng)用場景的推廣問題
一是向非煤礦山應(yīng)用場景的推廣問題。當前，露天礦無人駕駛技術(shù)主要在煤礦領(lǐng)域得以應(yīng)用，這得益于煤炭產(chǎn)量高、土方剝離運輸需求量大等因素的推動。然而，我國礦產(chǎn)資源豐富多樣，非煤類露天礦如金屬礦、砂石骨料等同樣具備無人駕駛市場發(fā)展?jié)摿Α５湍壳岸?，盡管國內(nèi)無人駕駛技術(shù)已在少數(shù)砂石骨料礦、金屬礦上實現(xiàn)初步應(yīng)用，但整體還處于探索階段?，F(xiàn)有露天煤礦無人駕駛技術(shù)的通用性受到一定限制，需要針對各礦區(qū)的差異性進行個性化的開發(fā)定制，而如何設(shè)計出能夠滿足各類礦山需求通用方案，成為當前應(yīng)用場景推廣亟待解決的難題。
二是向干線運輸、礦外運輸拓展的問題。露天礦無人駕駛運輸?shù)V卡在向礦外運輸拓展的方向具備一定的發(fā)展?jié)摿Γ矣捎谠摷夹g(shù)已經(jīng)在礦內(nèi)運輸中得到驗證，因此與干線、礦外運輸應(yīng)用場景的整體適配度較高。但在具體適配過程中，首先要注意礦內(nèi)與礦外運輸在業(yè)務(wù)流程上的區(qū)別。干線運輸涉及更多的環(huán)節(jié)，如收費站、匝道等，這就要求無人駕駛系統(tǒng)具備更全面的功能，需要完成增量算法的調(diào)整。其次是要注意礦外運輸環(huán)境更為復雜，對技術(shù)要求更高，一方面是礦外運輸?shù)貓D規(guī)模將遠超礦內(nèi)運輸，另一方面車輛對礦外復雜環(huán)境感知的敏捷性也面臨挑戰(zhàn)。因此，無人礦卡需具備更強的定位、感知和協(xié)同能力。此外，無人礦卡作為重型車輛，礦外運輸必須設(shè)計冗余系統(tǒng)，以應(yīng)對主系統(tǒng)故障等突發(fā)情況，從而避免潛在的安全風險。
三是向井下礦山無人駕駛應(yīng)用場景推廣的問題。井工礦無人駕駛礦卡推廣的主要挑戰(zhàn)在技術(shù)層面。例如感知能力方面，井工礦作業(yè)環(huán)境光線不足、濕度高，要求傳感器具備更高的精確度與穩(wěn)定性，其非開闊性環(huán)境需要依賴更精準的井下三維激光掃描技術(shù)及激光雷達技術(shù)以實現(xiàn)有效感知。在定位問題上，井下環(huán)境存在一定遮擋，衛(wèi)星定位信號難以到達井下，使GPS 系統(tǒng)無法直接應(yīng)用于井下作業(yè)場景。因此無人駕駛礦卡必須具備在遮擋情況下的通行定位能力。當前，露天煤礦無人駕駛礦卡的應(yīng)用尚未獲得廣泛市場認可，礦企對井工礦無人駕駛技術(shù)的成熟度仍存在一定的顧慮，短期內(nèi)推廣上難以有顯著的進展。
2、極端環(huán)境的適應(yīng)問題
礦區(qū)環(huán)境復雜，如高溫、嚴寒等復雜氣候以及礦區(qū)的道路不平、煤灰揚塵等特殊生產(chǎn)環(huán)境均對無人駕駛技術(shù)構(gòu)成了嚴峻挑戰(zhàn)，特別是隨著礦區(qū)車輛數(shù)量的增加，這些挑戰(zhàn)愈發(fā)凸顯。在現(xiàn)階段無人礦卡的正向設(shè)計過程中，對于礦山地形行駛的特殊性考量不足，包括礦山內(nèi)部道路不平引發(fā)的高頻震動、極端溫差環(huán)境（例如新疆地區(qū)夏季高溫與冬季嚴寒）以及煤灰等揚塵對雷達性能的實際影響。此外，對于道路平整度的檢測、與礦山內(nèi)各類工程機械的交互以及裝載區(qū)域自動泊車的復雜性，也缺乏充分的考量。當前，傳統(tǒng)無人駕駛技術(shù)在露天煤礦無人駕駛領(lǐng)域的適配性仍處較低水平，迫切需要進行深入的技術(shù)適配工作，未來還需在環(huán)境感知、規(guī)劃決策、控制執(zhí)行等核心技術(shù)領(lǐng)域不斷突破，以增強系統(tǒng)對礦山極端環(huán)境（如極端溫度、揚沙粉塵等）的適應(yīng)能力。
3、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)安全問題
無人駕駛設(shè)備在運行過程中會收集大量的數(shù)據(jù)，包括設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)進度等信息，對于煤礦的運營和管理具有重要意義，而這些數(shù)據(jù)存在被泄露或濫用的風險。同時，露天煤礦的無人駕駛設(shè)備高度依賴網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸和遠程控制，一旦網(wǎng)絡(luò)受到黑客攻擊或病毒入侵，可能造成數(shù)據(jù)傳輸中斷、設(shè)備失控等嚴重后果，都將對煤礦的安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴重威脅。目前，無人礦卡在交互方面主要分為V2N（Vehicle to Network）通信以及V2V（Vehicle to Vehicle）通信兩大部分，基本按照相應(yīng)的車聯(lián)網(wǎng)安全協(xié)議以保障數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。但與其他行業(yè)數(shù)字化建設(shè)過程相比，露天礦無人駕駛方案在主動安全措施方面仍較為缺乏，如防火墻、入侵檢測、數(shù)據(jù)加密等。
此外，由于礦區(qū)內(nèi)部可能存在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不佳的區(qū)域，無人駕駛礦卡在設(shè)計時應(yīng)注重車云結(jié)合策略，探索如何在保障車端決策能力的同時，又能充分利用云端和邊端的資源，以支持整個系統(tǒng)的計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源的高效利用。通過豐富的V2V 交互，適當控制對于5G 網(wǎng)絡(luò)的依賴性。確保在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)短暫故障時，無人駕駛礦卡能夠按照預先設(shè)定的方式去正確的進行作業(yè)，而不會對礦區(qū)的安全生產(chǎn)造成影響。
4、無人礦卡的噸位問題
目前，出于煤炭生產(chǎn)效率提升的需要，煤企對于無人礦卡的需求正逐漸向更大噸位方向發(fā)展。為滿足這一市場需求，各大無人駕駛礦卡廠家著手進行更高噸位礦卡的研發(fā)。然而，這一趨勢也面臨著技術(shù)上的挑戰(zhàn)，特別是在新能源礦卡的動力電池方面。隨著礦卡噸位的提升，電池組也需要相應(yīng)增加，但過重的電池組不僅會增加礦卡的整體重量，降低其有效載重能力，還可能對礦卡的行駛穩(wěn)定性和操控性產(chǎn)生影響。同時，電池的能量密度、功率密度、安全性等性能指標直接關(guān)系到礦卡的續(xù)航能力和使用效率。在礦山作業(yè)中，礦卡需要長時間、高強度的運行，特別是在引入無人駕駛技術(shù)后，運輸系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足全天候7*24 小時作業(yè)要求，對新能源礦卡的電池的壽命和充電速度提出了更高的要求。2023年以來，增程式礦卡的數(shù)量呈現(xiàn)上升趨勢。這一趨勢主要歸因于增程式礦卡相較于純電礦卡充電時間更短且無需額外進行補電。因此，在提升礦卡有效載重的同時，如何保證動力電池的續(xù)航能力、功率輸出、使用壽命及安全性能等關(guān)鍵要素，是當前新能源礦用卡車研發(fā)亟待解決的重要挑戰(zhàn)。
5、行業(yè)標準的統(tǒng)一問題
當前，礦區(qū)無人駕駛行業(yè)仍缺少統(tǒng)一的技術(shù)標準，尤其在接口標準方面存在顯著缺失。由于接口標準缺乏統(tǒng)一規(guī)范，各大廠商在產(chǎn)品開發(fā)上各行其是，大都傾向于以自身標準為主導，再由其他廠商進適配。這一現(xiàn)狀極大地增加了不同廠商產(chǎn)品之間實現(xiàn)互聯(lián)互通的復雜性。對于煤企而言，他們希望能夠在礦內(nèi)集成多家廠商的不同產(chǎn)品，以滿足多樣化的生產(chǎn)需求。然而，由于各廠商產(chǎn)品接口標準的不一致，煤企在選擇不同廠商產(chǎn)品時面臨諸多限制，給其數(shù)字化、智能化的推進帶來了挑戰(zhàn)。此外，在現(xiàn)行的國家標準體系內(nèi)，部分中小型礦場在國家標準執(zhí)行與落實方面存在不足，這一現(xiàn)狀也對無人礦卡的實際部署與應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)。例如，礦區(qū)道路過窄等生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境條件未能嚴格遵循國家標準，這在很大程度上影響了無人礦卡在實際應(yīng)用中的生產(chǎn)效率，同時也增加了其應(yīng)用的復雜性和難度。
1、無人駕駛技術(shù)普及率將繼續(xù)提高
當前，無人礦卡在國內(nèi)露天煤礦應(yīng)用和推廣正迎來多重發(fā)展機遇，預計未來將以更快的速度實現(xiàn)普及。一方面，國家和地方層面密集出臺政策，大力支持露天煤礦的數(shù)字化、智能化建設(shè)，鼓勵采掘生產(chǎn)現(xiàn)場的少人無人化，為無人駕駛技術(shù)的普及營造了良好的發(fā)展環(huán)境。據(jù)不完全統(tǒng)計，國家和地方出臺的相關(guān)政策已達數(shù)十項，并呈現(xiàn)力度繼續(xù)加大的態(tài)勢。另一方面，國內(nèi)無人駕駛技術(shù)和商業(yè)模式不斷成熟，在露天煤礦領(lǐng)域已進入推廣應(yīng)用階段。目前，國內(nèi)已有典型的露天煤礦已進入較為成熟的應(yīng)用階段，起到示范作用，樹立了標桿。此外，國家和地方的智能化煤礦驗收上對煤礦的無人駕駛技術(shù)應(yīng)用有較大比重的考量，通過此類驗收對煤礦自身的可持續(xù)發(fā)展有較大益處，此舉也成為推動更多煤礦布局無人駕駛礦卡的重要力量。
2、無人礦卡運行機制將進一步優(yōu)化
現(xiàn)階段，露天煤礦無人礦卡的基本運行思路是基于云端的統(tǒng)一調(diào)度管理和車輛端的檢測識別與動作執(zhí)行來完成運輸任務(wù)。對于車輛端遇到故障的情況，解決思路主要為“故障導向停車”，即一旦車輛出現(xiàn)故障，則立刻執(zhí)行停車指令，原地等待救援維修。這一操作保證了車輛的運行安全，但也很容易引起運輸路線的擁堵，降低車輛編組的整體運輸效率。經(jīng)過調(diào)研分析，未來車輛端故障解決思路將轉(zhuǎn)為更高階的“故障導向運行”思路，即車輛出現(xiàn)故障后，只要可以排除是直接影響車輛運行的問題，則故障車輛仍可以繼續(xù)完成當前運輸任務(wù)，并主動開往車輛維修車間接受維修。這一方面優(yōu)化了車輛端執(zhí)行運輸任務(wù)的邏輯，提升了無人駕駛解決方案故障處理的合理性，另一方面也在機制上提高了車輛編組的整體運行效率。雖然故障處理機制是露天煤礦無人駕駛的非核心功能模塊，但也標志著無人駕駛技術(shù)正在不斷走向完備和成熟。
3、一體化智能管理或?qū)⒖焖俾涞?/p>
推進煤礦數(shù)據(jù)融合互通、實現(xiàn)環(huán)境智能感知、系統(tǒng)智能聯(lián)動、重大災害風險智能預警是煤礦數(shù)字化智能化發(fā)展的必由之路。當前，我國露天煤礦單礦大多已按業(yè)務(wù)模塊完成了基本功能的數(shù)字化改造，帶來便利的同時也導致了單礦內(nèi)獨立數(shù)字系統(tǒng)過多，極易形成數(shù)據(jù)孤島，難以統(tǒng)一管控，數(shù)據(jù)價值也難以挖掘和展現(xiàn)。因此，不少煤企已經(jīng)提出建立一體化智能管理平臺的訴求：一是單礦內(nèi)目前存在無人礦卡、有人礦卡、挖掘機、灑水車及其他輔助設(shè)備，需要確保各類機械設(shè)備數(shù)據(jù)信息的互聯(lián)互通，以便統(tǒng)一管控、協(xié)調(diào)作業(yè)；二是匯集多源數(shù)據(jù)，基于先進的數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，安全有效地管理數(shù)據(jù)資產(chǎn)，同時提取礦山日常運營的特征和問題，完成對礦山運營工作的動態(tài)優(yōu)化，發(fā)揮出數(shù)據(jù)的潛在價值。目前，國內(nèi)已有廠商著手推進單礦一體化智能管理平臺的開發(fā)和建設(shè)。
4、中國廠商出海發(fā)展將成就“新通路”
國外露天礦產(chǎn)資源豐富，具備更廣闊的市場需求空間。從地質(zhì)條件來看，其他主要煤炭生產(chǎn)國資源更加豐富，且更多以露天開采為主。據(jù)統(tǒng)計，澳大利亞、俄羅斯、南美等地露天煤礦的產(chǎn)量占比高達70%-90%。結(jié)合卡特彼勒、小松等國際廠商的市場布局規(guī)模以及海外發(fā)達國家人力成本水平等因素，目前全球范圍內(nèi)仍有很大的露天煤礦無人駕駛市場空間有待開拓。對于落地方案來說，中國露天礦無人駕駛技術(shù)和落地模式正不斷完善，出海條件越來越成熟。在國家政策的引領(lǐng)下，依托先進的人工智能、5G、線控等技術(shù)，中國露天礦無人駕駛解決方案具備礦卡改裝、技術(shù)支持和運營等多種服務(wù)，場景適應(yīng)性強、性價比高，能夠滿足大多數(shù)海外客戶的部署需要。同時，國內(nèi)大型礦企、運營商、設(shè)備商也在貫徹“走出去”戰(zhàn)略，露天礦無人駕駛產(chǎn)業(yè)鏈“組團出?！眲蓊^正起。目前，易控智駕、踏歌智行、中科慧拓等廠商已開始探索海外市場商業(yè)布局。