近日，智能礦山入選科技部《關于支持建設新一代人工智能示范應用場景的通知》中十大示范應用場景，引發能源行業關注。
據通知內容，科技部將充分發揮人工智能賦能經濟社會發展的作用，圍繞構建全鏈條、全過程的人工智能行業應用生態，支持一批基礎較好的人工智能應用場景，加強研發上下游配合與新技術集成，打造形成一批可復制、可推廣的標桿型示范應用場景。
首批支持建設十個示范應用場景包括：智慧農場、智能港口、智能礦山、智能工廠、智慧家居、智能教育、自動駕駛、智能診療、智慧法院、智能供應鏈。
為何智能礦山得以入選？通知稱，針對我國礦山高質量安全發展需求，聚焦井工礦和露天礦，運用人工智能、5G通信、基礎軟件等新一代自主可控信息技術，建成井工礦“數字網聯、無人操作、智能巡視、遠程干預”的常態化運行示范采掘工作面，開展露天礦礦車無人駕駛、鏟運裝協同自主作業示范應用，通過智能化技術減人換人，全面提升我國礦山行業本質安全水平。
事實上，去年以來國內煤電階段性供應緊張問題突出，煤炭等相關能源價格創下多年新高，煤炭供給不足問題以及如何實現煤炭保供，已引起國家高層及社會的廣泛關注。在此背景下，智慧礦山的技術發展，無疑能為我國實現能源保供持續增加先進產能的比重，有效發揮煤炭的兜底保障作用，助力全國煤炭生產供應保障能力的增強。
中國礦業大學（北京）校長葛世榮表示，礦山無人化作業是一項系統工程，也是礦山智能化的發展目標。然而，我國煤炭綠色開采的重要難題是如何實現煤炭開采的低損化和低碳化。這就需要借助5G、工業互聯網、人工智能、大數據、數字孿生等新一代ICT技術，更好地實現數據泛在高速接入、裝備實時控制、圖像視頻智能分析、災害監測預警、機電裝備故障診斷等功能，最終構建礦山產運銷儲用全流程透明化系統。
產研結合 中科院孵化企業助力能源保供
中科院作為國家戰略科技力量，在中國過去十年所取得的輝煌科技成果中發揮了重大作用，一批批中科院科學家走出實驗室，不斷將前沿科研成果轉化為科技力量。在2022年6月6日舉行的“中國這十年”系列主題新聞發布會上，中科院院長侯建國表示，近十年來，中科院累計向社會轉化了約11萬項科技成果，助力我國企業的高質量發展。
針對能源保供這一關系到國計民生的重大問題，中科院立足“四個面向”以科技助力智能礦山建設，近幾年，由中科院自動化所孵化的智慧礦山技術和服務提供商慧拓已在這一領域取得了一系列成果。
中國科學院自動化研究所復雜系統管理與控制國家重點實驗室主任王飛躍教授是智能控制、智能機器人、無人駕駛、智能交通等領域早期開拓者之一，曾擔任美國NASA/UA本地行星資源利用空間工程研究中心無人系統主管與空間機器人首席研究員，研發太空挖掘機器人；擔任美國亞利桑那大學系統與工業工程系、礦業與地質工程系教授、機器人與自動化實驗室主任、復雜系統高等研究中心主任。90年代初，卡特彼勒邀請王飛躍教授合作研發了全球第一臺無人駕駛礦卡，他提出的分層智能控制理論和智能挖掘算法，由此率先應用到了卡特彼勒無人礦卡及必和必拓無人銅礦淬取項目中。
2000年，王飛躍教授以中科院“百人計劃”的身份回國，后擔任過中科院自動化研究所副所長，2011年創建中科院自動化研究所復雜系統管理與控制國家重點實驗室并擔任主任至今。
2017年，徐工集團與慧拓進行戰略合作，王飛躍教授帶領由中科院中青年博士生導師組成核心團隊，立足平行智能，邁出了中國智慧礦山無人化的第一步。近幾年，慧拓在持續落地礦山無人化項目，推動智慧礦山技術和服務的系統化和體系化，也在與能源和礦山企業合作的過程中，不斷強化“產學研用”深度融合。目前慧拓研發人員所占的比例約為70%。而只有像這樣把有理論基礎的技術人才聚集在一起，服務于生產建設，實驗室里的前沿科技成果才能最終轉化為實際解決問題的科技應用，從而為中國實現科技強國貢獻力量。
慧拓團隊基于平行智能自主研發的“愚公YUGONG”平行礦山操作系統是目前全世界唯一全機型、國內唯一多礦種、全場景適配的智慧礦山操作系統。據悉，“愚公YUGONG”系統包含礦車無人駕駛、無人運輸仿真、遠程駕駛、挖機協同作業管理、V2X智能路側協同系統、云端智能調度與管理六大子系統，已實現軟件硬件化、服務產品化、產品系列化和系統平臺化。子系統的搭配組合支持各類場景需求，并適配國內外各型礦車。
礦山如何變得智能？
7月以來，持續36℃以上的高溫灸烤著華北大地。位于山西省朔州市的安太堡露天煤礦，地表溫度接近50度，整個礦區開啟了燒烤模式。同時，大股風沙、煤灰也常常席卷礦區。
條件艱苦，再加上高強度、高危險性的工作環境，曾讓這座煤礦很難找到年輕的礦車司機。“夏天的時候，車里像烤爐，沙啊，煤灰啊，從車窗縫里不斷灌進來。” 曾有礦車司機在接受媒體采訪時表示，“這個礦幾百個礦車司機里面，一個90后都沒有，現在的娃娃都吃不了這個苦。”
如今，在安太堡露天煤礦，一輛輛穿梭自如的重型礦車內，已經難見揮汗如雨的司機的身影。而在礦區不遠處調度指揮中心內，一張張年輕的面孔正聚精會神地盯著面前的大屏幕，上面展示的是礦車作業實時畫面、各種車輛運行數據以及礦區實時地圖，以保證這些無人駕駛的礦車可以安全運行。
安太堡露天煤礦總面積376平方千米，產量1533噸/年，是當年鄧小平同志親切關懷誕生的中國改革開放第一家中外合資企業，是當時引進外資額度最大、現代化程度最高的中外合作項目，被譽為“中國改革開放試驗田”。如今這里又成為了我國探索礦山無人化、智慧化的試驗田。
安太堡露天煤礦的這種蛻變來自于2020年，慧拓與中煤集團、中煤平朔集團的一次技術合作。當時，三方在平朔安太堡露天煤礦建立了國內首個智慧礦山開發測試基地，依托于“愚公YUGONG”系統真實模擬露天礦不同氣候條件下的各種作業場景，詳細驗證了露天礦大型礦用自卸卡車無人駕駛項目的安全性和實效性，打造了我國最早落地“真無人”、“安全員下車”5G+智慧礦山項目。2021年初，安太堡露天煤礦智慧礦山開發測試基地項目獲得驗收。
在安太堡露天煤礦取得成功合作后，中煤集團又于2022年6月再次選擇與慧拓合作，在平朔東露天煤礦打造5G+無人駕駛智慧礦山項目，以“1+7+N”的編排化模式，實現了東露天煤礦“采-運-排”全流程的無人化、智能化協同作業。
此外，在地質環境更惡劣復雜的井工礦領域，慧拓從2020年也開始進行無人化布局。通過一年多的時間內完成了關鍵技術的落地轉化。2021年9月，慧拓與陜煤集團小保當煤礦、中國電信攜手建設的小保當“5G+智慧礦區”通過驗收。該項目在井工礦無人駕駛領域，取得多項關鍵技術突破，多源異構融合感知技術可以適應井下巷道弱光照和水汽干擾工況;基于多模態的高精地圖等多項技術研制的高精度組合定位系統，可以實現在無GPS信號環境中的大范圍精準定位。為小保當礦區“智能裝備、智能交通、智能管理”的總體框架提供了無人運輸完整解決方案，積極推動國內井下輔助運輸系統的智能化改造。
智慧礦山要脫離概念，真正實現落地和商業化，離不開解決場景化的技術問題。慧拓的技術人員曾表示，一些場景化的技術問題，是要在實際落地項目的過程中，去發現、分析和解決的。以水泥礦山為例，相比煤炭行業，水泥行業一個非常突出的特點是多數礦山卸料時有破碎站，無人駕駛礦車在進入破碎站后，GNSS信號會因卸料棚的遮擋而減弱或消失，車輛單獨依靠GNSS信號無法進行精準導航定位。慧拓依托自主研發的GNSS/IMU/ SLAM/輪速里程計多源協同定位技術，首創性地解決了無/弱GNSS信號環境下精確導航定位難題，無人駕駛礦車可安全、流暢地自動完成排隊等候、入站卸料及出站，不受環境和通信延遲影響。
這樣的場景化問題既是礦山企業的痛點，也是慧拓保持技術領先，實現創新突破的動力。技術創新與規模發展無疑是相輔相成、相互驅動的，技術領先的企業更易獲得客戶的青睞，搶占落地項目的先機，也只有在積累了一定的客戶數量、多元化的落地場景和實地測試數據后，才能更好地進行算法訓練，進行技術和服務的創新迭代。
目前慧拓已在國內煤炭、水泥、有色、冶金行業落地30余個礦山無人化項目，獲得了國家能源集團、中國華能、中煤集團、江銅集團等大客戶的復購訂單，在內蒙古、新疆等地陸續開展礦山無人化運營業務，積累了豐富的項目經驗。
中國科學院自動化所黨委書記牟克雄曾如此評價：“慧拓是中科院自動化研究所圍繞‘四個面向’，在具有產業戰略性的礦業孵化出的高科技公司代表。以自主研發的虛實互動的平行駕駛技術，推動科技成果與生產能力雙向驅動，不僅填補了世界極寒氣候相關領域的空白，并且切實守護了礦區的生命財產安全，助力礦業高質量、低能耗發展。”
(新聞稿 2022-09-08)