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无人驾驶:从想象到现实

时间:2023-03-31 来源:中国煤炭报 分享:

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司机(左)、记者(中)、测试人员(右)等待发车

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无人驾驶车辆在井下测试

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无人驾驶系统显示的车辆运行信息

驾驶位空空如也,方向盘不时微调,无人驾驶车辆按照规划路线稳定行驶……近日,记者来到国家能源集团神东煤炭上湾煤矿,体验了一把“无人驾驶”。

“从研发投用至今,我们几乎每天都在测试车辆和解决难题。历经巷道建模、定位追踪、改进完善等过程,如今无人驾驶车辆已能在井下稳定行驶。”上湾煤矿机电信息中心信息与自动化主管沈飞告诉记者。

老师傅有了新伙伴

井下无轨胶轮车老牌驾驶员张利明怎么也没有想到,有一天,他坐着开车,竟不用把双手放在方向盘上。改造过的车辆已陪伴他行驶一年多,虽然受测试速度限制、行驶缓慢,但总体上还是比手动驾驶省心得多。

这幅情景的由来,还要从国家能源集团神东煤炭立项研发井下无人驾驶技术说起。近年来,为响应煤炭行业智能化建设号召,已在井上井下建成多个智能化系统的神东煤炭,把目光投向了辅助运输。

辅助运输是矿井安全生产的重要保障。作为运送人员和货物的重要方式,辅助运输如何实现智能化?少人化、无人化是必然选择。不过,无人驾驶技术虽在露天煤矿有了一些应用,但井工煤矿环境复杂多样,在狭窄空间、通信定位等方面有一定限制。

2021年10月,在国家能源集团神东煤炭的大力支持下,他们邀请外部研发机构,成立了以郭爱军、许联航、王旭峰、高文才、沈飞等为代表的30多人研发团队,开启了井下无人驾驶技术研发。而处于技术研发“C位”的主角,无人驾驶车辆的改造与测试成了重点。

要想做好无人驾驶技术研发,摸清井下巷道情况、建立巷道环境模型是第一步。

“我们利用激光雷达对巷道进行整体扫描,再由工作人员使用相机进行激光精细扫描。结合多种扫描方式,先把巷道模型建立起来,为无人驾驶车辆提供一个清晰又准确的‘地图’。”沈飞表示。

“地图”有了,无人驾驶车辆就有了前进方向。研发人员将“地图”安装在车载主机上,便能在“地图”上标定起始点和规划具体路线。待这些工作完成后,无人驾驶车辆便可入井测试了。

“巷道建模花费了很长时间和很多精力。尤其是需要人扛着高精度建模设备,点对点地进行扫描。采集数据后我们要进行处理,结合激光扫描数据并生成整体‘地图’,这是巨大的工作量。”沈飞表示。

精准定位车辆是关键

除了巷道建模外,如何能精准定位和稳定在规划路线上行驶又是一项考验。为了能掌握车辆实时位置,研发人员在车身安装了多种雷达传感器,如激光雷达、毫米波雷达,再结合车辆本身的感知定位系统,实时观测车辆运行状态。

“我们利用激光雷达,测试车辆行驶区域,比如路面是否凹凸、宽窄距离,旁边是否有信号,前面是否有硐室等。这相当于感知路况。”沈飞表示,“同时,副驾驶位置安装了车载电脑,后排测试人员也随身携带设备,可实时接收数据信息,随时进行调整。”

“实时定位车辆信息时,要利用传感器不断采集数据并传回主机,主机再根据探测的路面信息判断车辆位置。这是项目研发比较困难的部分,大多数情况下就是围绕定位准不准的问题去想办法解决。”测试人员表示,“我们尽可能地使用多种手段,判断车辆究竟处于什么位置。”

2022年,团队克服疫情影响,不断调试设备,逐渐使车辆表现在入井测试中趋向稳定。

调试设备、检查路线,将车辆开到指定地点,随后一键开启无人驾驶……记者、通讯员与测试人员、司机一起坐上了车。为保证无人驾驶车辆的安全性,煤矿在测试阶段依然安排了安全员,以便应对巷道内行人等突发状况。

车辆在一片漆黑的巷道内缓慢行驶着。司机坐在驾驶位,目不转睛地看着前方路面。副驾驶旁的测试人员紧盯着小屏幕,观察着车辆运行数据的变化。由于不能影响正常生产,因此,团队人员经常要趁着早晚班间隙,抓紧时间入井测试,以便及时纠偏。

“车辆接到调度指令后,结合自身位置、周围环境等信息,按照设定好的地面到井下环路,开展物料和人员运输作业。当网络断开时,无人驾驶车辆通过感知综合环境、定位井下‘地图’、诊断故障等信息,实现车辆行为决策,确保安全运行。”测试人员告诉记者。

如今,经过长达一千多个小时、一万三四千公里的运行,无人驾驶车辆已经通过井下多种复杂特殊环境测试,具备常态化运行能力。像张利明这样的师傅,干活时轻松多了。

“像司机长期在井下开车,难免会有注意力不集中的时候,比如有些时候生病了、缺觉瞌睡了、情绪不好了等情况,都会影响行驶安全。我们要尽量避免这些安全隐患,在辅助运输上实现无人化。”沈飞表示。

此外,2022年9月,上湾煤矿还建成了基于5G网络与UWB(超宽带)精确定位的智能矿山基础平台,为无人驾驶车辆提供了信息“高速公路”。在地面,职工可以通过无人驾驶防爆电动辅助运输车辆智能调度管理系统,监测和调度车辆运行状态。无人驾驶,在上湾煤矿从想象变成了现实。

“过去,煤矿工人就是步行入井。后来稍微好点,井下有了小火车。如今,井下已经逐步推广应用无轨胶轮运输车。现在,我们在此基础上改造升级为无人运输。不过也要认识到,现成的技术并不会完全适用于井下复杂环境,煤矿自产自用的先进技术仍有较大发展空间。”沈飞表示。

接下来,该矿将结合井下精确导航定位技术及远程监控与应急接管系统,进一步完善井下无人驾驶技术。


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