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露天矿无人驾驶“技术+工艺”发力,对话专家
[ 录入者:admin | 时间:2020-08-12 13:15:59 | 作者:孙庆山 | 来源:易控智驾 | 浏览:393次 ]

一个充满曙光的无人驾驶应用场景,规模落地之路充满艰辛!

一位经验丰富的智能卡车调度专家,整个职业生涯异常平稳!

一家让运输更简单的无人驾驶公司,每每阶段进展令人瞩目!

一次不太经意的矿业朋友温情引荐,技术与工艺的完美结合!Today,君君对话易控智驾露天矿总工孙庆山。

无人驾驶矿车

易控智驾 专家驾到

孙庆山

孙庆山,男,汉族,中共党员,1959年10月生,辽宁省北票市人,工学学士,研究员。1983年7月,毕业于阜新矿业学院采矿工程系露天开采专业,毕业后一直在煤炭科工集团沈阳研究院工作至退休。先后担任露天安全研究院课题组长、项目负责人、主任工程师、总工程师等职位。目前,加入北京易控智驾科技有限公司担任露天矿总工程师一职,负责工艺、调度、产品等相关工作。

孙庆山同志一直从事科研工作,主要研究方向有露天矿爆破工程、露天采矿工程、露天矿数字化、露天矿智能化的应用研究,是我国露天矿卡车优化调度系统的第一代研发人,填补了我国露天矿卡车优化调度系统的空白;主持参与完成科研项目30余项,在《露天采矿技术》、《采矿技术》等刊物上发表论文20余篇。主持完成的项目“露天矿卡车电铲优化调度系统”获得煤炭工业第十七次科技进步三等奖、“伊敏露天矿安全高效生产智能监控与管理决策系统”2009年获中国职业安全健康协会科学技术一等奖、“数字露天矿建设”2010年获中国煤炭工业科学技术二等奖。

君君提问 专家回答

01

专家+选择+情怀

君君:矿业界的朋友喜欢把中煤科工沈阳研究院称为中国卡调的起源,而您作为当之无愧的第一代卡调人,有什么故事可以讲讲吗?

孙庆山:卡调系统最初是在上个世纪90年代初,美国模块采矿系统公司开发的,该系统不仅价格高,而且也不适合我国的国情。开发自主研发的卡车调度系统,填补我国在该领域的一项空白,是我们这代采矿人的首要任务。1992年中煤科工集团沈阳研究院(原抚顺煤炭研究所)在伊敏煤电公司露天矿的协作下,研究开发了国内第一套“卡车-电铲调度优化系统”。系统从调研开发到实际应用,经历了近6年的时间, 应用效果非常好,得到了使用单位的好评。我们项目组共8人,我是作为主力上阵的。当时GPS定位系统在我国应用领域非常有限,好多人都不知道什么是GPS,计算机还是苹果386的时代,大家都付出了巨大的艰辛和努力。现在国内应用的卡车调度系统其基本架构及整体思路一致沿用当时我们的架构及思路。

君君:孙总是怎么和[易控智驾]结缘的呢?为什么选择无人驾驶这一细分领域作为职业的新起点?

孙庆山:在露天煤矿实现无人驾驶一直是我的梦想!记得我在大四的时候,老师讲国外无人驾驶的研究动向时我就特别的兴奋,那时我想在我的有生之年我能参与到无人驾驶的研究吗?无人驾驶真的能实现吗?由于我是从事露天数字化智能化研究的,有义务也有责任在我退休后为我国的智慧矿山建设发挥自己的余热,而无人驾驶正是我的梦想,所以当[易控智驾]创始人Wason找到我的时候,我毫无犹豫地答应了他们的聘请,这就是我跟[易控智驾]的缘分,也是作为我职业新起点的动力。

国内无人驾驶公司主要有四大类,一类是百度系的创业者牵头组建的公司,例如地平线;一类是高校背景的创业者,例如希迪;一类是海归创业,例如小马;还有一类是我们[易控智驾]这种的由成功创业者牵头组建的,例如图森、智加,这种有经验、有资本支撑的公司也是我最看好的,这也是我全职加入的一个重要原因。

君君:请简单描述一下[易控智驾]。

孙庆山:公司全名叫北京易控智驾科技有限公司,简称[易控智驾],就是容易控制、智能驾驶的意思,很容易记住的。我们的Slogan是“专注于矿用车无人驾驶”,我们的使命是“让运输更简单”,我们的愿景是“成为世界一流的矿山无人驾驶公司”,我们的价值观是“简单、专注、拼搏、卓越”;很荣幸能加入[易控智驾]和一群年轻的朋友一起奋斗,共同开创露天矿智能化的新篇章。

截止今日(2019/12/24),我们[易控智驾]无人驾驶运输运营总里程达到近7000公里,无人驾驶土方运输量达到近40000方,公司是否真实做事情,数据是不会骗人的。

孙庆山和易控智驾团队,摄于2019年11月

君君:据我所知,[易控智驾]在今年可谓收获连连,易控人经常把您(人才)和6000万天使轮融资(资本)、平台+编组作业(技术)并列为2019年的三大收获,对于此事,您是怎么看?

孙庆山:公司创始人Wason大约80%的时间都在沟通优秀的人才,而联合创始人张磊90%以上的时间都在专研技术,公司已经用很短的时间奠定了持续加速发展的三大基石,资本、人才和技术。有充实的资本实力,公司才有条件组建这样一支年轻有为,经验丰富的队伍,有了这样一支队伍,我们才能持续不断地保证我们在技术方面的优势和领先,而技术的优势是公司持续盈利的基本保证。相信我们在创始人Wason的带领下会继续这种资本人才和技术的良性循环,让公司持续良性发展。我作为一个老露天人加入[易控智驾],在发挥我余热的同时,借助我多年来现场经验及传统卡调理论,一定会同“易控人”一起走出矿山无人驾驶车辆规模化落地的道路。

君君:您为之奋斗一生的[沈阳研究院]和新加入的[易控智驾],在您心中地位各是什么样的?

孙庆山:沈阳研究院是我国煤炭领域很有实力的单位,技术力量雄厚,人才辈出,有广阔的前景。我们[易控智驾]虽然刚刚成立不久,但在人才引进方面走到了同行的前列,同时这个团队是个团结、有朝气、技术成熟的团队,我相信这个团队能把无人驾驶做到极致。

对我来说,[沈阳研究院]是过去、是经验、是怀念,[易控智驾]是未来、是分享、是奉献。

02

市场+角色+合作

君君:作为露天矿科班出身的老专家,您预测矿区无人驾驶运输市场规模有多大?请给出分析依据。

孙庆山:根据中煤西安设计工程有限责任公司刘光大师演讲数据,截至2018年底,我国共有露天煤矿450处,产能9.5亿吨,占总产能 25%,在未来这个数据还会增长。

按平均剥采比4计算,每年的剥采总量大约在100亿吨的规模,按照2.5公里的运距和3.8元/方/公里的单价测算无人驾驶运输年度煤炭市场规模大概在450亿。

君君:矿区无人驾驶行业有哪些难题?您在解决这些难题中扮演什么角色?

孙庆山:硬件我懂得不多,我就不说硬件的问题了。无人驾驶能否提高经济效益主要看优化调度的好坏,无人驾驶与有人驾驶相比,它给优化提供了得天独厚的条件,能真正实现优化调度,所以如何做好优化调度是无人驾驶面临的一个技术难题。我从92年起就做卡车优化调度,在这方面有较丰富的经验及理论基础,我相信我们的优化调度一定能做到真正的优化。

君君:矿方如何看待无人驾驶这件事情?

孙庆山:高科技、新生事物嘛,大部分露天矿(包括土石方承包商)还是持积极的态度,他们都有试试的心理。我相信无人驾驶距离实际应用为期不远了。

君君:车厂在无人驾驶公司中扮演了什么角色?

孙庆山:车的可靠性和线控执行器的可靠性是无人驾驶能否得到推广应用最为关键的因素,起着非常重要的角色,这也是我们和同力重工合作,选择宽体车为主要载体的重要原因。

像小松和卡特那种电动轮,核心零部件都是国外的,线控改造和车身状态数据接口都有大的技术壁垒难以突破;而电动轮多为矿上在用的生产车,如何避免全矿无人化改造对矿上生产的影响则是另一个难点。

君君:传统卡调或者说矿上已有卡调系统怎么跟无人驾驶结合?

孙庆山:在原有的卡调系统功能上进行无人驾驶升级改造会异常困难,而在无人驾驶系统中兼容原有的卡调系统的核心且合理功能则比较明智。

03

技术+难点+方案

君君:在采装的时候,挖机位置不固定,无人矿卡是如何实现精准的入位控制的?

孙庆山:挖机上会安装具有高精度定位功能的辅助交互系统,辅助交互系统通过4G/5G与平台互联。挖机司机会依据挖机位姿信息和平台下发的作业边界信息,在系统的辅助下手动确定装载位置,平台依据装载位置和可行驶区域,规划车辆装载路径。车辆在装载过程中,会实时感知周边的三维信息,以平台规划的路径为引导,并进行局部实时规划,最终停在适合装载的最佳位置。

无人驾驶运输运营

君君:运输环节,咱们[易控智驾]是如何考虑路径规划、避障,和各类车辆的信息交互的?

孙庆山:首先,每辆车的运输路径,平台都会基于地图信息、装载位置和卸载位置进行全局规划,每辆车按照全局规划路径行驶。其次,每辆车的无人驾驶系统会实时感知周边100m范围内的三维环境信息,包括挡墙、地面落石、车辆、行人等。当出现障碍物时,无人驾驶系统会根据障碍物类型和状态,选择停车避障或绕障。再次,所有车辆信息交互有两种模式:通过V2V方式直接交互;或通过平台间接交互。

君君:排土的时候是如何实现车辆的精准控制的?

孙庆山:车辆排土时,按照平台预设的排土位进行倒车入位,过程中会实时感知挡墙边界,控制车辆后轮贴到挡墙后停车、挂空挡、拉手刹,判断车辆姿态是否适合举升,如果满足举升条件则开始排土操作、控制货箱举升,举升过程中也会实时检测车辆姿态,当出现失稳状态时,立刻停止举升并降斗。如果举升过程中没有异常发生,货箱举止最大角度后保持一定时间,然后车辆向前行驶一段距离后,停车降斗,货箱将至最低位后,车辆完成排土操作,按照平台规划路径继续行驶。

君君:有人/无人/遥控三种模式是如何切换的?

孙庆山:一、正常状态下,车辆完全是无人驾驶模式运行。二、平台上会实时监控车辆运行状态(车辆运行数据、实时视频)。由无人驾驶切换到远程遥控驾驶模式,有2个主要主要决策机制:a当平台检测到车辆无法进行无人驾驶时(无人驾驶无法处理的异常状态或车辆进入限定遥控驾驶区域),平台自动提示调度人员,某辆车需要平台调度人员接管,进入远程遥控驾驶模式,完成当前运输任务;b平台调度人员实时监控车辆运行数据,当调度人员判断车辆需要人工远程接管时,由调度人员手动切换进入远程遥控驾驶模式。三、人机共驾模式主要是目前需要安全员的情况下,安全员在无人驾驶运行过程中,人工转动方向盘、脚踩刹车踏板、脚踩油门踏板(执行三种任意一种操作)后,车辆由无人驾驶模式进入人工驾驶模式。如要再次需要进入无人驾驶模式,让车辆停车后重新激活无人驾驶模式即可。未来产品化后,车辆不需要安全员,以无人驾驶模式为主。

君君:车辆运行时机械和控制电路信息的监控与预警机制是怎么样的?

孙庆山:目前,车辆动力系统(发动机、变速箱等)、底盘(制动系统、转向系统等)、车身(灯光、车门、货箱角度)等部件的状态信息、故障信息都可以获取。无人驾驶系统会对车辆执行器的状态进行监控和诊断,所有信息会上传到平台,诊断或发现出现故障时,无人驾驶系统会进入安全模式,确保车辆安全停车,平台通知维修人员进行现场检修。

君君:如果无人驾驶车没油了,可以自己去加油吗?

孙庆山:无人驾驶系统会监控油箱中实际油料位置,检测油位到达加油界限时,平台会规划车辆加油路径,车辆会自动按照规划路径停在固定加油点进行加油。

君君:车辆超装、欠装及偏装等情况咱们怎么处理?

孙庆山:目前,车辆装车的信息主要有挖机司机手工录入,上传平台。车辆会根据自身运行状态对装车重量进行预估,但准确度有限。货箱装偏时,会对车辆的运行姿态造成影响,无人驾驶系统实时监测车辆姿态,并基于实时识别的路况信息对姿态进行预测,当车辆运行姿态不稳时,会进行降速运行或停车进入安全模式。

未来会将车辆的轮胎换成子午线真空胎,每条轮胎增加压力和温度传感器,通过轮胎信息进行装载重量以及装载位置的判断。

君君:5G与矿区无人驾驶如何结合?

孙庆山:5G 具有低时延、大带宽和高可靠性的特性,可为我们实现通过远程智能驾驶平台对远端车辆的全向监控和智能远程控制,其系统主要包括数据交互与控制、网络传输以及控制和平台三部分。

君君:随着北斗系统的推广应用,是否考虑采用国产网络技术?

孙庆山:目前商用领域所有的卫星接收系统都是多模式的,即中国的北斗(BD)、美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)等系统卫星信息都是同步接收。定位卫星必须多颗以上才能保证准确的位姿解算,同一区域里,单一系统的定位卫星覆盖数有限,所以行业内都是多模式兼容,即能看见多少颗卫星的信息就用多少颗的信息解算。国内北斗芯片也基本都是多模式的。

君君:请简单介绍一下V2X系统?

孙庆山:目前[易控智驾]无人驾驶系统主要应用的是基于LTE-V的车载单元OBU,具备V2V(车车)和V2N(车和平台)功能,V2V设备可以实现200m范围的感知。不久的将来升级成5G的V2X,并增加路测单元RSU。

君君:请列举你们的算法列表,讲解一个比较简单的算法,让听众相信你们确实把涉及到的作业场景考虑周全了。

孙庆山:主要算法分为云端平台和车端无人驾驶系统两部分。

云端平台:主要是增量地图更新、全局路径规划、车队车流控制、任务调度、装载位/卸载位自动生成等。

车端无人驾驶系统主要是感知、定位(融合定位)、决策规划、运动控制和车辆电器控制(货箱举升、车灯)等,主要几个方面:感知方面是基于激光雷达、毫米波雷达、摄像头(辅助)、V2V的融合感知,实现对障碍物、挡墙、路面和落石等的识别,以及动态障碍物的轨迹预测等。决策规划方面是依据全局路径和地图信息对车辆行为进行规划(前进、倒退、停车、绕障、卸载、路口通行、避让车辆等),基于实时感知的环境信息进行实时运行轨迹的规划。运动控制方面主要是控制车辆的转向系统、制动系统、发动机、变速箱、手刹等与车辆6自由度运动有关的线控执行器。

不念过去END不畏将来

孙庆山和易控智驾测试团队孙庆山和易控智驾现场调试团队,摄于2019年11月


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