余貴珍博士
封閉區(qū)域無人運(yùn)輸關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用
主講嘉賓：余貴珍博士，踏歌智行創(chuàng)始人&CEO。北京航空航天大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、國家“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才。參與《中國制造2025的重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》撰寫，榮獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)、中國智能交通協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)?，F(xiàn)擔(dān)任中國汽車工程學(xué)會(huì)汽車信息安全工作委員會(huì)副秘書長，中國智能交通協(xié)會(huì)車輛專業(yè)委員會(huì)委員，中國人工智能學(xué)會(huì)智能駕駛分委會(huì)副秘書長。承擔(dān)國家和省部級課題20余項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利100余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇（SCI檢索>50多篇）。
【觀點(diǎn)精要】
● 露天礦運(yùn)輸最適合無人駕駛：封閉無人、線路固定以及低速、點(diǎn)對點(diǎn)。
● 國外礦山無人駕駛應(yīng)用方面，和人工駕駛相比，總體成本降15%，每年多工作500小時(shí)。
● 礦區(qū)的無人運(yùn)輸系統(tǒng)核心的關(guān)鍵技術(shù)包括感知、控制、協(xié)同、調(diào)度、優(yōu)化五個(gè)方面。
● 無人駕駛多傳感器融合是技術(shù)發(fā)展的趨勢。
● 預(yù)計(jì)未來每年4000萬套導(dǎo)航會(huì)換成高精度的導(dǎo)航系統(tǒng)，前提是組合導(dǎo)航的價(jià)格足夠低。
【會(huì)議實(shí)錄】
【余貴珍】：大家好，我的題目沒有寫自動(dòng)駕駛，更多的是寫無人運(yùn)輸，后面我會(huì)解釋這個(gè)。我今天分享分四個(gè)方面：封閉區(qū)域機(jī)遇、無人運(yùn)輸系統(tǒng)、關(guān)鍵技術(shù)介紹、示范及應(yīng)用。
現(xiàn)在大家拋棄了L3進(jìn)入了L4，朋友圈里看到了各種的言論，特別是疫情期間朋友圈看到很多無人配送送餐車的應(yīng)用。
另外十一部委印發(fā)《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》，算是近幾年印發(fā)最重要的文件，大家感覺到自動(dòng)駕駛的春天，無人駕駛的春天來了。
封閉區(qū)域機(jī)遇：沒有法律障礙、運(yùn)行環(huán)境可控、經(jīng)濟(jì)效益顯著
Google、百度投入了大量的資金在無人駕駛研發(fā)方面，新政策也為無人駕駛、智能駕駛打下了很好的基礎(chǔ)，我們也看到很多希望。但公共道路上普通用戶使用無人駕駛還是有較長路要走，當(dāng)前道路法的路權(quán)是不允許無人駕駛的車輛行駛。
當(dāng)前的道路是為有人駕駛服務(wù)，并不是為無人駕駛服務(wù)的，車智能化無人化了，道路是不是智能？如果道路不智能的話，用人的判斷來要求車，復(fù)雜環(huán)境下肯定無法滿足無人駕駛的要求。
另外是產(chǎn)業(yè)的商業(yè)模式還沒形成，無人駕駛在高速公路上120公里的行駛，可能有一半甚至大部分人不太敢坐，不太想把生命交給機(jī)器，我覺得無人化在公共道路上，還是有很長路要走的，是不是無人化的技術(shù)落地就不行了？在特定區(qū)域內(nèi)無人駕駛有很多機(jī)遇，并且國外已經(jīng)有量產(chǎn)。
比如說礦區(qū)的運(yùn)輸、物流園區(qū)短距離的接駁、碼頭、工程、清掃、農(nóng)業(yè)耕種方面，這些方面在國外已經(jīng)有成功經(jīng)驗(yàn)，很多創(chuàng)業(yè)公司已經(jīng)擠入這個(gè)賽道。
這些案例共同的特點(diǎn)是特定的區(qū)域，沒有法律的障礙，另外環(huán)境基本是可控的，可以不讓人進(jìn)入這個(gè)環(huán)境，甚至讓道路的標(biāo)志更清楚。例如礦區(qū)、碼頭是24小時(shí)運(yùn)行的，機(jī)器替人的價(jià)值很高，經(jīng)濟(jì)效益很顯著。特定區(qū)域沒有法律限制、運(yùn)行可控、經(jīng)濟(jì)效益顯著，具備落地的基本條件。
我自己從事礦區(qū)無人駕駛創(chuàng)業(yè)，我更希望用實(shí)踐跟大家分享。露天礦為什么可以無人運(yùn)輸？它是封閉的，礦車是8米寬，只能在礦行駛，線路是相對固定，低速30公里以內(nèi)，基本上點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)輸，適合于無人駕駛落地。除了機(jī)器替人的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，沒有人員傷亡，生產(chǎn)更加穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)橐咔槭艿秸胁坏饺说挠绊憽?
礦區(qū)需要如何？新技術(shù)在一個(gè)新的場景中應(yīng)用，有痛點(diǎn)的話才有可能更好的落地。礦區(qū)有痛點(diǎn)，大量的礦區(qū)在內(nèi)蒙高寒地區(qū)，90年代出生的司機(jī)很少，都是50歲以上的司機(jī)，招年輕人越來越難。
一般一臺車有四個(gè)司機(jī)左右，如果把所有的成本都算進(jìn)去的話大概是80到100萬的成本，國外大概100到160萬美金的成本，因?yàn)檐囕v大，盲區(qū)大、24小時(shí)運(yùn)輸，容易發(fā)生疲勞，也經(jīng)常發(fā)生一些事故。
所以露天礦區(qū)適合落地，有痛點(diǎn)， 24小時(shí)高頻運(yùn)輸，機(jī)器替人有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，踏歌選擇這個(gè)場景進(jìn)行落地，希望給客戶帶來更好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
國外的情況怎么樣？卡特彼勒和小松、別拉斯推出無人駕駛礦車10年以上，在澳洲、加拿大、巴西等300輛無人駕駛礦車投入運(yùn)營。無人駕駛和有人駕駛相比，總成本會(huì)降低15%，每年多工作500小時(shí)。
中國還沒聽說過礦里有大批量的無人駕駛，我覺得中國有自己的特點(diǎn)，大型的礦區(qū)，除了大型礦車，像卡特彼勒和小松，中國還有小的自卸車和寬體車，國外無人駕駛的要搬過來有點(diǎn)難度。
中國的人工成本低，國外是中國的十幾倍，礦區(qū)的開采工藝和道路環(huán)境不一樣，我們合作的幾個(gè)礦里，露天礦的道路寬度是18米到22米，國外的基本上30多米，在中國礦區(qū)會(huì)車控制更難，另外環(huán)境特點(diǎn)也不一樣，中國還要滿足有人和無人混行的需求。要把無人駕駛結(jié)合中國礦區(qū)的特點(diǎn)，開發(fā)自主可控的礦山無人系統(tǒng)，是中國創(chuàng)業(yè)者和相關(guān)研發(fā)人員面前最重要的任務(wù)。
剛才提到智能車的政策支持是2月份發(fā)布，3月份發(fā)改委又發(fā)布了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展指導(dǎo)意見》，其中里面有幾條是關(guān)于露天礦智能化的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。
國家這么快出臺智能化甚至無人化政策，對創(chuàng)業(yè)者來說是很好的福音。從時(shí)間節(jié)點(diǎn)上我也覺得無人駕駛春天到了，特別是礦區(qū)的無人運(yùn)輸。
無人運(yùn)輸系統(tǒng)：車載終端產(chǎn)品、云控平臺產(chǎn)品、工程部署與落地應(yīng)用
我剛才提到為什么不叫無人駕駛，而是無人運(yùn)輸，礦物運(yùn)輸有裝、運(yùn)、卸多個(gè)環(huán)節(jié)，所以我們認(rèn)為無人運(yùn)輸更合適。礦區(qū)無人運(yùn)輸系統(tǒng)里包括：
一是礦卡的無人化，包括感知、決策、執(zhí)行等核心的技術(shù)；
二是除了礦卡的無人以外，還需要輔助作業(yè)車的終端把挖機(jī)、電鏟配合，實(shí)現(xiàn)挖機(jī)和無人車通訊，指揮無人車?？空_的位置，裝載完后指揮車輛離開；
三是平臺，通過無線通信監(jiān)控車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)，還包括車鏟路的調(diào)度，車與鏟配合，路徑選擇，地圖制作和統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。
無人運(yùn)輸系統(tǒng)有車載終端的產(chǎn)品和云平臺的產(chǎn)品，主要圍繞礦里的業(yè)務(wù)，一般一臺挖機(jī)對應(yīng)四輛無人駕駛的車輛，卸端有推土機(jī)，車載終端產(chǎn)品和云端平臺產(chǎn)品都是為礦區(qū)的典型作業(yè)編組服務(wù)。
礦車無人駕駛方面，和公共道路上的無人駕駛一樣，包括環(huán)境感知、規(guī)劃決策和控制執(zhí)行這三個(gè)層次。在環(huán)境感知方面，礦區(qū)道路沒有車道線，路面坑洼不平，大部分都是上坡或下坡，公共道路攝象頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)的感知算法無法直接用于礦區(qū)環(huán)境感知。
例如激光雷達(dá)方面，激光要求斜向下，識別駛行安全區(qū)域、道路石頭以及車輛行人障礙物；另外礦車運(yùn)輸有裝和卸的點(diǎn)，車輛需要倒車動(dòng)作，這樣后面也要裝相關(guān)的毫米波和激光雷達(dá)，來檢測后面的障礙物和深坑。
踏歌公司無人駕駛控制系統(tǒng)中，核心是主控器和執(zhí)行器，感知、控制、決策等算法主要在主控器中。
線控底盤方面，北方股份在大型的礦卡占有很大的市場，主要負(fù)責(zé)線控底盤改造，踏歌做無人化和平臺部分。輔助作業(yè)車載終端方面，主要包括防撞終端、調(diào)度終端，電鏟作業(yè)終端，還有推土機(jī)和挖機(jī)的作業(yè)終端。
礦區(qū)的平臺方面，圖中是白云鄂博平臺的調(diào)度系統(tǒng)。
關(guān)鍵技術(shù)：感知、控制、協(xié)同、調(diào)度、優(yōu)化
礦區(qū)的無人運(yùn)輸系統(tǒng)核心的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？首先我們介紹技術(shù)之前，知道礦里有哪些技術(shù)挑戰(zhàn)。
感知方面的挑戰(zhàn)包括：24小時(shí)作業(yè)，晚上的光線不太好，北方的溫度有零下四十多度，非結(jié)構(gòu)化的道路，道路特征并不明顯，車輛的體積大盲區(qū)多，所以礦區(qū)感知技術(shù)跟公共道路不太一樣。
控制方面挑戰(zhàn)主要是：車型大，剎車一秒鐘才能有反應(yīng)，重載上坡，轉(zhuǎn)彎180度，200噸以陡坡行駛。
在協(xié)同作業(yè)方面挑戰(zhàn)包括：車跟鏟、車跟推土機(jī)，車與車十字路口、單行道的協(xié)同。
另外調(diào)度技術(shù)挑戰(zhàn)包括：四臺車編成調(diào)度相對簡單，當(dāng)二十個(gè)編組甚至幾百個(gè)編組礦區(qū)運(yùn)行，對調(diào)度系統(tǒng)是個(gè)很大的考驗(yàn)。
在可靠性方面，礦區(qū)24小時(shí)作業(yè)，需要車載運(yùn)行高可靠性、網(wǎng)絡(luò)連接和定位的高可靠性、平臺運(yùn)行高可靠性。
面對這些技術(shù)挑戰(zhàn)，我們總結(jié)出以下核心的技術(shù)。在感知方面是非結(jié)構(gòu)化道路路面的檢測和融合感知，解決晚上燈光、沙塵，前向、后向感知。
在控制方面，特種車輛的無人駕駛軌跡跟蹤和精準(zhǔn)停靠。軌跡跟蹤的精準(zhǔn)才能在較窄道上兩個(gè)車會(huì)車，精準(zhǔn)?？坎拍軐?shí)現(xiàn)車與鏟的協(xié)同作業(yè)。
另外還有基于V2X技術(shù)的車路協(xié)同無人編組作業(yè)的智能調(diào)度技術(shù)和基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的能耗與效率優(yōu)化等核心技術(shù)。當(dāng)無人礦車大批量運(yùn)行，無人駕駛模型將會(huì)是最好的駕駛員，能耗和效率一定最優(yōu)。
比如說車輛控制中軌跡跟蹤，公共道路上車輛控制模型和算法無法用于礦區(qū)車輛控制，我們采用運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)，采集大量的優(yōu)秀司機(jī)人工駕駛數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)人是怎么駕駛，形成駕駛的控制模型，用于車輛的控制，實(shí)現(xiàn)重載上坡、空載下坡，180度彎道等場景下軌跡的高精度控制。
在礦車裝和卸端，特別是裝載方面，挖機(jī)或電鏟會(huì)隨著礦物質(zhì)的減少不斷的移動(dòng)，車也需要跟隨挖機(jī)移動(dòng)，如果移動(dòng)不到位，裝載效率會(huì)低，當(dāng)可以精準(zhǔn)?？康臅r(shí)候裝載效率比較高。
動(dòng)態(tài)的裝載實(shí)際上國際礦卡控制難題，我們花一年實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的裝載、動(dòng)態(tài)路徑的規(guī)劃，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的?？浚恢闷钤?.3米以內(nèi)，方位偏差在三度以內(nèi)，比原來人工?？烤冗€要高。
V2X除了實(shí)現(xiàn)車鏟的配合，另外窄道會(huì)車，礦區(qū)路口路權(quán)的協(xié)同都要基于V2X。我們通過這一年多在礦區(qū)的運(yùn)營，V2X是礦區(qū)重要的技術(shù)，運(yùn)用于裝、運(yùn)、卸等環(huán)節(jié)。
平臺智能調(diào)動(dòng)，主要對車、鏟、挖點(diǎn)、卸點(diǎn)、道路等資源進(jìn)行調(diào)度，實(shí)現(xiàn)資源有效利用和高效匹配，提高作業(yè)效率。
示范及應(yīng)用：金屬礦、露天煤礦、煤礦土石方
接下來大家再分享一下我們在白云鄂博的案例，寶鋼的白云鄂博已經(jīng)有四臺車運(yùn)行一年，整個(gè)礦有兩個(gè)電鏟，今年要把17臺車都要運(yùn)行起來，整個(gè)項(xiàng)目是踏歌和北方股份合作完成，這是金屬礦無人運(yùn)輸?shù)陌咐?
國家電投霍林河跟北方股份合作，215臺主動(dòng)防撞，如果裝了防撞系統(tǒng)，盡可能減少事故發(fā)生。2臺的無人礦卡已經(jīng)在礦區(qū)運(yùn)行。另外今年霍林河有10臺無人駕駛新車會(huì)投入運(yùn)營。
我們在鄂爾多斯和中環(huán)協(xié)力合作200臺車左右，明年上半年會(huì)全部運(yùn)行起來，在2到3個(gè)礦中運(yùn)營，主要是煤礦的土石方運(yùn)輸，核心技術(shù)基本相似，也包含平臺。