本文转自：科技日报
- 图为露天矿电铲智能远程控制自动装载系统作业场景。 山西太重集团融媒体中心供图
◎本报记者 赵向南 通讯员 王泽龙
在国家电投内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司南露天煤矿，身着白衬衣的电铲司机长贾文涛坐在远程操控室，看着高清显示屏，精准操纵5公里之外的大型矿用电铲。这台无人电铲顺山体作业，挖取矿石、灵活转向、放置矿石……不一会儿工夫，矿车就被装满。“坐在办公室就可以远程驾驶电铲挖矿，再也不用在露天矿山工作。”贾文涛笑着说，“我也成‘白领’啦！”
这是露天矿电铲智能远程控制自动装载系统的作业场景。场景中用到的核心装备由太原重型机械集团有限公司（以下简称太重集团）智能采矿装备技术全国重点实验室自主研发。日前，国家矿山安全监察局与工业和信息化部公布了2023年度矿山领域机器人典型应用场景名单，该场景成功入选。
让矿工远离恶劣作业环境
据统计，我国目前约有矿山2.8万处，其中煤矿约4000处、金属矿山约1.2万处。露天矿山多数在高温、高寒、高海拔区域，作业环境比较恶劣。“有些地区还存在缺氧情况，作业现场振动粉尘大、噪声大。在长时间日照下，采场地表温度有时能升至50℃以上。”太重集团智能采矿装备技术全国重点实验室常务副主任李光说，“建设‘智慧矿山’，就是要用智能设备助力矿工远离恶劣作业场所。”
为此，太重集团决定研发露天矿电铲智能远程操控系统等“一揽子”矿山智能装备，打造露天矿电铲智能远程控制自动装载场景，以智能连续作业和无人化运输实现无人化采矿。
露天矿山开采作业包括钻、爆、采、运、破、排等流程。太重集团智能采矿装备技术全国重点实验室智能化所所长岳海峰介绍，露天矿电铲智能远程操控系统主要应用在采掘和装载两个作业场景。“我们以自主感知、自主规划、自动挖掘、柔性回转、精准卸料为研发目标，力求真正实现‘智慧作业’。”岳海峰说。
然而，由于矿山地形复杂，实现这个目标并不容易。岳海峰介绍，要使矿工远程操作设备时和在现场一样，就得让机器“眼观六路、耳听八方”，实时处理出现的各种问题。在场景建设过程中，岳海峰和团队攻克了高速低延时无线通信、复杂环境全景感知、智能辅助挖掘与装载、数据驱动的故障智能诊断等一系列核心技术。
“我们花费了两年多时间攻克一个个技术难题，确保达到现场精准作业水平。”岳海峰说，在露天矿电铲智能远程控制自动装载场景中，现场作业信息能够转化为机器可以“理解”的数字语言，经人工智能精准快速分析后，形成辅助决策，结合动力学模型，协助操控设备作业，使得远程操作人员感觉就像在现场操控一样。
解码编码不超过140毫秒
露天矿电铲智能远程控制自动装载场景的核心在于系统装备的摄像头看得全，且数据能够实时传送。“在煤矿开采现场，电铲这样的‘大块头’，一挖斗物料加自重接近百吨。‘挖—卸—挖’的一个循环周期，用时只有30秒。”岳海峰说，要让“大块头”干得快，需要它“看”得准、“看”得全。这包括两个方面：一是让“大块头”和人眼一样拥有180度的视野，因为单个摄像头的工作面角度只有90度；二是确保数据传送时间要控制在140毫秒以内。“任何作业指令稍有延迟，带来的风险都难以估量。”岳海峰解释道。
140毫秒，仅仅是一次眨眼的时间。在这短暂的时间内，要将铲车身上摄像头采集的数据处理、还原成人眼看到的效果，传回到远程操控室。岳海峰说，为了实现这一目标，岳海峰和团队在电铲上安装多个摄像头与传感器，并广泛应用毫米波雷达和图像识别等先进技术。
此外，露天矿电铲智能远程控制自动装载场景可实现车铲协同智控。记者在作业现场看到，地面调度系统远程发出指令至车载系统，车载系统接收指令后，根据目标位置自动规划路径，实时规划出最优工作路线，控制车辆到装载区装载。“系统拥有车铲协同、安全会车、自动避障、应急接管等功能，实现‘装运卸停’全流程无人化作业。”李光说。
值得一提的是，露天矿电铲智能远程控制自动装载场景还为现场作业车辆建立起完备的“防火墙”。当现场出现突发情况，系统可以实时预警、智能制动停机，甚至还可以科学规划避灾地点。李光介绍，以前矿区发生紧急情况，需要用对讲机或打电话，层层通知传达，有时遇到矿坑通信信号差，还得人工口头告知。现在，这套系统能自动分析决策进行避灾。
新场景实现了让工人“坐在办公室里开电铲挖矿”，使工人的劳动强度大大降低，还提高了生产效率。李光说，据测算，在相同工况下，新场景可让整体作业效率较人工作业提高5%。
