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爱立信移动通信网络助力大型机械设备实现自动驾驶

·2018-08-18 14:06·电子发烧友
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自从第一次工业革命让机械拥有了远超人类的生产力,重型机械就成了科幻电影永恒的主题之一。

但如果你站在仅轮胎就高达四米的重型矿用卡车前,你就会忘记电影里的虚构画面,而彻底被现实世界的机械力量所吸引。

而且,这些超级机器正逐步拥有自主行驶的能力,现实版的擎天柱,在不久的将来可能就会成为现实!

如果你尝试过 无人驾驶 汽车,那么你一定会相信,我们对于无人驾驶汽车的认知,以及人类的出行和运输方式很快便将发生变化。

最近,我在爱立信的客户与行业实验室内见识到了一种非常特殊的 自动驾驶 交通工具,它是爱立信与瑞典矿业公司Boliden AB的合作成果。

Boliden AB共有8座矿山,其中一座是位于瑞典北部的露天矿山 Ai ti k。Aitik是欧洲最大的露天矿山,覆盖斯德哥尔摩的大部分土地,有效开挖面积约为3平方公里。Aitik以铜矿为主,但也有金矿和银矿。

我们深入分析了Boliden AB在开采该矿山时面临的挑战,那就是如何通过最为经济高效的方式将矿石产量增加25%。

鉴于每年都有大量的岩石和矿石被炸毁后运出矿井,因此,这并不是容易实现的目标。Aitik增产25%意味着产能要从每年的65-70万吨增加到至少90万吨,而为了将所有的岩石和矿石悉数从矿井中运出,公司就需要超大型运输车。

此外,不仅卡车和铲运机,采矿用的钻机也必须是大块头。这些名为 Pi t Vipe rs 的钻机高达30米,可在岩石中钻出深17米、直径50厘米的钻孔,然后在这些钻孔中填装炸药,从而将接近1,400立方米的岩石炸成碎片运出矿井。

自动驾驶矿用卡车和设备

可以提高生产率和效率

提高产量需要提升爆破能力。怎么办?你可能会想,只要添加几台Pit Vipers钻机就可以了,对吗?

事实证明,添加Pit Vipers钻机会带来诸多弊端,不仅增加成本,而且也不利于旷工的人身安全和环境保护。由于每次爆破都会释放出危险的烟雾,任何人在这些烟雾散开之前都严禁进入爆破区,因此,公司还需要运送更多的矿工进出矿井来操控新钻机。

Boliden可以选择的另一种方法是让现有的Pit Vipers钻机实现自动运行。通过选择这种方法,不仅产量较之前有所提高,而且公司每年可节省250万欧元的成本,并且还可将运送矿工进出矿井的工作量维持在原有水平。

此外,钻机自动化还能带来显著的环境优势。事实证明,与手动操控的车辆相比,自动驾驶车辆至少能节省10%的油耗。燃料消耗量降低10%相当于减少10%的二氧化碳排放量。对于Aitik的卡车车队而言,每年可减少约9,400公吨的二氧化碳排放量。

那么,究竟自动驾驶采矿设备为何更加高效?事实证明有多个原因,但Boliden在接受采访时提到了一个非常引人注目的原因:

如果你让一名旷工钻一个15米深的钻洞,为确保够深,他几乎总会先钻15米,然后再多钻几米。如果你让机器钻这个孔,它将会完全止步于15米!

尺寸完全合适的钻孔不仅能够提高矿山利用率,而且还能减少对地理环境的影响!

当Boliden开始改造钻机以实现自动化时,他们还启用了遥控功能。他们添加了几个摄像头和一个通信模块并升级了控制系统。

事实证明,虽然自主型钻机在很多情况下足以满足需求,例如钻机沿着预定路径从一个钻孔移动到下一个钻孔,但在另一些情况下,例如在检查钻探区域、评估岩石状况、或者只有人类才能进行适当评估的其他例外情况时,则需借助摄像头开展远程评估。

移动通信基础架构

是自主采矿设备的推动力

推动这些设备实现正常运行的关键技术是运行良好的移动通信基础架构。为了在Aitik中启用自动化钻机,Boliden在矿井中安装了基于 Wi-Fi 的标准通信系统。这一举措在生产力提升方面开辟了先河,但实践证明,这种做法并非完美无瑕。鉴于Wi-Fi并不支持大范围的户外覆盖,因此,作为露天矿山,Aitik遇到了Wi-Fi覆盖方面的挑战。

使用电缆连接Wi-Fi接入点对露天矿山而言也不理想,在对WiFi接入点进行了仔细的调整之后,覆盖范围和性能终于初步达标。但在这个案例中,WiFi的覆盖范围仅集中在钻机的活动区域,并且随着活动区域的位置变化需要定期进行调整。此外,该解决方案还严格限制了其他自动采矿设备或联网对象的添加。

要实现完全的远程控制并进一步提高自动化水平,该公司需要部署高性能的移动4G或 5G 通信网络。这意味着他们不仅需要远程管理极为复杂的任务,例如复杂的钻探和岩石评估,而且还要求网络覆盖整个矿山及周边地区,包括实现采矿卡车和铲运机的联网、遥控和自动运行。

此外,4G/5G移动网络还可以助力他们实现车队和资产管理及定位,跟踪整个矿场中由电池供电的大量联网 传感器 ,避免每隔一个月盲目地更换一次电池。

显然,采矿业的流程改进和效率提升之旅远未结束。在遥远的未来,今天的许多活动可能都不再需要人类插手,无论工作还是休闲。

生命中充满了奇迹,让我们一起去探索吧,现在,是时候去尝试一下自动驾驶的乐趣了!

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