5G通信 + RTC实时音视频 + IoT物联网技术,三一智矿全国首批无人驾驶卡车进驻鄂尔多斯露天煤矿…

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通常情况下,自动驾驶卡车能自主完成常规的往返运输,除非出现复杂的临时状况,比如多车交会,或者自动驾驶出故障,秦东就会通过远程驾驶舱里的方向盘、油门和刹车,接管操作,“遥控”矿卡,直到突发状况解除。

从去年开始,秦东就开始学习这样的远程操控,进行“工种”升级——

从矿卡司机,到矿卡远程驾驶安全员。

01.

人要退出危险作业现场

年产800万吨、井田面积有约25平方公里的潮脑梁煤矿,是全国首批让现场矿卡司机“下车”的露天煤矿之一。

露天矿山就像一个巨大的物流厂,矿卡是其中最重要的生产工具。通常一台挖掘机需要搭配4到8台矿卡,作业任务量大时,每天两班倒,对矿卡司机的需求量大、要求高。

另一方面,与日常看到的卡车不同,矿卡的体积和自重更大,有些重载矿卡甚至高达十米,装载重量超过百吨,需要专业的操作技术。

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而鄂尔多斯冬季的平均温度在零下15摄氏度,司机在结冰的路面上更难控制住巨大矿车的重心,更会面临打滑的危险。在极端天气里,矿上甚至可能出现山体滑波等事故。

招工难,已经成为煤矿经营方面临的常见难题。

近年来,越来越多的企业正在尝试通过自动驾驶和远程驾驶结合的方式,让驾驶员从矿卡车上、从复杂艰苦的现场退出来。

这样,才能吸引更多像秦东这样的年轻人。

2018年10月成立的三一智矿,是中国工程机械龙头三一集团的子公司,主攻智慧矿山业务。无人驾驶,是其中最重要的一环。

场景封闭、路线固定的露天矿区,是行业公认的适合无人驾驶落地的场景。

三一智矿耗时两年,就在潮脑梁煤矿打造了一支由纯电动无人驾驶矿卡组成的编组运营车队,借助激光、毫米波雷达、车载摄像头以及先进的线控底盘技术,实现了车辆自动环境感知、自主决策、路线规划等功能

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然而,现阶段的自动驾驶还不够成熟。就像开头说的,出现一些特殊的复杂状况时,目前技术有可能无法准确处理,需要有人介入操作。

因此,三一给每一辆车都配备了“安全员”。像秦东这样的矿卡司机,在车上随时准备接管。

“这显然是不够的。司机还是得每天在车上颠12个小时,还是无法退出危险作业现场。”三一智矿董事长马巍介绍。

在他看来,现阶段远程对自动驾驶车辆进行监控和接管,才能从根本上解决这个问题。

远程接管来驾驶车辆,最大的挑战之一,就是画面时延和稳定性。

马巍带领研发团队在行业里进行了很多调研,但各家的技术都无法在真实生产环境中保证超低时延和超高稳定性。

画面时延,直接决定了安全员远程做出反应的“时差”。比如,当作业现场出现了问题,车辆需要紧急制动,这个画面信息传送到远程驾驶舱屏幕上,就要经历摄像头采集、编码、网络传输、解码、渲染等环节,都需要时间。

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目前,行业里的平均时延在300毫秒左右。这意味着,如果车辆以30km/h行进,车辆与障碍物的实际距离就要比屏幕上看到的少2.5米,过大的时延将给远程驾驶带来安全隐患。

显然,时延这个指标直接决定了远程驾驶的安全性,应该“毫秒必争”。

画面稳定性同样重要。矿上的网络信号不好时,视频传输可能出现“丢包”,带来画面卡顿,影响安全员的操作体验。

不把远端的时延和稳定性做到极致,实现全真互联的操作体验,安全员就“下不了车”。

02.

100毫秒超低延迟

100到200毫秒,是马巍发布的英雄帖。

延时一两百毫秒,才能做到远端驾驶舱的感知与现场驾驶的体验和安全性差别不大。也只有这样,才能保证自动驾驶失效后,能被取代或接管。这非常重要。”

带着腾讯在C端积累了20多年的音视频技术,腾讯云5G远控产品团队决定接榜。

腾讯云实时音视频(TRTC)在腾讯会议、微信视频号等国民级产品的锤炼下,在国际链路端到端平均时延都可以低于300毫秒。

鹅厂工程师们一番分析和测试:相机采集到现场画面,完成编码,再传输到驾驶舱解码、渲染,将TRTC和5G网络的低延时特性结合,对全流程进行优化,应该可以做到100多毫秒。

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实验室测试如此,团队底气十足。但这套系统搬到到了潮脑梁运行,大家当场傻了眼。

“矿区现场很复杂,矿车在坑坑洼洼的路面上跑,这跟静止状态完全不同,在保证图像清晰的情况下,码率很容易偏高。另外,矿山里,无线信号也难以覆盖每一个角度。时延抖动和丢包情况也相对严重。”腾讯云5G远控产品首席架构师张川川回忆。

直面真实的作业环境,团队就地开始做更多的适配和优化。

为了解决无线信号不稳定情况下,矿车移动过程中的画面传输问题,腾讯云结合5G和音视频传输技术,自研了面向5G的拥塞控制增强、移动环境高动态码率控制、链路抗丢包增强等技术

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形象地理解,无线网络是一条公路,视频画面的数据包就像路上跑着的一辆辆货车。如果前方车道数变少,拥塞控制增强技术就会及时地减少“发车”数量;如果出现个别车跑丢了,链路抗丢包增强技术会迅速安排重新“发货”。

这一切都保证了移动中的视频画面能实时、流畅、清晰地传输。

最终,腾讯云在实际矿区环境运行中实现了30%抗丢包、接近100毫秒超低时延,这两个指标处于业界顶尖水平。

所谓30%抗丢包,是指网络丢包率达到30%的情况下,仍能稳定地给出视频画面;而100毫秒,差不多是人眨眼的一瞬间,矿车现场的画面就能呈现在远程驾驶舱的屏幕上。

“解决了时延和传输稳定性的问题,远端的驾驶员就能基于实时传输过来的画面,以及非常逼真的场景,全真互联地驾驶远端矿车,在紧急情况下接管矿车”张川川说,“我们也研发了实现一对多的控制功能,即一个安全员在远端控制五到六台车,这样可以进一步地提升运营效率。”

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腾讯云提供的这套远程控制系统已经成为三一智矿无人驾驶体系的标准配备。截至2022年8月底,三一智矿投入使用的40台矿车,累计实现无人驾驶商业化运行里程超过15万公里,累计运营土方量超过95万立方米。预计到年底,三一智矿可实现50台以上无人驾驶矿车独立运营。

“实现无人化以后,再进一步提升效率,这是我们目前的大方向。”马巍说道。据其团队测算,随着技术不断迭代,无人运营效率能很快与人工持平;五年之内则可超越人工20%,成本也能比传统运营降低30%

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在智能化港口场景里,搭载腾讯云5G远程实时操控的无人卡车编队,也已经实现了安全员下车的常态化无人运行。

从矿山到港口,从卡车到挖掘机、电铲、轮胎吊等特种机械,全真互联技术不断带去作业环境和生产方式的改变。

“下车”,到更安全舒适的工位上去,到更有创造力的工位上去。

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