为工程机械行业降本增效,「拓疆者」研发自动驾驶挖掘机解决方案

自动驾驶的落地难、盈利难,正在消耗投资人的耐心。但如果我们把视线从车水马龙的城市开放道路,拉到人烟稀少的煤矿山区,就会发现,矿区其实是自动驾驶落地最快的场景之一。
36氪近日接触到的北京拓疆者智能科技有限公司 (以下简称“拓疆者”)成立于2018年8月,主要通过湿租或劳务外包的方式,为矿区、风力发电场、公路、商业地产等场景提供远程和自动驾驶工程机械设备,以解决客户在安全、效率、人力成本等方面的痛点。
“高噪音、高震动、高粉尘、枯燥甚至危险的施工环境,让现在的年轻人宁愿跑到大城市送外卖,也不愿意去深山里面开挖掘机了。现在工地上40-50岁的老司机是主力,他们大多面临身体状况下滑或者退休。”拓疆者创始人兼CEO隋少龙告诉36氪,“去年矿上的薪资大概是在1万块钱,今年已经1.2万-1.5万,像隧道施工这样干半年肯定会得尘肺病的高危工作,(薪资)能开到2万以上。”
为了解决这些痛点,拓疆者研发了可安装于现有挖掘机和装载机等工程机械设备的后装改造套件,为矿区提供基于互联网的远程遥控施工方案,并提供培训认证的远程司机。矿区挖掘现场只需配备一名管理人员使用无线安全锁随时急停设备,并负责挖掘机的保养、维护和加油。
拓疆者称,他们目前已经在北京密云首云铁矿石料厂稳定施工半年,其远程遥控施工方案可用于甩料移料、开山修路、挖料装车等,累计施工量超过30万立方。此前,拓疆者还有一台远程无人驾驶挖掘机在海南乐东县的百亩农场作业,协助农场翻耕林地、挖掘与疏通灌溉沟渠等。在北京石料厂和海南农场这两个场景的挖掘机都是由拓疆者技术人员在北京的办公楼里远程操控作业。
拓疆者CTO殷铭告诉36氪,远程控制让拓疆者实现了快速落地,但简单的远程控制无法为用户提供足够好的使用体验和施工效率,一方面是因为安装在挖掘机上的摄像头难以像真人坐在挖掘机里一样感知矿区周围环境,另一方面是因为网络和机械部件造成的操作延迟无法完全避免,因此,通过远程操作进行平地、刷坡、对准料斗等精细操作时效率损失较大。
针对第一个难点,拓疆者研发了一系列基于计算机视觉技术的智能感知方案。
“我们的设备有一次在施工过程中差点从一个断崖跌落。最开始以为是操作手粗心大意,后来分析发现,工地上的黄土和石块,透过遥控画面的确很难判断出高差。于是我们开发了算法计算出景深,并借鉴AR的交互方式将这些智能感知的结果在UI上渲染。”殷铭举例道,“还有一次差点撞到车后面视野盲区的人,后来增加了多个摄像头实现360度全覆盖,但发现操作手在集中精力操作时也很难顾及多个屏幕,于是,我们又开发了行人识别深度学习模型在后台持续监测,当发现行人或设备在附近出现时,给操作手弹出画面进行强提醒或主动制动”。

AR驾驶室帮助远程操作手识别肉眼难以分辨的高差及视野盲区里的行人(图源:拓疆者)
而针对第二个难点,拓疆者在解决方案里应用了机器人自动化技术,把挖掘机改造成一个机械臂来实现精细操作自动执行,从而提高了效率和精度。殷铭提到,这里的主要挑战在于,工程机械设备液压系统的传感和控制精度都与传统电驱机械臂有较大差距,因此需要增加多传感器融合,并研发相应的感知和控制算法来补足。在矿石挖掘装车的工作中,他们通过实现卸料点对齐自动化,把工作效率由纯手动5G遥控的30秒单循环时间提升至20秒内,并计划通过进一步的技术优化达到、甚至超过熟练操作手实地操作的15秒单循环效率。

基于计算机视觉的挖聊点和卸料点识别(图源:拓疆者)
殷铭认为,他们的最终的目标还是希望逐步实现全自动无人驾驶。在矿石挖装场景中,拓疆者已经开始测试深度学习的场景理解算法来让设备自主选择挖料点和卸料点,以减少人工介入。目前,经验丰富的操作手通过远程控制进行实际施工,可以为算法和策略的迭代积累充足的真实场景数据。
目前,拓疆者已经开始探索海外市场。隋少龙称,他们已经接触了香港、日本和澳大利亚等地区的潜在合作伙伴。除了与中国矿区一样面临安全风险以外,发达国家和地区的劳动力成本能占施工总成本的40%以上。比如,矿业是澳洲最大的产业,普遍采用FIFO模式(Fly in - Fly out,用私人飞机运送挖掘机操作手进矿山施工,包吃包住),挖掘机操作手的年薪可达10万澳币,加上在矿山的食宿和保险补贴,雇主需要负担的人力成本超过25万澳币,堪比在硅谷做高级工程师的待遇。
即便有高薪吸引,15到24岁的年轻从业人员仍然不到8%,操作手的平均年龄已经达到45岁。隋少龙表示,年轻人供给不足,除了过度教育这种普遍的社会问题外,更主要的是因为年轻人难以适应远离家人、长期枯燥重复的矿山工作,导致很多人患有不同程度的精神抑郁、甚至自杀,这也经常让雇主成为社会舆论的焦点。对拓疆者来说,矿区无人化作业方案在经济效益和社会发展方面都有重要价值。
拓疆者CEO隋少龙毕业于斯坦福大学工程机械专业,曾在特斯拉和苹果核心部门工作,之后连续创业,并于2017年入选福布斯亚洲“30U30"。拓疆者CTO殷铭在复旦大学计算机科学专业毕业后,曾在硅谷Google总部工作,参与多项核心产品研发,回国后加入陌陌任技术总架构师。