新晋玩家的黎明时刻 亿欧发布《2021中国矿区自动驾驶研究报告》

2021/04/19 21:36亿欧智库

随着自动驾驶技术发展成熟,政策与规则逐渐完善,核心组件的市场化程度更高,自动驾驶正在加速落地,市场总量也在加速放大。

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乘用车市场正在从SAE定义的L2级别向L3级别迈进。然而,从责任划分维度、技术维度、和成本维度等多角度来看,L3级别乘用车仍然难以大规模落地。

从驾驶人员的角度上,如果系统发生意外或者失效,L2和L3级别的乘用车仍需驾驶员手动操控。另外,由于城市道路相对复杂,且行人众多,安全隐患高,使得L4和L5级别乘用车难以应用。

现阶段,由于地理围栏的限制,L4级别的乘用车只能在限定区域中行驶。矿区,港口,机场,末端物流等地点则成为自动驾驶方案的重要应用场景。

亿欧智库针对自动驾驶的具体场景进行深入研究,曾于2020年10月发布《中国高等级自动驾驶港口应用研究报告》对自动驾驶在港口的应用做了系统的梳理和分析。

在所有的封闭场景中,矿区道路相对简单,开放程度高,行人干扰程度低,需求日益强烈,将成为自动驾驶方案应用的绝佳场景。

因此,亿欧智库通过半年的走访、调研,完成并发布《2021年中国矿区自动驾驶研究报告》,从自动驾驶的场景应用逻辑、中国矿区自动驾驶发展的背景、中国矿区自动驾驶的驱动力、海外与中国矿区自动驾驶发展历程与现状以及典型企业案例多个角度解读。

报告摘要:

一、矿区自动驾驶场景逻辑:场景优势带来落地先机

根据《2021中国矿区自动驾驶研究报告》,相较于其他商用自动驾驶场景,矿区交通标识简易、路线复杂程度低、速度要求低、行人干扰低、车辆干扰低、运输路段基本封闭,能为自动驾驶技术的落地提供天然的优质空间。

其中矿区的行车路线大部分是确定且单一的,主要分为运输干线(从露天采场出入沟通往卸矿点和排土场的公路)、运输支线(由开采水平与采场运输干线相连接的道路,和由各排土水平与通往排土场的运输干线相连接的道路)、辅助线路(通往分散布置的辅助性设施,行驶一般载重汽车的道路)三类。

尽管随着开采平面的移动,行车路面也会随之移动,但主干线和大部分干道路线明确,负载大量矿物的运输车将从采场运往卸矿点或破碎站,负载大量土石方的运输车将从采场运往排土场,且运输速度稳定在30km/h左右。

封闭环境、行车路线明确且低干扰、车队强管理是矿区实施自动驾驶的优势,但矿区环境也面临扬尘较大、标识符不明显、极端天气、安全风险高等劣势。

矿区运输线路及环境优劣势

矿区运输线路及环境优劣势

二、海外矿区自动驾驶的跃进:卡特小松内生爆发增长

海外矿区自动驾驶的主要代表是大型工程机械及系统公司,如卡特彼勒、小松、日立,也包含部分独立发展的创业企业如ASI。

20世纪80年代卡特彼勒和小松开始实施 AHS计划(Autonomous Haulage System即自动驾驶运输系统),2008年小松在智利Codelco公司的 Gabriela Mistral 铜矿为采矿业部署了第一个 AHS。

2008年至2017年海外矿区自动驾驶处在落地试验期,近十年在全球累计部署自动驾驶矿车约为200台,主要落地在Rio Tinto、BHP等大型矿企的矿区内。

2018年后,矿区自动驾驶进入批量及爆发应用期,2018-2020年全球累计部署自动驾驶矿车数量约为600台,两年内增量是2017年之前10年增量的2倍。

其中,小松自动驾驶开始商业化部署是2007年,比卡特彼勒早4年2018年-2019年增加量为80辆,几乎为过往10年部署量80%;卡特彼勒自动驾驶开始商业化部署是2011年,2018年-2019年增加量超过过往2011年-2018年近7年部署总量,2020年受疫情影响,增速有所减缓,但仍然预计增长100辆。

一方面,海外矿山分布较为集中,且单个矿山产量巨大。例如,铁矿石资源90%集中在西澳洲,煤炭资源重99%的褐煤集中在维多利亚州,61%的烟煤集中在昆士兰。对比我国煤炭资源总量为5.9万亿吨,生产中的矿址有3000多个,集中度较低。

资源分布的集中会自然形成矿企的垄断,而矿企的垄断影响了下游矿山工程机械的格局。也因此,海外矿用工程机械也基本被卡特比勒、小松垄断(两者矿山机械保有量占比超全球市场容量30%),强强联合带来了产业链条的稳定,这也决定了海外矿区自动驾驶的发展必然是强强联合中很小的创新一环。

另一方面,矿区自动驾驶所承载的自卸车挖掘机、排土机等大型机械的配套配合关系密切,如自卸车车载重量与挖掘机铲斗容积有固定的关联关系,也因此海外矿区自动驾驶技术大部分由有人车的FMS(Fleet Management System,车队调度管理系统)发展而来,与矿山整体的运营系统联系紧密。

目前卡特彼勒和小松技术推进都较快,已经过FMS、CWS、CAS、自动识别和模拟试验的阶段,创业公司ASI目前处在从部分自动化到模拟试验的阶段,商业化订单较少。

小松的的自动驾驶方案包含在DANTOTSU价值支撑增长战略中,此战略主要由三个部分组成:DANTOTSU产品,DANTOTSU服务以及DANTOTSU解决方案。其中DANTOTSU解决方案包含了Landlog解决方案和Smart Construction解决方案,LandLog用于实现整个作业区的“可视化”,而其核心的AHS(自动驾驶)系统是这个体系背后的一环。

小松的自动驾驶晚于卡特彼勒,且起源于外部公司Modular,小松的自动驾驶方案目前主要依托 FrontRunner系统,该系统于1990年开始研发,是基于GPS和单车智能为主的解决方案,主要实现的功能是智能调度和避障。

卡特彼勒矿区自动驾驶系统属于其有50年发展历史的MineStar体系。MineStar有很浓厚的自研基因起源于内部的软件研发部门,经过多次迭代,整合形成目前完整的针对矿区的方案。

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2018年后的爆发也使得中国矿区自动驾驶市场走到台前,但与海外不同,中国的矿区开采、运营、运输都较为分散、复杂,落地方案、发展方向、市场格局也有不同的特征。

三、中国矿区自动驾驶爆发前夜:新晋玩家的黎明时刻

改革开放之后中国矿山总数经过了两个主要的发展阶段,其中2005年~2012年矿山总数在10万座以上,2013年至2018年受政策影响矿山数量大幅下降,2018年为5.8万座,预计未来仍保持-5%~-15%的增长率,2023年将减少至4.5万座。

矿山总数的大幅下降主要因为小型矿山数量持续、快速的减少:2016年2月,国务院印发《关于煤炭行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》,率先在煤炭、钢铁两个行业开展推动供给侧结构性改革试点工作,同时严格控制新增产能,严格整理违法违规建设,小煤矿与保护区等重叠的煤矿依法关闭,条件差的煤矿有序退出。

2018年中国大型矿山数量约为4324座,随着绿色矿山政策的施行,未来中国的大型矿山数量占比仍将持续提升。

目前中国矿山主要的汽车类运输工具有三种,分别是刚性矿卡、普通公路自卸车、非公路自卸车。

其中刚性矿卡因为造价较高、维护和运行成本也较高,一般在大型露天矿山使用,使用寿命长达10~15年,主要的品牌有北方、三一徐工、湘电、卡特彼勒、小松。

普通公路自卸车与一般的重卡区别较小,一般只对其进行改造就投入矿区使用,其对矿山环境的适用性较差、安全性不足,已逐步退出矿山运输市场。

非公路自卸车是中国露天矿山工程机械的特有产物,其结合了刚性矿卡和公路自卸车的优点,性价比较高、运营效率也较好,在国内获得了足量的推广,也是目前矿区运输的主要工具,使用寿命在3~5年,主要品牌有同力重工、临工、三一重工、徐工、重汽。

分散的矿区资源、持续上升的大型矿山数量、格局稳定的矿山运输车市场奠定了中国矿区自动驾驶发展的基本盘。

在这一个蓝海的试验田里,安全、劳动力、政策、技术成熟度、市场化条件多个因素持续推动和催化矿区自动驾驶的发展。

首先,矿山环境恶劣造成安全风险,运输途中,路途颠簸极易造成侧翻、溜车等现象。卸土环节中,排土场多为20-30米的深沟,侧翻风险极大。

国家安全监管政策下,若发生安全事故死亡,所属矿区需停产整顿,涉事矿区将造成千万甚至上亿元的损失,更为严重的会被吊销采矿许可证,管理者承担刑事责任,这将带来矿企发展自动驾驶的刚性需求。

其次,矿山劳动力70%是60后和70后,老龄化严重,同时流动性极强,一般5~6年便会转岗,而偏远地区恶劣的工作环境加重用工难问题,高原地区的平均转岗时间为3年。

劳动力短缺也带来用工成本的持续上升,刚性矿用车的司机工资在10000人民币以上,宽体车司机的工资也在6000~7000元,未来仍然呈上涨趋势,且为保障矿车行驶以及驾驶员的安全,矿用车一般会配备4~5名司机,小型矿车会配备2~3名司机,在大型矿区,一年仅运输队司机的人员成本就高达千万。

再次,国家政策正在大力推进自动驾驶在矿区的发展。如2020年6月1日自然资源部发布的《绿色矿山建设评价指标》提出:“采用大型化自动化液压铲装设备、液压挖掘机或装载机、自卸式矿车、大型自移式破碎机等先进设备进行铲装作业可加分;建立开采及生产过程主要设备远程控制系统可加分。”

在2021年刚刚闭幕的两会中,针对推进智慧矿山建设议题,多位代表就行业发展方向指明发展道路。如合肥工业大学教授,同时担任合肥工大高科信息科技股份公司董事长提出:“应加强对智能化示范矿山,矿山智能装备技术攻关企业给予政策优先支持,对于积极推广应用井下智能装备的企业给予资金支持。”

而从技术角度,中国矿区自动驾驶发展起源于20世纪90年代,但在2014年后伴随着自动驾驶发展才逐渐成熟,目前已经过起步,技术研发和试验阶段。

慧拓智能成立于2014年,踏歌智行成立于2016年,易控智驾成立于2018年,伯镭科技成立于2015年、盟识科技成立于2015年,行业的主要创新玩家均在近5年内入场。

踏歌智行2020年获得2亿元B轮融资,并在2021年又引进B+轮及战略投资;慧拓智能2020年3月获得亿元以上A+轮融资;易控智驾2021年2月获得A轮融资。资本正在加速催化行业变革。

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随着需求的爆发、资本的介入、技术的成熟,中国矿区自动驾驶即将进入黎明时刻。

根据《2021年中国矿区自动驾驶研究报告》,矿区自动驾驶市场主要可分为两类商业模式:技术服务和运输服务。

其中技术服务指的是自动驾驶相关改装费、前装销售分成以及平台运营费,测算对象主要为矿区运输车拥有自动驾驶能力所额外诞生的市场,不包含传统运输车整车销售所对应的市场;运输服务费对应的是一种新的商业模式,矿区自动驾驶直接提供自动驾驶运输服务。

亿欧智库调研测算,2030年中国矿区自动驾驶技术服务市场规模将达到129亿元/年,中国矿区自动驾驶运输服务市场规模将达到3912亿元/年。

在未来,智能矿山需要实现矿山全时空多源信息实时感知,生产现场全自动化作业,搭建全流程的人-机-环-管数字互联高效协同运行;矿区自动驾驶服务商在完成难度较大的运输环节自动化后,将有机会深入其他环节,实现全矿区的自动化、智能化解决方案。

另外,新型的无驾驶舱的运输车型除了从根本上实现“无安全员”外,其稳定性、环境适应性、运输效率都比现有车型有更好的实现效果。这一类车型的出现或许可产生矿区自动驾驶的造车新势力,将改变现有以宽体车和刚性矿卡为主的市场格局。

责任编辑:Yaodl

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