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人工智能,中国战略能源的新机遇?

xuexiai

3 月 27, 2023

提起煤矿,你会想到什么?把你脑海中出现的第一个词打在弹幕里,看完这期视频肯定会改变你的看法。不管你写的是什么词,我敢几乎百分之百确定不会有高科技。在老百姓的眼中,煤矿行业代表的就是劳动力密集、安全风险高的传统行业,和高科技好像没有半毛钱的关系。但如今,以煤矿为代表的矿山行业不仅被各方科技大佬围绕,也成为了人工智能,特别是AI、大模型等真正得到应用的重要场景。今天这期视频,我们就一起来看一下为什么科技巨头纷纷进军矿山领域,煤矿和人工智能的结合如何迸发出新的火花。
今天说到人工智能,我们首先来说说 AI 的发展现状和未来的发展方向。人工智能大家肯定都不陌生,从语音、图像、文字识别到下棋玩游戏,人工智能的厉害之处能把一个具体的事情做到极致。这是因为人工智能是针对某个具体应用,用很多的数据去训练出来的一个神经网络,拿训练好的网络放到实际的应用里,就能做得又快又好。事实上,除了下棋和玩游戏这些专用场景,新一代人工智能已经朝着通用化的方向在不断的发展。而之前的视频里说过的大模型就是当前行业最热的风口。大模型最主要的特点就是大,它指的就是网络里包含的参数的数量非常的多。比如大模型的开山之作 GDP 3 的参数量达到了 1750 亿,比传统的模型高出了近 1000 倍,模型大小可以看成是脑容量的大小。脑容量变大了,能处理的东西自然就更多了。
自从 2020 年 open AI 推出了 NLP 大模型 GDP 3 之后, AI 大模型就已经成功的破圈。包括谷歌、微软、英伟达、华为、百度、阿里在内的众多科技巨头都抢破了头,也要抢到进入大模型头部的船票,决立新一轮 AI 竞赛的新赛场。
虽然看起来百花齐放,但实际的情况更多的是大模型越做越大,但离真正的广泛应用还有不少的距离。之所以爱大模型停留在纸上谈兵的阶段,主要在于这种前沿的大拿技术和实际的应用场景之间存在着巨大的鸿沟。一方面研究机构和学者从大练模型到练大模型的转变,但是很多象牙塔里的研究者可能并不了解真实的应用场景、技术特点、行业壁垒以及真正的硬骨头都有哪些。
另外一方面,大量的行业工程师从业者却很难摆脱传统的定制化、作坊式的模型开发方式,很难将行业知识和 AI 技术进行有机的结合,无法让更多的行业特性和 AI 场景真正搭建起融合的桥梁。所以,探索 AI 大模型的落地已经成为各大科技巨头发力的重点。如何去加快人工智能和神经科学、认知科学、量子科学、心理、数学、经济、社会等等这些基础学科的交叉融合,已经成为了 AI 大模型未来发展的重要趋势。一直以来, AI 在民用场景运用居多,但是随着 AI 的不断发展,它甚至已经上升到国家战略核心的高度。世界多国都已经加大布局 AI 发展规划。我国也推出新一代人工智能发展规划,提出到 2025 年,人工智能的理论实现重大突破,部分技术与应用达到世界领先水平。实现人工智能核心产业规模达 4000 亿元,劳动相关产业规模超过5万亿元。而要在人工智能技术与应用走向前列,必然要瞄准关键的工业民生应用,比如煤炭等国家战略资源。
自从 2021 年以来,全球煤炭、石油、天然气、铁矿石等大宗商品价格出现大幅波动,对我国的能源以及战略物资供应格局产生较大影响。以煤炭为例,我国是世界第一大煤炭消费国, 2021 年煤炭进口量同比增长了 6. 6%,达到了 3. 23 亿吨,位居全球第一,占一次能源消费的 56% 左右。
面对不断增加的进口依赖,一方面要增加国内矿山的产能,另外一方面还要做好足够的战略储备。美逢国际煤炭价格跌落至低价式加大进口,以有效应对国际市场的波动。而这两方面都离不开智能化的推动,比如智能化的探测开采,以及大量煤炭资源储备的智能化管理。早在 2020 年3月,国家发改委、国家能源局等八部委联合印发了关于加快煤矿智能化发展的指导意见,明确提出到 2025 年,大型煤矿和灾害严重煤矿将基本实现智能化。到 2035 年,各类煤矿基本实现智能化。对于煤矿生产企业而言,智能化带来的好处还是显而易见的,最重要的就是保障安全、绿色环保、提高效率。这三点我们就可以稍微展开来说。首先,通过采用智能化的设备,智能化的方法,减少人类旷工在危险环境下的工作时间,实现少人甚至无人。这样就能大大降低煤炭行业事故的发生率,甚至主动预测和感知事故发生,并提前预警。第二,通过自适应、感知控制等智能化技术,让煤矿开采更加的精准,减少资源浪费。煤矿爆炸最重要的原因之一就是由瓦斯排放不畅导致的,但是如果能实现无人开采,就能同步采集瓦斯资源,一点也不浪费了。第三,优化后的人工智能在专业领域可以又快又好,通过自动化、智能化设备的引入,也势必会让采集工作效率更高,也能大幅提升设备的可靠性和故障维护的便利性。有数据显示, 2021 年全球智能采矿市场规模达到 618 亿元,预计到 2027 年,全球智能采矿规模将会达到 1662 亿元。在这 6 年期间,智能采矿市场年复合增长率预计将达到 17. 91%。面对这个潜力巨大的市场,无论是华为、阿里、腾讯、百度这样的头部科技企业,还是像海康威视、大华科、大讯飞这些人工智能垂直领域的企业,亦或是其他专注于服务煤炭行业的信息技术公司,他们都想要在煤矿智能化建设赛道里获得一席之地。为此,华为还在 2021 年3月特别成立了华为煤矿军团,它的使命就是要将数字技术带入每一座矿山,这是个雄心勃勃的使命。具体到如何做,其实并不容易。除了利用华为擅长的5G、通信等技术积累作为基础,还有非常重要的技术就是使用前面一直在说的大模型。为此,华为还特别联合了中国煤炭学会、中国矿业大学、北京举办了一个矿山 AI 大模型大赛,目的就是为了推进人物智能大模型在矿山领域的应用和落地。
不过大模型来到向来传统和保守的煤矿领域,要真正的落地矿山应用,实现矿山的智能化,还有三个主要的痛点需要解决,分别是场景、人才和生态。我们接下来就一个一个来说。首先我们先从场景说起,场景指的就是 AI 真正应用的领域,比如下棋、玩游戏。只不过在矿山领域,场景千差万别。除了挖矿本身,还有挖矿前的勘探测绘规划,发矿后的运输通风、安全保障、过程中的经营管理等等。华为煤矿军团针对中国矿业大学北京高校做了深入的调研,并且检索了近几年矿山智能化的相关文献,整理了一份场景地图,里面包含了 16 个大类, 265 个场景子项。可见能应用 AI 技术,煤矿场景是非常丰富多样的。在所有这些场景里,保障安全可以是最重要的,而且也是刚需和底线。原因非常简单,挖煤很危险。
煤矿井下环境封闭条件复杂,时不时就能在新闻上听到某煤矿发生了瓦斯爆炸、透水等等事故。在 2021 年发生的煤矿事故就有 91 起,虽然已比上一年下降了超过20%,但是煤矿行业一直以来也是公认的高危行业。所以如何用人工智能的方法自动的去识别、检测甚至预测矿山事故的发生,就是一个非常值得研究的课题。
就拿这次大模型大赛的一个案例来看,可以用大模型去自动识别和判断煤矿采空区,也就是地下煤矿开采完之后留下的空洞,而这些空洞非常的危险,随时可能导致土地的裂缝和塌陷。前几乎每年都会发生踩空区坍塌的事故,造成多人死亡或者失踪。为了解决这个问题,来自陕西的一支参赛队伍提出了使用无人机搭载高清摄像头来代替人工采集采空区的图像,利用华为达模型对图像中的裂缝进行自动检测。这样既能降低我们人在检测过程中的参与度,从而降低风险,又能提升检测的精度和效率。这次大赛并不是命题作文,也就是说并不限制参赛队伍尝试解决问题的场景是什么,这反而激发了参赛队伍的创造性。我还看到有队伍在做顶煤开采里放煤口开关的控制。这个工作原来都是需要有人在井下一直去观察,并且靠经验去判断的。但是使用队伍提出的方法,通过 er 支架上的多个摄像头去实时捕捉后刮板的状态,并且通过矿山大模型自动进行识别和判断,来控制放煤口的开关,既能有效地提升煤炭资源的回收率,又能减少观察员在井下工作的时间,从而降低安全事故的风险。这样的例子其实还有很多,通过这次大赛,可以不断的挖掘和发现各种经典罕见的场景。
说完了场景,我们再聊聊人才的重要性。不需要,我都说了,尽管全球目前经济面临着巨大的下行压力,这些市场并不景气,但是不管外部的环境如何变化,对人才的需求永远是时代的主旋律。只不过人才有不同的类型。对于智能矿山,融合传统和现代的特殊领域,对人才的需求更加的特殊。毕竟既懂采矿又能具备 AI 技术的人才可能是凤毛麟角。因此,如何汇聚和培养人才,集中力量办大事,这始终是个难以解决的课题,所以又不得不提到。
这次矿山 AI 大模型大赛提供了一个很好的平台,也吸引了很多国内顶尖高校的队伍报名参加。根据华为提供的数据,这次参赛队伍达到了 389 支,人数一共 1460 人。不仅有地矿专业的高校,也有浙大、中科大这些综合院校参加。通过提供舞台,让高校的学生们有了用武之地,利用比赛主动展现自己的才华和理念。更重要的是,他们不需要既懂 AI 大模型,又懂采矿。平台可以提供一些矿山的场景,同学们可以在上面做算法的应用和实践。或者像前面说的那些 3C 队伍可以自己选题,利用平台提供的大模型,简化 AI 的开发和部署过程。华为提出一个名词,叫做众筹模式,其实本质就是这种平台化的技术交流、人才培养和机遇共创的意思。
最后,有了人才和场景,还要有开放合作的生态。煤炭是一个涉及高达 26 种学科的行业,全国大大小小 5000 多家煤矿的地质条件和自动化的程度更是截然不同。因此,要让学术研究用于真正场景的落地应用,肯定离不开学术界、工业界的通力合作。让学术研究的成果不断转化到工业应用里,把技术真正用起来,而不是停留在论文上,这才是研究的最终意义。
你再回到视频开头的问题,提到煤矿,现在你会想到什么?老子在道德经里写过一生二生三生万物。煤经历了上一年的沉积,如今为我们带来了火和电,而正是火和电开启了人类现代文明的大门。人工智能和大模型作为人类最新科技的代表,现在又应用在煤矿的开采。这些传统的行业中,有亦或无意间完成了文明的轮回,这或许就是我们不断追求科技发展的最大意义。

xuexiai

以人力来摘叶子,一整天下来也摘不完一棵树,而秋风一起霜雪一降,一夕之间全部殒落,天地造化的速捷便是如此。人若能得天地造化之精意,则当然能在事物激变的当下灵活应变,而不会在仓促之间束手无策,这便只有真正敏悟智慧的人可能做得到吧!

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