基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法与流程

1.本发明属于露天矿领域，特别涉及一种基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法。


背景技术：

2.露天矿矿用卡车车体庞大，驾驶员在驾驶室内存在视野盲区，在盲区范围内驾驶员看不到卡车周围的静态和动态障碍物，加之露天矿道路网复杂，道路坡度大和作业环境恶劣，粉尘、扬尘等恶劣环境影响驾驶员视线，使得矿用卡车相碰、相撞事故时有发生，成为矿区运输安全的主要问题。
3.车辆行驶安全是露天矿生产安全的重要组成部分，目前国内在露天矿卡车防碰撞预警应用比较成熟的技术主要包括毫米波雷达、gps等技术，其中毫米波雷达探测技术对车辆两侧和后方的障碍物无法监测，而且对不同台阶的车辆无法做出有效的判断，存在漏报和误报的现象出现，而且毫米波雷达的安装具有非常高的要求；gps定位技术对露天矿矿区的网络要求非常高，而且gps定位精度差等问题尚未解决，也同样存在误报情况发生。而且由于露天矿道路复杂，存在大量的弯道与视野盲区，这些技术无法将卡车防碰撞预警进行分级处理。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法。
5.发明所采用的技术方案是：一种基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法，其技术要点是，在最新的道路地图上获取卡车准确位置以及卡车所在路段信息作为该车辆基础信息；动态实时获取在设定范围内的与卡车临近的其他设备与人员信息和设备间直线距离；实时获取静态和动态障碍物信息；根据设定的不同级别的安全报警距离与设备间直线距离的比较结果，对处于矿区的卡车进行防撞预警。
6.上述方案中，所述获取卡车准确位置以及车辆所在路段信息方法为,利用网络拓扑算法在露天矿最新的道路地图上建立路网拓扑关系网；利用道路匹配算法结合卡车自身提供的实时位置坐标寻找距离车辆定位点最近的路段，获得车辆在该路段对应的位置坐标以及车辆所在路段信息。
7.上述方案中，获取与卡车临近的其他设备与人员基础信息和设备间直线距离的方法为，利用安装在卡车前、左、右各位置的uwb传感器所提供的作为卡车身份的id信息与其他卡车上的uwb传感器进行通信交互获取包括其他设备与人员信息在内的车辆基础信息，结合露天矿道路路段信息和由卡车驾驶室上方安装的gps获取到的当前卡车所在的路段信息计算设备间直线距离。
8.上述方案中，对处于矿区的卡车进行防撞预警，包括网络状态好的条件下通过服务器进行防撞预警和没有网络的条件下的防撞预警两种方式。
9.上述方案中，在网络状态好的条件下通过服务器进行防撞预警的方法为，将由gps采集到的采集到的车辆基础信息、通过uwb传感器采集的在设定范围内的与卡车临近的其他设备与人员信息和设备间直线距离以及通过毫米波雷达采集的静态和动态障碍物信息上传至服务器，由服务器判断不同级别的安全报警距离与设备间直线距离的比较结果并进行分级报警。
10.上述方案中，在矿区网络盲区对卡车进行防撞预警方法为，通过彼此通讯的uwb传感器获取在设定范围内的与卡车临近的其他设备与人员信息和设备间直线距离，由卡车内的车载计算机利用网络拓扑算法计算该设备所在路段周边临近路段的所有车辆及人员信息，将不满足的设备及人员信息过滤删除；判断卡车与所设定安全报警距离范围内的其他设备之间是否存在障碍物，存在则进行报警提示。
11.上述方案中，设定的安全报警距离包括由小到大变化的第一级安全报警距离、第二级安全报警距离和第三级安全报警距离，当在第三级安全报警距离内出现障碍物时进行三级安全报警提示；当在第二级安全报警距离与第一级安全报警距离之间出现障碍物时进行二级安全报警提示；当在一级安全报警距离内出现障碍物时进行一级安全报警提示。
12.本发明的有益效果是：该基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法，在最新的道路地图上获取卡车准确位置以及卡车所在路段信息作为该车辆基础信息；动态实时获取在设定范围内的与卡车临近的其他设备与人员信息和设备间直线距离；实时获取静态和动态障碍物信息；根据设定的不同级别的安全报警距离与设备间直线距离的比较结果，对处于矿区的卡车进行防撞预警。该方法能够有效降低露天矿车辆防撞预警系统的误报率和漏报率。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本发明实施例中基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法流程图；图2为本发明实施例中卡车主视图；图3为本发明实施例中卡车侧视图；图4为本发明实施例中道路拓扑示意图；图中序号说明如下：1gps定位天线、2uwb传感器、3毫米波雷达。
具体实施方式
15.使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1～图4和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
16.根据露天矿建设标准、规范等相关文件，要求露天矿采区内矿用卡车车速小于30km/h，即8.33m/s。结合客观环境和驾驶员自身情况，驾驶员的反映与判断时间一般取1.0s，本实施例将露天矿卡车防碰撞安全预警分为三级，首先一级安全预警距离取值为
10m，二级安全预警距离取值为20m，三级安全预警距离取值为40m。一级安全预警方式为蜂鸣器持续开启提示+安全指示灯常亮提示的方式，二级安全预警方式为蜂鸣器简单开启提示+安全指示灯常亮提示的方式，三级安全预警方式为安全指示灯常亮提示的方式。
17.本实施例在矿用卡车上加装包含1个gps定位模块、3个毫米波雷达、3个uwb传感器与4g通信模块的车载机算机，gps定位模块的安装在车辆驾驶室上方，uwb传感器和毫米波雷达均安装在卡车前左右各1个，如图所示。
18.本实施例采用的基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法，包括以下步骤：s1,车载机算机内保存有露天矿最新的道路地图，露天矿最新的道路地图是经过无人机激光雷达扫描获得，地图经纬度精度可达厘米级，将既有的道路地图利用人工标记法将路段分类并标号。
19.s2，gps定位天线安装位置如图1所示，将gps定位天线安装于车辆驾驶室外侧上方，以便于车辆定位信号处于良好，易于获取设备位置信息。uwb传感器可定义当前设备id等基础信息，结合露天矿道路路段信息和设备gps定位信息获取当前设备所在的路段信息与设备id组合为基础信息与其他设备uwb传感器进行通信交互使用。
20.s3,当矿区网络信号良好的前提下：3.1车载机算机通过gps定位模块获得卡车实时的位置坐标，道路地图中的所有路段利用网络拓扑算法建立路网拓扑关系网，在此基础上利用道路匹配算法，寻找距离车辆定位点最近的路段，进一步获得车辆的准确位置以及车辆所在路段；3.2利用超宽带无线通信技术获取车辆周边100m内的设备与人员基础信息和直线距离；3.3利用毫米波雷达探测技术获取车辆周边10m内的静态和动态障碍物信息；3.4利用信息冗余技术，将gps定位数据、uwb通信数据、毫米波雷达探测数据三方数据反馈给服务端进行信息整合发送至服务端。
21.3.5利用路网匹配算法判断设备及周边设备人员定位间距离，配合毫米波雷达探测技术，探测设备周边10m内是否存在静态或动态障碍物，并及时做出相应预警提醒。
22.s4，当矿区存在网络盲区时：4.1车载计算机通过uwb传感器利用超宽带无线通信技术获取矿用卡车周边100m以内的所有设备及人员的距离、id以及所在路段信息。
23.4.2根据提前设定好的路网关系图，利用网络拓扑算法的计算出该设备所在路段和周边临近路段的所有设备及人员信息，将不满足条件的设备及人员信息进行过滤删除。
24.4.3根据两设备间路段距离判断设备20m和40m内的所有设备及人员信息，当在40m内出现障碍物，系统进行防碰撞三级安全报警提示。
25.4.4当在20m内的区域出现其他设备及人员，再利用毫米波雷达探测技术，探测设备10m内是否有障碍物出现，当在10m内无障碍物出现时，则该障碍物出现在设备20m内的范围，系统进行防碰撞二级安全报警提示。当在10m内出现障碍物提示时，系统进行防碰撞一级安全报警提示，该过程完全不需要网络信号支持，进而解决了网络盲区内的卡车防碰撞预警精度问题。
26.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法，其特征在于，在最新的道路地图上获取卡车准确位置以及卡车所在路段信息作为该车辆基础信息；动态实时获取在设定范围内的与卡车临近的其他设备与人员信息和设备间直线距离；实时获取静态和动态障碍物信息；根据设定的不同级别的安全报警距离与设备间直线距离的比较结果，对处于矿区的卡车进行防撞预警。2.如权利要求1所述的基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法，其特征在于，所述获取卡车准确位置以及车辆所在路段信息方法为,利用网络拓扑算法在露天矿最新的道路地图上建立路网拓扑关系网；利用道路匹配算法结合卡车自身提供的实时位置坐标寻找距离车辆定位点最近的路段，获得车辆在该路段对应的位置坐标以及车辆所在路段信息。3.如权利要求1所述的基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法，其特征在于，获取与卡车临近的其他设备与人员基础信息和设备间直线距离的方法为，利用安装在卡车前、左、右各位置的uwb传感器所提供的作为卡车身份的id信息与其他卡车上的uwb传感器进行通信交互获取包括其他设备与人员信息在内的车辆基础信息，结合露天矿道路路段信息和由卡车驾驶室上方安装的gps获取到的当前卡车所在的路段信息计算设备间直线距离。4.如权利要求1所述的基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法，其特征在于，对处于矿区的卡车进行防撞预警，包括网络状态好的条件下通过服务器进行防撞预警和没有网络的条件下的防撞预警两种方式。5.如权利要求4所述的基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法，其特征在于，在网络状态好的条件下通过服务器进行防撞预警的方法为，将由gps采集到的采集到的车辆基础信息、通过uwb传感器采集的在设定范围内的与卡车临近的其他设备与人员信息和设备间直线距离以及通过毫米波雷达采集的静态和动态障碍物信息上传至服务器，由服务器判断不同级别的安全报警距离与设备间直线距离的比较结果并进行分级报警。6.如权利要求4所述的基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法，其特征在于，在矿区网络盲区对卡车进行防撞预警方法为，通过彼此通讯的uwb传感器获取在设定范围内的与卡车临近的其他设备与人员信息和设备间直线距离，由卡车内的车载计算机利用网络拓扑算法计算该设备所在路段周边临近路段的所有车辆及人员信息，将不满足的设备及人员信息过滤删除；判断卡车与所设定安全报警距离范围内的其他设备之间是否存在障碍物，存在则进行报警提示。7.如权利要求5或6所述的基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法，其特征在于，设定的安全报警距离包括由小到大变化的第一级安全报警距离、第二级安全报警距离和第三级安全报警距离，当在第三级安全报警距离内出现障碍物时进行三级安全报警提示；当在第二级安全报警距离与第一级安全报警距离之间出现障碍物时进行二级安全报警提示；当在一级安全报警距离内出现障碍物时进行一级安全报警提示。

技术总结
一种基于多传感器融合的露天矿卡车防撞分级预警方法，属于露天矿领域。本方法在最新的道路地图上获取卡车准确位置以及卡车所在路段信息作为该车辆基础信息；动态实时获取在设定范围内的与卡车临近的其他设备与人员信息和设备间直线距离；实时获取静态和动态障碍物信息；根据设定的不同级别的安全报警距离与设备间直线距离的比较结果，对处于矿区的卡车进行防撞预警。该方法能够有效降低露天矿车辆防撞预警系统的误报率和漏报率。防撞预警系统的误报率和漏报率。防撞预警系统的误报率和漏报率。


技术研发人员：辛凤阳 田凤亮 王忠鑫 曾祥玉 宋波 周浩 陈大伟 李杰 赵明 王金金
受保护的技术使用者：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司
技术研发日：2022.12.22
技术公布日：2023/5/16