CN102460536A - 可移动物体接近告警系统 - Google Patents

Abstract

可移动物体接近告警系统。露天矿(1)内的车辆和其他物体(4a，4b，4c，5，6，7，8)装备了利用无线电通信的监控装置(12)，以便检测碰撞的风险。装置(12)装备了GNSS接收机(15)。物体(4a，4b，4c)中的至少之一有两个装置(12a，12b)安装到其上面。这两个装置(12a，12b)的每个独立地确定其位置，这样本身允许不仅确定该物体的位置，而且可以确定该物体的方位。

Description

可移动物体接近告警系统

技术领域

本发明涉及一种具有接近告警装备的可移动物体和在包括至少一个可移动物体的系统中用于发出接近告警的方法。

背景技术

露天矿和类似现场或者区域通常利用大量车辆开采，这些车辆中的一些可能是超大型的，并且难以控制，而且操作员具有非常有限的能见度。

已经建议了利用车辆或者诸如吊车的其他物体的车载GNSS装置(GNSS＝全球导航卫星系统，诸如GPS)来产生接近告警，以减小车辆之间发生碰撞的风险。例如在WO 2004/047047中描述了这种系统。这种系统基于安装到物体上的装置。每个装置包括：GNSS接收机；控制单元，用于利用GNSS接收机的信号获得位置数据；无线电电路，用于与其他装置无线交换位置数据；以及输出装置，用于输出接近告警。

取决于车辆的类型，这种系统可能变得非常复杂或者不准确。特别是，这适用于其空间方位可能发生变化的非常不对称的大型车辆。即，对于轮式和/或者履带式车辆，因为不可能或者说不能足够精确或者快速通过平移运动获得车辆的方位，所以接近告警系统需要考虑到车辆的方位。

发明内容

因此，本发明要解决的问题是提供一种即使对于大型可移动物体仍相当安全的类型的物体和方法。

通过根据独立权利要求所述的物体和方法，解决该问题。

因此，第一和至少一个第二监控装置以互相分开某个距离的方式被安排在该物体上：

-第一装置包括：第一接收机，用于基于无线电的定位系统；以及第一控制单元，用于产生第一“装置状态数据集”。这些第一装置状态数据集至少包括从第一接收机的信号获得的位置数据。该第一装置还包括：无线电电路，用于向其他装置广播装置状态数据集。它还包括输出装置，其中第一控制单元被构造为用于产生要由输出装置发布的接近告警。根据来自第一接收机的信号和从其他装置接收的装置状态数据集，获得接近告警。

-第二装置包括：第二接收机，用于基于无线电的定位系统；以及第二控制单元，用于产生第二装置状态数据集。第二装置状态数据集还至少包括此时从第二接收机的信号获得的位置数据。第二装置还包括第二无线电电路，用于向其他监控装置广播第二装置状态数据集。

换句话说，本发明还涉及一种利用包括多个监控装置的监控设备在区域上产生接近告警的方法，其中监控装置中的至少一些被安装在在所述区域内工作的至少第一和第二可移动物体上。所述监控装置的至少一部分包括用于基于无线电的定位系统的接收机和无线电电路。该方法包括步骤：

在该第二物体上接收来自第一可移动物体的装置状态数据集，其中通过以互相分开某个距离的方式被安装在所述第一可移动物体上的第一和第二监控装置，产生所述第一物体的所述装置状态数据集，以及

通过该第二可移动物体的监控装置，考虑到所述第一可移动物体的方位和尺寸产生接近告警。

上面描述的这种设计和方法允许从同一个物体(“第一”物体)上的两个位置产生包括位置数据的装置状态数据集。这样就固有地允许(由另一个、“第二”装置)不仅确定第一物体的位置，而且也确定第一物体的方位并且/或者获得与第一物体相关的更精确的接近告警。

在第一有利实施例中，第一装置用作主装置，并且被构造为用于接收第二装置状态数据集(即，用作辅助装置的第二装置的至少位置数据)，并且获得距离那里和距离自身的位置的保留的非环形空间体积。该非环形空间体积是属于当前物体(例如，保留的)的体积。该第一装置被进一步构造为用于在其自己的装置状态数据集中即在“第一”装置状态数据集中编码该空间体积，该“第一”装置状态数据集本身被广播到所有其他装置。因此，第一装置可以获知该物体在空间中有方位的全部知识，由此，例如计算其他物体或者车辆不应当进入的保留的非环形空间体积。

在第二有利实施例中，第一和第二装置不是主-辅关系。相反，每个装置被构造为用于在第一和第二装置数据集中分别编码第一和第二环形空间体积。第一空间体积的中心基本上位于第一装置的位置周围，而第二空间体积的中心基本上位于第二装置的位置附近。此外，该两个体积描述了属于该物体的保留的非环形体积。位于除第一物体之外的物体上的第三监控装置接收第一和第二监控装置的装置状态数据集，并且通过组合来自第一和第二装置状态数据集的信息，可以获得碰撞告警。

本发明不需要在物体上的两个监控装置之间的任何电缆连接(除了电源)，这样使得安装更容易了而且成本效益更高，并且使得装备更结实。

本发明还涉及具适有用于执行本发明的方法的控制单元的监控装置。

附图说明

当对下面对本发明所做的详细描述进行研究时，可以更好地理解本发明。该描述参考附图，其中：

图1示出现场和GNSS的图解表示；以及

图2是监控装置的方框图。

具体实施方式

定义：

“可移动物体”指可以改变和希望改变其在空间中的位置和/或者方位或者形态的任何物体。例如，它可以是从一个位置移动到另一个位置并且例如通过操纵可以相对于通常的南北方向改变其方位的卡车或者任何其他车辆，或者它可以是位于固定位置但是能够绕其轴旋转或者例如通过以其所属安全空间的体积以显著方式发生变化的方式伸出其臂部来改变其物理形态的物体。

术语GNSS代表“全球导航卫星系统”，并且包括所有基于卫星的导航系统，包含GPS和Galileo。

术语“基于无线电的定位系统”代表GNSS或者基于无线电信号的任何其它类型的定位系统，诸如伪卫星系统。

在此使用的术语“监控设备”指分布在几个位置的装置的组合，这些装置互相通信。这些装置中的一些被安装在可移动物体上，而另一些可以被安装在固定位置。

术语环形空间体积规定至少在水平截面上是环形的体积。它在垂直截面上可以是环形的或非环形的，或者如果接近告警计算仅是在两维上，则它在垂直方向可能是未定义的。

现场：

图1示意地示出由本系统监控的诸如露天矿的现场1。该图主要示出在本发明的情况下相关的部件。通常，例如在平方公里范围内的具有公路2网络和诸如铁路3的其他交通方式的露天矿情况下，这种现场覆盖很大的区域。矿区内存在许多物体，诸如：

-大型车辆，诸如拖运卡车4a，吊车4b或者挖掘机4c。这种类型的车辆容易重达几百吨，并且它们通常难以控制、具有非常大的制动距离、并且在没有监控照相机的情况下，具有驾驶员不能可视监控的大量盲点。

-中型车辆5，诸如常规卡车。这些车辆比较容易控制，但是它们也具有几个盲点，并且要求熟练驾驶员。

-小型车辆6。通常，这种类型的车辆重3吨或者更轻。它们包括客车和小型货车。

-火车。

矿区内其他类型的物体包括：诸如临时或者永久建筑物9这样的静止障碍物、露天矿、砾石、不可移动挖掘机、静止吊车、堆积物等。

这种环境下发生事故的风险高。特别是，大型车辆容易与其他车辆或者障碍物发生碰撞。

因为该原因，矿区1装备了允许对现场的人产生接近告警的监控设备，从而减少碰撞或者事故的风险。

监控设备：

监控设备主要包括多个监控装置12。这些部件特别是通过无线电信号以无线方式通信。在下面的节中，将更详细描述它们。

监控装置：

用于物体的接近告警装备的监控装置12可以例如被安装在物体4-7、9上。

所安装的监控装置12的数量越多，安全等级越高。

如图2所示的监控装置12包括控制单元14，诸如微处理器系统，它控制该装置的操作。

监控装置12还包括GNSS接收机15。尽管在下面它被称为GNSS接收机，但是它还可以是与用于确定其位置的任何其它的基于无线电的定位系统互操作的接收机。本发明可以被用于各种类型的基于无线电的定位系统上。

监控装置12还包括用于与监控设备的其他部分例如其他监控装置12交换数据的无线电收发信机或者电路17。

控制单元14访问存储器18，存储器18包括程序和诸如监控装置的唯一标识符的各种参数。

有利的是，输出装置19包括光学显示器20以及诸如扬声器的声信号源21。

监控装置12的主要目的是在存在碰撞的危险的情况下产生接近告警。正如在引言中所述，这是利用通过GNSS接收机15接收至少位置信号并且与其他监控装置交换从那里所获得的数据，以便计算相对位置和碰撞可能性实现的。在接着的节中描述用于计算相对位置的方法，而关于监控装置的各方面的其他信息在后面描述。

相对位置确定：

该监控装置的操作与诸如例如WO 2004/047047中描述的这种类型的传统系统基本相同，因此在此不需要做详细描述。

简而言之，在简单方案中，每个装置都获得从来自GNSS接收机15的信号获得的位置数据。该位置数据允许确定装置的位置，并且被存储在“装置状态数据集”。装置状态数据集还含有唯一标识符(即，在同一个现场使用的对每个监控装置12是唯一的标识符)。

装置状态数据集作为无线电信号通过收发信机17被发送。与此同时，该装置从相邻装置接收相应信号，并且对于每个这种相邻装置，它都通过将相邻装置的坐标减去自己的坐标来计算相对距离d。

接近告警：

可以利用各种算法产生接近告警。下面描述这些算法的例子。

在非常简单的方案中，可以测试相对距离d的绝对值是否低于给定的阈值。如果是，则可以发出接近告警。这相当于假定对每个物体保留环形空间体积。在其装置状态数据集中，属于物体的环形体积的半径可以例如被编码。

更精确的算法可以例如不仅考虑到相对位置，也考虑到车辆的行驶速度和方向。

通过存储表示监控装置所安装到的车辆的尺寸和/或形状的数据，可以实现碰撞预测的改善。这尤其适用于其尺寸不可忽略的大型车辆。在最简单的实施例中，可以以在所有方向上具有相同尺寸对车辆建模，从而定义车辆“覆盖”的圆形/球形。如果预测到两个车辆的球形的这些圆形在不久的将来相交，则可以发出接近告警。

取代利用简单的圆形或者球形对物体或者车辆建模，通过在数据集内存储车辆的形状(即，边界)或者与下面描述的实施例中一样通过动态确定车辆的形状，可以实现更精细建模并因此实现接近预测。此外，不仅车辆的形状而且GNSS接收机15(或者其天线)相对于该形状或者边界的位置都可以存储在存储器18内。

下面的节描述该方案的重要改进。

方位确定

被作为非旋转对称建模的任何物体，诸如细长物体都需要知道其空间方位以便允许产生精确模型。例如，具有细长形状的吊车或者挖掘机或者长卡车都需要知道其相对于南北方向的对齐。

在本发明的情况下，这是通过将多于一个的装置12安装在至少一个物体上实现的。在图1中，这已经对例如拖运卡车4a、吊车或者拉铲挖土机4b和挖掘机或者挖土机4c以及火车7示出。

作为例子，下面将对图1的吊车4b描述该方案的操作。

如图所示，吊车4b有两个装置12a、12b互相分开某个距离安装在其上。它们之一即装置12a位于例如吊车的基础车30上，而另一个装置即装置12b有利地被安装到吊臂的远端。基本上，装置12a、12b每一个是相同的设计，例如，如图2所示的设计，并且根据接收的GNSS信号，能够确定其位置，并且通过收发信机17广播该信号。

它们通过收发信机17发送的无线电信号通信。有两个如在下面的两节中解释的有利的操作实施例。

第一实施例

在第一实施例中，装置之一作为“主单元”工作，而另一个装置作为辅助单元工作。辅助装置有利地被安装到吊臂31的端部，并且在下面将它称为辅助装置12b。另一个装置是主装置12a，它位于靠近驾驶员座位处。

两个装置12a、12b反复地并且独立地根据它们接收的GNSS信号确定它们的位置。

辅助装置12b通过其收发信机17发送在其装置状态数据集中编码的它的位置。

主装置12a利用其自己的收发信机17接收辅助装置12b的装置状态数据集。因为该目的，主装置12a知道辅助装置12b的唯一标识符，或者另一种类型的标识符已经被提供，以允许主装置12a识别其所属辅助装置12b的装置状态数据集。

然后，主装置12a确定对辅助装置12b的相对距离d。然后，主装置12a利用该矢量的方向确定诸如吊车4b的物体的方位。这本身允许定义属于该物体的当前使用的或者保留的非环形空间体积。主装置12a在其装置状态数据集内编码该空间体积，并且通过收发信机17广播该空间体积。

然后，位于另一个物体上的接收来自主装置12a的装置状态数据集的第三监控装置12可以根据属于主装置12a的物体的非环形空间体积产生接近告警。

对于第一实施例的情形，只有主装置12a必须处理来自辅助装置12b的信号。因此，为了抑制通过其他装置的不必要的处理，辅助装置12b的装置状态数据集可以含有表示第二装置是辅助装置并因此其数据集可以被除了其所属主装置的所有装置忽略的数据。

第二实施例

在更容易建立的第二实施例中，两个装置12a、12b同样工作，而不处于主-辅关系。在这种情况下，装置12a、12b分别发出其位置以及例如表示属于该装置的环形空间体积的数据。有利的是，该体积的半径是这样的以致两个球形以整个物体位于一个或者另一个球形内的方式重叠。

因此，这两个装置描述了一对属于该物体的球形，并且在其装置状态数据集中解码编码它。当该物体(车辆)改变其空间方位时，球形的相对位置也发生变化，从而计算该物体的新方位。

有利的是，至少第一装置12a(即，该物体(车辆)的操作员(驾驶员)监视的装置)知道第二装置12b属于同一个物体，并因此抑制由第一装置和第二装置的接近产生的任何接近告警。

发出接近告警：

如上所述，接近告警可以例如被用户可以观看的光学显示器20和/或者声信号发出。

此外，声信号源21可以产生语音数据和/或者其他类型的声音。

注意：

在上述两个实施例中，仅最靠近驾驶员的监控装置12需要能够产生接近告警，而其他装置无需必须能够这样做。因此，第二装置不一定需要包括输出装置19和无线电电路17，但是可以是没有接收机能力的简单发射机。虽然，因为成本的原因和计算的原因，如果各种装置的硬件相同，则通常具有优势。

此外，在第二实施例中，第二装置发出的任何接近告警都被丢失，除非为了引起驾驶员的注意，它被特意发送到第一装置。

在上述实施例中，两个监控装置已经被安装到单个物体上。有利的是，可以将多于两个的监控装置安装到单个物体上：

-在第一实施例中，例如，如果该物体有几个运动部分，诸如具有铰接吊臂或者两个独立吊臂吊车，则情况如此。在这种情况下，一个监控装置是第一装置，即，主装置，而其他监控装置是第二装置，即，辅助装置。

-在第二实施例中，对于非常长的物体，使用在单个物体上的几个监控装置也是有利的，这里利用3个或更多个环形体积比只利用两个环形体积能够更精确地限定属于该非常长的物体的空间体积。

在图1中，火车1被示为包括多于两个监控装置12的这样的物体。

本发明不仅可以用于矿区现场，而且可以用于大型可移动物体正在工作的任何其他现场或者区域。

本发明还可以用于精确显示对于另一个可移动物体的方向。为此目的，第一监控装置12a适用于执行下面的步骤：

接收来自第二监控装置12b的第二装置状态数据集，

从第一装置12a的位置和从第二装置状态数据集，获得第一可移动物体的方位，

接收来自安装到第二可移动物体的第三监控装置的第三装置状态数据集，

根据所述方位确定对于第二可移动物体的方向，以及

将表示所述方向的数据显示在显示器20上。

在这种情形下，第一可移动物体的“方位”例如可以被表示为驾驶员的座位当前面对的方向，诸如“从北顺时针22°”。例如，如果从第一可移动物体到第二可移动物体的方向指向沿从北顺时针112°，则在这种情况下位于3点钟的LED点亮，表示第二物体正好垂直于驾驶员面对的方向。

如果不知道第一物体的方位，则不能对操作员显示对于第二车辆的方向，因为只知道第一车辆和第二车辆之间的相对坐标，而不知道操作员面对的方向。

尽管示出并且描述了本发明的当前优选实施例，但是应当清楚地明白，本发明并不局限于此，相反，在所附权利要求书的范围内，可以另外不同地实施或者实现本发明。

Claims (17)

1.一种用于具有第一监控装置(12a)的可移动物体的系统，所述第一监控装置(12a)包括：

第一接收机，用于基于无线电的定位系统(15)，

第一控制单元(14)，用于产生第一装置状态数据集，其中所述第一装置状态数据集包括从所述第一接收机的信号获得的位置数据，

第一无线电电路(17)，用于向其他监控装置(12)广播装置状态数据集，

第一输出装置(19)，适用于发出接近告警，

其中所述第一控制单元(14)被构造为用于根据来自所述第一接收机(15)的信号和从其他装置接收的装置状态数据集，产生所述接近告警，

其特征在于，所述物体包括至少一个第二监控装置(12b)，其中所述第二监控装置包括：

第二接收机，用于所述基于无线电的定位系统(15)，

第二控制单元(14)，用于产生第二装置状态数据集，其中所述第二装置状态数据集包括从所述第二接收机的信号获得的位置数据，

第二无线电电路(17)，用于向其他监控装置(12)广播所述第二装置状态数据集，

其中所述第一和所述第二监控装置(12a，12b)互相分开某个距离被安排在所述物体上。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一装置被构造为用于接收所述第二装置状态数据集，并且获得属于所述物体的保留的非环形空间体积，并且在所述第一装置状态数据集中编码所述空间体积。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一装置和所述第二装置的每个被构造为用于分别在所述第一和第二装置数据集内编码第一和第二环形空间体积。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一和所述第二环形体积重叠。

5.根据上述权利要求中的任何一项所述的系统，包括至少3个监控装置。

6.一种包括上述权利要求中的任何一项所述的系统的可移动物体，特别是车辆，其中所述第一和所述第二监控装置(12a，12b)互相分开某个距离被安装到所述可移动物体。

7.根据权利要求6所述的可移动物体，其中所述可移动物体是由吊车、拉铲挖土机、拖运卡车、挖掘机和挖土机构成的组中的之一。

8.一种利用包括多个监控装置(12)的监控设备在区域上产生接近告警的方法，其中所述监控装置(12)中的至少一些被安装在在所述区域内工作的物体上，其中所述监控装置的至少一部分包括用于基于无线电的定位系统的接收机(15)和无线电电路(17)，所述方法包括步骤：

以互相分开某个距离的方式将第一和第二监控装置(12a，12b)安装到在所述区域内的至少一个可移动的第一物体上，

根据所述第一监控装置(12a)的位置，利用所述第一监控装置(12a)产生第一装置状态数据集，并且通过所述第一监控装置(12a)的无线电电路(17)，发送所述第一装置状态数据集，

利用所述第二监控装置(12b)产生从所述第二监控装置(12b)的位置获得的第二装置状态数据集，并且通过所述第二监控装置(12b)的无线电电路(17)，发送所述第二装置状态数据集。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括步骤：

由所述第一监控装置(12a)接收所述第二装置状态数据集，

在所述第一监控装置(12a)中，从所述第一装置的位置并且从所述第二装置状态数据集，获得属于所述第一物体的保留的非环形空间体积，并且在所述第一装置状态数据集中，编码所述非环形空间体积，以及

向其他监控装置，广播所述第一装置状态数据集。

10.根据权利要求9所述的方法，包括在所述第二装置的所述装置状态数据集中编码表示所述第二装置(12b)是辅助装置并因此其装置状态数据集可以被除属于所述第二装置的主装置(12a)之外的任何其他装置忽略的数据的步骤。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括步骤：

由所述第一和第二监控装置(12a，12b)，分别在所述第一和第二装置状态数据集中编码第一和第二保留的空间体积，

由在除所述第一物体之外的物体上的第三监控装置(12)，接收所述第一和第二装置状态数据集，

由所述第三监控装置(12)，通过组合来自所述第一和所述第二装置状态数据集的信息，确定碰撞告警。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一和所述第二空间体积是环形的并且重叠。

13.根据权利要求11或者12中的任何一项所述的方法，其中所述第一监控装置(12a)抑制会从所述第一和所述第二监控装置(12a，12b)的接近产生的任何接近告警。

14.根据权利要求8至13中的任何一项所述的方法，还包括步骤：

由所述第一监控装置(12a)接收所述第二装置状态数据集，

从所述第一装置(12a)的位置并且从所述第二装置状态数据集，获得所述第一可移动物体的方位，

由所述第一监控装置(12a)接收来自被安装到第二可移动物体的第三监控装置的第三装置状态数据集，

确定相对于所述方位对于所述第二可移动物体的方向，以及

将表示所述方向的数据显示在所述第一监控装置的显示器(20)上。

15.一种利用包括多个监控装置(12)的监控设备在区域内产生接近告警的方法，其中所述监控装置(12)中的至少一些被安装在工作在所述区域内的至少第一和第二可移动物体上，其中所述监控装置的至少一部分包括用于基于无线电的定位系统的接收机(15)和无线电电路(17)，所述方法包括步骤：

在所述第二物体上接收来自所述第一可移动物体的装置状态数据集，其中通过以互相分开某个距离的方式被安装在所述第一可移动物体上的第一和第二监控装置(12a，12b)产生所述第一物体的所述装置状态数据集，以及

通过所述第二可移动物体的所述监控装置，考虑到所述第一可移动物体的方位和尺寸，产生接近告警。

16.根据权利要求15所述的方法，其中在所述第一可移动物体上的所述第一监控装置的所述装置状态数据集含有来自在所述第一可移动物体上的所述第二监控装置的装置状态数据集的信息，其中所述第二可移动物体的所述监控装置从所述装置状态数据集获得关于所述第一可移动物体的方位信息。

17.一种监控装置，包括为了执行根据权利要求8至16中的任何一项所述的方法而被采用并且被构造的控制单元。

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