CN111198377A - 矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置及方法，装置包括车载防撞模块、人用防撞模块和矿卡防撞模块，矿卡防撞模块由超声雷达、立柱和矿卡角反射器阵列构成，立柱的顶端设有超声雷达，矿卡角反射器阵列呈口字形设置在车厢前端一侧，车载角反射器阵列呈品字形设置在小车车顶中部，人用角反射器沿竖直方向固定在头盔顶端，采用超声雷达与角反射器相结合，对矿用自卸卡车的周围车辆和人员进行无源检测，不需要矿用自卸卡车与检测设备之间进行通讯，以不同的角反射器组成形状表征矿卡、小车和人员，提高了识别的精度和可靠性，采用探测天线侦测超声雷达频段的方式对小车和工人进行自动安全提醒，结构新颖，可靠实用，经济性良好。

Description

矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置及方法
技术领域
本发明涉及露天矿区汽车运输技术领域，具体涉及一种矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置及方法。
背景技术
矿用自卸卡车是国内外大型露天矿区汽车运输的主要装备，担负着运输矿石、岩土的重要任务。矿用自卸卡车主要由车头、车架、车厢、车轮以及附带的动力、制动、减震缓冲装置等构成，具备自重大、载重大、体积大的特点。
露天矿汽车运输工作量大、道路分布复杂、驾驶工作枯燥、车辆载重大、刹车距离长。同时，由于矿用自卸卡车体积庞大，驾驶室只占车头的一小部分，形成很大区域的视觉盲区。因而，在露天矿区容易发生碰撞事故，特别是大车与小车碰撞、大车与工人碰撞，造成人员伤亡和设备损坏，如神华宝日希勒露天煤矿运输事故，矿用自卸卡车转弯时碾压小车致4死1伤的重大事故。因而，需要采取措施防止矿用自卸卡车与其他矿卡、小车、工人之间碰撞。
目前，针对矿用自卸卡车防撞，主要采用以下几种方式：第一，传统上，在小车车顶安装红旗，利用红旗旗杆的高度和鲜明的色彩，使驾驶员识别出小车；第二，基于GPS，利用GPS给出车辆的精确坐标，矿用自卸卡车接收来自其他车辆的GPS信号，通过距离判定碰撞风险，如专利号ZL 200920216957.4公开的一种基于双射频双GPS的露天矿车辆防撞预警系统；第三，基于机器视觉，利用摄像机采集矿用自卸卡车的周边影像，识别周围车辆，防止碰撞，如专利号ZL 201320728575.6公开的一种基于机器视觉的露天矿车辆防撞系统；第四，基于雷达测距，利用超声雷达、毫米波雷达或激光雷达等扫描车体周围环境，识别障碍物，如申请号CN 201810443792.8公开的一种基于多雷达的汽车防撞预警方法及系统。
然而，现有研究尚存在以下问题：第一，小车车顶插装红旗的方式，依赖于矿用自卸卡车驾驶员能够及时发现红旗，由于矿卡本身视觉盲区很大，造成难以及时发现红旗，可靠性低；第二，由于露天矿区地形复杂，特别是深坑矿区，深度达数百米，再加上山体遮挡等因素，GPS信号弱，检测精度低，容易漏检，同时基于GPS防撞，需要矿用自卸卡车不断与其他矿卡或者总服务器进行通讯，但露天矿区一般人烟稀少、面积广阔，官方的移动信号塔数量有限，难以保障可靠的远程无线通讯；第三，采用机器视觉识别技术，需要摄像机具备良好的成像条件，然而露天矿区环境恶劣、高粉尘、低可见度，容易造成摄像机成像不清，可靠性较低；第四，基于雷达测距，可以获得车体周边物体轮廓，但对物体种类的识别效率不高，容易产生误判。因而有必要研究一种矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置，综合考虑可靠性、实用性、经济性，以便快速准确地识别矿用自卸卡车的周边环境，防止发生碰撞。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、快速准确识别、可靠性高的矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置及方法。
技术方案：本发明的一种矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置，包括设在矿区道路上的车载防撞模块、人用防撞模块和矿卡防撞模块；
所述的车载防撞模块包括车载角反射器阵列、车用探测天线、车用信号探测器和车用声光报警器，所述的车载角反射器阵列、车用探测天线、车用信号探测器和车用声光报警器设置在小车的车顶上，所述的车用探测天线、车用信号探测器和车用声光报警器呈一字形设置在小车的前排座位上方，车用信号探测器连接并控制车用声光报警器；
所述的人用防撞模块包括人用角反射器、头盔、人用探测天线、人用信号探测器和人用声光报警器，所述的人用角反射器沿竖直方向固定在头盔顶端，人用探测天线、人用信号探测器和人用声光报警器设置在头盔的帽檐上，人用信号探测器连接并控制人用声光报警器；
所述的矿卡防撞模块包括超声雷达、立柱和矿卡角反射器阵列，所述的立柱沿竖直方向设置在车厢前端中部，所述的超声雷达设在立柱的顶端，所述的矿卡角反射器阵列设置在车厢前端一侧。
所述的车载角反射器阵列由三个八面体角反射器构成，呈品字形设置在小车车顶中部。
所述的人用角反射器由一个八面体角反射器构成。
所述的矿卡角反射器阵列由呈口字形排列的四个八面体角反射器构成。
一种基于上述矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置的检测方法，包括如下步骤；
(a)在矿区道路上运行的小车车顶中部安装呈品字形排列的三个八面体角反射器，组成车载角反射器阵列，在小车前排座位上方，依次安装车用声光报警器、车用信号探测器和车用探测天线，将车用声光报警器连接到车用信号探测器上，组装成车载防撞模块；
(b)在工人佩戴的头盔顶部安装人用角反射器，在头盔帽檐处安装人用探测天线、人用信号探测器和人用声光报警器，将人用声光报警器连接到人用信号探测器上，组装成人用防撞模块；
(c)在车厢前端一侧安装呈口字型排列的四个八面体角反射器，组成矿卡角反射器阵列，在车厢中部安装立柱，并在立柱顶端安装超声雷达，组装成矿卡防撞模块；
(d)当矿用自卸卡车行进且需要防撞时，处于立柱超声雷达呈扇面对车体周围环境进行360°扫描，由于八面体角反射器的回波性能远高于车体，依据超声回波的时间、方向和功率，在雷达图像上会突出显示角反射器，基于角反射器邻域分析，依据雷达图像上角反射器的组合形态和间距，识别出车载角反射器阵列、人用角反射器、矿卡角反射器阵列，从而识别出周围的小车、工人、矿卡，以及三者与被测矿卡之间的间距，当间距少于预先设定的阈值时，将报警提示给矿用自卸卡车的驾驶员，对碰撞进行预警；
(e)当超声雷达对车体周围环境进行360°扫描时，超声雷达围绕车体会不断发射特定频段的超声波，即会在车体周围设定的半径范围内产生特定频段的电磁场，当小车和工人进入到该范围后，一方面超声雷达会侦测到车载角反射器阵列和人用角反射器，另一面小车和工人携带的车用探测天线和人用探测天线将侦测到相应电磁波频段，此时车用信号探测器和人用信号探测器分别启动车用声光报警器和人用声光报警器，提醒小车驾驶员和工人附近有矿用自卸卡车注意避让，而一旦小车和工人超出超声雷达的探测范围，车用探测天线和人用探测天线侦测不到相应的电磁波频段，此时关闭车用声光报警器和人用声光报警器，实现对小车和工人的自动安全提醒。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明将超声雷达与角反射器相结合，利用角反射器具备的多方向回波特性，对矿用自卸卡车的周围车辆和人员进行无源检测，成本较低，采用超声检测技术，不受高粉尘、低可见度等恶劣环境影响，不需要矿用自卸卡车与检测设备之间进行通讯，不受无线网络传输可靠性的影响，以不同的角反射器组成形状表征矿卡、小车和人员，提高了识别的精度和可靠性，采用探测天线侦测超声雷达频段的方式对小车和工人进行自动安全提醒，改变了传统上以矿用自卸卡车为核心的孤立避障方式，矿卡、小车和工人都能够及时收到安全提醒，将进一步提升避障的安全性，结构新颖，快速准确地识、可靠实用，经济性良好，在本技术领域内具有广泛的应用价值。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图。
图2是本发明的装置车载防撞模块示意图。
图3是本发明的装置人用防撞模块示意图。
图4是本发明的装置矿卡防撞模块示意图。
图5是本发明的装置矿用自卸卡车防撞工作原理示意图。
图中：1—矿区道路，2—车载防撞模块，2-1—车载角反射器阵列，2-2—车用探测天线，2-3—车用信号探测器，2-4—车用声光报警器，3—小车，4—人用防撞模块，4-1—人用角反射器，4-2—头盔，4-3—人用探测天线，4-4—人用信号探测器，4-5—人用声光报警器，5—工人，6—矿用自卸卡车，6-1—车厢，7—矿卡防撞模块，7-1—超声雷达，7-2—立柱，7-3—矿卡角反射器阵列。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的一种矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置，主要由设在矿区道路(1)上的车载防撞模块(2)、人用防撞模块(4)和矿卡防撞模块(7)构成；
所述的车载防撞模块(2)包括车载角反射器阵列(2-1)、车用探测天线(2-2)、车用信号探测器(2-3)和车用声光报警器(2-4)，所述的车载角反射器阵列(2-1)、车用探测天线(2-2)、车用信号探测器(2-3)和车用声光报警器(2-4)设置在小车(3)的车顶上，车载角反射器阵列(2-1)由三个八面体角反射器构成，呈品字形设置在小车(3)车顶中部，所述的车用探测天线(2-2)、车用信号探测器(2-3)和车用声光报警器(2-4)呈一字形设置在小车(3)的前排座位上方，车用信号探测器(2-3)连接并控制车用声光报警器(2-4)；
所述的人用防撞模块(4)包括人用角反射器(4-1)、头盔(4-2)、人用探测天线(4-3)、人用信号探测器(4-4)和人用声光报警器(4-5)，所述的人用角反射器(4-1)由一个八面体角反射器构成，所述的人用角反射器(4-1)沿竖直方向固定在头盔(4-2)顶端，人用探测天线(4-3)、人用信号探测器(4-4)和人用声光报警器(4-5)设置在头盔(4-2)的帽檐上，人用信号探测器(4-4)连接并控制人用声光报警器(4-5)；
所述的矿卡防撞模块(7)包括超声雷达(7-1)、立柱(7-2)和矿卡角反射器阵列(7-3)，所述的立柱(7-2)沿竖直方向设置在车厢(6-1)前端中部，所述的超声雷达(7-1)设在立柱(7-2)的顶端，所述的矿卡角反射器阵列(7-3)设置在车厢(6-1)前端一侧，矿卡角反射器阵列(7-3)由呈口字形排列的四个八面体角反射器构成。
本发明的矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置的检测方法，具体步骤如下；
(a)在小车(3)车顶中部呈品字形安装三个八面体角反射器，组成车载角反射器阵列(2-1)，在小车(3)前排座位上方，依次安装车用声光报警器(2-4)、车用信号探测器(2-3)和车用探测天线(2-2)，将车用声光报警器(2-4)连接到车用信号探测器(2-3)上，组装成车载防撞模块(2)；
(b)在工人(5)佩戴的头盔(4-2)顶部安装人用角反射器(4-1)，在头盔(4-2)帽檐处安装人用探测天线(4-3)、人用信号探测器(4-4)和人用声光报警器(4-5)，将人用声光报警器(4-5)连接到人用信号探测器(4-4)上，组装成人用防撞模块(4)；
(c)在车厢(6-1)前端一侧呈口字型安装四个八面体角反射器，组成矿卡角反射器阵列(7-3)，在车厢(6-1)中部安装立柱(7-2)，在立柱(7-2)顶端安装超声雷达(7-1)，组装成矿卡防撞模块(7)；
(d)当矿用自卸卡车(6)行进且需要防撞时，处于立柱(7-2)超声雷达(7-1)呈扇面对车体周围环境进行360°扫描，由于八面体角反射器的回波性能远高于车体，依据超声回波的时间、方向和功率，在雷达图像上会突出显示角反射器，基于角反射器邻域分析，依据雷达图像上角反射器的组合形态和间距，识别出车载角反射器阵列(2-1)、人用角反射器(4-1)、矿卡角反射器阵列(7-3)，从而识别出周围的小车、工人、矿卡以及三者与被测矿卡之间的间距，当间距少于预先设定的阈值时，将报警提示给矿用自卸卡车(6)的驾驶员，对碰撞进行预警；
(e)当超声雷达(7-1)对车体周围环境进行360°扫描时，超声雷达(7-1)围绕车体会不断发射特定频段的超声波，即会在车体周围设定的半径范围内产生特定频段的电磁场，当小车(3)和工人(5)进入到该范围后，一方面超声雷达(7-1)会侦测到车载角反射器阵列(2-1)和人用角反射器(4-1)，另一面小车(3)和工人(5)携带的车用探测天线(2-2)和人用探测天线(4-3)将侦测到相应电磁波频段，此时车用信号探测器(2-3)和人用信号探测器(4-4)分别启动车用声光报警器(2-4)和人用声光报警器(4-4)，提醒小车(3)驾驶员和工人(5)附近有矿用自卸卡车(6)，注意避让，而一旦小车(3)和工人(5)超出超声雷达(7-1)的探测范围，车用探测天线(2-2)和人用探测天线(4-3)侦测不到相应的电磁波频段，此时关闭车用声光报警器(2-4)和人用声光报警器(4-4)，实现对小车(3)和工人(5)的自动安全提醒。

Claims (5)

1.一种矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置，其特征在于：它包括设在矿区道路(1)上的车载防撞模块(2)、人用防撞模块(4)和矿卡防撞模块(7)；
所述的车载防撞模块(2)包括车载角反射器阵列(2-1)、车用探测天线(2-2)、车用信号探测器(2-3)和车用声光报警器(2-4)，所述的车载角反射器阵列(2-1)、车用探测天线(2-2)、车用信号探测器(2-3)和车用声光报警器(2-4)设置在小车(3)的车顶上，所述的车用探测天线(2-2)、车用信号探测器(2-3)和车用声光报警器(2-4)呈一字形设置在小车(3)的前排座位上方，车用信号探测器(2-3)连接并控制车用声光报警器(2-4)；
所述的人用防撞模块(4)包括人用角反射器(4-1)、头盔(4-2)、人用探测天线(4-3)、人用信号探测器(4-4)和人用声光报警器(4-5)，所述的人用角反射器(4-1)沿竖直方向固定在头盔(4-2)顶端，人用探测天线(4-3)、人用信号探测器(4-4)和人用声光报警器(4-5)设置在头盔(4-2)的帽檐上，人用信号探测器(4-4)连接并控制人用声光报警器(4-5)；
所述的矿卡防撞模块(7)包括超声雷达(7-1)、立柱(7-2)和矿卡角反射器阵列(7-3)，所述的立柱(7-2)沿竖直方向设置在车厢(6-1)前端中部，所述的超声雷达(7-1)设在立柱(7-2)的顶端，所述的矿卡角反射器阵列(7-3)设置在车厢(6-1)前端一侧。
2.根据权利要求1所述的一种矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置，其特征在于：所述的车载角反射器阵列(2-1)由三个八面体角反射器构成，呈品字形设置在小车(3)车顶中部。
3.根据权利要求1所述的一种矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置，其特征在于：所述的人用角反射器(4-1)由一个八面体角反射器构成。
4.根据权利要求1所述的一种矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置，其特征在于：所述的矿卡角反射器阵列(7-3)由呈口字形排列的四个八面体角反射器构成。
5.一种基于权利要求1、2、3或4所述的矿用自卸卡车露天矿区防撞检测装置的检测方法，其特征在于包括如下步骤；
(a)在矿区道路(1)上运行的小车(3)车顶中部安装呈品字形排列的三个八面体角反射器，组成车载角反射器阵列(2-1)，在小车(3)前排座位上方，依次安装车用声光报警器(2-4)、车用信号探测器(2-3)和车用探测天线(2-2)，将车用声光报警器(2-4)连接到车用信号探测器(2-3)上，组装成车载防撞模块(2)；
(b)在工人(5)佩戴的头盔(4-2)顶部安装人用角反射器(4-1)，在头盔(4-2)帽檐处安装人用探测天线(4-3)、人用信号探测器(4-4)和人用声光报警器(4-5)，将人用声光报警器(4-5)连接到人用信号探测器(4-4)上，组装成人用防撞模块(4)；
(c)在车厢(6-1)前端一侧安装呈口字型排列的四个八面体角反射器，组成矿卡角反射器阵列(7-3)，在车厢(6-1)中部安装立柱(7-2)，并在立柱(7-2)顶端安装超声雷达(7-1)，组装成矿卡防撞模块(7)；
(d)当矿用自卸卡车(6)行进且需要防撞时，处于立柱(7-2)超声雷达(7-1)呈扇面对车体周围环境进行360°扫描，由于八面体角反射器的回波性能远高于车体，依据超声回波的时间、方向和功率，在雷达图像上会突出显示角反射器，基于角反射器邻域分析，依据雷达图像上角反射器的组合形态和间距，识别出车载角反射器阵列(2-1)、人用角反射器(4-1)、矿卡角反射器阵列(7-3)，从而识别出周围的小车、工人、矿卡，以及三者与被测矿卡之间的间距，当间距少于预先设定的阈值时，将报警提示给矿用自卸卡车(6)的驾驶员，对碰撞进行预警；
(e)当超声雷达(7-1)对车体周围环境进行360°扫描时，超声雷达(7-1)围绕车体会不断发射特定频段的超声波，即会在车体周围设定的半径范围内产生特定频段的电磁场，当小车(3)和工人(5)进入到该范围后，一方面超声雷达(7-1)会侦测到车载角反射器阵列(2-1)和人用角反射器(4-1)，另一面小车(3)和工人(5)携带的车用探测天线(2-2)和人用探测天线(4-3)将侦测到相应电磁波频段，此时车用信号探测器(2-3)和人用信号探测器(4-4)分别启动车用声光报警器(2-4)和人用声光报警器(4-4)，提醒小车(3)驾驶员和工人(5)附近有矿用自卸卡车(6)，注意避让，而一旦小车(3)和工人(5)超出超声雷达(7-1)的探测范围，车用探测天线(2-2)和人用探测天线(4-3)侦测不到相应的电磁波频段，此时关闭车用声光报警器(2-4)和人用声光报警器(4-4)，实现对小车(3)和工人(5)的自动安全提醒。
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