CN116112872A - 一种矿用装备人员预警方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿用装备人员预警方法及装置，包括：获取工作人员与矿用装备的位置信息；当工作人员位于矿用装备前方时，利用超声波雷达和激光雷达采集第一人车距离信息；当工作人员位于矿用装备侧方或后方时，通过UWB基站和UWB标签获取第一距离数据，通过超声波雷达获取第二距离数据；当第一距离数据和第二距离数据均大于预设值时，根据第一距离数据得到第二人车距离信息，当第一距离数据和第二距离数据均小于等于预设值时，根据第二距离数据得到第三人车距离信息；根据第一人车距离信息、第二人车距离信息或第三人车距离信息生成预警信息。本发明保证准确检测矿用装备和工作人员位置数据并利用预警减少事故发生频率的同时，降低检测成本。

Description

一种矿用装备人员预警方法及装置

技术领域

本发明涉及矿用装备技术领域，具体而言，涉及一种矿用装备人员预警方法及装置。

背景技术

由于矿区工作环境恶劣，导致井下移动设备可见度低，井下移动设备伤人或撞车事故频发。对此，现市面上大多采用基于UWB技术的井下移动设备撞击预警方案，其中，UWB是一种无载通信技术，使用一种基带脉冲来直接传递信号，不需要使用载波，该基带脉冲具有非常低的功率谱密度以及极窄的脉冲宽度。UWB技术具有抗多径干扰能力强和穿透力强等优点，适用于工作环境恶劣的矿区。

UWB技术通过UWB基站和UWB标签来实现，UWB基站的覆盖范围一般是100米左右，根据不同的场景，UWB基站的布置不同，在井下、隧道这些大体呈一维的场景中，通常需要在井下、隧道等场地中100米范围内间隔布置两到三个UWB基站才能够满足测量精度的需求，同时还需要设置多个UWB标签，每个UWB标签由人员或设备进行携带。通过多个UWB基站对每个UWB标签进行定位以获取测距数据，根据UWB基站的测距数据和坐标来计算每个UWB标签的坐标，监控UWB标签位置设置预警范围来避免事故的发生。这样，导致此类系统需要采用多个UWB基站及UWB标签，而UWB设备价格较高，使得相应方案实现的成本过高。

发明内容

本发明解决的问题是如何在更准确检测矿用装备和工作人员位置数据并通过预警减少事故发生的同时，降低检测成本。

为解决上述问题，本发明提供一种矿用装备人员预警方法，基于矿用装备人员预警系统，所述矿用装备人员预警系统包括矿用系统和人员系统，所述人员系统包括UWB标签，所述UWB标签用于设置于工作人员，所述矿用系统包括UWB基站、激光雷达和多个超声波雷达，所述UWB基站用于设置于矿用装备，所述激光雷达用于安装于所述矿用装备的中央前端，多个所述超声波雷达用于围绕所述矿用装备外侧设置，所述矿用装备人员预警方法包括：

当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用所述超声波雷达和所述激光雷达采集第一人车距离信息；

当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过所述UWB基站和所述UWB标签获取第一距离数据，通过所述超声波雷达获取第二距离数据；

当所述第一距离数据和所述第二距离数据均大于预设值时，根据所述第一距离数据得到第二人车距离信息，当所述第一距离数据和所述第二距离数据均小于等于所述预设值时，根据所述第二距离数据得到第三人车距离信息；

根据所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息生成预警信息。

可选地，所述当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用所述超声波雷达和所述激光雷达采集第一人车距离信息，包括：

当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用所述超声波雷达采集人员坐标数据，利用所述激光雷达采集激光点云数据；

对所述人员坐标数据和所述激光点云数据预处理，分别得到超声波检测结果和激光检测结果；

将所述超声波检测结果和所述激光检测结果的坐标统一为标准坐标系，并对所述超声波检测结果和所述激光检测结果栅格化，分别得到超声波雷达坐标和激光雷达坐标；

将所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标重叠，得到第一人车距离信息。

可选地，在所述将所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标重叠，得到第一人车距离信息之前，还包括：

所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标实时更新，同时预测所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标的移动轨迹。

可选地，所述对所述人员坐标数据和所述激光点云数据预处理，得到超声波检测结果和激光检测结果，包括：

剔除所述人员坐标数据中大于预设坐标数据的远距离数据，得到所述超声波检测结果；

剔除所述激光点云数据中超出预设有效范围的无关数据点，得到处理数据，并过滤所述处理数据中的噪声点，得到所述激光检测结果。

可选地，所述当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过所述UWB基站和所述UWB标签获取第一距离数据，包括：

当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过所述UWB基站和所述UWB标签获取UWB距离数据；

利用卡尔曼滤波对所述UWB距离数据处理，得到状态更新方程；

通过所述状态更新方程判断视距环境是否发生改变；

根据判断的结果调整所述状态更新方程，根据调整后的所述状态更新方程得到所述第一距离数据。

可选地，所述通过所述状态更新方程判断视距环境是否发生改变，包括：

通过所述状态更新方程得到两个相邻的实际测量值；

根据两个相邻的所述实际测量值，得到测量值变化速率；

比较所述测量值变化速率和门限值的大小；

根据比较的结果判断视距环境是否发生改变。

可选地，所述利用卡尔曼滤波对所述UWB距离数据处理，得到状态更新方程，包括：

利用所述UWB距离数据得到状态预测方程；

计算所述状态预测方程参数的协方差，得到协方差预测方程；

计算所述协方差预测方程的卡尔曼增益，根据所述卡尔曼增益得到所述状态更新方程。

可选地，所述根据所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息生成预警信息，包括：

当所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息小于等于第一预警阀值时，生成第一预警；

当所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息小于等于所述第二预警阀值并大于所述第一预警阀值时，生成第二预警。

可选地，所述矿用装备人员预警方法还包括：

当所述第一距离数据大于所述预设值且所述第二距离数据小于等于所述预设值时，或当所述第一距离数据小于等于所述预设值且所述第二距离数据大于所述预设值时，重新获取所述第一距离数据和所述第二距离数据。

本发明所述的矿用装备人员预警方法，基于矿用装备人员预警系统，通过在矿用装备上的UWB基站向携带于工作人员的UWB标签发射脉冲信号，计算矿用设备与侧方或后方的工作人员的距离数据，保障在井下恶劣环境中测量的精度，同时设置超声波雷达避免单组UWB设备近距离检测会产生误差的问题。并利用激光雷达和超声波雷达融合监测数据代替部分UWB设备，检测矿用设备与前方的工作人员的距离数据，保障检测速率，解决由于矿用装备向前行驶不能及时反映的问题。通过获取工作人员与矿用装备的位置信息，根据工作人员处于矿用装备不同位置采用不同的判定方式，增加检测精准度。当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用测距传感器采集人车距离信息，测距传感器代替测距设备提供测量数据。当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过测距设备获取第一距离数据，通过测距传感器获取第二距离数据，将所述第一距离数据、所述第二距离数据和预设值进行比较，根据比较的结果得到更精确的第二人车距离信息和第三人车距离信息。根据所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息和所述第三人车距离信息生成预警信息，利用测距传感器和测距设备相结合，在精准检测的同时降低了设备投入的成本。

本发明还提供一种矿用装备人员预警装置，包括：

第一获取人员信息单元，所述获取第一人车距离信息单元用于当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用所述超声波雷达和所述激光雷达采集第一人车距离信息；

获取距离数据单元，所述获取距离数据单元用于当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过所述UWB基站和所述UWB标签获取第一距离数据，通过所述超声波雷达获取第二距离数据；

第二获取人员信息单元，所述获取第二人车距离信息单元用于当所述第一距离数据和所述第二距离数据均大于预设值时，根据所述第一距离数据得到第二人车距离信息，当所述第一距离数据和所述第二距离数据均小于等于所述预设值时，根据所述第二距离数据得到第三人车距离信息；

预警单元，所述预警单元用于根据所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息生成预警信息。

本发明所述矿用装备人员预警装置与所述矿用装备人员预警方法相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明实施例中矿用装备人员预警方法的流程示意图；

图2所示为本发明实施例中矿用装备具体实施例的示意图；

图3所示为本发明实施例中第一优选实施例的流程示意图；

图4所示为本发明实施例中第二优选实施例的流程示意图；

图5所示为本发明实施例中矿用装备人员预警装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中矿用装备人员预警方法应用于矿区设备。该矿区设备包括控制器，控制器可以执行任一项矿用装备人员预警方法，控制器具体可以是组合逻辑控制器或微程序控制器。

结合图1所示，本实施例提供一种矿用装备人员预警方法，基于矿用装备人员预警系统，所述矿用装备人员预警系统包括矿用系统和人员系统，所述人员系统包括UWB标签，所述UWB标签用于设置于工作人员，所述矿用系统包括UWB基站、激光雷达和多个超声波雷达，所述UWB基站用于设置于矿用装备，所述激光雷达用于安装于所述矿用装备的中央前端，多个所述超声波雷达用于围绕所述矿用装备外侧设置，所述矿用装备人员预警方法包括：

步骤110，当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用所述超声波雷达和所述激光雷达采集第一人车距离信息；

步骤120，当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过所述UWB基站和所述UWB标签获取第一距离数据，通过所述超声波雷达获取第二距离数据；

步骤130，当所述第一距离数据和所述第二距离数据均大于预设值时，根据所述第一距离数据得到第二人车距离信息，当所述第一距离数据和所述第二距离数据均小于等于所述预设值时，根据所述第二距离数据得到第三人车距离信息；

步骤140，根据所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息生成预警信息。

具体地，所述矿用装备人员预警系统包括矿用装备和人员设备，所述人员设备包括一个UWB标签，所述UWB标签用于与所述UWB基站相互发射脉冲信号计算矿用装备与侧方或后方的工作人员距离，所述矿用装备包括一个UWB基站、一个激光雷达和多个超声波雷达，通过激光雷达和超声波雷达检测所述矿用设备与前方的工作人员距离。获取工作人员与矿用装备的位置信息，判断所述工作人员和所述矿用装备位置，当无所述工作人员时，所述矿用装备正常工作。当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，将所述超声波雷达和所述激光雷达采集到的数据融合得到的距离记为第一人车距离信息。当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，利用UWB设备和超声波雷达相结合确定所述工作人员位置，根据测量距离的远近保留不同设备采集的距离数据结果，当所述工作人员和所述矿用装备的距离大于所述预设值，将通过所述UWB基站和所述UWB标签获取的第一距离数据作为第二人车距离信息，所述工作人员和所述矿用装备的距离小于等于所述预设值，将通过所述超声波雷达获取的第二距离数据作为第三人车距离信息。UWB基站启动后在其时间戳上的T1时刻发射发送脉冲信号到UWB标签，UWB标签在接收到脉冲信号后在T2时刻发射一个响应信号至UWB基站，UWB基站在其时间戳T3时刻接收。根据脉冲信号发送时间和接收响应信号时间计算UWB基站和UWB标签间的距离。根据所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息生成预警信息。需要说明的是，本发明超声波雷达围绕所述矿用装备外侧设置，对于所述超声波雷达设置的间隔距离不做具体限定，只需保证所述矿用装备每个侧面都设有所述超声波雷达即可。

在一些具体实施例中，结合图2所示，所述矿用装备设置有UWB基站，所述矿用装备的前方安装1个激光雷达和4个超声波雷达，左右两侧各对称安装2对超声波雷达，后方均匀间隔安装5个超声波雷达。在本实施例中通过均匀间隔设置超声波雷达以达到最优检测工作人员与所述矿用装备距离的效果。

本实施例所述的矿用装备人员预警方法，基于矿用装备人员预警系统，通过在矿用装备上的UWB基站向人员设备上设置的UWB标签发射脉冲信号，计算矿用设备与侧方或后方的工作人员的距离数据，保障在井下恶劣环境中测量的精度，同时设置超声波雷达避免单组UWB设备近距离检测会产生误差的问题。并利用激光雷达和超声波雷达融合监测数据代替UWB设备，检测矿用设备与前方的工作人员的距离数据，保障检测速率，解决由于矿用装备向前行驶不能及时反映的问题。通过获取工作人员与矿用装备的位置信息，根据工作人员处于矿用装备不同位置采用不同的判定方式，增加检测精准度。当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用测距传感器采集人车距离信息，测距传感器代替测距设备提供测量数据。当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过测距设备获取第一距离数据，通过测距传感器获取第二距离数据，将所述第一距离数据、所述第二距离数据和预设值进行比较，根据比较的结果得到更精确的第二人车距离信息和第三人车距离信息。根据所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息和所述第三人车距离信息生成预警信息，利用测距传感器和测距设备相结合，在精准检测的同时降低了设备投入的成本。

本发明实施例中，所述当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用所述超声波雷达和所述激光雷达采集第一人车距离信息，包括：

当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用所述超声波雷达采集人员坐标数据，利用所述激光雷达采集激光点云数据；

对所述人员坐标数据和所述激光点云数据预处理，分别得到超声波检测结果和激光检测结果；

将所述超声波检测结果和所述激光检测结果的坐标统一为标准坐标系，并对所述超声波检测结果和所述激光检测结果栅格化，分别得到超声波雷达坐标和激光雷达坐标；

将所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标重叠，得到第一人车距离信息。

具体地，所述超声波雷达通过发出超声波，根据障碍物的回声信息采集人员坐标数据，所述激光雷达通过不断发出激光并收集反射点信息，从而采集激光点云数据，进行预处理后得到超声波检测结果和激光检测结果。由于超声波雷达和激光雷达的位置不同，首先要将所述超声波检测结果和所述激光检测结果的坐标统一到标准坐标系中，同时为方便结果融合对所述超声波检测结果和所述激光检测结果栅格化，得到超声波雷达坐标和激光雷达坐标。将超声波雷达坐标和激光雷达坐标中叠加的部分在栅格中进行融合，得到第一人车距离信息。

本实施例的矿用装备人员预警方法同时采用超声波雷达和激光雷达进行检测，通过使用激光雷达弥补超声波雷达在测量较远距离的目标时，由于回波信号较弱从而影响精度的问题。同时超声波雷达激光雷达探测范围更广，在纵向可探测距离更远。通过激光雷达和超声波雷达相结合，融合激光雷达和超声波雷达检测结果的方式增加探测结果的准确度。

本发明实施例中，所述将所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标重叠，得到第一人车距离信息之前，还包括：

所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标实时更新，同时预测所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标的移动轨迹。

本实施例的矿用装备人员预警方法通过实时更新所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标并预测移动轨迹，加快信息处理速度，保证结果精确性。

本发明实施例中，所述对所述人员坐标数据和所述激光点云数据预处理，得到超声波检测结果和激光检测结果，包括：

剔除所述人员坐标数据中大于预设坐标数据的远距离数据，得到所述超声波检测结果；

剔除所述激光点云数据中超出预设有效范围的无关数据点，得到处理数据，并过滤所述处理数据中的噪声点，得到所述激光检测结果。

具体地，通过筛选超声波雷达获取的人员坐标数据，首先剔除人员坐标数据中大于预设坐标数据的远距离数据，只保留相对较近的人员坐标数据作为超声波检测结果。剔除激光雷达获取的激光点云数据中超出预设有效范围的无关数据点，得到处理数据，再利用滤波器滤除激光点云中产生干扰的噪声点，得到激光检测结果。

本实施例的矿用装备人员预警方法通过对所述人员坐标数据和所述激光点云数据进行预处理，剔除激光点云数据中超出预设有效范围的无光数据点得到处理数据，并对处理数据进行过滤得到激光检测结果，提高获取数据的准确性。剔除人员坐标数据中不需要的信息，从而减少计算负担。

本发明实施例中，所述当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过所述UWB基站和所述UWB标签获取第一距离数据，包括：

当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过所述UWB基站和所述UWB标签获取UWB距离数据；

利用卡尔曼滤波对所述UWB距离数据处理，得到状态更新方程；

通过所述状态更新方程判断视距环境是否发生改变；

根据判断的结果调整所述状态更新方程，根据调整后的所述状态更新方程通过带入当前时刻状态预测值得到所述第一距离数据。

具体地，当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，获取UWB距离数据，利用卡尔曼滤波通过UWB距离数据重构状态值得到状态更新方程，再通过判断视距环境是否发生改变对所述状态更新方程进行调整，将非视距阶段输出值变化趋于前一阶段变化态势，根据调整后的所述状态更新方程得到第一距离数据，根据超声波雷达获取第二距离数据。所述调整后的状态更新方程公式如下所示：

其中，所述X(t)表示调整后的状态更新方程；所述X(t-1)表示通过卡尔曼滤波过程得到的t-1时刻的最优值；所述Z_t表示t时刻变化态势。

本实施例的矿用装备人员预警方法通过所述UWB距离数据得到状态预测方程，判断视距环境是否发生改变对所述状态更新方程进行调整得到第一距离数据，再通过所述测距传感器获取第二距离数据。利用UWB和测距传感器相结合测量具体数据，减少需要设置的UWB设备数量。

本发明实施例中，所述通过所述状态更新方程判断视距环境是否发生改变，包括：

通过所述状态更新方程得到两个相邻的实际测量值；

根据两个相邻的所述实际测量值，得到测量值变化速率；

比较所述测量值变化速率和门限值的大小；

根据比较的结果判断视距环境是否发生改变。

具体地，通过相邻两个测量值得到测量值变化速率，所述测量值变化速率公式如下所示：

其中，所述F(t)表示测量值变化速率；所述X(t)表示通过卡尔曼滤波过程得到的t时刻的最优值；所述X(t-1)表示通过卡尔曼滤波过程得到的t-1时刻的最优值；所述T为测距周期。当所述测量值变化速率小于门限值，则所述视距环境发生改变，当所述测量值变化速率大于等于门限值，则所述视距环境未发生改变。

在一些优选实施例中，假设测距环境由视距环境开始，通过比较测量值变化速率和门限值大小判断视距环境是否改变，还可以通过视距判别式判断环境是否改变，两个判决规则不同时生效。所述视距判别式公式如下所示：

(Z_t-1-X(t-1))(Z_t-X(t))≤0,

其中，所述Z_t-1表示t-1时刻变化态势；所述Z_t表示t时刻变化态势；所述X(t|t-1)表示状态预测方程；所述X(t)表示状态更新方程。

本实施例的矿用装备人员预警方法通过比较相邻两个测量值变化速率和门限值大小判断视距环境是否改变，减少测距过程中由于视距条件改变产生的异常波动，增加测量精度。

本发明实施例中，所述利用卡尔曼滤波对所述UWB距离数据处理，得到状态更新方程，包括：

利用所述UWB距离数据得到状态预测方程；

计算所述状态预测方程参数的协方差，得到协方差预测方程；

计算所述协方差预测方程的卡尔曼增益，根据所述卡尔曼增益得到所述状态更新方程。

具体地，利用所述UWB距离数据得到状态预测方程，所述状态预测方程公式如下所示：

X(t|t-1)＝A_tX(t-1)+B_tU(t)，

其中，所述X(t|t-1)表示状态预测方程；所述A_t表示状态转移矩阵；所述B_t表示控制变量矩阵；所述U(t)表示当前时刻状态控制向量；所述X(t-1)表示t-1时刻的观测量。

根据所述状态预测方程参数得到协方差预测方程，所述协方差预测方程公式如下所示：

P(t|t-1)＝A_tP(t-1)A^T+Q，

其中，所述P(t|t-1)表示协方差预测方程；所述P(t-1)表示X(t-1)的协方差；所述Q表示测距过程噪声的协方差矩阵；所述A^T表示A_t的协方差。

计算所述协方差预测方程的卡尔曼增益，所述卡尔曼增益公式如下所示：

其中，所述K_t表示卡尔曼增益；所述H_t表示测量方程中的观测矩阵；所述R表示测量过程中的噪声协方差矩阵；所述H_t ^T表示H_t的转置矩阵。

根据所述卡尔曼增益得到状态更新方程，所述状态更新方程公式如下所示：

X(t)＝X(t|t-1)+K_t(Z_t-H_tX(t|t-1))，

其中，所述X(t)表示状态更新方程，即通过卡尔曼滤波过程得到的t时刻的最优值；所述Z_t表示系统t时刻的测量值；所述K_t表示估计值和测量值加权运算值。

状态更新方程的协方差更新方程公式如下所示：

P(t)＝(I-K_tH_t)P(t|t-1)，

其中，所述P(t)表示状态更新方程的协方差更新方程；所述I表示单位矩阵。

本实施例的矿用装备人员预警方法利用所述UWB距离数据得到状态预测方程，通过预测协方差预测方程，计算卡尔曼增益得到状态更新方程。减少UWB在动态环境下受周围钢板、人体、模板和墙壁等非视距环境影响造成的误差，通过测距值斜率特征结合卡尔曼滤波优化测距结果，减少非视距影响。

本发明实施例中，所述根据所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息生成预警信息，包括：

当所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息小于等于第一预警阀值时，生成第一预警；

当所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息小于等于所述第二预警阀值并大于所述第一预警阀值时，生成第二预警。

在一些具体实施例中，当所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息小于3m，判定人员处于停车区，生成第一预警，矿用装备及人员设备内设置的警报器进行声光报警，同时发出矿用装备停机信号；当所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息小于8m并大于等于3m，判定人员处于警告区，生成第二预警，矿用装备及人员设备内设置的警报器进行声光报警。

本实施例的矿用装备人员预警方法通过设置第一预警阀值和第二预警阀值根据人员距离生成预警，同时设备做出相应的响应，设计更加人性化，贴合矿区实际工作情况。

本发明实施例中，所述矿用装备人员预警方法还包括：当所述第一距离数据大于所述预设值且所述第二距离数据小于等于所述预设值时，或当所述第一距离数据小于等于所述预设值且所述第二距离数据大于所述预设值时，重新获取所述第一距离数据和所述第二距离数据。

在一些优选实施例中，结合图3所示，矿用装备正常运行时，当矿用装备侧方、后方出现障碍物时，判断障碍物是否在3m内，当障碍物在3m内时提取超声波雷达数据，当障碍物在3m外时提取UWB数据；当矿用装备前方出现障碍物时，判断障碍物是否在3m内，当障碍物在3m内时提取超声波雷达数据，当障碍物在3m外时提取激光雷达数据。

在一些优选实施例中，结合图4所示，所述矿用设备设置有超声波雷达、激光雷达、电箱、显示器、报警器、UWB基站和控制器，所述工作人员佩戴设备包含报警器和UWB标签。电箱给控制器、超声波雷达、激光雷达、显示器和报警器供电，人员佩戴设备设有单独的供电模块。通过所述矿用设备设置的超声波雷达、激光雷达和UWB基站，以及所述工作人员佩戴的UWB标签测量人员方位。当所述工作人员到达第二警告区域内时，矿用装备和所述工作人员佩戴设备的报警器进行警告报警，同时矿用装备上的显示器显示人员方位，人员到达第一警告区域内时，报警信号加强同时返还停机信号到所述控制器。

本发明所述的矿用装备人员预警方法，基于矿用装备人员预警系统，通过在矿用装备上的UWB基站向人员设备上设置的UWB标签发射脉冲信号，计算矿用设备与侧方或后方的工作人员的距离数据，保障在井下恶劣环境中测量的精度，同时设置超声波雷达避免单组UWB设备近距离检测会产生误差的问题。并利用激光雷达和超声波雷达融合监测数据代替UWB设备，检测矿用设备与前方的工作人员的距离数据，保障检测速率，解决由于矿用装备向前行驶不能及时反映的问题。通过获取工作人员与矿用装备的位置信息，根据工作人员处于矿用装备不同位置采用不同的判定方式，增加检测精准度。当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用测距传感器采集人车距离信息，测距传感器代替测距设备提供测量数据。当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过测距设备获取第一距离数据，通过测距传感器获取第二距离数据，将所述第一距离数据、所述第二距离数据和预设值进行比较，根据比较的结果得到更精确的第二人车距离信息和第三人车距离信息。根据所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息和所述第三人车距离信息生成预警信息，利用测距传感器和测距设备相结合，在精准检测的同时降低了设备投入的成本。

和上述矿用装备人员预警方法相对应，本发明实施例还提供了一种矿用装备人员预警装置。图5所示为本发明实施例的矿用装备人员预警装置的示意图，如图5所示，矿用装备人员预警装置包括：

第一获取人员信息单元510，所述获取第一人车距离信息单元用于当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用所述超声波雷达和所述激光雷达采集第一人车距离信息；

获取距离数据单元520，所述获取距离数据单元用于当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过所述UWB基站和所述UWB标签获取第一距离数据，通过所述超声波雷达获取第二距离数据；

第二获取人员信息单元530，所述获取第二人车距离信息单元用于当所述第一距离数据和所述第二距离数据均大于预设值时，根据所述第一距离数据得到第二人车距离信息，当所述第一距离数据和所述第二距离数据均小于等于所述预设值时，根据所述第二距离数据得到第三人车距离信息；

预警单元540，所述预警单元用于根据所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息生成预警信息。

本发明实施例中，所述第一获取人员信息单元510还包括当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用所述超声波雷达采集人员坐标数据，利用所述激光雷达采集激光点云数据；

对所述人员坐标数据和所述激光点云数据预处理，得到超声波检测结果和激光检测结果；

将所述超声波检测结果和所述激光检测结果的坐标统一为标准坐标系，并对所述超声波检测结果和所述激光检测结果栅格化，得到超声波雷达坐标和激光雷达坐标；

将所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标重叠，得到第一人车距离信息。

所述第一获取人员信息单元510还包括所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标实时更新，同时预测所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标的移动轨迹。

所述第一获取人员信息单元510还包括剔除所述人员坐标数据中大于预设坐标数据的远距离数据，得到所述超声波检测结果；

剔除所述激光点云数据中超出预设有效范围的无关数据点，得到处理数据；

过滤所述处理数据中的噪声点，得到所述激光检测结果。

所述第二获取人员信息单元530还包括当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过所述UWB基站和所述UWB标签获取UWB距离数据；

利用卡尔曼滤波对所述UWB距离数据处理，得到状态更新方程；

通过所述状态更新方程判断视距环境是否发生改变；

根据判断的结果调整所述状态更新方程，根据调整后的所述状态更新方程得到第一距离数据；

通过所述超声波雷达获取第二距离数据。

所述第二获取人员信息单元530还包括通过所述状态更新方程得到两个相邻的实际测量值；

根据两个相邻的所述实际测量值，得到测量值变化速率；

比较所述测量值变化速率和门限值的大小；

根据比较的结果判断视距环境是否发生改变。

所述第二获取人员信息单元530还包括利用所述UWB距离数据得到状态预测方程；

计算所述状态预测方程参数的协方差，得到协方差预测方程；

计算所述协方差预测方程的卡尔曼增益，根据所述卡尔曼增益得到状态更新方程。

所述预警单元540还包括当所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息小于等于第一预警阀值时，生成第一预警；

当所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息小于等于所述第二预警阀值并大于所述第一预警阀值时，生成第二预警。

所述第二获取人员信息单元530还包括当所述第一距离数据大于所述预设值且所述第二距离数据小于等于所述预设值时，或当所述第一距离数据小于等于所述预设值且所述第二距离数据大于所述预设值时，重新获取所述第一距离数据和所述第二距离数据。

本发明所述矿用装备人员预警装置与所述矿用装备人员预警方法相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种矿用装备人员预警方法，其特征在于，基于矿用装备人员预警系统，所述矿用装备人员预警系统包括矿用系统和人员系统，所述人员系统包括UWB标签，所述UWB标签用于设置于工作人员，所述矿用系统包括UWB基站、激光雷达和多个超声波雷达，所述UWB基站用于设置于矿用装备，所述激光雷达用于安装于所述矿用装备的中央前端，多个所述超声波雷达用于围绕所述矿用装备外侧设置，所述矿用装备人员预警方法包括：

当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用所述超声波雷达和所述激光雷达采集第一人车距离信息；

当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过所述UWB基站和所述UWB标签获取第一距离数据，通过所述超声波雷达获取第二距离数据；

当所述第一距离数据和所述第二距离数据均大于预设值时，根据所述第一距离数据得到第二人车距离信息，当所述第一距离数据和所述第二距离数据均小于等于所述预设值时，根据所述第二距离数据得到第三人车距离信息；

根据所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息生成预警信息。

2.根据权利要求1所述的矿用装备人员预警方法，其特征在于，所述当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用所述超声波雷达和所述激光雷达采集第一人车距离信息，包括：

当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用所述超声波雷达采集人员坐标数据，利用所述激光雷达采集激光点云数据；

对所述人员坐标数据和所述激光点云数据预处理，分别得到超声波检测结果和激光检测结果；

将所述超声波检测结果和所述激光检测结果的坐标统一为标准坐标系，并对所述超声波检测结果和所述激光检测结果栅格化，分别得到超声波雷达坐标和激光雷达坐标；

将所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标重叠，得到第一人车距离信息。

3.根据权利要求2所述的矿用装备人员预警方法，其特征在于，在所述将所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标重叠，得到第一人车距离信息之前，还包括：

所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标实时更新，同时预测所述超声波雷达坐标和所述激光雷达坐标的移动轨迹。

4.根据权利要求2所述的矿用装备人员预警方法，其特征在于，所述对所述人员坐标数据和所述激光点云数据预处理，得到超声波检测结果和激光检测结果，包括：

剔除所述人员坐标数据中大于预设坐标数据的远距离数据，得到所述超声波检测结果；

剔除所述激光点云数据中超出预设有效范围的无关数据点，得到处理数据，并过滤所述处理数据中的噪声点，得到所述激光检测结果。

5.根据权利要求1所述的矿用装备人员预警方法，其特征在于，所述当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过所述UWB基站和所述UWB标签获取第一距离数据，包括：

当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过所述UWB基站和所述UWB标签获取UWB距离数据；

利用卡尔曼滤波对所述UWB距离数据处理，得到状态更新方程；

通过所述状态更新方程判断视距环境是否发生改变；

根据判断的结果调整所述状态更新方程，根据调整后的所述状态更新方程得到所述第一距离数据。

6.根据权利要求5所述的矿用装备人员预警方法，其特征在于，所述通过所述状态更新方程判断视距环境是否发生改变，包括：

通过所述状态更新方程得到两个相邻的实际测量值；

根据两个相邻的所述实际测量值，得到测量值变化速率；

比较所述测量值变化速率和门限值的大小；

根据比较的结果判断视距环境是否发生改变。

7.根据权利要求5所述的矿用装备人员预警方法，其特征在于，所述利用卡尔曼滤波对所述UWB距离数据处理，得到状态更新方程，包括：

利用所述UWB距离数据得到状态预测方程；

计算所述状态预测方程参数的协方差，得到协方差预测方程；

计算所述协方差预测方程的卡尔曼增益，根据所述卡尔曼增益得到所述状态更新方程。

8.根据权利要求1所述的矿用装备人员预警方法，其特征在于，所述根据所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息生成预警信息，包括：

当所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息小于或等于第一预警阀值时，生成第一预警；

当所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息小于或等于所述第二预警阀值并大于所述第一预警阀值时，生成第二预警。

9.根据权利要求1所述的矿用装备人员预警方法，其特征在于，所述矿用装备人员预警方法还包括：

当所述第一距离数据大于所述预设值且所述第二距离数据小于等于所述预设值时，或当所述第一距离数据小于等于所述预设值且所述第二距离数据大于所述预设值时，重新获取所述第一距离数据和所述第二距离数据。

10.一种矿用装备人员预警装置，其特征在于，基于矿用装备人员预警系统，所述矿用装备人员预警系统包括矿用系统和人员系统，所述人员系统包括UWB标签，所述UWB标签用于设置于工作人员，所述矿用系统包括UWB基站、激光雷达和多个超声波雷达，所述UWB基站用于设置于矿用装备，所述激光雷达用于安装于所述矿用装备的中央前端，多个所述超声波雷达用于围绕所述矿用装备外侧设置，所述矿用装备人员预警装置包括：

第一获取人员信息单元，所述获取第一人车距离信息单元用于当所述工作人员位于所述矿用装备前方时，利用所述超声波雷达和所述激光雷达采集第一人车距离信息；

获取距离数据单元，所述获取距离数据单元用于当所述工作人员位于所述矿用装备侧方或后方时，通过所述UWB基站和所述UWB标签获取第一距离数据，通过所述超声波雷达获取第二距离数据；

第二获取人员信息单元，所述获取第二人车距离信息单元用于当所述第一距离数据和所述第二距离数据均大于预设值时，根据所述第一距离数据得到第二人车距离信息，当所述第一距离数据和所述第二距离数据均小于等于所述预设值时，根据所述第二距离数据得到第三人车距离信息；

预警单元，所述预警单元用于根据所述第一人车距离信息、所述第二人车距离信息或所述第三人车距离信息生成预警信息。

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