CN210574333U

CN210574333U - 基于雷达和wifi的矿用卡车防碰撞预警系统

Info

Publication number: CN210574333U
Application number: CN201921297483.0U
Authority: CN
Inventors: 肖冬; 李宏宗; 何启飞; 张小桐; 林�源; 刘晨熠
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2029-08-12

Abstract

本实用新型涉及矿用卡车预警技术领域，提供一种基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统。本实用新型的系统包括WIFI信号发射模块、WIFI信号接收模块、雷达信号采集模块、信号处理模块、报警模块、显示模块；信号处理模块用于将WIFI信号强度输入距离计算模型并输出卡车之间的距离给安全判定模型，在卡车之间的距离小于报警距离阈值时根据从雷达信号采集模块接收到的电信号判断危险矿用卡车的方位，同时输出报警信号给报警模块、输出距离及方位给显示模块。本实用新型能够进行实时的防碰撞预警，在测距中检测面积大、检测距离长、检测精度高，能够进行弯道探测、恶劣天气和粉尘的影响小，且预警成本低、预警准确率及稳定性高。

Description

基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统

技术领域

本实用新型涉及矿用卡车预警技术领域，特别是涉及一种基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统。

背景技术

在矿山环境中，灰尘大，弯道多，矿用卡车的刹车距离长，矿用卡车的防碰撞预警成为难题。现有的矿用卡车防碰撞预警技术中，一般采用超声波技术、红外技术或GPS技术进行测距。然而，超声波技术中超声波传感器在灰尘较大的矿山环境中容易被尘土覆盖从而导致测距精度较低，红外技术检测距离短且没有弯道探测的能力、恶劣天气和矿山环境中的粉尘会对测量产生很大影响，GPS技术虽然能解决上述问题但其成本高、稳定性差、不利于大规模的生产及投入使用。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统，能够进行实时的防碰撞预警，在测距中检测面积大、检测距离长、检测精度高，能够进行弯道探测、恶劣天气和粉尘的影响小，且预警成本低、预警准确率及稳定性高。

本实用新型的技术方案为：

一种基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统，其特征在于：包括WIFI信号发射模块、WIFI信号接收模块、雷达信号采集模块、信号处理模块、报警模块、显示模块；

所述WIFI信号接收模块的输出端、所述雷达信号采集模块的输出端均与所述信号处理模块的输入端电气连接，所述信号处理模块的输出端与所述显示模块、所述报警模块的输入端分别电气连接；

所述WIFI信号发射模块用于向待预警矿用卡车周围区域发射WIFI信号；

所述WIFI信号接收模块用于接收周围区域内其他矿用卡车发出的WIFI信号，并将其他矿用卡车的WIFI信号强度和名称传输给所述信号处理模块；

所述雷达信号采集模块用于采集周围区域内其他矿用卡车的微波回波信号并将微波回波信号转换为电信号后传输给所述信号处理模块；

所述信号处理模块中封装有矿用卡车防碰撞预警模型，所述矿用卡车防碰撞预警模型包括距离计算模型、安全判定模型，所述距离计算模型以WIFI信号强度为输入、WIFI信号强度对应的距离为输出，所述安全判定模型以待预警矿用卡车与其他矿用卡车之间的距离为输入、报警信号为输出；所述信号处理模块用于将其他矿用卡车的WIFI信号强度输入距离计算模型并输出待预警矿用卡车与其他矿用卡车之间的距离给安全判定模型；所述信号处理模块用于在安全判定模型中判断待预警矿用卡车与其他矿用卡车之间的距离是否小于报警距离阈值，并在小于报警距离阈值时判定该其他矿用卡车为危险矿用卡车、根据从雷达信号采集模块接收到的电信号判断危险矿用卡车的方位，同时输出报警信号给所述报警模块、输出待预警矿用卡车与危险矿用卡车之间的距离及危险矿用卡车的方位数据给所述显示模块；

所述报警模块用于在接收到报警信号时进行报警；

所述显示模块用于显示接收到的方位数据及距离数据。

所述矿用卡车防碰撞预警模型为训练后的矿用卡车防碰撞预警模型；

所述矿用卡车防碰撞预警模型的构建和训练包括：采集矿山环境中不同距离下的WIFI信号强度数据，形成样本集，每个样本包括WIFI信号强度数据和该WIFI信号强度对应的距离数据；将WIFI信号强度作为输入、WIFI信号强度对应的距离作为输出，构建距离计算模型；从样本集中选取样本构成训练集，利用训练集对所述距离计算模型进行训练；根据矿山环境的实际需求设定安全判定模型中的报警距离阈值。

所述距离计算模型为基于RBF神经网络的距离计算模型。

所述WIFI信号发射模块为WIFI发射器，所述WIFI信号接收模块为WIFI接收器，所述雷达信号采集模块为雷达传感器，所述信号处理模块为中央处理器，所述显示模块为数码显示器，所述报警模块为语音报警器。

所述雷达传感器有四个，四个所述雷达传感器分别安装在矿用卡车的前后左右四个位置。

所述雷达传感器有八个，八个所述雷达传感器分别安装在矿用卡车的前、左前、右前、后、左、右、左后、右后八个位置。

所述雷达传感器为毫米波雷达传感器或激光雷达传感器。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型将WIFI技术应用于矿用卡车的距离检测中，通过WIFI信号发射模块向待预警矿用卡车周围区域发射WIFI信号，通过WIFI信号接收模块接收周围区域内其他矿用卡车发出的WIFI信号，通过将以WIFI信号强度为输入、WIFI信号强度对应的距离为输出的距离计算模型封装在信号处理模块中，能够根据WIFI信号强度来计算矿用卡车之间的距离，相比现有超声波测距技术，能够有效克服超声波传感器被尘土覆盖导致测距精度较低的问题；相比现有红外测距技术，能够进行弯道探测——尤其是在盲区较大的弯道中能够不受地形的限制检测到弯道另一方来车，而且检测面积大、检测距离长，不受光照的影响从而夜晚环境中也可达到很好的效果；相比现有GPS技术，测距成本低、稳定性高，能够大规模生产和投入使用。

(2)本实用新型将雷达技术应用于判断其他矿用卡车的方位，通过雷达信号采集模块采集周围区域内其他矿用卡车的微波回波信号并将微波回波信号转换为电信号后传输给信号处理模块，信号处理模块根据从雷达信号采集模块接收到的电信号判断矿用卡车的方位，能够实现长距离检测，且不受环境干扰。

(3)本实用新型基于雷达和WIFI技术，通过信号处理模块中的安全判定模型，能够实现对待预警矿用卡车与其他矿用卡车之间的距离和报警距离阈值之间的比较，并当矿用卡车之间的距离小于报警距离阈值时，通过报警模块进行报警、通过显示模块进行信息提示，能够为矿用卡车进行实时的防碰撞预警，且预警准确率高。

附图说明

图1为本实用新型的基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统的结构示意图。

图2为实施例中矿用卡车防碰撞预警模型的构建和训练流程图；

图3为实施例中本实用新型的基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统的结构示意图；

图4为本实用新型的基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统的使用流程图；

图5为实施例中本实用新型的基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统的安装示意图；

图6为实施例中距离计算模型的训练集和测试集中距离与WIFI信号强度间的关系示意图；

图7为实施例中距离计算模型的输出与实际距离的对比图。

图中，1-WIFI发射器，2-WIFI接收器，3-雷达传感器，4-中央处理器，5-数码显示器，6-语音报警器。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，本实用新型的基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统，其特征在于：包括WIFI信号发射模块、WIFI信号接收模块、雷达信号采集模块、信号处理模块、报警模块、显示模块；

所述报警模块用于在接收到报警信号时进行报警；

所述显示模块用于显示接收到的方位数据及距离数据。

如图2所示，所述矿用卡车防碰撞预警模型的构建和训练包括：采集矿山环境中不同距离下的WIFI信号强度数据，形成样本集，每个样本包括WIFI信号强度数据和该WIFI信号强度对应的距离数据；将WIFI信号强度作为输入、WIFI信号强度对应的距离作为输出，构建距离计算模型；从样本集中选取样本构成训练集，利用训练集对所述距离计算模型进行训练；根据矿山环境的实际需求设定安全判定模型中的报警距离阈值。

本实施例中，所述距离计算模型为基于RBF神经网络的距离计算模型。

本实施例中，RBF神经网络采用的传递函数即径向基函数为高斯核函数，基于Python语言编写矿用卡车防碰撞预警模型的程序；采集了1-50m距离下的WIFI信号强度数据构成样本集，从样本集中选取样本构成如图6所示的训练集和测试集；利用训练集对所述距离计算模型进行训练后，将测试集输入训练后的距离计算模型中，得到距离计算模型的输出与实际距离的对比结果如图7所示。

本实施例中，如图3所示，所述WIFI信号发射模块为WIFI发射器1，所述WIFI信号接收模块为WIFI接收器2，所述雷达信号采集模块为雷达传感器3，所述信号处理模块为中央处理器4，所述显示模块为数码显示器5，所述报警模块为语音报警器6。

本实施例中，所述雷达传感器3有四个，四个所述雷达传感器3分别安装在矿用卡车的前后左右四个位置。此外，根据对实际方位的需求，可以设置其他数量的雷达传感器3并将雷达传感器3安装在需要的方位，例如在另一个实施例中，所述雷达传感器3有八个，八个所述雷达传感器3分别安装在矿用卡车的前、左前、右前、后、左、右、左后、右后八个位置。

所述雷达传感器3为毫米波雷达传感器或激光雷达传感器。本实施例中，采用毫米波雷达传感器。所述雷达传感器3也可以是本领域技术人员能够想到的任何其他雷达传感器。

如图4所示，本实用新型的基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统的使用过程具体包括下述步骤：

步骤1：将所述基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统安装在矿山环境中的每个矿用卡车上，给每个矿用卡车的WIFI命名；每个矿用卡车的WIFI名称是唯一的；

步骤2：在矿用卡车开始运行时，启动所述基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统；

步骤3：所述WIFI信号接收模块接收周围区域内其他矿用卡车发出的WIFI信号，并将其他矿用卡车的WIFI信号强度和名称传输给所述信号处理模块；所述雷达信号采集模块采集周围区域内其他矿用卡车的微波回波信号并将微波回波信号转换为电信号后传输给所述信号处理模块；

步骤4：所述信号处理模块调用距离计算模型计算待预警矿用卡车与其他矿用卡车之间的距离，然后调用安全判定模型来判断待预警矿用卡车与其他矿用卡车之间的距离是否小于报警距离阈值，并在小于报警距离阈值时判定该其他矿用卡车为危险矿用卡车、根据从雷达信号采集模块接收到的电信号判断危险矿用卡车的方位，同时输出报警信号给所述报警模块、输出待预警矿用卡车与危险矿用卡车之间的距离及危险矿用卡车的方位数据给所述显示模块；

步骤5：所述报警模块在接收到报警信号进行报警，所述显示模块对接收到的方位数据及距离数据进行显示。

本实施例中，所述雷达信号采集模块包括四个雷达传感器3；所述步骤1中，如图5所示，将所述基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统安装在矿山环境中的每个矿用卡车上包括：将所述信号处理模块、显示模块、报警模块封装在一起并安装在待预警矿用卡车的驾驶室内，将四个所述雷达传感器3分别安装在待预警矿用卡车的前后左右四个位置，将所述WIFI信号发射模块、所述WIFI信号接收模块均安装在待预警矿用卡车的内部。

显然，上述实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。上述实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。基于上述实施例，本领域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，也即凡在本申请的精神和原理之内所作的所有修改、等同替换和改进等，均落在本实用新型要求的保护范围内。

Claims

1.一种基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统，其特征在于：包括WIFI信号发射模块、WIFI信号接收模块、雷达信号采集模块、信号处理模块、报警模块、显示模块；

所述报警模块用于在接收到报警信号时进行报警；

所述显示模块用于显示接收到的方位数据及距离数据。

2.根据权利要求1所述的基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统，其特征在于，所述矿用卡车防碰撞预警模型为训练后的矿用卡车防碰撞预警模型；

3.根据权利要求2所述的基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统，其特征在于，所述距离计算模型为基于RBF神经网络的距离计算模型。

4.根据权利要求1所述的基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统，其特征在于，所述WIFI信号发射模块为WIFI发射器(1)，所述WIFI信号接收模块为WIFI接收器(2)，所述雷达信号采集模块为雷达传感器(3)，所述信号处理模块为中央处理器(4)，所述显示模块为数码显示器(5)，所述报警模块为语音报警器(6)。

5.根据权利要求4所述的基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统，其特征在于，所述雷达传感器(3)有四个，四个所述雷达传感器(3)分别安装在矿用卡车的前后左右四个位置。

6.根据权利要求4所述的基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统，其特征在于，所述雷达传感器(3)有八个，八个所述雷达传感器(3)分别安装在矿用卡车的前、左前、右前、后、左、右、左后、右后八个位置。

7.根据权利要求4所述的基于雷达和WIFI的矿用卡车防碰撞预警系统，其特征在于，所述雷达传感器(3)为毫米波雷达传感器或激光雷达传感器。