基于多源信息融合的无轨设备安全预警方法及系统与流程

本发明属于矿山无轨设备领域，具体涉及一种无轨设备运行的预警方法，还涉及一种预警方法。

背景技术：

1、机械化开采成为井下矿山发展的趋势，井下无轨设备因其机动灵活、适应较复杂环境，而被广泛应用于井下金属非金属地下矿山，且越来越广泛。但因井下巷道尺寸受限，且为防护碰撞落石等的需要，无轨设备普遍存在车体驾驶室位置低、空间有限，车身长等问题，造成车辆盲区范围大，工作过程中存在较大安全隐患，易引发各种事故。无轨设备伤人事故已经成为矿山的一个重要的风险点。

2、为减少和消除因无轨设备视野盲区导致车辆伤害事故，现有技术主要采用基于雷达或传感器的车辆防相撞预警系统。当安装在车辆周围的识别装置监测到有障碍物距离过近时会发出报警，提示驾驶员和相关人员。但是，这种监测报警对于井下巷道行驶的车辆，仍然存在缺陷和隐患：

3、首选，受巷道高度和宽度，及人员车辆相互间的影响，即使车辆周围出现的是其它障碍物，报警状态也会一直出现，失去了其应有的预警意义。

4、其次，现有的预警系统没有与人体行为识别结合起来，尤其不能识别盲区内的人体行为，存在预警盲点。

5、再次，无法结合人体行为与无轨设备的状态做出智能预警与控制的联动，预警效果差，无法真正提高安全性。

6、第四，井下条件恶劣，情况复杂，人员众多，车辆上的识别装置无法提前感知人员的出现位置，必须时刻保持高强度的监控状态，运算量大，时滞性强，不能及时发现危险情况并立刻采取措施，甚至会因为发热量大等问题导致无法正常运行。

7、第五，现有的报警机制是车辆单方面的报警，井下环境视野查、噪声大，处于危险情况下的作业人员往往无法及时接收到报警信号，或者依据报警也无法立刻发现危险车辆。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于多源信息融合的无轨设备安全预警方法及系统，其目的是：(1)实现车辆与人员的实时性交互式预警，确保车辆与人员可以发送、接收到有效的报警信号；(2)为车辆提供盲区识别能力，消除预警盲点；(3)降低识别装置的运算量，提高识别的及时性和稳定性；(4)实现预警与车辆控制的联动，提高安全性。

2、本发明技术方案如下：

3、一种基于多源信息融合的无轨设备安全预警方法，步骤为：

4、步骤1、车辆和作业人员向中控系统实时上报位置；中控系统根据车辆和作业人员的位置，实时判断车辆与作业人员之间是否存在轨迹交集；

5、步骤2、如果某车辆与某作业人员之间存在交集，则启动安装在该车辆上的安全预警识别装置，并启动该作业人员身上的立体感知系统，然后继续执行步骤3；如果不存在交集，则返回步骤1继续监测；

6、步骤3、环境安全监测系统通过安全预警识别装置判断该工作人员是否存在与该车辆相互碰撞的可能性以及二者之间的距离，得到监测结果；

7、步骤4、中控系统根据环境安全监测系统的结果判断预警等级，如果预警等级为低，则该车辆上的报警装置和该行人身上的立体感知系统均发出低频报警，然后跳回步骤3；如果预警等级为高，则继续执行步骤5；

8、步骤5、预测该车辆在驾驶员收到报警后采取刹车的情况下是否仍会与该行人是否会发生碰撞；如果预测结果认为不会碰撞，则车辆上的报警装置和该行人身上的立体感知系统均发出高频报警，然后回到步骤3，重新进行环境安全监测并判断预警等级；如果预测结果认为会碰撞，则中控系统向车辆的控制系统发出主动刹车信号，控制车辆主动刹车，直至危险解除后，解锁车辆并回到步骤1。

9、作为所述基于多源信息融合的无轨设备安全预警方法的进一步改进：步骤1中，依据电子围栏判断车辆与作业人员之间是否存在轨迹交集；所述电子围栏是指中控系统围绕车辆和、或作业人员的实时位置而设置的虚拟干涉范围，判断时，若车辆和作业人员的电子围栏之间存在交集、或电子围栏与另一方的位置存在交集，则认为二者存在轨迹交集。

10、作为所述基于多源信息融合的无轨设备安全预警方法的进一步改进：步骤2中，当中控系统发现某车辆与某工作人员之间的轨迹存在交集，则在启动安全预警识别装置之前，先关闭安全预警识别装置上的洁净防护装置；当中控系统发现某车辆与某工作人员之间的轨迹不存在交集，则检测安全预警识别装置上的洁净防护装置是否已经启动，如果未启动则启动，在确定洁净防护装置已启动后，再返回步骤1。

11、作为所述基于多源信息融合的无轨设备安全预警方法的进一步改进，步骤3的具体步骤为：

12、步骤3.1、环境安全检测系统以高帧率启动安全预警识别装置；

13、步骤3.2、安全预警识别装置对获取到的环境信息的噪声进行评估，如果噪声过高则启动环境信息降噪算法后再执行步骤3.3，否则直接执行步骤3.3；

14、步骤3.3、安全预警识别装置对周围障碍物进行实时监测；

15、步骤3.4、安全预警识别装置根据当前获取的数据判断是否切换帧率，如果需要切换则在切换后跳转至步骤3.3，否则执行步骤3.5；

16、步骤3.5、安全预警识别装置获取监测到的障碍物目标与本车辆之间的距离，给出监测结果；

17、步骤3.6、等待一段时间，如果收到关闭请求，则关闭环境安全监测系统，否则跳转至步骤3.3，继续监测。

18、作为所述基于多源信息融合的无轨设备安全预警方法的进一步改进：所述步骤3.5中，首先根据车辆当前的速度、载重和方向盘的位置，计算出车辆按当前状态继续行驶需要经过的空间即监测空间；然后，安全预警识别装置中的摄像头实时捕捉、识别是否有工作人员进入到该监测空间中，如果有工作人员进入，通过摄像头拍摄的图像获得该工作人员相对于车辆的位置与运动速度，再进一步获取雷达的扫描结果，将扫描结果中与该位置相对应的障碍物与车辆之间的距离作为该工作人员与车辆之间的距离。

19、作为所述基于多源信息融合的无轨设备安全预警方法的进一步改进：在通过摄像头获取到进入监测空间的工作人员的图像后，将该图像显示在车载显示屏上，并根据工作人员与车辆之间的距离设定不同的声光报警状态，同时在车载显示屏上围绕该工作人员提供不同颜色的警示信息。

20、作为所述基于多源信息融合的无轨设备安全预警方法的进一步改进：步骤4中，如果某个车辆或行人需要同时发出多个不同等级的报警信号，则按其中最高的等级进行报警。

21、作为所述基于多源信息融合的无轨设备安全预警方法的进一步改进：步骤5中，如果预测结果认为会碰撞，则在中控系统向车辆的控制系统发出主动刹车信号后，先监控车辆当前的刹车状态，如果驾驶员已经刹车或者临时取消主动刹车功能，则跳回到步骤3，否则控制车辆主动刹车。

22、一种基于上述预警方法的无轨设备安全预警系统，包括所述中控系统，还包括安装在各车辆上的车载主机、车载显示屏、车载定位装置、车载报警装置和所述安全预警识别装置；

23、所述车载主机与中控系统通信连接，所述车载显示屏、车载定位装置、车载报警装置和安全预警识别装置分别与车载主机通信连接；

24、所述预警系统还包括安装在工作人员身上的、与所述中控系统通信连接的立体感知系统；所述立体感知系统中包含人体定位装置；

25、所述车载报警装置和立体感知系统均有声光报警模块和振动报警模块。

26、作为所述无轨设备安全预警系统的进一步改进：所述安全预警识别装置包括安装在车辆左前方、右前方、左后方和右后方的四组摄像机与超声雷达；

27、所述车载报警装置包括车内报警器和车外报警器。

28、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：(1)存在碰撞的可能时，同步向车辆和工作人员发出包括但不限于振动与声光的不同等级的报警信号，使得驾驶员和工作人员能够同时立刻意识到危险以及危险的程度，快速采取相应措施，最终实现车辆与人员的实时性交互式预警，确保报警的有效性；(2)在电子围栏的基础上，进一步通过安全预警识别装置判断该工作人员是否存在与车辆相互碰撞的可能性以及距离，从而为车辆提供全方位的安全识别预警能力，消除预警盲点，提高预警的准确性；(3)只有在中控系统根据电子围栏发现车辆与作业人员之间存在交集后，才启动安全预警识别装置和立体感知系统，降低了车载安全预警识别装置的运算量，提高了识别的及时性和稳定性；(4)在发出高级碰撞预警之后，还能根据实际情况决策是否介入主动刹车，实现预警与车辆控制的联动，提高安全性；(5)可以充分利用不存在碰撞危险的时间自动清洁安全预警识别装置，减少井下扬尘等污染对识别装置的影响；(6)环境安全监测系统根据周围环境和监测情况自动启动降噪算法、切换帧率，提高监测的准确性，减少不必要的工作量。