矿山运输安全智能预警体系研究

2021-06-28爨璐鹏许建民

中国金属通报 2021年8期

爨璐鹏，许建民

（宝鸡西北有色七一七总队有限公司，陕西宝鸡 721000）

矿山上进行矿石运输也属于矿山安全事故的一种。矿区运输车辆为了节省时间和成本，很少使用小型车辆进行运输。大型车辆的视觉盲区是造成交通事故的主要原因，而矿区运输和城市市区中的出租车不同，没有固定的工作时间，长途运输会导致司机疲劳驾驶。疲劳驾驶的危害和酒驾的危害一样大。经有关部门统计，矿山地区的矿产运输车辆发生事故的概率约为4.36次/a[1]，每次事故都有不同程度的伤亡。如果矿山运输的时候可以进行避免事故发生的预警系统，就可以大大减少矿山运输的死亡率。

安全智能预警体系的建立的立足点是根据导致事故发生因素中最主要的4个方面。第一要素是车辆相撞，大型车辆的视野盲区会让司机忽略周边一些小型车辆的存在，如果不能依靠右眼进行辨认就只能依靠科技进行辅助。视野盲区并非所有交通事故的遮羞布，有些矿山上的交通事故是因为司机超速来不及刹车所导致了，而疲劳驾驶也是引起事故的主要原因。而除去司机的个人因素，车辆在驾驶过程中突然发生故障，例如刹车失灵等原因也是发生运输事故的一大重要原因。

1 设计交通安全预警系统

视野盲区分为动态盲区和静态盲区，无论那种盲区只要可以获得车辆的实时地理位置就可以有效的避免。单纯的GPS是无法实现盲区填充的，需要结合电子罗盘技术进行定位系统改造。还要附加一些其他的现代化电子设备，电子显示屏实时显示位置，语音播报功能用来进行语音预警。GPS定位运输车辆的位置，但由于矿山大多位于叫偏远地区，而GPS的定位在信号不佳的时候会有延迟或者偏差，所以需要电子罗盘辅助定位。同时利用该方法对附近车辆的位置进行定位，在液晶显示屏上将道路以网格形式展现，再显示周边车辆的位置。周边车辆在显示屏中和自身车辆采用不同的颜色代表，当自身车辆与其他车辆距离太近的时候会发出警告。

图1 系统预警区域范围示意图

具体设定为：显示车辆周围直径为150m范围的车辆，当其他车辆靠近自身车辆时候开始进行语音提示和实时位置监控。当两辆车的距离小于20m时候，车辆语音系统发出即将相撞警告。

2 设计超速预警系统

采矿作业不止运输矿产需要车辆，采矿的各个环节都需要车辆。实地考察、拉运货物、接送工人、运输矿产等等，所以作业现场车辆往来频繁。再加上山区道路崎岖颠簸，一旦车速过快很容易造成交通事故直接导致车毁人亡。车辆超速造成的矿山交通事故占所有交通事故的五分之一左右[2]。矿山运输一定要严格遵守交通规则。超速预警和交通事故预警在车内的设备可以使用同一套，这样也可以节省一部分成本。只要驾车司机出现超速状态立刻发出警报。但是很多司机会存在侥幸心理，觉得前后都没有车辆可以稍微开快一些，早些完成生产任务。所以在矿区和沿途也要安装检测车速的装置，一旦发生车辆超速现象严格按照违规处理。车速检测设备的运行原理是无线信号发出依靠信号回传反馈信息。每天进行车辆行驶速度记录，违规超过三次对司机进行罚款，一个月出现超速现象给予奖励，科学手段和奖惩并存的手段结合，减少车辆超速的现象。

3 设计疲劳驾驶预警系统

大型卡车一般是按照运输物品的体积或者运输次数进行工资结算，很多司机为了多赚一些钱，白天干完活还要通宵开车赚钱。疲惫了一天的身体无论是体力还是反应力都不如白天精力充沛的时候。司机工作强度大增加了事故发生的危险性。疲劳驾驶的智能识别系统依靠的是人脸识别系统的应用，主要是通过多司机眼睛部位进行疲劳识别，除了机器识别之外，后台还配有专业人员人工识别，以防机器对人的轻微面部表情不灵敏，测试疲劳驾驶效果不佳。无论是机器识别还是进行补充的人工识别都依靠的是著名的微表情管理作为理论基础，识别系统可以定位司机五官的位置来确定司机是否专心的目视前方，通过上眼皮和下眼皮的距离与原始数据的对比来验证驾驶员的困倦状态。系统还可以累积司机的工作时长，同一司机的驾驶时间不可超过八个小时。当检测到驾驶员处于疲劳状态的时候，语音农保系统会发出警告。到了行驶目的地之后，被警告司机10小时之内不能再继续驾驶。

4 设计车辆故障预警系统

车辆最危险的故障就是刹车失灵，刹车失灵是解决视觉盲区之后依旧无法避免车辆相撞的原因。如果可以在车辆上安装自动刹车装置，在预判车辆涉车失灵的时候自动熄火。可以在车辆上安装雷达装置，可以提前监测到车辆周围的障碍物位置，在车辆正常行驶的时候只起到识别障碍物的作用，当车辆刹车失灵时候，车辆与障碍物的距离小于安全距离雷达装置直接启动强制刹车程序，避免悲剧发生。

矿区运输安全的最易出现纰漏的地方都已经想到了有效的解决办法，但在同一辆车上安装四种不同的安全装置既繁琐有不好操作。将四种装置合成一种功能齐全的新装置，既可以定位语音播报[3]，又可以脸部识别疲劳驾驶，还可以在车辆刹车故障的时候发挥作用。因此该设备必需同时具备GPS定位功能、语音播报功能、面部识别功能和雷达障碍物识别几大功能。将技术进行简单融合最终形成一体化车辆运输预警系统。系统融合后处理器只要实现的是障碍物识别，同时具备两个雷达装置可以将障碍物的识别安危铺满车辆的四周，摄像头也全方位覆盖了其他车辆可能出现的角度。车辆内部只安装显示屏（附带面部识别摄像头）和语音播报器两个装置不会显得杂乱。系统按照功能分为四大块，GPS定位与定位辅助器为一个模块，人脸识别与数据对比为一个模块。雷达探测和强制刹车为一个模块，最后语音播报和超速监控为一个模块。

5 仿真实验

矿山运输安全的仿真实验采用控制变量法，将影响矿山运输安全的因素列举出来，使用理论分析会容易造成交通事故的几项因素。设置几项因素的固定参数值。采用传统方法和本文方式进行仿真模拟实验，看矿山运输的过程中避开这些因素的几率那个更高。

5.1 实验准备与参数设置

为了提高仿真平台实验数据的参考价值，采用模块化实验对比的形式，首先进行实验参数确定。仿真地点是某省东部矿山，应用GPS定位软件进行模拟道路情况，在仿真平台中设置200~350个节点作为道路的连接点。车辆和道路的参数确定之后使用软件自动转化为2D图像。

安全系数计算模块需要计算车辆的平均速度和相对速度变化率。如果车辆在行驶过程中没有超速，那么该车辆的平均速度也不会高于正常行驶的平均速度太多。为了防止平均速度一个数据太片面，还测试了相对速度变化率，相对速度变化率指的是开始刹车时间到车辆停车时间两个时间点速度的差值，相对速度变化率越大说明行驶过程越平稳，车辆出事故的概率就越小。

5.2 实验结果与分析

进过仿真实验数据分析，在早中晚三个时间段进行模拟运输。测算传统运输方式和加上本文设计的运输体系下三次运输的平均速度，得到数据绘制成图表如下图所示。

图2 平均速度对比

如上图所示，传统方式矿山运输车辆的平均速度在60km/h以上，在晚间路上其他车辆减少的时候速度甚至达到了70km/h以上，在市区或者高速公路上这个行驶速度也是不太安全的，而矿山上山路崎岖，半路上石头等障碍物也有很多，超速行驶势必会增加出现交通事故的概率。而安装本文设计的安全系统之后，车辆的行驶速度始终保持在50km/h~55km/h之间。在安全驾驶的行车速度区间之内，而晚间路面宽敞之后，行车速度反而下降。这是考虑到晚上光线不好，尤其矿山上路灯设施没有市区完备，所以更应该减速慢行，保证车辆的运输安全。