全景影像在大马力推土机的应用研究

刘曰奇，黄晓婷，徐 卓，万光前

（山推工程机械股份有限公司，山东 济宁 272073）

推土机在工程建设中发挥重要作用的同时，也往往伴随着安全生产问题。大马力推土机作业环境复杂，整机外形庞大，因设计原因不可避免地存在视野盲区，仅靠后视镜及现有视野范围很难保证周围安全。

随着经济的发展和社会的进步，安全生产问题越来越受到整个社会的关注和重视。安全施工不仅要依靠驾驶员的个人技术和安全意识，也需要提升车辆的安全设施和智能化水平。全景影像系统可以为驾驶员提供设备周围影像，有效减少视野盲区，有助于提高施工安全性。近年来，全景影像系统在汽车上应用越来越广泛，但在工程车辆特别是推土机上的应用还很少。我司某型大马力推土机配置全景影像系统，实现了推土机智能化和定制化的突破，此外该系统数据既能本地实时存储，也可实时上传至后台进行统一管理、调控，有效提升智慧矿山的建设水平。

1 全景影像系统简介

全景影像系统通过安装在周围的图像采集设备进行图像采集，把图像信息传输至主机进行图像处理，最后将处理后的图像传输至显示屏上。显示屏安装于驾驶室内，驾驶员通过显示屏可直观观察车辆周围情况，为安全驾驶提供便利，提高整机运行的安全。

为得到大马力推土机车身周圈全景环绕视图，需在推土机上安装图像采集设备。图像采集设备一般为不同类型摄像头，常见的有平角摄像头、广角摄像头。鱼眼摄像头是一种焦距短，视角大的广角摄像头，优点在于超大的视角，可包含更大的场景范围，但也存在采集的图像严重畸变的缺点，该畸变图像不符合正常的视觉习惯，需要进行算法矫正。全景影像系统的方案流程如图1 所示。

图1 全景影像系统方案流程图

2 大马力推土机视野分析

司机视野直接影响车辆主动安全性，是整车总布置及造型设计要始终关注的基本方面。本文采用CREO 中的Manikin 模块，人体模型选择ISO 3411 男性5%、50%、95%人体，根据标准GB/T 16937-2010《土方机械 司机视野 试验方法和性能准则》和ISO 5006：2017 等对某型大马力推土机进行视野分析，该推土机外形尺寸为11.5m×5.3m×4.6m，使用重量110t。

依据GB/T 16937-2010《土方机械 司机视野 试验方法和性能准则》相关规定，如图2 所示，对推土机进行12m 可视性实验圆视野计算机模拟计算分析，实验眼距按205mm 计算，分析结果见图3。

图2 推土机可视性实验的定位

图3 大马力推土机12m实验圆遮影图

根据分析计算可知，遮影范围主要有前机罩和驾驶室A 柱、驾驶室B 柱、防翻滚架以及驾驶室C 柱，其中前机罩和A 柱12m 实验圆上遮影宽度较大，视野区域A 遮影宽度约为6 000mm；视野区域B、C 范围内，左右B 柱遮影宽度约为800mm；防翻滚架遮影约为900mm；左右C 柱遮影范围较小，可忽略不计。

由于大马力推土机外形尺寸较大，前机罩在推土机1m 距离处遮影较大。其他方向视野情况较好，后侧可直接观察到松土器齿尖，两侧可直接观察到履带以及推土机铲刀刀角，工作装置视野情况较好，司机可观察推土机工作装置的工作情况。

综上所述，大马力推土机工作视野良好，受限于车体尺寸，前方视野及防翻滚架两侧区域周围环境存在视野盲区，存在安全驾驶隐患。

3 全景影像系统在大马力推土机上的应用

全景影像系统一般需要多个摄像头协同采集图像数据，为满足系统的需求，同时尽量减少系统复杂性，本文采用4 个视角为180°鱼眼摄像头，分别安装在推土机四周，用于采集推土机周围区域的图像信息，如图4 所示。左右镜头视角与车身平行；前后镜头视角与车身垂直。

图4 镜头安装示意图

全景影像系统需要对摄像头采集的图像数据进行处理：畸变矫正、俯视投影变换、图像配准以及图像融合等运算，系统须具备强大的计算处理能力、优良的实时性和稳定性等特点。采用HI3521 系统为核心，主要包括：电源模块、图像采集模块、图像处理模块、协同处理模块、存储模块以及CAN 通信模块等。

图5 是采集的4 幅鱼眼图像。得到鱼眼图像后对其使用标定方法进行图像矫正。本文采用调试布坐标点方式进行图像矫正，调试布规格：大黑格1×1m，棋盘小黑格0.2×0.2m，调试布放置示意图如图6 所示。

图5 鱼眼镜头采集图像

图6 推土机调试布示意图

经图像融合，选取适当范围的图像作为俯视图像，将推土机整机三维模型置于图像中心，即得到了推土机全景效果图，如图7 所示。整机实际使用时，显示屏显示区域分为两部分，左侧显示整机俯视图，右侧显示车辆正前方视图。同时系统支持CAN 协议，通过CAN 总线的输入信号来控制图像采集、图像处理以及图像显示模块的工作状态，如当系统检测到CAN 总线的R 档信号，显示屏右侧视图自动切换至后方图像。

图7 图像矫正拼接后图像效果

限于推土机的外形尺寸及前、后工作装置的工作特点，为实现整机完全成像，满足全景影像拼接效果，推土机驾驶员视野盲区未完全消除。经实际测量，盲区范围：前方铲刀正前约3m，左右两侧刀角至履带宽度约0.7m，松土器正后约1.5m。与未安装全景影像系统相比，司机视野盲区范围明显减小。

经推土机在矿山工作中实际测试，全景影像系统显示效果良好，无明显拼接痕迹，整体亮度均衡，且视频输出稳定，达到25 帧/s，左右转向及前进后退切换时，视频显示无明显延迟和卡顿，系统的实时性良好，满足实际应用。

4 结语

随着我国工业化进程的推进，大马力推土机施工过程中，如何应对复杂环境下人员或工程车辆靠近及避免碰撞的发生，是施工方和设备厂商亟须解决的问题，研究全景影像系统在大马力推土机上的应用具有重要的实际意义。大马力推土机配置全景影像系统，为驾驶室实时呈现推土机周围360°环境影像，可明显减小视野盲区，提高施工安全性。