礦山運輸安全智能預(yù)警體系研究

爨璐鵬，許建民

（寶雞西北有色七一七總隊有限公司，陜西 寶雞 721000）

礦山上進行礦石運輸也屬于礦山安全事故的一種。礦區(qū)運輸車輛為了節(jié)省時間和成本，很少使用小型車輛進行運輸。大型車輛的視覺盲區(qū)是造成交通事故的主要原因，而礦區(qū)運輸和城市市區(qū)中的出租車不同，沒有固定的工作時間，長途運輸會導(dǎo)致司機疲勞駕駛。疲勞駕駛的危害和酒駕的危害一樣大。經(jīng)有關(guān)部門統(tǒng)計，礦山地區(qū)的礦產(chǎn)運輸車輛發(fā)生事故的概率約為4.36次/a[1]，每次事故都有不同程度的傷亡。如果礦山運輸?shù)臅r候可以進行避免事故發(fā)生的預(yù)警系統(tǒng)，就可以大大減少礦山運輸?shù)乃劳雎省?/p>

安全智能預(yù)警體系的建立的立足點是根據(jù)導(dǎo)致事故發(fā)生因素中最主要的4個方面。第一要素是車輛相撞，大型車輛的視野盲區(qū)會讓司機忽略周邊一些小型車輛的存在，如果不能依靠右眼進行辨認就只能依靠科技進行輔助。視野盲區(qū)并非所有交通事故的遮羞布，有些礦山上的交通事故是因為司機超速來不及剎車所導(dǎo)致了，而疲勞駕駛也是引起事故的主要原因。而除去司機的個人因素，車輛在駕駛過程中突然發(fā)生故障，例如剎車失靈等原因也是發(fā)生運輸事故的一大重要原因。

1 設(shè)計交通安全預(yù)警系統(tǒng)

視野盲區(qū)分為動態(tài)盲區(qū)和靜態(tài)盲區(qū)，無論那種盲區(qū)只要可以獲得車輛的實時地理位置就可以有效的避免。單純的GPS是無法實現(xiàn)盲區(qū)填充的，需要結(jié)合電子羅盤技術(shù)進行定位系統(tǒng)改造。還要附加一些其他的現(xiàn)代化電子設(shè)備，電子顯示屏實時顯示位置，語音播報功能用來進行語音預(yù)警。GPS定位運輸車輛的位置，但由于礦山大多位于叫偏遠地區(qū)，而GPS的定位在信號不佳的時候會有延遲或者偏差，所以需要電子羅盤輔助定位。同時利用該方法對附近車輛的位置進行定位，在液晶顯示屏上將道路以網(wǎng)格形式展現(xiàn)，再顯示周邊車輛的位置。周邊車輛在顯示屏中和自身車輛采用不同的顏色代表，當自身車輛與其他車輛距離太近的時候會發(fā)出警告。

圖1 系統(tǒng)預(yù)警區(qū)域范圍示意圖

具體設(shè)定為：顯示車輛周圍直徑為150m范圍的車輛，當其他車輛靠近自身車輛時候開始進行語音提示和實時位置監(jiān)控。當兩輛車的距離小于20m時候，車輛語音系統(tǒng)發(fā)出即將相撞警告。

2 設(shè)計超速預(yù)警系統(tǒng)

采礦作業(yè)不止運輸?shù)V產(chǎn)需要車輛，采礦的各個環(huán)節(jié)都需要車輛。實地考察、拉運貨物、接送工人、運輸?shù)V產(chǎn)等等，所以作業(yè)現(xiàn)場車輛往來頻繁。再加上山區(qū)道路崎嶇顛簸，一旦車速過快很容易造成交通事故直接導(dǎo)致車毀人亡。車輛超速造成的礦山交通事故占所有交通事故的五分之一左右[2]。礦山運輸一定要嚴格遵守交通規(guī)則。超速預(yù)警和交通事故預(yù)警在車內(nèi)的設(shè)備可以使用同一套，這樣也可以節(jié)省一部分成本。只要駕車司機出現(xiàn)超速狀態(tài)立刻發(fā)出警報。但是很多司機會存在僥幸心理，覺得前后都沒有車輛可以稍微開快一些，早些完成生產(chǎn)任務(wù)。所以在礦區(qū)和沿途也要安裝檢測車速的裝置，一旦發(fā)生車輛超速現(xiàn)象嚴格按照違規(guī)處理。車速檢測設(shè)備的運行原理是無線信號發(fā)出依靠信號回傳反饋信息。每天進行車輛行駛速度記錄，違規(guī)超過三次對司機進行罰款，一個月出現(xiàn)超速現(xiàn)象給予獎勵，科學手段和獎懲并存的手段結(jié)合，減少車輛超速的現(xiàn)象。

3 設(shè)計疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)

大型卡車一般是按照運輸物品的體積或者運輸次數(shù)進行工資結(jié)算，很多司機為了多賺一些錢，白天干完活還要通宵開車賺錢。疲憊了一天的身體無論是體力還是反應(yīng)力都不如白天精力充沛的時候。司機工作強度大增加了事故發(fā)生的危險性。疲勞駕駛的智能識別系統(tǒng)依靠的是人臉識別系統(tǒng)的應(yīng)用，主要是通過多司機眼睛部位進行疲勞識別，除了機器識別之外，后臺還配有專業(yè)人員人工識別，以防機器對人的輕微面部表情不靈敏，測試疲勞駕駛效果不佳。無論是機器識別還是進行補充的人工識別都依靠的是著名的微表情管理作為理論基礎(chǔ)，識別系統(tǒng)可以定位司機五官的位置來確定司機是否專心的目視前方，通過上眼皮和下眼皮的距離與原始數(shù)據(jù)的對比來驗證駕駛員的困倦狀態(tài)。系統(tǒng)還可以累積司機的工作時長，同一司機的駕駛時間不可超過八個小時。當檢測到駕駛員處于疲勞狀態(tài)的時候，語音農(nóng)保系統(tǒng)會發(fā)出警告。到了行駛目的地之后，被警告司機10小時之內(nèi)不能再繼續(xù)駕駛。

4 設(shè)計車輛故障預(yù)警系統(tǒng)

車輛最危險的故障就是剎車失靈，剎車失靈是解決視覺盲區(qū)之后依舊無法避免車輛相撞的原因。如果可以在車輛上安裝自動剎車裝置，在預(yù)判車輛涉車失靈的時候自動熄火?？梢栽谲囕v上安裝雷達裝置，可以提前監(jiān)測到車輛周圍的障礙物位置，在車輛正常行駛的時候只起到識別障礙物的作用，當車輛剎車失靈時候，車輛與障礙物的距離小于安全距離雷達裝置直接啟動強制剎車程序，避免悲劇發(fā)生。

礦區(qū)運輸安全的最易出現(xiàn)紕漏的地方都已經(jīng)想到了有效的解決辦法，但在同一輛車上安裝四種不同的安全裝置既繁瑣有不好操作。將四種裝置合成一種功能齊全的新裝置，既可以定位語音播報[3]，又可以臉部識別疲勞駕駛，還可以在車輛剎車故障的時候發(fā)揮作用。因此該設(shè)備必需同時具備GPS定位功能、語音播報功能、面部識別功能和雷達障礙物識別幾大功能。將技術(shù)進行簡單融合最終形成一體化車輛運輸預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)融合后處理器只要實現(xiàn)的是障礙物識別，同時具備兩個雷達裝置可以將障礙物的識別安危鋪滿車輛的四周，攝像頭也全方位覆蓋了其他車輛可能出現(xiàn)的角度。車輛內(nèi)部只安裝顯示屏（附帶面部識別攝像頭）和語音播報器兩個裝置不會顯得雜亂。系統(tǒng)按照功能分為四大塊，GPS定位與定位輔助器為一個模塊，人臉識別與數(shù)據(jù)對比為一個模塊。雷達探測和強制剎車為一個模塊，最后語音播報和超速監(jiān)控為一個模塊。

5 仿真實驗

礦山運輸安全的仿真實驗采用控制變量法，將影響礦山運輸安全的因素列舉出來，使用理論分析會容易造成交通事故的幾項因素。設(shè)置幾項因素的固定參數(shù)值。采用傳統(tǒng)方法和本文方式進行仿真模擬實驗，看礦山運輸?shù)倪^程中避開這些因素的幾率那個更高。

5.1 實驗準備與參數(shù)設(shè)置

為了提高仿真平臺實驗數(shù)據(jù)的參考價值，采用模塊化實驗對比的形式，首先進行實驗參數(shù)確定。仿真地點是某省東部礦山，應(yīng)用GPS定位軟件進行模擬道路情況，在仿真平臺中設(shè)置200~350個節(jié)點作為道路的連接點。車輛和道路的參數(shù)確定之后使用軟件自動轉(zhuǎn)化為2D圖像。

安全系數(shù)計算模塊需要計算車輛的平均速度和相對速度變化率。如果車輛在行駛過程中沒有超速，那么該車輛的平均速度也不會高于正常行駛的平均速度太多。為了防止平均速度一個數(shù)據(jù)太片面，還測試了相對速度變化率，相對速度變化率指的是開始剎車時間到車輛停車時間兩個時間點速度的差值，相對速度變化率越大說明行駛過程越平穩(wěn)，車輛出事故的概率就越小。

5.2 實驗結(jié)果與分析

進過仿真實驗數(shù)據(jù)分析，在早中晚三個時間段進行模擬運輸。測算傳統(tǒng)運輸方式和加上本文設(shè)計的運輸體系下三次運輸?shù)钠骄俣龋玫綌?shù)據(jù)繪制成圖表如下圖所示。

圖2 平均速度對比

如上圖所示，傳統(tǒng)方式礦山運輸車輛的平均速度在60km/h以上，在晚間路上其他車輛減少的時候速度甚至達到了70km/h以上，在市區(qū)或者高速公路上這個行駛速度也是不太安全的，而礦山上山路崎嶇，半路上石頭等障礙物也有很多，超速行駛勢必會增加出現(xiàn)交通事故的概率。而安裝本文設(shè)計的安全系統(tǒng)之后，車輛的行駛速度始終保持在50km/h~55km/h之間。在安全駕駛的行車速度區(qū)間之內(nèi)，而晚間路面寬敞之后，行車速度反而下降。這是考慮到晚上光線不好，尤其礦山上路燈設(shè)施沒有市區(qū)完備，所以更應(yīng)該減速慢行，保證車輛的運輸安全。

6 結(jié)語

本文基于礦山運輸危險性高的問題，重新設(shè)計了礦山運輸?shù)闹悄茴A(yù)警體系。在傳統(tǒng)方式的基礎(chǔ)上安裝了更多預(yù)警裝置。最大限度的減小了車輛發(fā)生危險的可能性。但是由于本文篇幅有限，實驗驗證的優(yōu)勢只有一點，希望在接下來的研究中可以證明該體系的其他優(yōu)勢。