礦山運輸安全智能預警體系研究

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。礦區運輸車輛為了節省時間和成本，很少使用小型車輛進行運輸。大型車輛的視覺盲區是造成交通事故的主要原因，而礦區運輸和城市市區中的出租車不同，沒有固定的工作時間，長途運輸會導致司機疲勞駕駛。疲勞駕駛的危害和酒駕的危害一樣大。經有關部門統計，礦山地區的礦產運輸車輛發生事故的概率約為4.36次/a[1]，每次事故都有不同程度的傷亡。如果礦山運輸的時候可以進行避免事故發生的預警系統，就可以大大減少礦山運輸的死亡率。

安全智能預警體系的建立的立足點是根據導致事故發生因素中最主要的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生故障，例如剎車失靈等原因也是發生運輸事故的一大重要原因。

1 設計交通安全預警系統

視野盲區分為動態盲區和靜態盲區，無論那種盲區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是無法實現盲區填充的，需要結合電子羅盤技術進行定位系統改造。還要附加一些其他的現代化電子設備，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，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格形式展現，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出警告。

圖1 系統預警區域范圍示意圖

具體設定為：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控。當兩輛車的距離小于20m時候，車輛語音系統發出即將相撞警告。

2 設計超速預警系統

采礦作業不止運輸礦產需要車輛，采礦的各個環節都需要車輛。實地考察、拉運貨物、接送工人、運輸礦產等等，所以作業現場車輛往來頻繁。再加上山區道路崎嶇顛簸，一旦車速過快很容易造成交通事故直接導致車毀人亡。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則。超速預警和交通事故預警在車內的設備可以使用同一套，這樣也可以節省一部分成本。只要駕車司機出現超速狀態立刻發出警報。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，早些完成生產任務。所以在礦區和沿途也要安裝檢測車速的裝置，一旦發生車輛超速現象嚴格按照違規處理。車速檢測設備的運行原理是無線信號發出依靠信號回傳反饋信息。每天進行車輛行駛速度記錄，違規超過三次對司機進行罰款，一個月出現超速現象給予獎勵，科學手段和獎懲并存的手段結合，減少車輛超速的現象。

3 設計疲勞駕駛預警系統

大型卡車一般是按照運輸物品的體積或者運輸次數進行工資結算，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生的危險性。疲勞駕駛的智能識別系統依靠的是人臉識別系統的應用，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，識別系統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據的對比來驗證駕駛員的困倦狀態。系統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的時候，語音農保系統會發出警告。到了行駛目的地之后，被警告司機10小時之內不能再繼續駕駛。

4 設計車輛故障預警系統

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，在預判車輛涉車失靈的時候自動熄火。可以在車輛上安裝雷達裝置，可以提前監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，避免悲劇發生。

礦區運輸安全的最易出現紕漏的地方都已經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揮作用。因此該設備必需同時具備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。將技術進行簡單融合最終形成一體化車輛運輸預警系統。系統融合后處理器只要實現的是障礙物識別，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的角度。車輛內部只安裝顯示屏（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，人臉識別與數據對比為一個模塊。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。設置幾項因素的固定參數值。采用傳統方法和本文方式進行仿真模擬實驗，看礦山運輸的過程中避開這些因素的幾率那個更高。

5.1 實驗準備與參數設置

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

安全系數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據太片面，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，車輛出事故的概率就越小。

5.2 實驗結果與分析

進過仿真實驗數據分析，在早中晚三個時間段進行模擬運輸。測算傳統運輸方式和加上本文設計的運輸體系下三次運輸的平均速度，得到數據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交通事故的概率。而安裝本文設計的安全系統之后，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間之內，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，尤其礦山上路燈設施沒有市區完備，所以更應該減速慢行，保證車輛的運輸安全。

6 結語

本文基于礦山運輸危險性高的問題，重新設計了礦山運輸的智能預警體系。在傳統方式的基礎上安裝了更多預警裝置。最大限度的減小了車輛發生危險的可能性。但是由于本文篇幅有限，實驗驗證的優勢只有一點，希望在接下來的研究中可以證明該體系的其他優勢。