露天矿矿用自卸卡车路况安全预警装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种矿用自卸卡车路况安全预警装置及方法，装置包括示宽激光器、摄像机、立柱、远示距激光器和近示距激光器，在矿用自卸卡车前端设有立柱，在立柱上自下而上依次设置近示距激光器、远示距激光器、摄像机，近示距激光器和远示距激光器分别生成沿水平横向的近光斑和远光斑，示宽激光器与车轮中心线平齐，生成示宽光斑，采用线性激光扫描与图像识别相结合的方式，识别露天矿区路面安全状态，利用鼓包、落石和凹坑发生时导致的一字型光斑形变，可以定量检测路面缺陷的类型和严重程度，同时可以定位路面缺陷与车轮行进方向的间距，采用远光斑和近光斑两级预警方式，避免了紧急制动带来的不可逆损伤，结构新颖，可靠实用，经济型良好。

Warning device and method for road condition safety of dump truck in open pit mine

【技术实现步骤摘要】
露天矿矿用自卸卡车路况安全预警装置及方法
本专利技术涉及露天矿区汽车运输
，具体涉及一种露天矿矿用自卸卡车安全预警装置及方法。
技术介绍
矿用自卸卡车是国内外大型露天矿区汽车运输的主要装备，主要由车头、车架、车厢、车轮以及附带的动力、制动、减震缓冲装置等构成，具备自重大、载重大、体积大的特点。在露天矿生产过程中，路况好坏直接关系到矿用自卸卡车能否平稳运行。首先，由于矿用自卸卡车载重量大，以常见的卡特公司793F矿用自卸卡车为例，额定载重220吨，满载重量390吨，路面需要承受巨大的负载，导致路面易于出现凹坑或鼓包等缺陷。其次，矿用自卸卡车的车厢为开放式，当满载运送矿石或岩土的过程中，不可避免地发生矿石或岩土的洒落，当重载矿用自卸卡车的车轮压到洒落的矿石或岩土时，轻则加剧车轮的磨损甚至爆胎，重则造成整车的失稳甚至翻车。第三，矿用自卸卡车行进过程中巨大的惯量，对制动系统系统有着严苛的考验，通常需要先电制动减速，缓行后再机械制动，制动时间长、制动距离长，而一旦采用紧急制动，将对制动系统特别是机械制动器产生不可逆损害。因而，针对矿用自卸卡车，需要及早发现路面上的凹坑、鼓包和落石，进行路况安全预警。针对路况预警技术，目前主要有以下几种方式：第一，采用雷达探测，利用激光雷达、毫米波雷达等设备探测路面，识别落石等障碍物，如专利号为CN201811408803.5公开的一种矿用卡车障碍物探测系统机探测方法、专利号为CN201680059290公开的越野自卸卡车以及障碍物判断装置；第二，采用机械视觉识别，通过摄像头观测障碍物，如专利号为CN201620256583.9公开的一种安装有倒车可视装置的矿用卡车。然而，现有研究尚存在以上问题：第一，采用激光雷达，受限于工作原理，激光雷达扫描主要利用点光源发射激光束，入射到目标物后，依赖检测反射回来的激光束进行测距，激光束的入射角度以及目标物的反射特性对激光雷达测距的结果影响较大，因而对三维目标进行扫描时，三维空间上的角度分辨率难以保证，同时，从三维点云中识别凹坑、鼓包和落石的难度较大，可靠性和实用性有限，并且成本较高；第二，由于路面凹坑、鼓包以及落石与周边环境的颜色区分度低，直接采用机器视觉图像分析，难以区分障碍物，特别是能见度比较低的情况，可靠性差。因而有必要研究一种矿用自卸卡车路况安全预警装置，综合考虑可靠性、实用性、经济性，以便快速准确地识别路面状况。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是要克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、能快速准确识别路面状况、可靠性高的矿用自卸卡车路况安全预警装置及方法。技术方案：本专利技术的一种露天矿矿用自卸卡车路况安全预警装置，包括示宽激光器、摄像机、远示距激光器和近示距激光器，在矿用自卸卡车(1)沿水平纵向的前端中央位置设置立柱，在立柱上自下而上依次设置近示距激光器、远示距激光器和摄像机，近示距激光器和远示距激光器经信号线与摄像机的输入口相连，摄像机的输出口经信号线与矿用自卸卡车的行车电脑相连，矿用自卸卡车行驶在行车道上，所述的近示距激光器和远示距激光器为一字型绿激光器，能够朝向行车道发射激光束，分别生成沿水平横向的近光斑和远光斑，所述的示宽激光器为一字型绿激光器，设置在矿用自卸卡车车头的两端，与车轮中心线平齐，能够朝向行车道发射激光束，生成示宽光斑，通过所述的摄像机采集行车道上的近光斑、远光斑和示宽光斑围定的区域，及时判断此区域内是否有鼓包、落石和凹坑。一种使用上述的露天矿矿用自卸卡车路况安全预警装置的预警方法，包括如下步骤：(a)在矿用自卸卡车沿水平方向的前端中央位置安装立柱，以距离行车道地面高度{H1,H2,H}自下而上依次安装近示距激光器、远示距激光器和摄像机，以与水平面的夹角{α，β，θ}依次调整近示距激光器、远示距激光器和摄像机的朝向，此时生成的近光斑和远光斑与矿用自卸卡车车头的距离为：其中：L1为近光斑与矿用自卸卡车车头的距离，L2为远光斑与矿用自卸卡车车头的距离，H1为地面至近示距激光器的高度，H2为地面至远示距激光器，H为地面至摄像机，α为近示距激光器与水平面的夹角，β为远示距激光器与水平面的夹角，θ为摄像机与水平面的夹角；(b)与两侧的车轮中心线平齐，在矿用自卸卡车车头的两端安装示宽激光器，此时生成的示宽光斑指示车轮的行进方向；(c)当矿用自卸卡车沿水平纵向在行车道行驶时，启动摄像机采集近光斑、远光斑和示宽光斑围定的区域，针对近光斑和远光斑，以距离{L1,L2}为依据，结合摄像机的安装高度H和朝向，进行图像校正，采用射影变换，将摄像机视角转变为正对方向视角；(d)进行障碍物测量，由于近示距激光器、远示距激光器采用一字型绿激光器，因而在示宽光斑之间对应生成一字型近光斑和一字型远光斑，在矿用自卸卡车行进过程中，当遇到鼓包、落石和凹坑时，会造成一字型光斑发生形态改变，鼓包和落石因为突出地面，导致该段光斑沿水平纵向内凹，凹坑因为低于地面，导致该段光斑沿水平纵向外凸，该变化光斑区段沿水平横向的长度表示了路面缺陷的宽度，变化光斑区段沿水平纵向内凹或外凸的长度表示了路况缺点的高度或深部，从而通过对光斑图像分析，获得路面安全情况，从而确定缺陷的类型和严重程度；(e)进行两级预警，首先，远光斑进行第一级预警，由于远光斑先接触路面缺陷，通过光斑形变分析获得缺陷的类型和严重程度，并参照示宽光斑，由摄像机获得该路面缺陷与矿用自卸卡车左右车轮的距离，当距离小于左右车轮的宽度时，则表示矿用自卸卡车(1)按原方向继续行驶会压到缺陷，此时，摄像机访问该车的行车电脑，通过行车电脑中控台点亮黄灯提醒驾驶员需要进行转向避让；然后，车辆继续行进，近光斑执行第二级预警，在第一级预警的基础上，如果此时近光斑通过对路面缺陷的类型、严重程度和位置的再次检测，发现车轮继续行进仍然会压到缺陷，则摄像机访问该车的行车电脑，通过在中控台上点亮红灯灯提醒驾驶员转向避让失败，需要进行减速制动；如果摄像机采集近光斑、远光斑和示宽光斑围定的区域经检测后发现车轮能避开路面缺陷，则摄像机访问行车电脑，点亮绿灯提醒驾驶员转向避让成功，能正常速度继续行驶，最终实现对路况安全状态进行有效预警。有益效果：由于采用了上述技术方案，本专利技术通过线性激光扫描与图像识别相结合的方式，识别露天矿区路面安全状态，利用鼓包、落石和凹坑发生时导致的一字型光斑形变，可以定量检测路面缺陷的类型和严重程度，可靠性高，避免了激光雷达和传统机器视觉识别和区分凹坑的困难，受环境温湿度影响小，结合示宽光斑分析，可以定位路面缺陷与车轮行进方向的间距，指导驾驶员进行可靠避让，或者保持当前速度继续行进，实用性强，采用远光斑和近光斑两级预警方式，可以在转让避让失效的情况下，及时提醒驾驶员减速制动，避免了紧急制动带来的不可逆损伤，结构新颖，可靠实用，经济型良好，在本
内具有广泛的实用性。附图说明图1是本专利技术的装置结构示意图。图2是本专利技术装的置结构安装示意图。图3是本专利技术的装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种露天矿矿用自卸卡车路况安全预警装置，包括示宽激光器(2)、摄像机(3)、远示距激光器(5)和近示距激光器(6)，其特征在于：在矿用自卸卡车(1)沿水平纵向的前端中央位置设置立柱(4)，在立柱(4)上自下而上依次设置近示距激光器(6)、远示距激光器(5)和摄像机(3)，近示距激光器(6)和远示距激光器(5)经信号线与摄像机(3)的输入口相连，摄像机(3)的输出口经信号线与矿用自卸卡车(1)的行车电脑相连，矿用自卸卡车(1)行驶在行车道(13)上，所述的近示距激光器(6)和远示距激光器(5)为一字型绿激光器，能够朝向行车道(13)发射激光束，分别生成沿水平横向的近光斑(7)和远光斑(12)，所述的示宽激光器(2)为一字型绿激光器，设置在矿用自卸卡车(1)车头的两端，与车轮中心线平齐，能够朝向行车道(13)发射激光束，生成示宽光斑(8)，通过所述的摄像机(3)采集行车道(13)上的近光斑(7)、远光斑(12)和示宽光斑(8)围定的区域，及时判断此区域内是否有鼓包(9)、落石(10)和凹坑(11)。/n

【技术特征摘要】
1.一种露天矿矿用自卸卡车路况安全预警装置，包括示宽激光器(2)、摄像机(3)、远示距激光器(5)和近示距激光器(6)，其特征在于：在矿用自卸卡车(1)沿水平纵向的前端中央位置设置立柱(4)，在立柱(4)上自下而上依次设置近示距激光器(6)、远示距激光器(5)和摄像机(3)，近示距激光器(6)和远示距激光器(5)经信号线与摄像机(3)的输入口相连，摄像机(3)的输出口经信号线与矿用自卸卡车(1)的行车电脑相连，矿用自卸卡车(1)行驶在行车道(13)上，所述的近示距激光器(6)和远示距激光器(5)为一字型绿激光器，能够朝向行车道(13)发射激光束，分别生成沿水平横向的近光斑(7)和远光斑(12)，所述的示宽激光器(2)为一字型绿激光器，设置在矿用自卸卡车(1)车头的两端，与车轮中心线平齐，能够朝向行车道(13)发射激光束，生成示宽光斑(8)，通过所述的摄像机(3)采集行车道(13)上的近光斑(7)、远光斑(12)和示宽光斑(8)围定的区域，及时判断此区域内是否有鼓包(9)、落石(10)和凹坑(11)。


2.一种使用权利要求1所述的露天矿矿用自卸卡车路况安全预警装置的预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)在矿用自卸卡车(1)沿水平方向的前端中央位置安装立柱(4)，以距离行车道(13)地面高度{H1,H2,H}自下而上依次安装近示距激光器(6)、远示距激光器(5)和摄像机(3)，以与水平面的夹角{α，β，θ}依次调整近示距激光器(6)、远示距激光器(5)和摄像机(3)的朝向，此时生成的近光斑(7)和远光斑(12)与矿用自卸卡车(1)车头的距离为：



其中：L1为近光斑(7)与矿用自卸卡车(1)车头的距离，L2为远光斑(12)与矿用自卸卡车(1)车头的距离，H1为地面至近示距激光器(6)的高度，H2为地面至远示距激光器(5)，H为地面至摄像机(3)，α为近示距激光器(6)与水平面的夹角，β为远示距激光器(5)与水平面的夹角，θ为摄像机(3)与水平面的夹角；
(b)与两侧的车轮中心线平齐，在矿用自卸卡车(1)车头的两端安装示宽激光器(2)，此时生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪飞，王重秋，张磊，刘佰龙，
申请(专利权)人：内蒙古广纳信息科技有限公司，徐州中矿融通信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙;15