本發(fā)明涉及井下無軌設(shè)備防撞，具體涉及一種井下無軌設(shè)備全方位智能防撞系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在井下作業(yè)中，井下無軌運(yùn)輸設(shè)備作為重要的運(yùn)輸工具，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，存在著諸多安全隱患，其中車輛碰撞事故是較為常見的安全問題之一。雖然井下無軌車運(yùn)輸系統(tǒng)具有提高工作效率、增強(qiáng)安全性等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中存在較大的安全隱患，極易造成各種安全事故。井下作業(yè)空間狹窄，巷道交錯(cuò)縱橫，視線受阻嚴(yán)重，無軌車輛在行駛過程中很容易與巷道壁、其他車輛、工作人員等發(fā)生碰撞，不僅會造成設(shè)備損壞和財(cái)產(chǎn)損失，還可能導(dǎo)致人員傷亡，給礦山企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和負(fù)面影響。此外，傳統(tǒng)的防撞措施主要依賴于駕駛員的經(jīng)驗(yàn)和注意力，但其局限性較大，無法有效應(yīng)對復(fù)雜多變的井下環(huán)境。

2、目前井下無軌運(yùn)輸設(shè)備防撞方法采用激光雷達(dá)感知車輛周邊環(huán)境，進(jìn)而給機(jī)車等運(yùn)輸設(shè)備發(fā)送報(bào)警信號，這種方法難以感知接近人員和固定巷道，容易造成錯(cuò)判、誤判。

3、因此，現(xiàn)需要一種準(zhǔn)確感知接近人員或固定巷道的井下無軌設(shè)備全方位智能防撞系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種井下無軌設(shè)備全方位智能防撞系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中不能準(zhǔn)確感知接近人員或固定巷道，容易造成錯(cuò)判、誤判的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種井下無軌設(shè)備全方位智能防撞系統(tǒng)，包括：邊緣計(jì)算處理單元、信號輸入輸出單元、手持式定位卡、測距雷達(dá)單元、紅外相機(jī)補(bǔ)光單元和360°全向定位基站單元；邊緣計(jì)算處理單元分別與信號輸入輸出單元連接、測距雷達(dá)單元、紅外相機(jī)補(bǔ)光單元和360°全向定位基站單元相連，手持式定位卡將窄脈沖信號傳輸至360°全向定位基站單元，并且手持式定位卡和360°全向定位基站單元相互傳輸通訊信號。

3、本發(fā)明還提供一種井下無軌設(shè)備全方位智能防撞方法，具體包括如下步驟：

4、s1，系統(tǒng)上電，并獲取毫米波雷達(dá)信號，視覺信號和uwb信號。

5、s2，邊緣計(jì)算處理單元持續(xù)接收毫米波雷達(dá)信號，并將毫米波雷達(dá)信號變?yōu)?85信號進(jìn)行距離轉(zhuǎn)換；當(dāng)距離小于設(shè)定值時(shí)，使用車輛環(huán)境檢測算法對車輛前后方進(jìn)行檢測，系統(tǒng)根據(jù)檢測結(jié)果發(fā)出警報(bào)或控制車輛緊急停車。

6、s3，利用uwb信號計(jì)算基站與手持式定位卡之間方位信息，并根據(jù)方位信息發(fā)送報(bào)警信息。

7、s4，當(dāng)邊緣計(jì)算處理單元讀取到視覺信號時(shí)，通過司機(jī)行為檢測算法識別司機(jī)違規(guī)操作，對違規(guī)操作進(jìn)行報(bào)警或停車處理。

8、進(jìn)一步地，步驟s2中的車輛環(huán)境檢測算法包括如下步驟：

9、s2.1，所述系統(tǒng)獲取視頻流作為輸入數(shù)據(jù)，并對視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括:調(diào)整圖像尺寸、像素歸一化和格式轉(zhuǎn)換。

10、s2.2，預(yù)處理后得到視頻流輸入到改進(jìn)的卷積神經(jīng)網(wǎng)cnn模塊進(jìn)行特征提取、多尺度特征圖融合以及目標(biāo)檢測。

11、s2.3，判斷是否檢測到行人以及轉(zhuǎn)彎指示牌。

12、s2.4，如果檢測到行人，則立刻讀取毫米波雷達(dá)的實(shí)時(shí)探測數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助判定，當(dāng)雷達(dá)數(shù)據(jù)小于25米時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)報(bào)警；如果檢測到轉(zhuǎn)彎指示牌，表示車輛即將進(jìn)入轉(zhuǎn)彎狀態(tài)，此時(shí)暫時(shí)取消通過毫米波雷達(dá)探測距離判定的障礙物低于0.5米停車功能，確保車輛順利通過狹窄的拐角。

13、進(jìn)一步地，步驟s4中的司機(jī)行為檢測算法包括如下步驟：

14、s4.1，所述系統(tǒng)獲取視頻流作為輸入數(shù)據(jù)，并對視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括：調(diào)整圖像尺寸、像素歸一化和格式轉(zhuǎn)換。

15、s4.2，預(yù)處理后得到視頻流輸入到改進(jìn)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)cnn進(jìn)行目標(biāo)檢測。

16、s4.3，對檢測的目標(biāo)進(jìn)行分類，區(qū)分正常行為和異常行為。

17、s4.4，對于異常行為，啟動(dòng)系統(tǒng)報(bào)警或制動(dòng)停車。

18、進(jìn)一步地，步驟s2.2和步驟s4.2中改進(jìn)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)cnn包括：骨干網(wǎng)絡(luò)、連接部和任務(wù)頭。

19、骨干網(wǎng)絡(luò)包括：依次連接的輸入層、第一卷積層、第二卷積層、第一通用倒瓶頸模塊、第三卷積層、第二通用倒瓶頸模塊、第四卷積層、第三通用倒瓶頸模塊、第五卷積層、第四通用倒瓶頸模塊和空間金字塔池化層。

20、連接部包括：依次連接的第六卷積層、第一自適應(yīng)多尺度采樣層、第一連接層、第五通用倒瓶頸模塊、第七卷積層、第二自適應(yīng)多尺度采樣層、第二連接層、第六通用倒瓶頸模塊、第八卷積層、第三連接層、第七通用倒瓶頸模塊、第九卷積層、第四連接層和第八通用倒瓶頸模塊。

21、任務(wù)頭包括：檢測層。

22、其中，第二通用倒瓶頸模塊還與第二連接層連接，第三通用倒瓶頸模塊還與第一連接層連接，空間金字塔池化層還與第六卷積層連接，并且第六卷積層還連接第八通用倒瓶頸模塊，第七卷積層還連接第三卷積層，第六通用倒瓶頸模塊、第七通用倒瓶頸模塊和第八通用倒瓶頸模塊分別與檢測層連接。

23、進(jìn)一步地，改進(jìn)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)cnn中的通用倒瓶頸模塊包括兩路，第一路為標(biāo)準(zhǔn)卷積層，第二路在標(biāo)準(zhǔn)卷積層的基礎(chǔ)上引入深度卷積層：

24、第一路標(biāo)準(zhǔn)卷積，記為：

25、；

26、其中，是第一路卷積后得到的特征，是大小為h×w×c的輸入特征；h、w、c分別代表高度、寬度和通道數(shù)，是大小為k×k×c的卷積核，的卷積核的高度和寬度均為k；是偏置項(xiàng)；是relu激活函數(shù)；表示標(biāo)準(zhǔn)卷積操作。

27、第二路在標(biāo)準(zhǔn)卷積層的基礎(chǔ)上引入深度卷積層，記為：

28、；

29、其中，是第二路卷積后得到的特征，是擴(kuò)展卷積，；是大小為的卷積核；是偏置項(xiàng)向量，表示逐通道卷積。

30、將第一路和第二路的特征拼接，得到拼接后的特征：

31、；

32、其中，代表連接操作。

33、最后，對拼接后的特征進(jìn)行卷積處理，得到最終輸出：

34、；

35、其中，為對拼接特征進(jìn)行卷積處理的卷積核，為幫助改進(jìn)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型調(diào)整通道輸出的偏置項(xiàng)。

36、進(jìn)一步地，改進(jìn)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)cnn中的自適應(yīng)多尺度采樣層首先對輸入特征進(jìn)行不同倍數(shù)的下采樣，生成多尺度特征圖：

37、；

38、；

39、；

40、其中是輸入特征；表示將特征按比例縮小。

41、之后自適應(yīng)多尺度采樣層為每個(gè)下采樣后的特征計(jì)算復(fù)雜度權(quán)重：

42、；

43、其中，是復(fù)雜度權(quán)重，是復(fù)雜度計(jì)算函數(shù)，包括。

44、根據(jù)復(fù)雜度權(quán)重，對不同尺度的特征進(jìn)行自適應(yīng)上采樣：

45、；

46、其中，為特征上采樣，為根據(jù)權(quán)重自適應(yīng)調(diào)整上采樣倍率，為自適應(yīng)上采樣后的特征。

47、最后將不同尺度的上采樣特征加權(quán)融合，得到最終輸出：

48、；

49、其中，取1、2、3。

50、進(jìn)一步地，步驟s2具體包括如下步驟：

51、s2.1，邊緣計(jì)算處理單元持續(xù)接收毫米波雷達(dá)信號，并將毫米波雷達(dá)信號變?yōu)?85信號進(jìn)行距離轉(zhuǎn)換，并實(shí)時(shí)分析轉(zhuǎn)換后的距離。

52、s2.2，當(dāng)距離大于1米時(shí)屬于安全范圍；當(dāng)距離小于1米時(shí)，系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)控，并使用車輛環(huán)境檢測算法對車輛前后方進(jìn)行檢測，如果檢測到了轉(zhuǎn)彎牌匾，處于轉(zhuǎn)彎狀態(tài)，即時(shí)距離小于一米，觸發(fā)雷達(dá)語音報(bào)警，提醒司機(jī)小于安全距離；如果沒有檢測到轉(zhuǎn)彎牌匾，在0.5米<距離<1米時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警；在距離<0.5米時(shí)，邊緣計(jì)算處理單元的控制主板就會向繼電器發(fā)出停車信號，使得繼電器控制車輛的急停按鈕進(jìn)行緊急停車。

53、進(jìn)一步地，步驟s3具體包括如下步驟：

54、s3.1，在處理uwb信號時(shí)，邊緣計(jì)算處理單元的控制主板首先會檢測是否已經(jīng)接收到uwb信號，如果檢測到uwb信號，則立即解析出基站與手持式定位卡之間的距離、方向和角度。

55、如果檢測不到uwb信號，則利用車輛環(huán)境檢測算法對車輛前后方進(jìn)行人員檢測，如果前后方視頻流檢測到有行人，那么邊緣計(jì)算處理單元會分析毫米波雷達(dá)信號轉(zhuǎn)換的485信號，通過485信號分析的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助判斷，當(dāng)有物體距離小于25米時(shí)觸發(fā)語音報(bào)警提醒司機(jī)附近出現(xiàn)未帶uwb信號手持式定位卡的行人，即當(dāng)前后方有行人但設(shè)備未接收到uwb信號，并且雷達(dá)數(shù)據(jù)顯示25米之內(nèi)有物體時(shí)，會向司機(jī)人員發(fā)送警告，但是并不會停車。

56、s3.2，如果當(dāng)基站與手持式定位卡的距離不是處于25-30米區(qū)間，則說明在25米以內(nèi)，則先判斷手持式定位卡在車輛的前后方還是左右方。

57、s3.3，當(dāng)攜帶定位卡的人員在車輛的前后方時(shí)，如果距離在二級設(shè)限至三級設(shè)限之間，那么會觸發(fā)uwb的一級報(bào)警；如果距離在一級設(shè)限至二級設(shè)限之間，那么會觸發(fā)uwb的二級報(bào)警；如果小于一級設(shè)限，那么立刻停車；當(dāng)攜帶定位卡的人員在車輛的左右后方時(shí)，一級報(bào)警和二級報(bào)警情況一樣，如果小于一級設(shè)限的一半，那么立刻停車。

58、進(jìn)一步地，步驟s3.3中的一級設(shè)限、二級設(shè)限和三級設(shè)限的距離分別為：10米、15米和20米。

59、本發(fā)明具有如下有益效果：

60、本發(fā)明利用uwb技術(shù)、視覺檢測技術(shù)和毫米波雷達(dá)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了人、車、物的智能感知和司機(jī)的違規(guī)作業(yè)，有效實(shí)現(xiàn)了無軌設(shè)備全方位智能防撞，填補(bǔ)了井下無軌設(shè)備智能防撞的國內(nèi)外空白，具有極大的市場應(yīng)用價(jià)值。