电铲、卡车盲区监控系统的应用

摘 要：随着露天矿山开采逐步向规模化、大型化发展，开采所使用的设备从外形尺寸到生产能力都在与日俱增，而电铲、卡车等设备由于体积过于巨大，驾驶员无法实时掌握盲区的视野及回转半径，生产过程中特别容易与装载设备发生磕碰事故。基于此，在卡车、电铲上安装前后左右4个摄像头对盲区进行拍摄，将所拍摄视频图像显示在驾驶室内的显示屏上，同时根据车辆方向盘转角及挡位信息自动放大显示屏上相对应的盲区图像;每一个摄像头上设置自动喷水清洗装置，驾驶员在驾驶室内即可控制自动喷水清洗装置，有效解决了露天矿电铲、卡车等设备盲区面积过大、容易发生事故的问题，保障了安全生产。

关键词：露天矿;电铲;卡车;盲区;安全生产

1    问题的提出

大型矿用卡车和电铲等设备的盲区，是指设备操作人员的视线所不能看到的设备工作运动机构所处的空间区域。它是由于设备的庞大和驾驶室设计布置所形成且客观存在的。图1所示为星月CMJ-10卡车的视野盲区示意图，其前方、左右两侧盲区均达到40 m，车后的盲区更是达到60 m。如此大的盲区面积对驾驶员的经验、熟练度以及对矿区道路环境的熟悉程度均有着严格的要求，也增加了发生交通事故的概率。近几年来，我国露天煤矿各类矿用电铲、卡车交通事件频发，车辆碰撞甚至跌落悬崖等事故时有发生，且呈逐年增加趋势，直接和间接经济损失非常惊人，形势十分严峻。

目前，在解决车辆视野盲区的问题上，国内提出过多种方法，例如在《浅谈重型载货汽车视野盲区解决方法》[1]中采用4个摄像头分别设置在卡车前后左右方向，采用7寸显示器进行显示。在《360度3D全景环视系统天迈科技对车辆盲区技术的思考与应用》[2]中提出了通过前后左右4个摄像头采集车辆盲区图像，再通过核心算法进行畸变还原、无缝拼接形成360°空中鸟瞰图，使得司机可以直接查看车辆所处的位置和周边情况。

然而，上述方法是针对重型卡车和公交车所提出的方案，对于露天矿所采用的卡车、电铲设备，其规模要远大于公共道路交通中的公交车和重型卡车，例如930E型号的卡车，其长度超过17 m，宽度超过8 m，高度超过6 m，盲区面积要远大于公交车和重型卡车的盲区面积，司机在驾驶室内操作时并不能直观地获取指定区域的盲区图像，上述方案并不适用于露天矿中的大型电铲和卡车。另一方面，上述方法是针对重型卡车和大型公交车设计的盲区监控系统，其工作环境通常为公共道路，工作环境较好，而露天矿的工作环境较为恶劣，灰尘、泥土等都会严重影响摄像头的拍摄，尤其在雨后，泥土在车轮的转动作用下极易粘到摄像头上，从而对视野造成严重影响，上述方案并不能解决这个问题。

2    电铲、卡车盲区监控系统

2.1    设备的安装

在电铲驾驶室平台前上沿正中、后机棚正上方、左右机棚旁边各安装1台摄像机，在驾驶室内设置1台10寸液晶四画面切换显示器，在每一个摄像头旁设置红外补光装置，实现夜视补光功能，当车夜行时，摄像机会自动打开红外系统，显示夜视画面。盲区广角为120°，有效可视距离可达60 m。

2.2    方向盤、挡位检测及图像切换系统

通过在变速杆上安装霍尔元件[3]，对变速杆的位置进行检测并输出，处理器根据变速杆的位置信息自动将相对应的盲区图像放大显示。

如图2所示，卡车常用的变速器通常由变速杆50、旋转中心51、换挡杆100和导向杆200组成，再参照图3，在导向杆200的另一端设置磁体300，当变速杆50拨向前进挡、空挡或者倒车挡时，磁体300的位置随之发生变化并分别对应3个不同的位置，在与磁体300对应的3个不同位置处设置3个霍尔传感器400。霍尔传感器与处理器连接，将信号传输到处理器，处理器根据霍尔传感器发送的信号切换显示屏上的视频画面，当接收到空挡信号时，显示屏上同时显示前后左右4个区域的盲区图像;当接收到前进挡信号时，显示屏显示前方盲区图像;当接收到倒车挡信号时，显示屏显示后方盲区图像。

将方向盘转角传感器设置在方向盘下方的方向柱内，并通过CAN总线与处理器连接。当方向盘转角传感器检测到向左转动一定角度时，处理器控制显示屏切换车辆左侧的盲区图像;当方向盘转角传感器检测到向右转动一定角度时，处理器控制显示屏切换车辆右侧的盲区图像。

2.3    自动清洗系统

自动清洗系统设置在每一个摄像头的外围，如图4所示，其由电动机、减速器、摆臂、刷头、喷水装置组成。喷水装置的喷头朝向摄像头的镜头，当司机在驾驶室发出指令后，喷水装置向摄像头镜头进行喷水，电动机工作，通过减速器控制摆臂摆动，摆臂上的刷头对摄像头镜头进行清洗，将摄像头镜头上的泥土或杂物清洗干净，保证视频的清晰度。

2.4    远程视频监控系统

在卡车、电铲上设置4G网络模块，将摄像头拍摄到的录像实时传输到中继服务站，再通过光纤将实时的视频录像传送到监控中心，监控中心对所有电铲、卡车上的盲区监控摄像头所拍摄到的实时录像进行监控。

其网络拓扑图如图5所示。

3    结语

电铲、卡车等通过前后左右4个摄像头对盲区进行拍摄，使驾驶员在驾驶室内可以观察所有方向的盲区图像，并通过挡位位置以及方向盘的转角自动切换相对应区域的盲区图像，可以减少绝大部分的视野盲区，有效避免因视野盲区带来的碰撞、跌落悬崖等事故的发生，保障矿山企业的安全生产。

[参考文献]

[1] 赵才谆.浅谈重型载货汽车视野盲区解决方法[J].酒钢科技，2016（1）：44-49.

[2] 360度3D全景环视系统天迈科技对车辆盲区技术的思考与应用[J].城市公共交通，2020（8）：121-122.

[3] 庆昌产业株式会社.检测换挡挡位状态的变速器控制装置及使用其的车辆：CN109099145A[P].2018-12-28.

收稿日期：2020-12-16

作者简介：张来红（1974—），男，内蒙古锡盟人，工程师，研究方向：露天矿采矿生产工艺。