一城一北斗|衛星導航系統在露天礦車輛安防系統的應用北斗

申報單位：國能準能集團有限責任公司

聯合申報單位：北京中礦華沃科技股份有限公司

主要完成人：趙光輝、額爾德木吐、齊友云、郭興隆、袁金野、張建國

一、案例簡介

準能集團車輛安防系統防碰撞車載終端采用高精度RTK北斗定位技術，北斗衛星定位系統于2020年 7月全面建成，是我國著眼于國家安全和經濟社會發展需要，自主建設運行的全球衛星導航系統，是為全 球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要時空基礎設施，滿足了露天煤礦 對于車輛高精定位的要求。高精度RTK北斗定位技術主要優勢：1)抗干擾性強：北斗系統針對復雜地形 (如露天礦多遮擋環境)優化信號處理；2)自主知識產權，數據安全，成果統一；由于是我國自主開發 的系統，數據安全上有很大保障；3)充分保障我國區域連續觀測時間及定位精度；4)定位精度高，方便 對車輛和人員的管理。利用高精度北斗相位差分技術，水平定位達到厘米級，高程定位達到±5厘米精度， 利用定位數據可在露天礦智能安全生產監管平臺中匹配三維礦圖能夠清晰顯示車輛所在臺階，方便對車輛 和人員進行管理。

二、技術方案

露天礦車輛安防系統是基于數據融合的智能三維安全監管平臺和基于AI視覺分析的防碰撞車載終端、 人員定位卡等設備組成。露天礦智能安全監管平臺基于三維GIS地圖建設，實現礦山三維實景“一張圖”, 達到一平臺管控，包含了設備安全運行監管及預警、車機路網協同聯動管理、基礎信息及終端管理，平臺 直觀、實時、全方位地展示空間要素準確位置、各功能板塊和統計單元的具體內容，空間可視化呈現，針 對不同業務子系統的展示內容，構建實時監控、軌跡播放、超速報警、地圖編輯、視頻調閱等功能于一體 的地理信息產品。形成動態展示，以便于管理部門準確、實時全面的瀏覽和掌握各方面信息，并做出正確 的決策，增強信息顯示的直觀性和可操作性。

1)車輛實時定位、軌跡回放、電子圍欄、人員實時定位：人員和車載端基于北斗衛星定位系統提供 定位授時功能，打造露天礦山智能人車定位系統，可實現對人員、車輛、設備、物資運轉的全方位安全管 控，不僅能實時監測單班入坑作業人數及車輛數量，還能通過從后臺地圖一目了然掌握現場人車位置分布， 進而直觀掌控整個礦山區域的實時動態。北斗高精定位實時定位車輛、人員坐標信息，通過4G/5G網絡傳 輸到GIS智能安全管控平臺，在平臺中查看采場車輛數量、車輛種類、實時位置、運動方向、運動軌跡和 軌跡回放查詢等。在礦區地圖上設置電子圍欄，劃分限速區，車輛在進入限速區域后立即啟用超速預警、 報警功能。

2)超速報警：防碰撞車載終端基于北斗衛星定位技術達到車輛超速預警和超速報警管理，通過讀取 北斗衛星位置與時間差信息，并計算車輛時速，對于車速超出限定值的情況，顯示屏和語音同時提醒駕駛 員已超速，如果駕駛員無視警告持續超速，系統記錄此超速違規行為，同時數據上傳至GIS智能安全管控 平臺。

3)防撞預警：防碰撞車載終端基于北斗衛星定位技術和區域無線射頻網絡技術，在大型設備和輔助 車輛之間建立360度全方位防撞預警機制。當車輛接近到一定范圍時，通過語音報告其距離和方位，并按 接近的距離給出不同的語音提示，顯示屏和語音同時提醒駕駛員。

4)駕駛員行為分析報警：北斗定位數據與人工智能技術進行聯動，當車輛速度大于5km/h時，車內 攝像頭傳感器對駕駛員的面部表情、眼部狀態、頭部動作等進行分析。具備準確識別駕駛員的疲勞駕駛、 接打電話、抽煙、不系安全帶、遮擋攝像頭等不規范駕駛行為的功能。

三、創新亮點

1、應用場景

準能露天礦在車輛防碰撞系統方面已取得一定成果。車輛防碰撞系統基本實現全覆蓋，初步實現了對 卡車運行狀態的實時監控和預警。這些系統通過北斗衛星定位、攝像頭、毫米波雷達等傳感器采集數據， 利用深度學習算法進行分析，能夠識別潛在的安全隱患并發出預警。采用北斗/4G/AI識別/大數據等高精尖 技術，智慧賦能“動態”監管：開發的車輛智慧安防系統、對防撞預警、精準定位、實時監控、規級播放、 超速報警、駕駛員行為分析等多項車載安保功能進行了集成、整合，構起露天礦“人-車-管”三位一體安 全管理模式。

1)運輸過程中的防碰撞預警+毫米波雷達自動剎車：露天礦山作業環境復雜，重型卡車體積大、盲區 大，設備采用北斗衛星定位技術和區域無線射頻網絡技術，在大型設備和輔助車輛之間建立360度全方位 防撞預警機制。當車輛接近到一定范圍時，通過語音報告其距離和方位，并按接近的距離給出不同的語音 提示，解決了用圖像技術、超聲波技術、雷達技術等無法解決的露天礦防撞預警難題。

2)駕駛員狀態監測：北斗定位數據與人工智能技術進行聯動，當車輛速度大于5km/h時，車內攝像

頭傳感器對駕駛員的面部表情、眼部狀態、頭部動作等進行分析。通過深度學習算法，判斷駕駛員是否處 于疲勞、分心、打瞌睡等狀態。當監測到異常狀態時，及時發出警報提醒駕駛員休息，同時可將信息傳輸 給管理人員，以便采取相應措施。

3)復雜路況及惡劣天氣下的安全輔助：在礦區復雜路況和惡劣天氣條件下，車輛防碰撞系統根據陀 螺儀等傳感器獲取的道路狀況、車輛姿態等信息，實時播報周圍車輛方位信息。

4)人車防碰撞預警：人員定位卡具備人車防碰撞功能，通過北斗衛星定位方式，結合定位系統實現 高精度定位，明確人員定位信息，定位卡能夠按需實現與現有礦用設備已搭載防撞系統終端進行聯動，從 而實現人車碰撞預警功能，通過RF433射頻通訊技術實現定位卡與定位卡、定位卡與車載終端之間直接快 速互傳數據，當車輛與人員相距一定距離時，車載終端對司機進行預警提醒。

2、技術創新

1)傳感器融合技術：準能露天礦卡車上配備多種傳感器，如高精度北斗衛星定位天線、毫米波雷達、 AI攝像頭等。毫米波雷達在惡劣天氣下具有良好的穿透性，能穩定檢測目標物體的速度和距離；AI攝像 頭提供豐富的視覺信息，用于識別障礙物、交通標志和駕駛員狀態。

2)深度學習算法：深度學習算法在人工智能安防中起著核心作用。在防碰撞預警中，通過對大量碰 撞事故數據和正常行駛數據的學習，訓練出能夠準確識別危險場景的模型。通過不斷優化和更新深度學習 模型，使其能夠適應不斷變化的礦山環境和駕駛場景，提升安防系統的性能。

3)5G通信技術：為準能露天礦卡車安防提供了高速、低延遲的數據傳輸通道。通過5G網絡，車輛

的實時狀態信息、傳感器數據、監控視頻等能夠快速傳輸到監控中心和其他相關車輛。在遠程控制場景中， 操作人員可以通過5G網絡對卡車進行實時操控，實現遠程救援等功能。