北斗卫星导航系统在露天矿车辆安防的解决方案
一、案例简介
准能集团车辆安防系统防碰撞车载终端采用高精度RTK北斗定位技术，北斗卫星定位系统于 2020年7月全面建成，是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施，满足了露天煤矿对于车辆高精定位的要求。高精度 RTK 北斗定位技术主要优势:
1）抗干扰性强:北斗系统针对复杂地形(如露天矿多遮挡环境)优化信号处理;
2）自主知识产权，数据安全，成果统一;由于是我国自主开发的系统，数据安全上有很大保障;
3）充分保障我国区域连续观测时间及定位精度;
4）定位精度高，方便对车辆和人员的管理。利用高精度北斗相位差分技术，水平定位达到厘米级，高程定位达到土5厘米精度，利用定位数据可在露天矿智能安全生产监管平台中匹配三维矿图能够清晰显示车辆所在台阶，方便对车辆和人员进行管理。
二、技术方案
露天矿车辆安防系统是基于数据融合的智能三维安全监管平台和基于 AI视觉分析的防碰撞车载终端人员定位卡等设备组成。露天矿智能安全监管平台基于三维 GIS 地图建设，实现矿山三维实景“一张图”达到一平台管控，包含了设备安全运行监管及预警、车机路网协同联动管理、基础信息及终端管理，平台直观、实时、全方位地展示空间要素准确位置、各功能板块和统计单元的具体内容，空间可视化呈现，针对不同业务子系统的展示内容，构建实时监控、轨迹播放、超速报警、地图编辑、视频调阅等功能于一体的地理信息产品。形成动态展示，以便于管理部门准确、实时全面的浏览和掌握各方面信息，并做出正确的决策，增强信息显示的直观性和可操作性。
1)车辆实时定位、轨迹回放、电子围栏、人员实时定位:人员和车载端基于北斗卫星定位系统提供定位授时功能，打造露天矿山智能人车定位系统，可实现对人员、车辆、设备、物资运转的全方位安全管控,不仅能实时监测单班入坑作业人数及车辆数量,还能通过从后台地图一目了然掌握现场人车位置分布,进而直观掌控整个矿山区域的实时动态。北斗高精定位实时定位车辆、人员坐标信息，通过4G/5G 网络传输到 GIS 智能安全管控平台，在平台中査看采场车辆数量、车辆种类、实时位置、运动方向、运动轨迹和轨迹回放查询等。在矿区地图上设置电子围栏，划分限速区，车辆在进入限速区域后立即启用超速预警报警功能。
2)超速报警:防碰撞车载终端基于北斗卫星定位技术达到车辆超速预警和超速报警管理，通过读取北斗卫星位置与时间差信息，并计算车辆时速，对于车速超出限定值的情况，显示屏和语音同时提醒驾驶员已超速，如果驾驶员无视警告持续超速，系统记录此超速违规行为，同时数据上传至 GIS 智能安全管控平台。
3)防撞预警:防碰撞车载终端基于北斗卫星定位技术和区域无线射频网络技术，在大型设备和辅助车辆之间建立 360 度全方位防撞预警机制。当车辆接近到一定范围时，通过语音报告其距离和方位，并按接近的距离给出不同的语音提示，显示屏和语音同时提醒驾驶员。
4)驾驶员行为分析报警:北斗定位数据与人工智能技术进行联动，当车辆速度大于5kmh时，车内摄像头传感器对驾驶员的面部表情、眼部状态、头部动作等进行分析。具备准确识别驾驶员的疲劳驾驶、接打电话、抽烟、不系安全带、遮挡摄像头等不规范驾驶行为的功能。
三、创新亮点
1、应用场景
准能露天矿在车辆防碰撞系统方面已取得一定成果。车辆防碰撞系统基本实现全覆盖，初步实现了对卡车运行状态的实时监控和预警。这些系统通过北斗卫星定位、摄像头、毫米波雷达等传感器采集数据，利用深度学习算法进行分析，能够识别潜在的安全隐患并发出预警。采用北斗/4G/AI识别/大数据等高精尖技术，智慧赋能“动态”监管:开发的车辆智慧安防系统、对防撞预警、精准定位、实时监控、规级播放、超速报警、驾驶员行为分析等多项车载安保功能进行了集成、整合，构起露天矿“人-车-管”三位一体安全管理模式。
1)运输过程中的防碰撞预警+毫米波雷达自动刹车:露天矿山作业环境复杂，重型卡车体积大、盲区大，设备采用北斗卫星定位技术和区域无线射频网络技术，在大型设备和辅助车辆之间建立360 度全方位防撞预警机制。当车辆接近到一定范围时，通过语音报告其距离和方位，并按接近的距离给出不同的语音提示，解决了用图像技术、超声波技术、雷达技术等无法解决的露天矿防撞预警难题。
2)驾驶员状态监测:北斗定位数据与人工智能技术进行联动，当车辆速度大于5kmh 时，车内摄修头传感器对驾驶员的面部表情、眼部状态、头部动作等进行分析。通过深度学习算法，判断驾驶员是否处于疲劳、分心、打瞌睡等状态。当监测到异常状态时，及时发出警报提醒驾驶员休息，同时可将信息传给管理人员，以便采取相应措施。
3)复杂路况及恶劣天气下的安全辅助:在矿区复杂路况和恶劣天气条件下，车辆防碰撞系统根据螺仪等传感器获取的道路状况、车辆姿态等信息，实时播报周围车辆方位信息。
4)人车防碰撞预警:人员定位卡具备人车防碰撞功能，通过北斗卫星定位方式，结合定位系统实现高精度定位，明确人员定位信息，定位卡能够按需实现与现有矿用设备已搭载防撞系统终端进行联动，从而实现人车碰撞预警功能，通过 RF433射频通讯技术实现定位卡与定位卡、定位卡与车载终端之间直接快速互传数据，当车辆与人员相距一定距离时，车载终端对司机进行预警提醒。
2、技术创新
1)传感器融合技术:准能露天矿卡车上配备多种传感器，如高精度北斗卫星定位天线、毫米波雷达AI摄像头等。毫米波雷达在恶劣天气下具有良好的穿透性，能稳定检测目标物体的速度和距离;AI摄像头提供丰富的视觉信息，用于识别障碍物、交通标志和驾驶员状态。
2)深度学习算法:深度学习算法在人工智能安防中起着核心作用。在防碰撞预警中，通过对大量础撞事故数据和正常行驶数据的学习，训练出能够准确识别危险场景的模型。通过不断优化和更新深度学》模型，使其能够适应不断变化的矿山环境和驾驶场景，提升安防系统的性能。
3)5G通信技术:为准能露天矿卡车安防提供了高速、低延迟的数据传输通道。通过 5G 网络，车辆的实时状态信息、传感器数据、监控视频等能够快速传输到监控中心和其他相关车辆。在远程控制场景中操作人员可以通过 5G 网络对卡车进行实时操控，实现远程救援等功能。
