陳維雄 王賓 常云飛

(雷沃工程機械集團有限公司，山東青島 266000)

摘要：工程機械挖掘機工作環境惡劣且不易進行監控，同時機器或者機器上關鍵零部件的安全無法得到保障，經常發生被人調換或者盜取現象。就此本文針對挖掘機的防盜監控系統與方法進行了研究，提出了一種挖掘機用哨兵系統。該系統使用雷達作為可疑物體的探測手段，采用高精度攝像頭作為傳輸載體，由此構成車身周圍的探測網，首先詳細論述了哨兵系統的基本功能及組成原理;其次，通過Simulink平臺搭建控制策略模型，實現哨兵系統實時傳輸探測信息的功能，驗證了系統監測車身探測網的可行性，為工程機械防盜提出了一種獨立、高效的新方法。

關鍵詞：挖掘機;探測網;防盜;Simulink

中圖分類號： TU621??文獻標識碼：A

0 引言

　　隨著全球工業的發展，工程機械行業在工業發展中發揮著至關重要的作用^[1][2]。挖掘機的工作環境是在野外或者礦山，通常結束工作后都是停放在工作現場以便于第二天繼續進行工作。一般工作現場是無人看管的，機器或者機器上關鍵零部件的安全無法得到保障。現實中經常發現機器上的零部件被人調換或者盜取的現象。

　　目前行業內還沒有出現比較好的方案來解決這個問題^[3]。有一些工地會安裝影像監控裝置來監控現場安全，但是以上方案還存在以下問題：

　　(1)工地是否安裝監控設備，工程機械的車主不能掌控，而且一些野外環境不易安裝監控設備;

　　(2)監控范圍會有一定的盲區，無法做到全方位的監控;

　　(3)一般是事后才能查看監控，無法實時獲得監控圖像信息，在處理突發事件時，存在滯后性。

　　為了克服上述現有技術的不足，本文提供了一種工程機械防盜系統及其工作方法，能夠在事件發生時，及時通知車主并起到預警的功能。

1 哨兵系統方案及組成原理

　　哨兵系統由可疑物體檢測模塊、圖像采集模塊、控制器、無線通訊模塊和智能終端構成，其利用超聲波雷達^[4][5]和攝像頭^[6][7][8]監測異常，將現場影像發送至客戶智能終端。

1.1 車身探測網構成

　　可疑物體檢測模塊和圖像采集模塊構成挖掘機哨兵系統的車身探測網，該模塊由雷達^[9][10]與攝像頭組成，分別環繞設置在車身周圍，如圖1所示。

圖1 車身探測網示意圖

　　其中在車身兩側各安裝1個雷達，車身前后分別安裝2個與1個雷達;圖像采集模塊中，于車身前后、左右各安裝1個攝像頭;5個雷達與4個攝像頭構成了車身周圍的探測網，對車身周圍物體監測，實現防盜功能。

1.2 系統方案組成

　　可疑物體檢測模塊、圖像采集模塊和無線通訊模塊分別與控制器連接，控制器通過可疑物體檢測模塊采集車身四周可疑物體信號，判斷車身周圍可疑物體與車身之間距離是否位于設置的報警距離閾值范圍內，若車身周圍可疑物體與車身之間距離小于等于報警距離閾值，則控制圖像采集模塊開啟，通過圖像采集模塊采集車身四周圖像信息，采用融合算法將得到的所有圖像信息進行融合，得到車身周邊圖像，并通過無線通訊模塊將車身周邊圖像傳輸至智能終端。

圖2 系統結構圖

　　(1)可疑物體檢測模塊

　　所述5個雷達與控制器連接，用于實時檢測車身周圍可疑物體與車身之間的距離，并傳輸至控制器，控制器實時采集5個雷達信號，實時監控車身四周可疑物體與車身的距離。

　　(2)圖像采集模塊

　　所述4個攝像頭與整車控制器連接，用于當車身周圍可疑物體與車身之間的距離小于等于設定的報警距離閾值時，控制器控制4個攝像頭電源開啟，通過4個攝像頭采集車身四周的現場圖像，采用融合算法將各個攝像頭采集車身周圍的現場圖像進行融合，得到車身周邊圖像。

　　(3)控制器

　　哨兵系統的核心處理器，其判斷車身周圍可疑物體與車身之間距離是否位于報警距離閾值范圍內，若車身周圍可疑物體與車身之間距離小于等于報警距離閾值，則控制圖像采集模塊開啟攝像頭，繼而將圖像進行發送。

　　(4)無線通訊模塊和智能終端

　　無線通訊模塊為T-BOX，可以通過無線網絡傳輸影像、圖片等數據。控制器通過T-BOX將車身周圍的現場圖像發送到車主的手機，即智能終端，同時，手機通過T-BOX向控制器發送控制指令，控制器接收到控制指令后控制音響系統打開，播放警告音樂。

2 控制策略模型搭建

　　本文通過Simulink平臺，針對以上控制系統進行模型搭建測試，雷達接收獲取到可疑物體相對于車身的距離，將此因素作為系統的輸入變量，將攝像頭狀態設置與整車音響系統作為系統的被控對象，模型搭建系統流程如下。

圖3 系統流程圖

3 結語

　　本文討論了一種新型的挖掘機用防盜方法-哨兵系統，通過使用多個雷達檢測機器周邊物體;使用多個攝像頭拍攝機身周邊現場圖像，能夠及時的將影像信息傳輸到車主手中，克服了傳統監控的滯后性;一方面，可以在事件發生前通知車主，并進行預警;另一方面，可根據車身的現場圖像信息判斷出是否存在盜竊行為，保證了機器的安全。

圖4 系統控制模型

參考文獻

[1] 鄒十踐. 我國工程機械行業現狀及發展趨勢[J]. 交通世界(建養.機械), 2014(9):22-29.

[2] Ha Q P, Nguyen Q H , Rye D C,etal.Impedance control of a hydraulically actuated robotic excavator[J]. Automation in Construction, 2000, 9(5-6):421-435.

[3] 何清華, 吳燁, 紀云鋒. 液壓挖掘機的電子監控系統[J]. 機電工程技術,2003(05):96-98.

[4] 裴暑云, 謝強偉. 超聲波雷達倒車系統的設計及其應用[J]. 數字技術與應用, 2013(8):162.

[5] 李守曉, 畢欣, 曹云俠, etal.毫米波雷達的汽車盲點檢測系統研究與設計[J]. 機械設計與制造, 2013(31):25-27.

[6] 牛文昊, 王士林. 多監控攝像頭特定目標檢索方法研究[J]. 通信技術, 2017, 050(003):436-443.

[7] 周思慧, 李成斌. 多攝像頭目標檢測與跟蹤方法研究[J]. 科學與信息化, 2019(7):197-197.

[8] 顏杰. 多攝像頭目標檢測與跟蹤方法研究[D]. 華中科技大學.

[9] 王閩, 姚金杰, 樊亞紅, etal. 基于雷達及北斗定位的車內防遺監測系統設計[J]. 計算機測量與控制, 2019(9):32-36.

[10] 賀凱. 無人機載雷達在露天礦邊坡位移監測中的應用[J]. 煤礦安全, 2018, 49(3):118-120,124.

(責任編輯：休魚）