基于毫米波雷达的大型机械视野盲区监测方法与流程

1.本技术涉及大型机械使用安全技术领域，特别涉及一种基于毫米波雷达的大型机械视野盲区监测方法及系统。


背景技术：

2.随着城市建设的发展,工程项目越来越多，大型机械的启用数量也对应增加，在诸如道路建设、地铁施工、高架路等施工场合中，包括起重机、挖掘机在内的大型机械都将被使用。这些市政工程都会大量使用大型的挖掘机，吊车等大型设备进行作业。
3.相关技术中，在大型机械使用时，将会配备安全员，对附近的安全隐患进行监测。通过人工监测的方法，可以排除大部分施工风险。
4.然而，大型机械设备的驾驶员存在视野盲区，监测人员也无法在工地上实现对于大型机械设备所有盲区的统一监控，相关技术中的人员监测可能会存在偶发的安全隐患，无法保证大型机械施工过程中的安全性。


技术实现要素：

5.本技术关于一种基于毫米波雷达的大型机械视野盲区监测方法，保证大型机械施工过程中的安全性，该技术方案如下：本技术方案提供了一种基于毫米波雷达的大型机械视野盲区监测方法，该方法应用于毫米波雷达中，该方法包括：发送雷达波形信号并接收反馈信号，反馈信号为雷达波形信号与检测范围内的目标接触后反射生成的回波信号，目标位于检测范围内；根据根据接收到的回波信号，与本振信号经过混频器混频得到中频信号；基于中频信号确定与目标对应的位置数据以及速度数据，位置数据用于指示目标的位置，速度数据用于指示目标的速度；响应于位置数据指示目标位于危险区域范围内，生成警报信号，危险区域范围指示大型机械的盲区范围；响应于位置数据指示目标不位于危险区域范围内，基于速度数据以及位置数据确定目标的预测轨迹；响应于目标的预测轨迹与危险区域范围产生交集，生成警报信号。
6.在一个可选的实施例中，基于中频信号确定与目标对应的位置数据以及速度数据，包括：对中频信号进行快速傅里叶变换处理，得到频域数据；对频域数据进行恒虚警处理，确定频域数据中的频率数据以及相位数据；基于频率数据以及相位数据确定反馈信号的多普勒移频，并确定与目标对应的初步速度信息；基于初步速度信息确定目标的类型，目标的类型包括动态目标和静态目标；
基于目标的类型，通过点云聚类方法确定与目标对应的位置数据以及速度数据。
7.在一个可选的实施例中，目标为静态目标，基于目标的类型，通过点云聚类方法确定与目标对应的位置数据以及速度数据，包括：响应于目标为静态目标，确定目标的速度数据为零；对目标的点云进行聚类，得到与静态目标对应的位置数据。
8.在一个可选的实施例中，目标为动态目标，基于目标的类型，通过点云聚类方法确定与目标对应的位置数据以及速度数据，包括：响应于目标为动态目标，对目标的点云进行聚类；基于点云确定目标的初始位置、运动方向以及运动速度；基于目标的初始位置确定目标的位置数据，并基于点云的运动方向以及运动速度确定目标的速度数据。
9.在一个可选的实施例中，响应于位置数据指示目标不位于危险区域范围内，基于速度数据以及位置数据确定目标的预测轨迹，包括;获取与目标对应的不同时间段内的速度数据；基于速度数据确定速度变化数据；基于速度变化数据以及速度数据确定目标的速度变化趋势；结合速度变化趋势，基于速度数据以及位置数据确定目标的预测轨迹。
10.在一个可选的实施例中，毫米波雷达位于大型机械的外侧，且与大型机械通信连接。
11.在一个可选的实施例中，方法还包括：响应于已生成警报信号，且位置数据指示目标接近大型机械，向大型机械发送制动信号，制动信号用于指示大型机械进行制动。
12.在一个可选的实施例中，测试信号为啁啾信号。
13.本技术提供的技术方案带来的有益效果至少包括：通过可持续工作的毫米波雷达，在大型机械的施工过程中对于大型机械驾驶员的视野盲区位置进行持续性地信号探测，并基于反馈的信号确定盲区中是否出现新的目标，或，是否存在目标向盲区进行移动的趋势。在可能发生险情时，生成报警信号。通过上述过程，使得大型机械的视野盲区内中的危险范围内出现物体，或有物体出现的趋势时，大型机械或场地上的其他人员和设备可以及时知悉该情况，进而阻止危险事故的发生，保证了大型机械施工过程中的安全性。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1示出了本技术一个示例性实施例提供的一种毫米波雷达的安装位置示意图。
16.图2示出了本技术一个示例性实施例提供的一种基于毫米波雷达的大型机械视野盲区检测方法的流程示意图。
17.图3示出了本技术一个示例性实施例提供的另一种基于毫米波雷达的大型机械视野盲区检测方法的流程示意图。
具体实施方式
18.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
19.毫米波雷达，是工作在毫米波波段探测的雷达。通常毫米波是指30～300ghz频域(波长为1～10mm)的。毫米波的波长介于微波和厘米波之间，因此毫米波雷达兼有微波雷达和光电雷达的一些优点。同厘米波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。本技术即提出一种毫米波雷达在大型机械使用安全技术领域的应用。
20.图1以一种示意性的情况表达本技术各个实施例中，毫米波雷达的设置位置。请参考图1，大型机械110实现为起重机，起重机的作业区域120位于起重机的前方，则在起重机工作时，驾驶员的注意力会用于集中观察作业区域120当中的情况，则此时，起重机的中后方即为驾驶员的视野盲区130。结合起重机的实际使用情况，在视野盲区130中，有危险区域范围140。在该危险区域范围内有极高的与起重机产生接触或碰撞的危险。对应地，毫米波雷达150即设置在大型机械110的后方，且其探测范围将大于危险区域范围140。
21.图2示出了本技术一个示例性实施例提供的一种基于毫米波雷达的大型机械视野盲区检测方法的流程示意图。以该方法应用于毫米波雷达中为例进行说明，该方法包括：步骤201，发送测试信号并接收反馈信号。
22.在本技术实施例中，测试信号实现为锯齿波信号，且其实现形式为啁啾信号。反馈信号为所述测试信号与检测范围内的目标接触后反射生成的信号，目标位于检测范围内，且目标实现为实体物体。
23.步骤202，根据接收到的回波信号，与本振信号经过混频器混频得到中频信号。
24.该过程即为将测试信号与反馈信号进行混频处理，得到中频信号的过程。可选地，反馈信号中具有可以表征目标的特征的数据，故在进行混频处理后，中频信号即可以同时带有锯齿波的特征和目标的特征。
25.步骤203，基于中频信号确定与目标对应的位置数据以及速度数据。
26.在本技术实施例中，由于中频信号携带有与目标相关的特征，故对于中频信号进行处理，即可提取相关特征，确定与目标位置对应的位置数据和速度数据。其中，速度数据用于指示目标的速度，位置数据用于指示目标的位置。
27.步骤204，响应于位置数据指示目标位于危险区域范围内，生成警报信号。
28.当目标位于危险范围内，毫米波雷达将直接生成报警信号。
29.步骤205，响应于位置数据指示目标不位于危险区域范围内，基于速度数据以及位置数据确定目标的预测轨迹。
30.当位置数据指示目标不处于危险范围内，但该目标可以被毫米波雷达感知时，即可确定目标具有进入危险区域范围的风险，则此时，进行目标所在位置的轨迹预测。可选地，该轨迹预测可以为目标在预设时间段内的轨迹。在一个示例中，该预设时间段的时间为30分钟。
31.步骤206，响应于目标的预测轨迹与危险区域范围产生交集，生成警报信号。
32.在本技术实施例中，若目标的预测柜机与危险区域范围产生交集，则毫米波雷达同样生成警报信号。
33.在一些示例中，毫米波雷达与监控室中的警示设备建立有通信连接。当毫米波雷达生成警报信号后，警报信号会发送至警示设备中，警示设备基于警报信号进行声光报警。
34.在另一些示例中，毫米波雷达与大型机械建立有通信连接，当毫米波雷达生成警报信号后，警报信号会发送至大型机械中，使大型设备的驾驶员知悉视野盲区内存在物体。
35.综上所述，本技术实施例提供的方法，通过可持续工作的毫米波雷达，在大型机械的施工过程中对于大型机械驾驶员的视野盲区位置进行持续性地信号探测，并基于反馈的信号确定盲区中是否出现新的目标，或，是否存在目标向盲区进行移动的趋势。在可能发生险情时，生成报警信号。通过上述过程，使得大型机械的视野盲区内中的危险范围内出现物体，或有物体出现的趋势时，大型机械或场地上的其他人员和设备可以及时知悉该情况，进而阻止危险事故的发生，保证了大型机械施工过程中的安全性。
36.图3示出了本技术一个示例性实施例提供的另一种基于毫米波雷达的大型机械视野盲区检测方法的流程示意图。以该方法应用于毫米波雷达中为例进行说明，该方法包括：步骤301，发送雷达信号并接收回波信号。
37.该过程与步骤201的过程相同，在此不做赘述。在本技术实施例中，毫米波雷达位于大型机械的外侧，且与大型机械通信连接，毫米波雷达的检测位置覆盖大型机械驾驶员的视野盲区位置，且视野盲区位置内包括危险区域范围。
38.步骤302，根据接收到的回波信号，与本振信号经过混频器混频得到中频信号。
39.该过程与步骤202的过程相同，在此不做赘述。
40.步骤303，对中频信号进行快速傅里叶变换处理，得到频域数据。
41.该过程即为对于中频信号进行变换处理的过程，在此情况下，可以将时域特征转换为频域特征，适配进一步的处理步骤。
42.步骤304，对频域数据进行恒虚警处理，确定频域数据中的频率数据以及相位数据。
43.该过程即为通过恒虚警处理的方式，对于频域数据中的频率数据和相位数据进行对应提取的过程。
44.步骤305，基于频率数据以及相位数据确定反馈信号的多普勒移频，并确定与目标对应的初步速度信息。
45.在本技术实施例中，在确定与频域数据，也即与中频信号对应的相位数据和频率数据后，即可确定其相对于反馈信号的多普勒移频，进而确定与目标相对应的初步速度信息。
46.步骤306，基于初步速度信息确定目标的类型。
47.目标的类型包括动态目标和静态目标。
48.在本技术实施例中，初步速度信息无法直接确定物体的精确速度，但可以区分物体的静止状态与运动状态，因此，可以进行目标类型的判定。
49.步骤307，响应于目标为静态目标，确定目标的速度数据为零。
50.步骤308，对目标的点云进行聚类，得到与静态目标对应的位置数据。
51.步骤309，响应于位置数据指示目标位于危险区域范围内，生成警报信号。
52.步骤307至步骤309为对于静态目标的位置确定以及警报生成过程。在确定目标为静态目标时，即对应确定目标的速度数据为零，再通过点云聚类的方式对于目标的位置状态进行特征提取，以确定目标的实际位置，进而在目标位于危险区域范围内的情况下进行报警。可选地，在得到点云聚类数据后，还可以通过置信度验证的方式，判断静态目标的真实性。当目标不位于危险区域范围内时，即不生成警报信号。
53.步骤310，响应于目标为动态目标，对目标的点云进行聚类。
54.当目标为动态目标时，毫米波雷达将直接对于动态目标进行点云聚类跟踪。
55.步骤311，基于点云确定目标的初始位置、运动方向以及运动速度。
56.在建立点云聚类跟踪后，即可确定目标的运动方向和速度。
57.步骤312，基于目标的初始位置确定目标的位置数据，并基于点云的运动方向以及运动速度确定目标的速度数据。
58.在步骤311所示的情况下，毫米波雷达将进一步确定目标的速度数据。目标的速度数据为矢量，其包括了目标的运动方向以及运动的速度的绝对值。
59.步骤313，获取与目标对应的不同时间段内的速度数据。
60.步骤314，基于速度变化数据以及速度数据确定目标的速度变化趋势。
61.步骤315，结合速度变化趋势，基于速度数据以及位置数据确定目标的预测轨迹。
62.步骤313至步骤315为轨迹预测的过程。在本技术实施例中基于不同的测试信号与反馈信号的对应关系，可以进行速度的变化趋势的确定，进而提高轨迹预测的精准程度。在确定速度变化趋势的情况下，毫米波雷达即可对于目标时间段内的预测柜机进行预测。
63.步骤316，响应于目标的预测轨迹与危险区域范围产生交集，生成警报信号。
64.该过程与步骤206所示的过程相对应，在此不作赘述。
65.步骤317，响应于已生成警报信号，且位置数据指示目标接近大型机械，向大型机械发送制动信号，制动信号用于指示大型机械进行制动。
66.在本技术实施例中，在警报信号生成后，若大型机械的工作未停止，且新的位置数据指示目标继续向大型机械靠近，则在大型机械与毫米波雷达建立通信连接的情况下，毫米波雷达可以直接向大型机械发送控制信号，以制动大型机械。
67.综上所述，本技术实施例提供的方法，通过可持续工作的毫米波雷达，在大型机械的施工过程中对于大型机械驾驶员的视野盲区位置进行持续性地信号探测，并基于反馈的信号确定盲区中是否出现新的目标，或，是否存在目标向盲区进行移动的趋势。在可能发生险情时，生成报警信号。通过上述过程，使得大型机械的视野盲区内中的危险范围内出现物体，或有物体出现的趋势时，大型机械或场地上的其他人员和设备可以及时知悉该情况，进而阻止危险事故的发生，保证了大型机械施工过程中的安全性。
68.上述仅为本技术的可选实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。