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大型工程机械的视觉盲区

2022-05-20发布,浏览次数:84

  铰接式装载机、挖掘机、压路机和起重机是重要的施工工具,并且在过去几年中通过3D动画、负载加权等新技术进行了升级和改进。不幸的是,统计数据显示,由于接触这些类型的机器,建筑工人每年仍然遭受大量非致命和致命事故(例如,根据美国劳工统计局2019年的数据,大约有800起致命事故)。大多数事故发生在机器或车辆(如装载机和卡车)反向移动且地勤人员或行人靠近这些机器后部时。

  多年来,作为“经验教训”倡议的一部分,建筑机械和自卸卡车的安全要求已经制定(例如,使用反向信号警报等),在国际标准组织和其他标准中有所规定。此外,在过去几年中,建筑、林业和采矿设备制造商采用了已经在汽车行业等其他领域引入的技术。

  重型铰接式装载机等机器配备了后视和/或侧视摄像头;其他常见的物体检测技术,如雷达、激光雷达和超声波,将被添加到正在进行的提高安全性的举措中。因此,地面工作人员以及机器周围,尤其是机器后面的行人应该被这项技术检测到,并在机器舱内的屏幕上让操作员知道。

  建筑承包商接受与此类技术相关的额外成本,因为在效率和安全方面的投资是值得的。安全技术应该会提高生产力,因为操作员会被警告近端物体并更有效地工作,并且操作员因害怕撞到某人而产生的压力会更小。此外,可以防止或减少致命事件。在建筑工地发生致命事故后,可能会进行数周的调查,并迫使建筑工地停止工作,从而造成数百万美元的损失。

  在接下来的段落中,将在人为因素的放大镜下检查装载机的使用/任务,以找到事故的解释。欣策等。人。(2005)指出,几乎所有建筑工地事故都涉及人为因素。

  盲区

  由于重型机械的尺寸、预期用途、设计、可行性和生产力的性质,建筑机械的操作员在他们的驾驶室之外只能看到有限的视线。因此,机器后面的盲区在向后移动时会带来很大的问题。

  已经使用多年的盲区问题的一种解决方案是为操作员配备多个车内和车外后视镜。

  在另一种解决方案中,重型设备行业听取了客户(VOC)的基本要求,即“现代乘用车中已有的后视摄像头系统”。

  在美国,2018年5月1日或之后生产的车辆必须使用基于摄像头的后方视野系统。这是基于联邦汽车安全标准第111号(FMVSS111)中发布的CameronGulbransen儿童交通法案。FMVSS111是由一名父母在他的车道上支持他的SUV使用侧视镜和后视镜,以及看着他的肩膀,试图防止撞到任何东西的事件引起的。可悲的是,他的孩子恰好在SUV后面的盲区,被撞倒当场死亡。据称“安全”的SUV被证明是不安全的,随后漫长的法律斗争导致需要后置摄像头系统,最终改变了法律。后视摄像头系统从可选配件演变为标准安全措施。

  目前有计划用“智能”基于相机的镜子(相机监控系统[CMS])完全或部分替代传统镜子。除了提供扩展的视野之外,假设CMS的真正好处是在机舱的中央监视器上呈现实时视频(可能与来自机器周围其他区域的视频“拼接”在一起)。目的是通过将所有图像合并为一个来节省操作员的时间和精力(而不是不断地将他或她的头转向不同的镜子)。其他好处包括自动调节以减少眩光或增加夜间亮度。该系统的缺点是对附加软件的依赖,在机器中添加了可能发生故障的另一个系统,以及传统镜像始终呈现当时的“真实情况”这一事实。

  乍一看,上述技术进步似乎是一个合乎逻辑的解决方案——为什么不将摄像机安装在工程机械的背面,将视频流馈送到机舱内的监视器,从而解决盲区问题?

  驾驶任务与装载机任务的比较

  有经验的驾驶员可能不再意识到这一点,新手必须学习、练习并习惯它——驾驶汽车的任务是一项复杂的工具性活动,不断挑战与快速变化的环境变量进行交互。主要的驾驶任务是保持车辆在路上行驶。其他任务包括改变车道和/或超车。驾驶任务是多才多艺的,包括向前或向后运动。驶出停车位时,例如在杂货店,或倒车或驶入车道或车库时,必须倒车。这项任务很复杂,包括来自驾驶员的方向和速度输入以及避障和空间定位的组合。

  后视摄像头以特定视野(有时超过180度,取决于车辆的类型和制造)、后保险杠的位置和(通常可选的)轨迹线显示情况的视频,指示车辆的运动车辆取决于方向盘的输入。在车内,在中控台的上部,作为娱乐系统的一部分呈现了一个视频屏幕(“娱乐”一词实际上是指何时将收音机放置在该位置的误称遗物),以及驾驶员理论上可以在倒车时完全专注于屏幕(尽管市场上几乎所有屏幕上都会显示警告,表明驾驶员仍负责检查车辆周围环境)。与汽车一起向后延伸的运动相当罕见。

  装载机是一种重型机械,主要用于将泥土、砾石、岩石和其他建筑材料从一个位置移动到另一个位置,通常从堆料堆到自卸车或垃圾场的另一个位置。最常见的是,装载机以“V形”或“短装载周期”(SLC)运行。在SLC期间,操作员的主要任务是移动装载机的铲斗以装满或清空。装载机的操作是一项极其复杂的动态任务,需要操作人员持续关注装载机的位置,最重要的是铲斗的三维位置。这与应用适当的速度控制(例如,当将铲斗驱动到堆垛中以填充它时)、进入堆垛所需的铲斗速度/动能、自卸卡车的接近和提升桶。此外,装载机操作员需要快速完成工作以提高运营效率。

  装载机SLC的10个阶段从自卸卡车的库存中装载沙子、砾石、岩石等材料。装载机需要向后行驶的时间越长,满载卡车所需的时间就越长,因为V形转向Y形定位(改编自Frank、Kleinert和Filla,2018年)。

  在比较汽车和装载机的倒车任务时,后视摄像头似乎在任何一种情况下都可以达到令人满意的效果。

  然而,仔细研究操作装载机的人为因素会发现不同的倾向。Wallmyr(2017)使用眼动追踪技术来识别装载周期中装载机操作员的注意力区域。结果表明,操作员的主要注意力集中在前方,在装载机之前。此外,即使在倒车时,侧窗和后视镜也几乎没有记录到注意力。有趣的是,在使用眼动追踪技术进行分析的过程中,操作员没有看到放置在装载机驾驶室右下方的后视摄像头监视器。

  结论

  普通乘用车驾驶员的驾驶任务与装载机操作员的任务有很大不同,支持汽车驾驶任务的设备不能以相同的方式应用于装载机。此外,安装后视摄像头并不能解决装载机等工程机械的盲区问题。在找到适合例如装载机操作员独特情况的技术解决方案之前,我们将不得不继续依赖更传统的安全措施。

  

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