Но сначала немного истории. Есть в нашей огромной стране северный город. В городе есть большая шахта, которая, по сути, является основным местом работы для горожан. Сегодня пятница, рабочий день уже перешел во вторую половину дня. Рабочие на 720-метровом уровне шахты отмечают день рождения коллеги, употребляя алкоголь, тайно пронесенный на площадку. Один из опьяневших шахтеров пошел подышать свежим воздухом перед выходом на поверхность, но немного устал и заснул на рельсах подземного поезда с рудой. Его разбудил электровоз, который не заметил неудачливого шахтера, дремавшего в темноте на рельсах. Шахтер потерял руку в результате столкновения с локомотивом. Это ужасная история, и множество подобных историй из других регионов России каждый раз озадачивают разных исполнителей. Что можно сделать для того, чтобы таких историй было меньше или чтобы они никогда не случались. Именно здесь начинает формироваться спрос на систему, решающую проблему предотвращения наезда автомобилей на людей.
Предыстория, побудившая нас разработать такую систему в 2016 году, такова. Горнодобывающая промышленность — одна из самых опасных профессий в мире. А в нашей стране это один из ключевых секторов экономики после добычи нефти и газа. Добыча полезных ископаемых в мире ведется двумя способами: открытым (поверхностным) и подземным.
Мы, как разработчики систем позиционирования, занимаемся позиционированием шахтеров в шахтах уже довольно давно, и проблема позиционирования уже решена в той или иной степени почти на всех шахтах. Но несчастные случаи, связанные со столкновениями горного оборудования и наездами техники на рабочих, к сожалению, все еще происходят. На Западе этот вопрос начали решать уже в 2006-2010 годах путем разработки и внедрения систем предотвращения столкновений. Прежде всего, такие системы были внедрены в карьерах, поскольку там подобные инциденты происходили чаще. С марта 2019 года системы предотвращения столкновений также являются обязательными в России, но не в карьерах, а в шахтах. Это подводит нас к ТЗ и запросу на такие системы.
Все горнодобывающие компании в России обязаны соблюдать правила промышленной безопасности. Ростехнадзор (Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору) следит за соблюдением этих норм, и при разработке системы мы в первую очередь учитывали требования, выдвигаемые этой службой. Однако, поскольку требования к системам предотвращения столкновений в нашей стране сформулированы в очень общих чертах, при разработке проектных спецификаций, сценариев испытаний и критериев приемки мы опирались на международный документ, подготовленный EMESRT (Круглый стол по безопасности землеройного оборудования). Это организация, объединяющая горнодобывающие компании, государственные учреждения, производителей горного оборудования, сервисные и инжиниринговые компании со всего мира.
Она разработала классификацию систем управления и безопасности для горнодобывающей промышленности:
- Уровень 7 — Осведомленность оператора
Технологии, предоставляющие информацию, которая повышает способность оператора наблюдать и понимать потенциальные опасности в непосредственной близости от оборудования. - Уровень 8 — Консультативный контроль
Технологии, обеспечивающие предупреждения и/или инструкции для повышения способности оператора предвидеть потенциально опасные действия и необходимые корректирующие действия. - Уровень 9 — контроль вмешательства
Технологии, которые автоматически вмешиваются и осуществляют определенную форму управления оборудованием для предотвращения или уменьшения последствий опасной ситуации.
В качестве основы для проектирования системы и программы последующих испытаний и сценариев испытаний был использован документ Системы взаимодействия транспортных средств, в котором изложены основные сценарии и ситуации, возникающие в результате присутствия техники и людей на горных работах, и возможные события, связанные с ними.
При проектировании системы для горного оборудования следует избегать следующих опасных ситуаций или минимизировать ущерб (свести к минимуму последствия события):
- Травмы из-за конструкции рабочего места и внешних конструкций
- Травма или госпитализация из-за физического и/или умственного переутомления
- Повреждения вследствие ухудшения видимости (включая искаженную или ухудшенную видимость) или ухудшения осведомленности об опасностях в различных рабочих условиях
- Повреждения из-за снижения или ухудшения видимости оператором окружающей обстановки и рабочего инструмента
- Ущерб в результате столкновений, вызванных движением людей и транспортных средств в слепой зоне оператора
- Повреждения, вызванные потерей устойчивости машины во время работы, движения, сочленения
- Повреждения в результате неправильного использования органов управления, неправильной/неточной калибровки или неэффективного обслуживания из-за плохой конструкции органов управления и дисплеев
- Ущерб, возникший в результате неправильного толкования информации на дисплеях или наклейках
- Ущерб, включая психическую перегрузку, возникающий из-за предупреждений и сигналов тревоги, которые игнорируются или не слышатся
Существуют неотъемлемые требования, как к самой системе, так и к типу оборудования, визуализации уведомлений и способам их передачи.
Согласитесь, требований к системам предотвращения столкновений гораздо больше, чем в российской версии Правил промышленной безопасности для горнодобывающих предприятий (Приказ № 599 от 11 декабря 2013 года «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности при добыче и переработке твердых полезных ископаемых»), где прописан всего один пункт:
Пункт: 325 Транспортные средства, эксплуатируемые в шахтах для ведения горных работ, должны быть оборудованы системами предотвращения столкновений. Система предотвращения столкновений должна своевременно предупреждать водителя о наличии людей и транспортных средств на пути движения машины.
Именно гораздо более длинный список исходных требований к системе предотвращения столкновений, описанный EMESRT, и включение этих требований в конструкцию изделия позволит удовлетворить все текущие и будущие требования, которые могут быть добавлены в российское законодательство и правила в области горной промышленности в будущем.
Это подводит нас к ключевым сценариям для машин и людей, в которых система защиты от столкновений должна обнаружить опасность и предупредить всех участников такой ситуации.
Список сценариев для добычи полезных ископаемых:
- P1- Человек находится непосредственно у машины
- P3- Человек находится под наблюдением во время работы с машинами и оборудованием
- P4- Человек садится в кабину или выходит из нее
- L1- Фронтальный подход со стационарной машиной
- L2-Столкновение между реверсивной машиной и неподвижной машиной
- L3-Столкновение между 2 автомобилями, движущимися назад
- L4-Столкновение двух машин, движущихся друг за другом
- L5-Столкновение двух машин, движущихся навстречу друг другу
- L6-Столкновение двух автомобилей, движущихся задним ходом, при этом один автомобиль обгоняет другой.
- L7-Столкновение двух движущихся автомобилей и обгон одного из них
- L8-Столкновение в условиях нулевой видимости
- C1-Столкновение двух приближающихся друг к другу транспортных средств при движении по кривой в условиях плохой видимости.
- C3-Столкновение между движущимся впереди транспортным средством и движущимся сзади транспортным средством на повороте в условиях плохой видимости.
- T1-Столкновение двух автомобилей, движущихся в одном направлении, на перекрестке
- T2 — Сближение двух автомобилей, стоящих друг напротив друга, когда один из автомобилей собирается повернуть на перекрестке
- T3-Столкновение 2 автомобилей, движущихся в одном направлении, на Т-образном перекрестке под углом 90 градусов
- T4-Сближение 2 автомобилей, движущихся в одном направлении, на перекрестке двух технических дорог
- R1-Машина с вращающейся машиной, работающей рядом с другой машиной
- R2-Машина передает материал на вторую машину
- O1-Машина соприкасается с неподвижной конструкцией, стеной или неподвижным оборудованием
- V1-Машина входит в запрещенную зону, где движение запрещено
- V4-Машина движется без управления
- V6-Машина перемещается по территории, где есть большое количество других машин и людей, например, в мастерской
Всего существует 24 сценария, которые охватывают 99% всех типичных задач подземной добычи, где могут присутствовать самоходные машины, транспортные средства и люди.
Ниже я расскажу о том, как мы выбирали технологию для создания продукта, через что мы прошли при его создании и что из этого получилось, а также как мы тестировали каждый из описанных сценариев.
Технологии и решения для создания системы предотвращения столкновений
Мы работаем над подобными системами предотвращения столкновений с 2016 года, о которых вы можете прочитать в статистике Хабры здесь.
В 2016 году это выглядело примерно так. 
В то время мы перешли с устаревшей на тот момент технологии Nanoloc на более перспективную технологию UWB. Подробнее о технологии UWB мы писали на Хабре здесь и здесь.
В чем преимущество технологии UWB для позиционирования объектов?
- Высокая точность позиционирования: до 10 см.
- Устойчивость к отражению радиосигналов в условиях прямой видимости.
К 2018 году была разработана система предотвращения столкновений на основе технологии UWB, которая прошла несколько этапов разработки.
Вот как выглядел первый прототип антенныНа начальном этапе разработки в плату антенны был встроен проблесковый маячок для специальных транспортных средств. По частоте мигающего света определить, в какой зоне находится персональная метка.
» alt=»изображение» />.
Один из этапов испытаний нового корпуса антенныКорпус антенны отлит из сверхпрочного зеленого полимера. Цвет был выбран на основании того, что он не будет присутствовать в среде, в которой будет использоваться система.
Теперь система состоит из следующих компонентов:
Метка (TAG) — интегральная схема с поддержкой UWB, встроенная в горный маяк или отдельное устройство на его основе.
Антенна (VBU) — устанавливается на кожу автомобиля. Также содержит UWB-чип, который определяет расстояние до другого UWB-чипа на основе ToF (время полета).
Блок управления (VCU) — микрокомпьютер обрабатывает измерения, полученные от антенн, и, используя математический алгоритм, определяет положение метки относительно автомобиля и отправляет данные на дисплей водителя для визуализации.
Дисплей (VOD) — выполняет визуальное представление информации о положении маркера относительно автомобиля.
Технология позиционирования UWB основана на чипе от ирландской компании Decawave. Чипы имеют собственную антенну для измерения времени прохождения сигнала между ними. Поскольку VBU содержит тот же UWB-чип, что и метки, они обнаруживают друг друга в условиях радиовидимости и измеряют друг друга. Этот принцип позволяет определить время прохождения сигнала между антеннами автомобиля, а также между антенной и меткой.
Отсюда вытекают два направления управления:
- Транспортное средство — транспортное средство (Vehicle to Vehicle или V2V)
- Автомобиль — человек (Vehicle to Person, V2P).
Принцип работы системы
Система основана на принципе создания вокруг автомобиля 3 зон контроля опасного сближения. Эти зоны могут иметь любую форму и учитывать как особенности конструкции, так и параметры движения транспортных средств.
Зона предупреждения
Предупреждает работников о наличии в непосредственной близости транспортных средств, механизмов и т.д.
Система сигнализирует о возможных опасностях приближения и обращает внимание водителя и шахтера на то, что они приближаются к другому объекту.
Антенны (VBU) передают UWB-сигнал в пространство вокруг автомобиля в поисках других антенн (VBU) или персональных меток (TAG) в пределах радиовидимости.
Если в зоне ‘Lookout’ обнаружены другие антенны (VBU) или персональные метки (TAG), измеряется расстояние от антенны (VBU) до объекта.
Данные измерения расстояния передаются в блок управления (VCU), где на основе дальности, направления и зоны рассчитывается положение обнаруженных объектов.
Результат расчета отображается на дисплее водителя (VOD).
Зона «Предупреждение» на дисплее 
Опасная зона
Обнаруживает опасную близость и привлекает внимание работников, а также может замедлить работу машин и транспортных средств.
Система предупреждает о возможном столкновении и обращает внимание водителя и оператора на то, что приближается другой объект.
Водитель может видеть на дисплее (VOD), в какой зоне находится обнаруженный объект, и по мере приближения объекта к автомобилю объект будет перемещаться из зоны «Внимание» в зону «Опасность» на дисплее (VOD). В то же время в кабине пилота (VOD) будет включена световая и звуковая сигнализация, когда объект входит в опасную зону, как в кабине водителя, так и снаружи автомобиля, включаются проблесковые маячки и звуковой сигнал. В то же время на персональном жетоне сотрудника (TAG) или в кабине другого автомобиля, оснащенного продуктом RealTrac Collision Avoidance, будет активировано звуковое и графическое предупреждение.
Зона «Опасность» на дисплее 
Зона аварии
Генерирует сигнал тревоги, когда другой объект, оснащенный системой, попадает в зону аварии.
Когда объект из опасной зоны попадает в зону аварии, активируются все предупредительные меры для водителя транспортного средства. На дисплее водителя (VOD) загорается красный аварийный индикатор и раздается непрерывный звуковой сигнал. Звуковое предупреждение и вибрация также активируются на персональной идентификационной метке шахтера (TAG), чтобы предупредить водителя, когда он находится в аварийной зоне.
Зона предупреждения на дисплее
Вот как выглядят зоны управления в конфигураторе системы предотвращения столкновений. Видны точки крепления антенн на автомобиле и маркер, установленный на другом автомобиле. Расстояние между сетками составляет 1 метр.
Это принцип работы системы, описанный в теории. На следующей неделе я расскажу вам, как это выглядит на практике.
