基于高精准定位技术的露天矿铲装设备安全管控 

引言

随着矿产资源开发强度不断提升，露天矿作业场景日益复杂，大型铲装设备的安全管理成为行业关注的重点。传统依赖人工观察、无线对讲等手段存在监控盲区、反应迟缓等问题，难以满足现代矿山对高效、安全作业的要求。近年来，高精准定位技术凭借厘米级精度与高可靠性，逐步应用于矿山装备管理领域。本文聚焦该技术在铲装设备安全管控中的集成应用，从风险识别、系统设计、功能实现等角度展开深入探讨，旨在推动露天矿山安全管理向数字化、智能化方向转型。

1 露天矿铲装设备安全风险分析

1.1 铲装作业流程及设备类型简述

露天矿的铲装作业是指将爆破后的矿岩物料通过装载设备（如电铲、液压挖掘机等）装入运输设备（如矿用自卸卡车）并运送至破碎站或排土场的过程。该环节是矿山生产的关键环节，其效率与安全直接影响全矿的运营质量。

常见铲装设备包括电动轮矿用卡车、柴油驱动的刚性卡车、电铲、装载机、液压挖掘机等。这些设备体积庞大、吨位大、运行速度高，且大多数运行在非铺装道路和崎岖地形中，容易受到环境影响，导致操控精度不足。

铲装作业流程主要包括：卡车定位等待、电铲装载、卡车装满后离开。该过程中，设备需要频繁启动、转向、倒车，且多个大型设备同时运行，现场人机混行现象较为常见。由于作业环境恶劣、通信手段有限，操作员主要依赖视距判断或对讲系统指令完成协同作业，安全隐患较多。

1.2 常见安全风险类型

露天矿铲装设备作业现场常见的安全风险主要包括设备碰撞、盲区作业误操作、人员误入危险区域、设备失控滑移等类型。

首先，设备碰撞是最主要的风险之一，尤其在铲装区多设备集中作业时，矿用卡车与电铲、挖掘机之间的空间距离较近，若缺乏精准位置信息和有效协同机制，极易发生剐蹭或碰撞事故。

其次，盲区作业误操作也是导致事故频发的重要原因。大型设备存在明显视野盲区，尤其在夜间、雨雪或扬尘天气下，驾驶员对周边情况感知能力下降，容易发生误碰或碾压事故。

第三，人员误入危险作业区也是重大安全隐患之一。露天矿现场人员活动频繁，部分临时检修或指挥人员缺乏安全定位与告警系统，极易进入铲装作业半径内，面临严重的人身威胁。

最后，设备失控或滑移在高坡度或湿滑路段中亦常见，尤其在雨雪天气、装载过重或制动系统失效时，极易引发连环事故。

2 高精准定位技术在铲装设备安全管控中的应用

2.1 系统架构设计

高精准定位在露天矿铲装设备安全管控中的应用，依赖于分层、模块化的系统架构设计，通常可分为三个主要层级：感知层、通信层和决策管控层。

感知层主要由 GNSS（如 RTK 差分 GPS）、UWB 基站、惯性导航单元（IMU）等组成，安装在铲车、卡车等关键设备上，实现厘米级定位与姿态数据采集。通信层负责将感知层获取的数据通过 4G/5G、Wi-FiMesh 或专用矿用无线网络传输到调度中心或边缘计算节点。决策管控层则通过集中式或边缘服务器进行数据处理、轨迹分析、行为预测、安全规则判断，并向设备下发控制指令或预警信息。

整个系统需具备高可靠性、低延迟、强抗干扰能力，以应对露天矿严酷环境条件，同时要求良好的可扩展性和平台兼容性，以便与现有矿山调度系统、视频监控系统等集成运行。

2.2 实时定位与轨迹监控

基于高精准定位技术，系统可对露天矿中的铲装设备实现实时位置监测和轨迹跟踪。通过 RTK-GNSS、UWB、惯导等多源融合定位手段，铲车、运输卡车等设备可实现误差在 10 厘米以内的高精度定位，系统可每秒更新一次或更高频率的位置数据。

轨迹监控系统不仅记录设备的历史行驶路径，还能动态显示当前运行状态、方向、速度等参数，便于调度指挥人员全面掌握设备分布和作业进度。同时，轨迹数据也可用于分析驾驶行为，如急转弯、急刹车、非规划路线偏移等，作为安全管理与绩效评估的依据。

2.3 安全区域设定与动态告警机制

利用高精度定位系统，可以在矿区作业场景中划定虚拟安全区域，实现对设备和人员的自动识别与动态告警。管理人员可通过后台系统设定铲装作业区、非作业区、危险区、行人通道等不同类型的空间区域，并赋予不同的安全规则和进入权限。

当设备或人员靠近危险区域、超速、进入禁行区域或接近其他设备设定的最小安全距离时，系统会立即触发多级告警机制：包括语音提示、座舱内震动、灯光闪烁、管理后台弹窗等方式，提醒操作员采取规避措施。

该机制还可结合设备的运行状态和空间关系，智能判断潜在风险等级，执行动态优先级管理。例如，当一辆卡车处于倒车状态且其后方有人员活动，系统可优先提醒卡车并限速，同时向作业人员发送移动预警。

这一套机制不仅降低了人为疏忽带来的事故风险，还能为安全管理提供可量化、可追溯的数据支持。

2.4 联动控制与智能调度

高精准定位系统不仅用于监测和预警，更可实现与铲装设备控制系统的联动，为智能化调度提供技术基础。在设备接近危险区域或其他设备时，系统可触发自动限速、强制停机、路径纠偏等控制策略，减少人为延迟反应导致的事故风险。

在调度层面，定位数据可实时反馈至矿山调度系统，用于优化铲装—运输—卸载链条的动态调度。通过对铲装进度、设备分布和作业状态的实时监控，系统可自动匹配空闲运输车辆至最优装载点，避免排队等待，提高设备利用率。

结束语

随着露天矿智能化转型的不断推进，基于高精准定位技术的铲装设备安全管控体系正逐步成为保障矿山作业安全、提升生产效率的关键支撑手段。通过构建实时定位、轨迹监控、安全预警与智能调度相融合的综合系统，不仅有效降低了设备碰撞、人机混行等事故风险，也为矿山管理的数字化、精细化奠定了坚实基础。尽管当前仍面临如信号遮挡、系统集成等技术挑战，但随着多源融合定位、边缘计算与 AI 智能决策的不断发展，该技术将在未来露天矿安全生产中发挥更加广泛和深远的作用。构建本质安全型矿山，离不开高精度感知和智能化管控的有机融合。

参考文献

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