小编语：地下工程往往作业空间狭窄，机械和人员在极小的空间内高度集中，运输设备和车辆通行频繁，现场容易发生车辆、人员或结构件之间的碰撞，引发安全事故。
近年来，随着隧道内位置检测技术和防撞安全系统的大幅度革新，将会显著减少此类风险，而这些技术对自动化、无人化施工设备的安全使用也至关重要。当前，意大利都灵理工大学正在进行这方面的研究，让我们一起来看一下他们的最新进展吧。
研发背景
在作业空间狭窄的地下工程中，车辆、人员或结构件之间容易发生碰撞并引发安全事故。欧洲地区的数据显示，地下工程施工过程中14%-32%的安全事故与碰撞相关。
同时，对碰撞事故的担忧，还限制了无人化/自动化设备的使用：布伦纳基线隧道项目原计划应用VirtuRail无人无轨台车，但施工团队担心其在复杂环境中的安全性，因此最后未采用。
VirtuRail无人无轨台车
近年来，得益于各大公司和机构在汽车无人驾驶方面的大力投入，人员/设备位置检测技术和防撞安全系统得到了大幅度革新。这些技术能够在地下工程的施工中得到有效应用，并为未来的无人化施工奠定基础。
配备了红外感应系统的预制构件运输台车
技术细节
意大利都灵理工大学分析的研究人员并确定了7种适用于地下工程的位置检测和防撞系统的技术类型，这些技术各有优劣，在实际运用过程中需要根据实际情况并结合使用：
雷达
优势：
■ 毫米和微波雷达信号可以穿透灰尘、烟雾，适合地下施工环境。
劣势：
■ 雷达是一种“视线技术”（line of sight technology），无法探测到角落里的物体；
■ 难以区分人和其他物体；
■ 雷达装置的安装位置会影响探测效率。
RFID（无线电频率识别）
优势：
■ 能够穿透大型障碍物，不受地形影响；
■ 准确率高，可同时监测多个障碍物 。
劣势：
■ 工人和设备上需要穿戴和安装信号发射装置；
■ 容易受到干扰，比如工人随身携带的电子设备。
超声波
优势：
■ 所需配套设施少，部署方便。
劣势：
■ 超声波是一种“视线技术”，无法探测到角落里的物体；
■ 检测范围短（最大8m）；
■ 环境、障碍物的大小和距离都会影响检测结果；
■ 易受其他设备干扰。
激光雷达
优势：
■ 准确且快速，测量距离长。
劣势：
■ 激光雷达是一种“视线技术”，无法探测到角落里的物体；
■ 激光雷达扫描是平面的，在扫描平面之上或之下的障碍物不被检测到；
■ 地下施工的中灰尘、烟雾会干扰探测；
■ 目标反射率会影响探测结果。
光学观察设备（摄像/摄影）
优势：
■ 信号不易被干扰；
■ 可以实时区分障碍物类型，辅助其他探测手段。
劣势：
■ 光学观察设备是一种“视线技术”，无法探测到角落里的物体；
■ 地下施工的中灰尘、烟雾会干扰探测；
■ 需要良好的光照环境。
红外/热成像
优势：
■ 可在黑暗中产生清晰的图像，适合在地下环境中使用；
■ 能够提供关于障碍物性质和确切位置，且探测范围大。
劣势：
■ 在非常热的环境中，该系统的效果会降低，甚至无法使用；
■ 热成像是一种“视线技术”，无法探测到角落里的物体。
蓝牙信标
优势：
■ 错误警报的数量少；
■ 所需配套设施最少，甚至可以使用智能手机代替专用硬件。
劣势：
■ 探测范围短；
■ 蓝牙信号接收器安装位置会影响探测效率；
■ 容易被电子设备干扰。
如何运用
都灵理工大学的研究人员在Saint Martin La Porte隧道的施工现场进行了实地测试，在不同的施工设备上应用了不同的技术。
• 叉车，轮式起重机，搜救车辆
装备：RFID（无线电频率识别）+光学观察设备（摄像/摄影）
施工现场上的每个工人，包括设备操作员都佩戴上了信号标签。如果在施工设备大约3米范围内发现人员信号，设备会自动报警。
RFID的应用：右上方是驾驶室报警器，右下方是工人佩戴的信号标签
轮式起重机还额外安装了视频摄像系统。该系统通过摄像头检测行人，范围可达7m。图像信息由机载图像处理单元分析，如果有行人出现，该单元会直接触发警报。
光学观察设备
存在的问题：
• 在地下施工环境空间狭窄，佩戴有信号标签的工人时常会大量集中在同一区域，这给RFID（无线电频率识别）系统带来了大量的信息处理压力，选用硬件和软件时应当考虑到这一问题。• 地下施工环境中湿气和灰尘较多，相机镜头表面形成沉积物使图像模糊，为了保持系统的性能，可能需要频繁清洁，而整体的操作效率也会降低。
• 预制件运输台车
装备：激光雷达+红外/热成像
搭配使用两种技术，可以有效弥补两种技术的缺陷。由于两种技术原理不同，不会出现相互干扰或者一个干扰源同时干扰两种设备的情况。
存在的问题：
两种系统都有一定的复杂性和操作要求，这增加了使用的难度，施工人员可能需要一段时间进行适应。
效果：
Saint Martin La Porte隧道施工现场在配备了这些设备后，碰撞事故明显减少，迄今为止，只在施工联络通道时发生了一起轻度的人车碰撞事故。
结 语
新的位置检测技术和防撞安全系统已被证明能够有效改善地下施工的安全性。更重要的是这些技术能够消除人们的担忧，让自动化施工设备得到更广泛的应用。
内容整理自WTC2022论文集