所属领域

安全应急

技术成熟度

实验完成

应用行业

采矿行业

合作方式

联合开发

成果概况

目前，矿山作业的安全风险高、人力成本高、生产效率低、智能化效率低等诸多问题。矿用AR安全头盔项目有利于加快新一代信息技术与煤炭产业深度融合，推进煤炭产业高端化、智能化、绿色化转型升级，实现煤炭开采利用方式的变革，提升煤矿智能化和安全水平，促进煤炭行业高质量发展。矿用AR安全头盔提供多种信息采集手段，可以实现井上井下人员及时信息交流，从而提高生产效率，头盔的多种传感器有助于提前检测危险、实时预警，从而降低生产安全事故。

(1)采用硅上液晶（LCOS）作为显示器实现大屏幕、高分辨率成像；

(2)基于高折射材料的轻薄型阵列波导传像技术，并进行优化设计，实现单目50°的大视场混和现实光波导显示；

(3)通过AR头盔以第一人称视角进行前后方远程可视化协作；

(4)能获取物联网基础状态类数据；能对瓦斯浓度超限预警、水位状态超限预警、灾害数据分级预警、工作面异常数据预警、作业危险告警、综采作业危险预警等进行及时告警；

(5)能实现快速识别矿下危险物（明火、烟头、传输带异物、塌方物）；

(6)开源架构实现系统各部分的有机协调；

(7)电量不少于7200毫安，使用时间不低于2.5小时；

(8)重量不超过800克。

关键技术

1.   系统总控设计及增强现实操作系统设计

（1）实现算力和供电方面的有机结合，电量不少于6000毫安，使用时间不低于2.5小时；（2）采用开源的Android架构实现系统各部分的有机协调，具体包括双屏显示、周边设备接口兼容、基于自然交互（语音、手势、眼动跟踪等）的输入操作等，之后将移植鸿蒙系统进一步开发、完善系统功能。

2.   大视场混合现实光波导显示方案设计

（1）基于阵列光波导的大视场混合现实光波导显示技术，采用硅上液晶（LCOS）作为显示器实现大屏幕、高分辨率成像；（2）基于对称型双高斯物镜的投影镜头设计优化方法，实现高调制传递函数（MTF）成像，提高细节成像能力；（3）基于高折射材料的轻薄型阵列波导传像技术，并进行优化设计，实现单目50°的大视场混和现实光波导显示。

3.   基于云平台的矿下智能巡检研究

（1）通过AR头盔以第一人称视角进行前后方远程可视化协作，后端调度管理中心、管理人员、专家通过实时音视频、AR动态标注、资料分享等功能，协助现场高效处理疑难问题；（2）打破时间、地点、人物交流的限制，实时对故障情况、突发应急事件进行交流，利用第一视角的优势和第一时间掌握的现场情况，通过专家解答给出问题处置的最优方案、避免现场误操作带来的风险。

4.   矿下微气候检测与预警技术研究

（1）获取物联网基础状态类数据，如环境温度、环境湿度、瓦斯浓度、水位数据等进行实时展现，辅助人员进行环境监测；（2）通过对接AI算法识别数据，将针对瓦斯浓度超限预警、水位状态超限预警、灾害数据分级预警、工作面异常数据预警、作业危险告警、综采作业危险预警等进行及时告警。

5.   基于偏振多光谱的异物探测与快速识别技术

（1）设计开发新型偏振分束器件，构建紧凑型四通道偏振图像同步探测系统，并进行一体化光学优化设计，满足头戴集成式偏振光谱成像探测需求；（2）采用小波变换方法实现光谱图像和偏振图像的有效融合，配合Gabor滤波器的目标识别算法实现快速识别矿下危险物（明火、烟头、传输带异物、塌方物），最后利用OpenCV可视化技术进行呈现。

6.    基于人体工学的系统设计研究

（1）研究头盔重量配比、系统装调问题，提升佩戴舒适度，重量不超过800克；（2）AR显示波导面型、材料等对漏光的影响，最大限度的防止漏光；（3）采用理论仿真查找热源、温升，设计热管理方案，实现有效的热量控制。

应用领域和市场前景

矿用AR安全头盔项目符合国家能源局、国家矿山安全监察局关于印发《煤矿智能化建设指南（2021年版）》的通知（国能发煤炭规﹝2021﹞29号）精神，可为煤炭行业供给侧结构性改革，智能化技术支撑煤炭产业融合发展，进而实现徐州市安全应急产业“跨越式”发展。

矿山安全核心的就是井下作业人员安全和机电设备安全。通过先进的AR显示技术和AI人工智能分析技术，让井下工作人员在第一视角能够看到机电设备实时数据、环境监测数据、作业区风险预警数据，将最有价值的数据赋能给井下作业人员，实现调度中心和井下人员的高效联动。矿用AR安全头盔研发完成后可用于矿工定位、逃生导航、环境分析、设备维护、安全监控、应急救援、危险预警等场景。此外，也可进行改装后用于安保、消防、电力、化工、海关、交通、金融、物流、市政、油田等行业。

目前，矿用AR头盔在国内外还处于试验和应用的初级阶段，但随着5G、云计算、人工智能等技术的发展和普及，矿用AR头盔的市场前景十分广阔。据中国煤炭工业协会发布最新发布的《煤炭行业发展年度报告》预测，到“十四五”末（2025年），建成智能化生产煤矿数量1000处以上，到2035年实现4000处各类煤矿基本智能化的目标。因此，可以看出，矿用AR头盔作为一种新兴的矿用智能设备，将为矿山行业带来更多的便利和效益，具有巨大的发展潜力和商业价值。