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摘要：針對煤礦現有輔助運輸車輛管理系統的不足之處，設計了一種軟件、硬件、網絡數據融合的新型管理系統。設計了車輛道閘管理、車輛定位管理、井下信號燈管理、車輛調度管理功能，并對功能內涵進行了詳細闡述。經過實踐應用，新系統達到了減員增效的目的，取得了明顯的社會經濟效益。
關鍵詞：輔助運輸；井下車輛；定位算法；安全管理
隨著煤礦輔助運輸系統的不斷發展，車輛作為現代化的主要交通工具，在煤礦生產過程中也發揮著越來越重要的作用，而對車輛的管理也是現代化煤炭企業所面臨的一個任務。研究和應用煤礦車輛輔助運輸管理系統，一方面通過使用現代化的信息技術手段，企業可以節省不少不必要的浪費，更為高效地完成車輛管理方面的工作，合理有序地安排輔助運輸日常工作。神東補連塔煤礦從數據的角度出發，建立了礦井防爆無軌膠輪車運輸安全管理大數據平臺，通過大數據整合，匯聚全部車輛的運行動態監控數據、新車技術參數、車輛行駛記錄、車輛調度信息、氣象信息等多源數據[1]。楊金鋒從流程和管理的角度探討了煤礦輔助運輸車輛的高效工作機制[2]，針對用車費用結算、車輛外出管理、公務用車理念等提出了一些思考和建議[3]。和鑫以湖南省湘潭市車輛為例，設計了主要由車載GPS、服務器以及監控平臺組成的系統[4]。翟昆志從司機管理和出車任務分派與跟蹤發揮的主要作用和改進設想方面進行了闡述[5]。以上是學者們從不同角度提出的對車輛管理的思考，但是針對煤礦井下車輛軟件、硬件、網絡融合一體化的設計系統還較少。本文從煤礦運輸實際需求出發，設計了軟件、硬件、網絡融合一體化系統，為煤礦輔助運輸車輛管理提供了另一種解決方案。
1系統總體方案設計
1.1調研與需求
分析通過走訪調研煤礦實際需求，認為目前的管理系統還存在功能上的不足，難以充分滿足煤礦生產發展需求和解決實際問題。當前的管理系統存在的不足主要包括以下幾點：a)不具備井下車輛實時定位跟蹤及實時查看運行狀況功能；b)系統設備安裝的點數少，覆蓋面小，無法滿足大型、特大型煤礦全礦井巷道監測的要求；c)車輛存在漏卡現象，定位精確度不高，同時在信息統計方面也存在偏離，不符合煤礦實際需求；d)井下車輛需要井下信號燈管理，以提高車輛通過率。
1.2系統設計
此次煤礦應用的車輛輔助運輸管理系統從使用管理和安全管理方面考慮，共建設了4個部分：a)井口車輛道閘管理；b)車輛定位管理；c)井下信號燈管理；d)車輛調度管理。系統總體架構如圖1所示。
1.2.1井口車輛道閘管理
井口車輛道閘管理系統實行井口管理中心電腦集中監控，在井口管理中心設置監控管理主機，對進出車輛進行統一管理。車輛采用藍牙感應式ID卡或有效密碼實現對車輛出入井的控制，通過數據線與各個射頻目標識別器進行數據連接，通過計算機通信網絡與調度監控服務端進行數據連接，并通過無線通信網絡連接進行數據通信處理井口車輛道閘管理系統具體設計有以下功能：a)管理中心安裝道閘系統數據庫及系統管理應用程序；b)井口出口處設置系統工作站和圖像對比管理軟件，便于系統管理及進行圖像比對；c)每臺入井車輛配置一個藍牙信息卡，當車輛距離道閘藍牙檢卡器5m范圍內時，檢卡器識別信息卡內容，自動升降欄桿；d)藍牙ID卡與密碼一一對應，一卡一密碼；e)在車輛進入的車道一側安裝藍牙讀卡器（近距離識別并帶密碼鍵盤）。利用井口車輛道閘管理系統能夠輔助完成運輸車輛的出入井存檔記錄，并且與車輛定位管理系統實現了數據互聯互通，滿足了礦井對輔助運輸車輛的高效安全管理需求。車輛道閘管理如圖2所示。
1.2.2車輛定位管理
車輛定位管理系統主要用于調度礦井車輛所在的地理位置和運行速度，根據無線通訊定位基站讀取到的人員定位卡、車輛標簽ID和車輛狀態信息的實時情況，確定被調度礦井車輛所完成的物流信息并加以記錄，同時，根據設定的被調度礦井車輛的車輛調度信息，實時分析被調度礦井車輛的地理位置、運行速度和車輛狀態信息，確定被調度礦井車輛的狀態和運行線路是否正常，并在發生異常時，通過無線通信基站向相關的無線調度查詢終端發送相應的異常報警信息。車輛定位管理系統通過加強定位算法能夠實現對車輛精確定位、車輛軌跡回放、車輛超速管理和超時管理等，車輛定位精度在10m以內，并且該系統與井口道閘系統互連。通過比對2個系統的數據對入井車輛進行唯一性檢驗，為車輛調度管理提供了準確依據。同時，基于AUTOCAD的二次開發與轉換技術，將繪制好的電子圖通過轉換軟件轉儲導入該系統，為車輛定位提供了地圖導航。
1.2.3井下信號燈管理
井下紅綠燈控制系統在對井下車輛的監控調度中發揮著重要作用。該系統主要通過其分站不斷采集周圍射頻卡的信息，處理后上傳至采集服務器；采集服務器經過軟件運算分析后，下達控制命令給分站，控制紅綠燈狀態，從而控制車輛行進、停止、避讓等一系列行動，合理調配礦道內車輛運營狀態，提高其運輸效率。在系統建設應用過程中，需在每個避讓點口裝雙向紅綠燈，當前方有特種車輛駛來時（前方路不通），如果汽車所在地點前方有避讓點且無車輛進入躲避、前方無其他車輛需要占用空避讓點進行躲避時，綠燈亮表示汽車可以繼續前行；如果前面已有避讓點全部有車躲避或即將被其他車輛占用躲避，則紅燈亮，汽車停止前進，就近進入避讓點。
2關鍵技術研究
2.1車輛道閘與車輛定位管理系統數據關聯
車輛道閘與車輛定位管理系統數據關聯，開發數據庫接口，考慮系統的穩定性創建臨時表，并把關鍵字段數據存儲在臨時表中。車輛定位數據庫采用mysql，通過標準的數據庫訪問技術，將車輛道閘管理數據定時讀取并傳送至車輛定位系統，結合車輛調度部門的考核制度與報表格式，通過聯合運算，選用多功能報表控件，最終以報表形式統計車輛出入井總數的日、月報表。根據兩系統唯一校驗可統計車輛實工、虛工等全方位信息，為車輛虛工提供考勤依據。通過對車輛道閘與車輛定位數據關聯的研究，經過測試運算和分析，提高了車輛調度人員的工作效率，規范了車輛出勤，加強了對車輛的公正考核。
2.2多系統融合技術合理利用資源
道閘與攝像機融合能夠通過道閘管理系統實時監測車輛出入井時間，實時監測車輛出入井是否規范，有沒有闖桿、超速等違規現象，單系統集成與多系統融合成為信息化的重要橋梁，充分利用現有資源提高車輛輔助生產效率是關鍵。道閘管理與車輛定位數據庫數據關聯完成了對比校驗，無線通訊系統融入車輛管理系統中發揮著通訊站的作用，通過對管理系統中各車輛運行信息的分析，調度人員可以快速做出響應，同時使用無線通訊手持終端，緊急情況下可使用直呼功能，給司機直接下發調度指令，提高出車效率。
2.3車輛精確定位流程和算法
該系統車輛定位使用的是國際上最先進的RFPM（RFPaternMtching，信號指紋）技術、融合信道擬a和、非線性濾波、自動采樣優化、自適應發送間隔調整、硬件結構自適應、應用場景自適應等諸多信號處理技術，根據不同的應用環境，啟動與其相適應的定位算法，結合電子圖矢量運算、定位卡信號采集分析，即可計算出車輛運行位置，判斷其是否超速，從而為車輛調度人員實時掌握車輛動態提供準確的信息。通過RFPM技術，融入電子礦圖矢量運算，可精確定位車輛行進路線。
2.4井下信號燈管理
監控中心將采集到的信號轉化成數字信號傳輸給上位機，經上位機分析發出指令來控制信號燈，信號燈控制器受來自監控機的指令而工作，分別產生紅燈控制信號和綠燈控制信號，每當向信號燈發送控制信號后，立即向監控機發送應答信號，具體內容如下：a)信號燈具有與基站之間的雙向通信功能，信號燈向上位機實時反映自己的狀態，同時可根據上位機發送的控制命令進行相應的變化，指示車輛正確行使。b)系統除了具有實時控制功能外，還具有數據存儲和重演功能。系統可以存儲幾天的車輛運行數據，調度員調出已存儲的數據就可以回放任意時段的車輛運行情況，從而為事故分析提供依據。c)礦下的環境十分惡劣，經常會發生瓦斯泄漏、易燃易爆物體爆炸等事件，因此好的防爆材料十分重要。此信號燈由塑料外殼、鋼化玻璃組成，能夠在礦井下保持較長的使用壽命。信號燈正面有一個箭頭（由紅綠2色LED點陣組成），此LED由高亮度發光二極管組成，這種高亮度的發光二極管能夠使指示箭頭在較暗的礦井中輕易地被識別出來。d)信號燈具有自動控制功能，系統能夠根據運輸大巷內車輛的當前位置，通過信號燈的自動控制，指揮車輛有序地進入某一區域或停留在某位置等候，從而大大提高巷道的車輛通過能力。
2.5輔助調度系統應用研究
礦井車輛攜帶的設備包括車輛射頻標識卡、車輛定位卡、4G手機。調度查詢終端設置有終端ID，工作于礦井監控區域內，用于接收調度監控服務端通過無線通信基站下發的車輛調度信息或異常報警信息，還用于提供對車輛狀態信息的設定操作，并將設定的車輛狀態信息通過射頻信號寫入指定車輛標簽（人員攜帶的定位卡）ID射頻標識卡。所述車輛調度信息包含有被調度礦井車輛的車輛標簽（人員攜帶的定位卡）ID，以及對其設定的調度指示運送貨物信息和調度指示運送路線信息。調度監控服務端設置于礦井監控區域外的地面監控中心，記錄有各礦井車輛的車輛標簽（人員攜帶的定位卡）ID及其對應的車型信息、各井下基站的布設地址MAC（MediaAcescControlAddress，媒體存取控制位址）及其對應的地理位置信息，以及各調度查詢終端的終端ID，用于提供對礦井車輛的車輛調度信息及其綁定的終端ID的設定操作，通過無線通信基站將設定的被調度礦井車輛的車輛調度信息下發至其綁定的終端ID對應的無線調度查詢終端。調度監控服務系統通過無線通信基站實時采集各個射頻目標識別器所上傳的車輛監測數據，根據射頻目標識別器的布設地址ID所對應的地理位置信息，以及相應射頻目標識別器監測到的車輛標簽ID和監測距離的實時情況，確定被調度礦井車輛所在的地理位置及其運行速度；根據射頻目標識別器讀取到的車輛標簽ID和車輛狀態信息，確定被調度礦井車輛所完成的物流信息并加以記錄；根據設定的被調度礦井車輛的車輛調度信息，實時分析被調度礦井車輛的地理位置、運行速度和車輛狀態信息，確定被調度礦井車輛的狀態和運行線路是否正常，當發現異常情況時，通過無線通信基站向相關的無線調度查詢終端發送相應的異常報警信息。
3使用效果該系統
從2019年10月10日開始試運行，各個功能模塊基本上達到了設計要求，降低了35%車輛管理人員的勞動強度，比原先崗位人員減少了50%，車輛安全提升了40%，達到了減員增效的目的，取得了明顯的社會效益和經濟效益。
4結語
系統針對煤礦輔助運輸車輛的智能化管理需求，利用藍牙感應式ID卡實現了道閘自動化管理，采用信號指紋和電子礦圖技術精確采集了井下車輛位置并對其運行軌跡進行管理，利用車輛位置等信息實現了對井下紅綠信號燈的控制，并利用射頻標識卡和無線終端實現了對車輛的無線調度管理。該系統經過現場試運行，有效提高了車輛管理的效率和安全性，達到了系統設計的目的。
作者：孔雙亮 單位：潞安化工集團五陽煤礦
