一種礦用軌道車皮標(biāo)識(shí)方法的研究

天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司 苗 瓊

1 引言

我國(guó)大部分礦井輔助運(yùn)輸采用軌道機(jī)車運(yùn)輸方式，由軌道機(jī)車頭牽引多節(jié)車皮承擔(dān)人員、設(shè)備和物資的運(yùn)輸。車皮管理交由運(yùn)輸工區(qū)進(jìn)行日常維護(hù)與保養(yǎng)，為方便車皮更新與報(bào)廢管理，需對(duì)車皮進(jìn)行分類標(biāo)識(shí)，按車皮屬性劃分為車型和車號(hào)。但仍有部分礦井車皮維護(hù)保養(yǎng)不規(guī)范，雖分類清楚，但編號(hào)混亂，重號(hào)、斷號(hào)現(xiàn)象嚴(yán)重，增加了車皮運(yùn)營(yíng)管理難度。同時(shí)，車皮在承擔(dān)井下物資運(yùn)輸過(guò)程中，由于運(yùn)輸環(huán)節(jié)多、巷道復(fù)雜，作業(yè)人員責(zé)任心不強(qiáng)等原因，造成井下車皮長(zhǎng)期積壓，難以回收、重復(fù)使用，人為造成了運(yùn)力浪費(fèi)。

隨著煤礦信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，射頻識(shí)別RFID技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)電子標(biāo)識(shí)技術(shù)已越來(lái)越多的應(yīng)用于設(shè)備巡檢、人員定位、大型設(shè)備故障診斷等方面，車皮識(shí)別作為設(shè)備管理領(lǐng)域的分支，可借鑒電子標(biāo)識(shí)技術(shù)進(jìn)行規(guī)范化管理。

2 車皮標(biāo)識(shí)技術(shù)

2.1 車皮類型劃分

礦用車皮按照運(yùn)輸類型劃分為固定式礦車、自卸式礦車、平板車和材料車。固定式礦車和自卸式礦車主要用于礦井矸石、煤炭、碴石和散裝噴漿材料（黃沙、黃土、石子等）的運(yùn)輸。平板車主要用于運(yùn)輸體積大、重量大的設(shè)備，如采煤機(jī)電機(jī)、滾筒、液壓支架、管道等。材料車主要用于道木、坑木、支架和小型管道等材料運(yùn)輸。

除常用車型外，礦井改裝車型主要包括錨索專用車、砂石專車用和錨網(wǎng)專用車等，改裝車型大多以平板車為基礎(chǔ)進(jìn)行改裝，以滿足礦井特殊的運(yùn)輸需求。

2.2 標(biāo)識(shí)技術(shù)特點(diǎn)及選型

電子標(biāo)識(shí)技術(shù)是對(duì)被識(shí)別對(duì)象采用不同信息的電子標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別的技術(shù)。電子標(biāo)簽按照供電方式分為有源電子標(biāo)簽、半有源標(biāo)簽和無(wú)源標(biāo)簽三種。

有源電子標(biāo)簽識(shí)別距離遠(yuǎn)，通常可達(dá)數(shù)十米至上百米，精度高但受電池壽命限制，適合應(yīng)用于具有主動(dòng)維護(hù)意識(shí)的識(shí)別對(duì)象，如應(yīng)用于礦井人員定位方面，常見(jiàn)的工作頻段有2.4GHz、5.8GHz和433MHz。半有源標(biāo)簽應(yīng)用較少，較有源標(biāo)簽和無(wú)源標(biāo)簽而言，技術(shù)發(fā)展停滯不前。

近些年隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)源標(biāo)簽取得了跳躍式的發(fā)展，各種無(wú)源標(biāo)簽應(yīng)用于物流運(yùn)輸、圖書館管理、港口碼頭管理以及防偽識(shí)別等眾多領(lǐng)域。其中標(biāo)簽技術(shù)在低頻段以125KHz為代表，高頻段以13.56MHz為代表，超高頻段以925MHz為代表。在識(shí)別距離上，低頻和高頻標(biāo)簽卡的識(shí)別距離僅在厘米級(jí)別，識(shí)別距離近功耗小；超高頻識(shí)別距離在米級(jí)別，最遠(yuǎn)可達(dá)數(shù)十米，但功耗較大。

礦井軌道車皮主要運(yùn)行在軌道上，而井下運(yùn)輸巷道通常在5米至6米之間，采用標(biāo)簽識(shí)別時(shí)，只要滿足上述距離即可。同時(shí)，單個(gè)礦井的車皮數(shù)量至少在千架以上，從維護(hù)工作量和成本考慮，有源識(shí)別方式受電池壽命限制，需要定期更換，不宜用于車皮識(shí)別。綜合識(shí)別距離和維護(hù)成本考慮，車皮識(shí)別可采用超高頻方式。

市場(chǎng)上，基于超高頻技術(shù)的電子標(biāo)簽主要分為6B和6C兩類，其中6C技術(shù)在6B技術(shù)上演變而來(lái)。近年來(lái)，6C技術(shù)發(fā)展較快，6B技術(shù)停滯不前，較6B標(biāo)簽而言，6C標(biāo)簽具有較高的識(shí)別靈敏度、較快的識(shí)別速度和大容量的存儲(chǔ)空間，已逐漸取代原有6B標(biāo)簽的市場(chǎng)空間，因此車皮識(shí)別可選用6C類型的電子標(biāo)簽。

3 標(biāo)識(shí)方法設(shè)計(jì)

3.1 標(biāo)簽存儲(chǔ)區(qū)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，6B和6C兩類標(biāo)簽內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的公共組成區(qū)域包括：TID（標(biāo)簽標(biāo)識(shí)）區(qū)、User（用戶）區(qū)、Password（密碼）區(qū)，6C標(biāo)簽較6B標(biāo)簽多一個(gè)EPC（電子商品代碼）區(qū)。在上述區(qū)域中，EPC區(qū)、User（用戶）區(qū)和Password（密碼）區(qū)支持讀寫（R/W）操作，用戶可根據(jù)使用需求對(duì)上述區(qū)域進(jìn)行寫入或者讀出操作。TID區(qū)僅為只讀區(qū)域，用戶只能獲取數(shù)值，不能用于修改。同時(shí)，TID區(qū)域在標(biāo)簽出廠時(shí)進(jìn)行設(shè)置，且其編碼具有全球唯一性。

圖1 6B/C標(biāo)簽內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

在需要對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行讀寫訪問(wèn)的應(yīng)用中，User區(qū)是用戶較為常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域，但其訪問(wèn)步驟需要2步：第一步，獲取標(biāo)簽TID數(shù)據(jù)；第二步，利用獲取的TID數(shù)據(jù)再獲取User區(qū)數(shù)據(jù)。

對(duì)于使用6B標(biāo)簽用戶而言，其訪問(wèn)速度和效率都相對(duì)要低。若采用6C標(biāo)簽，對(duì)于同樣需要進(jìn)行讀寫訪問(wèn)的用戶而言，選擇6C標(biāo)簽的EPC區(qū)即可，并且EPC區(qū)的訪問(wèn)僅需1步便可完成，時(shí)間短、效率高。

3.2 標(biāo)識(shí)方法

礦井車皮標(biāo)識(shí)需要將車皮的歸屬部門、車型和車號(hào)信息寫入到標(biāo)簽內(nèi)部。根據(jù)6C標(biāo)簽的內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，宜選用EPC作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。對(duì)標(biāo)簽卡進(jìn)行讀寫操作，需要借助讀寫器設(shè)備。讀寫器設(shè)備分為固定式讀寫器和移動(dòng)式讀寫器兩種。由于車皮安裝標(biāo)簽卡時(shí)作業(yè)地點(diǎn)分散，通常借助于移動(dòng)式讀寫器設(shè)備（移動(dòng)手持終端），并基于移動(dòng)終端開(kāi)發(fā)相應(yīng)的App軟件。

按照數(shù)據(jù)流方向，車皮標(biāo)識(shí)方法可以按照?qǐng)D2流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中流程A的設(shè)計(jì)思路為自定義用戶數(shù)據(jù)，將車型車號(hào)與用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)，標(biāo)簽卡內(nèi)部在EPC區(qū)寫入用戶數(shù)據(jù)2Byte。流程B的設(shè)計(jì)思路是將車皮屬性數(shù)據(jù)，全部寫入標(biāo)簽卡內(nèi)，并與其一一對(duì)應(yīng)。

2種設(shè)計(jì)方法都需要使用手持移動(dòng)終端，接收來(lái)自計(jì)算機(jī)系統(tǒng)下發(fā)的數(shù)據(jù)。但對(duì)比2種設(shè)計(jì)方法，從用戶使用角度和設(shè)計(jì)方法的可行性而言，流程B的設(shè)計(jì)理念要比流程A更符合煤礦特殊應(yīng)用情況，如作業(yè)人員文化水平不高、數(shù)據(jù)收集難度大等。

首先，在數(shù)據(jù)收集階段，由于礦上管理不善，要獲取車皮詳細(xì)的車型車號(hào)信息不易，但相對(duì)收集車皮類型信息卻較為容易。類型數(shù)據(jù)相比具體車號(hào)信息而言，數(shù)據(jù)收集量少、難度小、準(zhǔn)確度高。

其次，流程A將歸屬部門、車型車號(hào)與自定義的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)映射，須編訂一套映射規(guī)則實(shí)現(xiàn)編碼與解碼過(guò)程，編碼數(shù)據(jù)下載到移動(dòng)手持終端后，操作人員需要在選定匹配車皮屬性后，寫入用戶數(shù)據(jù)到EPC區(qū)，操作過(guò)程需4步且數(shù)據(jù)大多為檢索查找速度慢；流程B中只需3步，且車號(hào)環(huán)節(jié)手工錄入，直觀方便，用戶使用門檻低。

圖2 2種設(shè)計(jì)方法流程示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

上述設(shè)計(jì)方法，雖能夠?qū)ΦV井車皮進(jìn)行標(biāo)識(shí)跟蹤，提高車皮管理效率。但對(duì)于存在車皮重號(hào)的情況，仍不能有效的區(qū)分和跟蹤，并且在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中尚未形成有效的預(yù)警提示，后期需改進(jìn)完善設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)車皮的惟一性標(biāo)識(shí)。

[1]安勇,苗瓊.UHF標(biāo)簽卡在礦井機(jī)車識(shí)別中的應(yīng)用[J].電子世界,2013(6):17-19.

[2]劉卿.無(wú)源UHF RFID電子標(biāo)簽系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析[J].電子世界,2013(6).

[3]張媛,蘆海玉,朱武.UHF RFID讀寫器的設(shè)計(jì)方案[J].電子愛(ài)好者,2013(6):17-19.

[4]朱恒毅,馬新春.基于RFID的礦業(yè)物流管理系統(tǒng)研究[J].電子設(shè)計(jì)工程,2011(6).

[5]張海斌,周妮,張金豪.機(jī)車定位管理系統(tǒng)在常村煤礦的應(yīng)用[J].工礦自動(dòng)化,2011(02).