基于物理檢測方式的膠輪車運輸監控系統

佘九華,　陳小林,　張明杰

(1.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州　213015;2.中煤科工集團常州研究院有限公司， 江蘇 常州　213015)

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基于物理檢測方式的膠輪車運輸監控系統

佘九華1,2,陳小林1,2,張明杰1,2

(1.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州213015;2.中煤科工集團常州研究院有限公司， 江蘇 常州213015)

針對基于射頻識別技術的膠輪車運輸監控系統建設投入高、維護量大、不適應某些礦區需求等問題，提出了一種基于物理檢測方式對井下車輛進行定位的膠輪車運輸監控系統，介紹了系統總體架構、膠輪車判定方法、系統控制邏輯等。應用結果表明，該系統能夠有效識別膠輪車位置，較基于射頻識別技術的膠輪車運輸監控系統安裝及維護更加簡便。

膠輪車； 運輸監控； 物理檢測； 車輛定位

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160429.1113.002.html

0　引言

輔助運輸系統作為礦井運輸系統的補充，承擔礦井的人員、物料、設備以及部分煤炭運輸任務。其中膠輪車因其運輸靈活、運輸效率高等特點而得到越來越多的應用，以神東礦區為代表的大型礦井都采用膠輪車運送人員、物料及設備[1]。然而膠輪車行駛巷道有時狹窄、交叉點多，給行車造成很大困難，尤其是使用膠輪車較多的礦井，迫切需要對膠輪車進行有效的運輸監控，避免碰頭、追尾等事故的發生。

實現膠輪車運輸監控最重要的是要實時準確地檢測出膠輪車位置。現有的膠輪車運輸監控系統大多采用2.4 GHz射頻技術實現膠輪車的區域定位，車輛識別范圍較大，當避讓硐室較密集時，射頻信號重疊，容易造成位置識別錯誤[2]。另外，采用射頻技術時，需要在巷道內安裝大量的位置識別標志器，位置識別標志器通過線纜與監控分站連接，增加了工程施工及后期維護難度，不利于膠輪車運輸監控系統的推廣。本文提出一種基于物理檢測方式的膠輪車運輸監控系統。該系統采用檢測地磁變化的機車位置傳感器或檢測巷道高度變化的超聲波物位傳感器獲得車輛出入列信息，車輛調度控制分站根據車輛信息進行控制邏輯計算，然后對信號燈進行控制。

1　系統總體架構

基于物理檢測方式的膠輪車運輸監控系統由車輛調度控制分站、機車位置傳感器或超聲波物位傳感器、信號燈等組成，如圖1所示。在單行巷道的每個入口處布置由1臺車輛調度控制分站、1臺信號燈、4臺傳感器等組成的監控設備，直行巷道的2個入口處分別布置1臺車輛調度控制分站，多岔道情況下布置2臺以上車輛調度控制分站。控制入口處布置的所有車輛調度控制分站組成1組，組內的車輛調度控制分站之間存在主站與從站的邏輯關系。從站負責將采集到的車輛出入列信息通過CAN總線傳輸給主站，同時接收主站傳來的信號燈控制命令，根據該命令控制信號燈，并上傳信號燈狀態信息、傳感器狀態信息；主站負責收集自身采集的車輛出入列信息、從站上傳的車輛出入列信息，根據獲取的車輛出入列信息執行邏輯決策，生成信號燈控制命令控制本地信號燈以及向從站發送信號燈控制命令，同時上傳本地信號燈狀態信息、本地傳感器狀態信息。系統軟件通過網絡獲取井下設備監測、控制信息，并對井下設備進行遠程管理。

圖1　基于物理檢測方式的膠輪車運輸監控系統組成

若系統增加車輛闖紅燈視頻監控與取證功能，則需在每個單行巷道入口的信號燈前方布置1臺網絡攝像機并通過光纖接入環網。系統軟件預錄視頻，根據車輛調度控制分站上報的車輛闖紅燈監測情況截取視頻，并將該段視頻與闖紅燈查詢關聯。當系統軟件配備車牌識別分析模塊時，可自動分析出闖紅燈車輛牌號，并與闖紅燈查詢關聯。

2　膠輪車判定方法

系統采用機車位置傳感器或超聲波物位傳感器獲取膠輪車位置[3]。機車位置傳感器測量地磁場強度并以頻率信號輸出，超聲波物位傳感器利用超聲波測量距離并以頻率信號輸出[4]。當有車輛經過傳感器時，傳感器的輸出頻率會發生變化，車輛調度控制分站檢測頻率信號的變化，捕獲車輛經過的事件，并通過檢測車輛經過前后2組傳感器產生時間的順序判斷是否有車輛經過，避免其他移動物體經過造成車輛通過的假象。由于每臺傳感器的檢測范圍有限，為了適應較寬巷道應用，通過傳感器冗余方式來增大檢測面積。車輛調度控制分站檢測車輛經過過程如圖2所示。T1為1號、2號傳感器位置的車輛經過狀態，T1=0代表1號、2號傳感器位置無車輛到達，T1=1代表1號、2號傳感器位置有車輛到達；T2為3號、4號傳感器位置的車輛經過狀態，T2=0代表3號、4號傳感器位置無車輛到達，T2=1代表3號、4號傳感器位置有車輛到達。膠輪車判定邏輯見表1，其包含了判定車輛及小物體干擾的所有方法。

圖2　車輛調度控制分站檢測車輛經過過程

3　系統控制邏輯

系統設計了2種信號燈控制方式：分站自動控制和上位機手動控制。分站自動控制是指車輛調度控制分站依據由傳感器獲得的車輛數量、方向等信息進行決策，并直接控制信號燈，實現自動調度控制功能；上位機手動控制是指系統軟件通過系統總線下達控制命令到井下車輛調度控制分站，實現信號燈的手動控制。系統通常情況下運行于分站自動控制模式下，井下有特殊要求時進行上位機手動控制。

表1　膠輪車判定邏輯

系統控制邏輯按照設定的控制區域特點進行分析，單向區間只分析車輛數量，雙向區間分析車輛數量和方向并進行敵對閉鎖，丁字形、十字形交叉路口形成的多向區間分析車輛的數量和方向、各個方向的信號燈互為敵對。為便于系統維護，將傳感器通信狀態及車輛調度控制分站主傳輸狀態納入控制邏輯判斷中，通過信號燈不同的圖案顯示不同的故障類型。

4　結語

基于物理檢測方式的膠輪車運輸監控系統已在郭家灣煤礦應用。實踐表明，該系統可通過物理檢測方式有效識別膠輪車位置，為礦井膠輪車輔助運輸提供可靠的避車信號。與傳統基于射頻方式的膠輪車運輸監控系統相比，該系統減少了大量線纜的應用，安裝及維護更加方便。

[1]趙立廠.礦井膠輪車運輸信號系統的分布式架構設計[J].工礦自動化,2012，38(9):101-103.

[2]郭海軍，續芳.煤礦無軌膠輪車監控調度系統設計[J].工礦自動化,2013，39(4):9-12.

[3]祝國源.基于地磁感應的礦用機車位置檢測傳感器的研究[J].工礦自動化,2010，36(6):8-11.

[4]萬純.基于礦用型機車位置傳感器的設計與實現[J].電子世界,2014(14)：233.

Rubber-tyred vehicle transport monitoring system based on physical detection mode

SHE Jiuhua1,2,CHEN Xiaolin1,2,ZHANG Mingjie1,2

(1.Tiandi (Changzhou) Automation Co., Ltd., Changzhou 213015, China; 2.CCTEG Changzhou Research Institute, Changzhou 213015, China)

For problems of huge construction cost and maintenance and inability of meeting requirements of some mining areas existed in rubber-tyred vehicle transport monitoring system based on radio frequency identification technology, a rubber-tyred vehicle transport monitoring system based on physical detection mode was proposed. Overall framework of the system, rubber-tyred vehicle identification method and the system control logic were introduced. The application shows the system can identify location of rubber-tyred vehicle and has more convenient setting and maintenance than the one based on radio frequency identification technology.

rubber-tyred vehicle; transport monitoring; physical detection; vehicle location

1671-251X(2016)05-0009-03

10.13272/j.issn.1671-251x.2016.05.002

2015-12-22；

2016-03-03；責任編輯：李明。

江蘇省科技成果轉化專項資金項目(2014ZX001)。

佘九華(1982-)，男，山東臨沂人，工程師，現主要從事煤礦安全監控系統軟件開發工作，E-mail:463290951@qq.com。

TD525/67

A網絡出版時間：2016-04-29 11:13

佘九華,陳小林,張明杰.基于物理檢測方式的膠輪車運輸監控系統[J].工礦自動化，2016,42(5)：9-11.