煤礦井下運輸智能管理系統設計

王 川

（兗州煤業股份有限公司機電環保部 ，山東 鄒城 273500）

0 引言

煤礦井下輔助運輸是礦井生產建設的重要服務保障系統。目前主要有無軌膠輪車、電機車等，其中無軌膠輪車行駛沒有軌道限制，機動靈活、適應性強、安全高效、應用范圍廣，是運送材料、設備、人員的一種較先進的輔助運輸設備，近年應用較為廣泛。

輔助運輸管理是一個系統性、專業性很強的工作。目前生產礦井采用傳統的分散管理方式，生產單位調度、現場管理基本上還是依靠人工處理，信息化系統落后，車輛管理部門很難掌控車輛的詳細資料和輔運過程，無法為生產提供安全、優質、高效的輔運力量，很難保證輔運車輛安全運行。

煤礦井下運輸智能管理系統旨在研究膠輪車綜合管理平臺，實現輔助運輸車輛統一的調度指揮、車輛調配、運維、租賃、費用結算等一體化管控體系，提高膠輪車管理工作的實時性、高效性、應急性、靈活性。

1 系統整體架構

煤礦井下輔助運輸系統采用藍牙定位技術實現井下車輛的精準定位，利用井下無線通訊系統、工業以太環網系統實現信息的采集與交換。通過工業云數據技術，建立公司級車輛運營監管平臺，集成礦井級輔助運輸管理平臺，利用GIS系統實時、直觀展現車輛位置信息，實現膠輪車管理的智能化。

采用公司級膠輪車運營管理系統和礦井級輔助運輸管理系統兩級系統架構，其中礦井級輔助運輸管理系統包括MES輔助運輸管理系統和煤礦輔助運輸調度系統兩個子系統，如圖1所示。

圖1 公司級膠輪車運營管理系統整體架構

2 公司級膠輪車運營監管系統設計

采用工業云數據技術在公司總部建立云中心服務器，所屬煤礦通過運輸管理系統將數據上傳至公司云中心，實現數據聯網，通過大屏幕，Web瀏覽器等查看車輛實時信息，如圖2所示。

2.1 設計思路

以流程設計和信息實時傳遞為應用主體，以車輛信息為系統基礎數據，以計劃、執行、檢查、優化為手段，對涉及的運輸車輛運維、租賃、車輛管控、運行分析等全流程進行綜合管理。

圖2 公司級膠輪車運營監管系統設計

2.2 實現功能

1）車輛管理。車輛購置、驗收、更新、報廢、檔案臺賬、大中小修、日常維護保養管理、年檢保險、費用管理、知識庫管理、備品備件管理、效能分析等，可基于表格提供信息報表。

2）運營監管。車輛位置監管、車輛狀態管理、車輛調度、車輛調撥、事故管理和應急管理等。

3）運行分析。通過系統數據實現運輸配送相關指標量化，提高管理水平、運輸能力提供決策依據。

3 礦井級輔助運輸管理系統設計

礦井級輔助運輸管理系統設計主要由輔助運輸管理系統和輔助運輸調度系統組成。系統架構如圖3所示，由感知層、傳輸層和應用層構成。感知層由車載智能終端、定位系統、信號燈控制系統、物料編碼、危險信息的提示、副斜井車輛危險信息的提示等組成；傳輸層由井上/井下WIFI無線通訊網絡和工業以太環網組成；應用層主要包括調度中心、車載終端、運維中心、倉儲管理等應用。

圖3 礦井級輔助運輸管理系統設計

3.1 輔助運輸管理系統

以煤礦輔助運輸管理業務為主，以運輸設備、運送人員、運輸物料、運輸基礎設施及相關事件為系統的基礎數據，對涉及運輸任務、運輸車輛、司機等各方面的物資配送申請與審批、司機與車輛調派、信息交流、信息提示、物資收發交接等全流程進行綜合管控。可實現如下管理功能：

1）實現司機基本信息管理、崗位技能、出勤、交接班和司機績效管理等司機管理。

2）實現車輛檔案臺賬、車輛中小修、日常維護保養管理、加油管理、租賃管理、效能分析等車輛管理。

3）實現運輸計劃、作業任務、物料配送、人員運輸、聯合運輸、人車調派、裝卸載、運輸看板的物流運輸。

4）地面候車室、井下人車等候點的人員等候信息動態上傳至調度中心、車輛管理部門，實現人車到來提示，人車空座提示，人車超員承載報警的公交式管理。

5）實現車輛事故管理、行人和行駛車輛間安全間距信息提示、同向行駛車輛間安全間距信息提示、相向行駛車輛間車輛行駛狀況信息提示、交通管制信息提示、車輛違章管理及安全檢查等功能的安全管理。

3.2 輔助運輸調度系統

以定位信息為基礎，以車載智能終端為核心，輔助井下信號燈控制系統、智能調度系統、語音調度系統和GIS地理信息系統，實現輔助系統運輸車輛、司機的全程管控和實時調度。可實現如下管理功能：

1）定位系統。對井上/下車輛的位置信息進行實時監測，按照車輛的位置信息進行行車信號的閉鎖連鎖控制，引導車輛行駛、避讓。出現超速、違規停車、違法闖入（進入單行巷道前，對即將要進入巷道的車輛進行語音提示，司機也可通過車載終端查詢巷道車輛信息，并可對巷道內的車輛發起呼叫）時，系統報警并記錄報警信息；系統按照車輛位置信息進行車輛運輸任務的跟蹤管理，形成任務閉環和數據統計依據；實現運行軌跡查詢、回放。

2）車輛信號燈控制。系統按照監測獲得的車輛位置信息并配合工業電視系統控制信號機顯示禁行、通行信號，指揮車輛避讓。信號控制參照車輛位置、車輛數量、車輛類型、巷道情況等信息自動控制，也可以由地面手動控制；系統對控制參數條件可以靈活配置、遠程管理。系統監測到司機闖紅燈時報警并記錄報警信息。

3）語音調度。地面車輛調度中心通過調度臺與井下車輛進行語音通訊，車輛配有車載智能終端，司機通過車載智能終端接收調度中心語音調度信息。可實現車輛之間、車輛與固定手機、車輛與生產現場之間的語音通訊。調配司機運輸、物料運輸任務，實現應急指揮。

4）GIS礦圖管理。基于GIS軟件管理平臺，實時展示井下車輛的數量、位置、分布情況和每個車輛任意時刻所在的位置（空、重車，上下行，以及行駛、停止，完好、故障）及各時間段的活動軌跡。

4 關鍵技術及創新點

4.1 關鍵技術

1）藍牙信標車輛定位技術。采用藍牙信標、智能車載終端（配有藍牙讀卡器），在巷道布置定位標簽，采用SDS-TWR測距算法檢測讀卡器和定位標簽間的距離，實現低成本、高精度的車輛精準定位。

2）基于先進算法的調度技術。基于多目標、多約束和有限能力調度方法、離散型優化調度方法、智能化及人機協同交互式計劃生產調度方法解決優化調度問題，實現優質高效的調度指揮系統。

4.2 創新點

1）管理模式創新。采用公司級膠輪車運營管理系統和礦井級輔助運輸管理系統兩級系統架構，實現了公司運營監管，礦井運行、現場管理的兩級輔助運輸專業管理模式的創新。

2）信標式藍牙定位創新。不同于傳統的多讀寫器定位方法，采用固定位置藍牙信標代替定位讀寫器，向移動讀寫器（智能車載終端）提供位置信息，以TOF定位算法、時隙分配算法和平滑算法實現車輛的精準定位。同時通過藍牙定位標簽實現了礦井巷道的數字化，為應用拓展提供了基礎。

3）精細化管理創新。該系統不僅建立科學合理的輔助運輸系統管理指標體系，自動計算關鍵性能指標KPI，而且建立有效的業務流程、完整的控制體系，可實現多環節分散信息的集中共享，跨部門跨職能實現全員參與和持續改進，從而實現煤炭生產精細化管理。

5 結論

本系統采用公司級膠輪車運營管理系統和礦井級輔助運輸管理系統兩級架構，運用固定標簽藍牙定位、井上/下WIFI無線通訊、工業以太網，工業云計算等先進技術，并結合GIS技術，建立起信息共享的、先進的、易用的物流運輸業務系統和車輛運維、租賃系統，實現車輛“統一管理、統一維修、統一調配”，規范了運輸流程，降低了運輸工作復雜度，為生產提供安全、優質、高效、低耗、及時的輔運力量，以獲得最佳的經濟效益和社會效益。