煤礦井下無軌膠輪車智能管控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

張 勤

（大同煤礦集團有限責(zé)任公司輔助運輸管理處，山西 大同 037001）

大同煤礦集團有限責(zé)任公司使用無軌膠輪車的礦井?dāng)?shù)量逐年增加，已經(jīng)有23 座礦井、1084 輛無軌膠輪車應(yīng)用于生產(chǎn)一線。但是，目前對無軌膠輪車運輸智能管理的研究并不是特別深入。因此，同煤集團提出了“強輔助運輸管理，進一步嚴格執(zhí)行膠輪車統(tǒng)一審批采購、統(tǒng)一指揮體系、統(tǒng)一出入井乘車制度”的要求。根據(jù)實際情況，本文針對煤礦井下無軌膠輪車合理、統(tǒng)籌、高效、智能化的管理進行了研究和實踐。

1 煤礦井下無軌膠輪車運輸智能管理系統(tǒng)概況

“煤礦井下無軌膠輪車運輸智能管理系統(tǒng)”是將現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信、GIS 地理信息、計算機、多媒體等技術(shù)相融合，形成綜合的信息處理和管理平臺。主要目的是實現(xiàn)人員入井管理功能、車輛綜合信息管理功能、統(tǒng)一調(diào)度指揮功能、交通信號集中管控功能、運輸安全監(jiān)控和應(yīng)急救助功能等5 大功能。

該系統(tǒng)建立了兩個平臺，包括綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)子系統(tǒng)（通信平臺）、綜合管理子系統(tǒng)（管控平臺）；構(gòu)建了四個子系統(tǒng)，包括綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)子系統(tǒng)（相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和傳輸）、車輛定位子系統(tǒng)（車輛檢測定位及導(dǎo)航）、交通信號控制子系統(tǒng)（交通信號指示）、綜合管理子系統(tǒng)（系統(tǒng)管理、GIS 管理、設(shè)備管理、信息管理、報警管理等功能）。

通過“兩個平臺”和“四個應(yīng)用”可實現(xiàn)井下膠輪車運輸?shù)慕y(tǒng)一管理和實時調(diào)度，可以提高車輛運輸效率，保障井下運輸安全。同時，通過通信平臺和管控平臺，可實現(xiàn)礦山人員定位、環(huán)境監(jiān)測和設(shè)備監(jiān)控等擴展應(yīng)用，形成集成化的礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)的特點與功能

2.1 多方式組網(wǎng)模式

該系統(tǒng)實現(xiàn)了多方式組網(wǎng)模式（以光纖、工業(yè)以太網(wǎng)為骨干，以無線網(wǎng)為延伸的組網(wǎng)模式，兼顧通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和靈活性，實現(xiàn)礦井安全感知全覆蓋，滿足礦井安全監(jiān)測監(jiān)控動態(tài)部署、流動作業(yè)的需要），采用千兆交換機、802.11n 基站相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了千兆以太網(wǎng)、高速無線兩種方式無縫接入井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，自動匯總、存儲、實時查詢、分類統(tǒng)計，采用WIFI 無線通訊技術(shù)實現(xiàn)全礦無線自組網(wǎng)功能，方便現(xiàn)場的安裝布置。

2.2 多功能綜合應(yīng)用

該系統(tǒng)具有多功能綜合應(yīng)用功能，即“移動對象精確跟蹤”“交通信號控制”“實時調(diào)度和智能控制”“超速報警”“追尾報警”“車載終端”“語音對講”等功能，形成了集成化的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)協(xié)同管理和智能控制?？刂骑@示界面如圖1 所示。

圖1 無軌膠輪車交通管控系統(tǒng)的顯示圖

2.3 信號傳輸網(wǎng)絡(luò)多接入點設(shè)計

系統(tǒng)的信號傳輸網(wǎng)絡(luò)采用多接入點設(shè)計，整個傳輸網(wǎng)絡(luò)采用多接入點設(shè)計，整個系統(tǒng)中單個設(shè)備如出現(xiàn)故障，不會影響系統(tǒng)中其他設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，也不影響整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。接口連接實物圖如圖2 所示。

2.4 信號燈多種控制方式

信號燈控制子系統(tǒng)具有多種控制方式，可以通過上位機強制“紅燈”、“綠燈”，也可以根據(jù)邏輯程序的編寫，通過程序改變信號燈的狀態(tài)，還可以預(yù)設(shè)路徑中的信號燈狀態(tài)，同時具有膠輪車闖紅燈報警，通過嚴謹?shù)男盘枱舨呗员ＷC信號燈的正確性。

圖2 網(wǎng)絡(luò)接口的連接圖

2.5 上位機控制

該系統(tǒng)上位機軟件采用數(shù)據(jù)基結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有二次開發(fā)能力，可在此平臺上進行軟件的更改、更新、升級等操作，同時可以在此軟件基礎(chǔ)上對信號燈邏輯進行快捷的修改、更新，操作界面友好、美觀，可放大、縮小顯示畫面；引入數(shù)據(jù)庫功能，可存儲記錄膠輪車運行軌跡、模擬畫面、信號燈的狀態(tài)等信息。界面如圖3、圖4 所示。

圖3 井下車輛分布信息圖

圖4 井下各車輛詳細信息圖

2.6 膠輪車的實時定位功能

膠輪車運輸監(jiān)控系統(tǒng)，利用無線和有線技術(shù)的結(jié)合、定位基站和速度傳感器的互相配合，可實現(xiàn)膠輪車實時準確的定位功能，增加定位的精度，給信號燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換提供準確可靠的轉(zhuǎn)換依據(jù)。該系統(tǒng)使用KJ98-D 基站，采用路網(wǎng)和拓撲技術(shù)，能夠設(shè)置人員行走的實際路徑，描述分層的井下巷道，并能測算煤礦井下任意兩點的實際路徑，同時，實現(xiàn)煤礦井下對802.11n 協(xié)議的支持。無線傳輸率達到450 Mbps，對語音、視頻、數(shù)據(jù)的三網(wǎng)合一和多功能接口，方便了其他系統(tǒng)的接入。定位最大誤差1 m，直巷誤差為0.2 m，實現(xiàn)了精準定位。

2.7 現(xiàn)場報警功能

實現(xiàn)膠輪車超速報警功能、膠輪車追尾報警功能，當(dāng)膠輪車速度超速、車輛距離過近，存在追尾可能時，駕駛室內(nèi)車載機發(fā)出語音報警，提示駕駛車輛和駕駛員注意減速和避讓，保證安全駕駛，避免事故的發(fā)生。

2.8 一體化綜合接入設(shè)備

監(jiān)控基站集成了高性能的微處理控制器、ZIGBEE 檢測集中器、傳感數(shù)據(jù)采集器等多項功能，實現(xiàn)有線和無線的匯接、交換、控制和鏈路連接，不僅提高系統(tǒng)的可靠性，而且降低了項目投資成本和維護費用。

2.9 司機和車輛統(tǒng)一安排功能

該系統(tǒng)實現(xiàn)了司機和車輛整體管理，通過用車單位申請各類用車信息，由調(diào)度室統(tǒng)一安排司機和車輛。

3 應(yīng)用情況

該系統(tǒng)已經(jīng)推廣應(yīng)用到塔山煤礦和同忻煤礦，通過合理科學(xué)地安排車輛運行時間及路線，提高了搬家準備期間的運輸效率，避免了交通堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，規(guī)范了司機的行車行為。同時，通過指示燈，避免了司機的轉(zhuǎn)向盲區(qū)，降低了膠輪車運行的事故率。2019 年全年塔山、同忻礦未發(fā)生膠輪車運輸事故，為輔助運輸系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行奠定了基礎(chǔ)，具有推廣價值。

4 結(jié)語

（1）煤礦井下無軌膠輪車智能管控系統(tǒng)通過建立了“兩個平臺”和“四個應(yīng)用”，實現(xiàn)了五大功能，滿足了井下膠輪車運輸?shù)母咝?、安全統(tǒng)一管理和實時調(diào)度。通過實踐，也證明了其使用價值和效果。

（2）該系統(tǒng)運行到目前為止未發(fā)現(xiàn)任何問題，將在未來進行進一步的推廣應(yīng)用，以期最終實現(xiàn)建立同煤集團各礦輔助運輸車輛的統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一調(diào)度體系。同時，可以進一步與煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)接入，組成更加完善的礦井智能化監(jiān)測。