礦井無軌膠輪車智能調度管理系統研究

韓成壽

（山西長治王莊煤業有限責任公司，山西長治 047199）

0 引言

對于礦井中無軌膠輪車管理系統，國內外學者大多以礦井中信號燈、超限速報警等為核心來進行研究及應用，并未實現該車輛的數字化管理，并且所采取的定位技術主要以Wifi、Zigbee 等為主，車輛存在較多的不足，如較高的漏卡率、無法精準定位等，與現代化煤礦生產提出的安全、高效等要求不相符。因此，本文對于無軌膠輪車輔助運輸系統存在的諸多問題，如無法精確定位、運行效率較差、能源消耗較高等開展深入研究，并提出有效的措施加以解決。同時，為了使無軌膠輪車運行的一系列操作實現數字化管理，如車輛調度、物料輸送等，積極研究車輛運行的方式，將其從人員調度的單個因素及環節的信息孤立式轉變為多個因素及環節的智能化信息控制，促使該車輛所具有的作用得到完全發揮，確保該車輛輔助運輸系統實現高效、安全地運行[1]。

1 煤礦無軌膠輪車智能調度技術

依據該車輛輔助運輸管理系統運行中存在的問題及發展中的機遇，全方位考慮其相聯系的多信息系統數據加以融合的基礎上，不僅涵蓋了礦井中車輛定位、語言提示、安全控制等功能，而且更加借助技術的融合及流程的信息化再造來完成車輛的移動終端及線上申請、車輛的無人調配、車輛及人員的信息收集、物流運輸所用車輛得到智能化的管理。在礦井下構建起一個智能化的交通信息系統，以有效分析車輛運行的效率及所需的能源，確保車輛的調度管理實現智能化，極大提升礦井下車輛輔助運輸系統的運輸效率，增強調度的統一性及信息的共享水平，確保礦井車輛的調度管理實現智能化[2]。

為了使以上這些任務得以實現，通過運用IOT 物聯網技術可以有效地集成該車輛運行及管理過程中所需的設備，并提取其中各個相關聯的數據，再將實時數據進行整合、儲存、分析及處理，最后根據各個業務流程的不同職能來將這些結果分別傳輸給業務的管理者及執行者，如圖1所示。

圖1 相關數據集成及處理分析結構

在該系統的結構中，設備層可以將各個相關數據傳輸到后端服務平臺，并加以保存與處理。例如，對于人員或車輛的位置坐標，后端服務可以運用定位標識卡的數據流來進行計算。車載終端可以對后端服務終結處的信息進行讀取，從而對服務器與設備之間的信息進行接收與響應[3]。后端服務也可以將物料的運輸信息傳輸到車載終端，有助于空閑車輛的司機可以接收新的運輸指令，提升車輛的運輸效率。

2 關聯數據融合

為了使礦井無軌膠輪車的調度管理工作實現智能化，系統將巷道中車輛及人員的定位、信號燈的監控、超限速的報警等各個相關數據進行有效地集成，并且使各個數據可以進行有效地融合，確保有效數據得到充分運用。

2.1 無軌膠輪車位置精確定位

若要使無軌膠輪車的調度管控實現數字化，首先就要將車輛實時位置信息的精確性問題加以解決。近些年來，礦井大多使用區域定位技術來進行定位，這種技術所具有的精準度很難實現無軌膠輪車調度的安全性需求[4]。

隨著科技的不斷進步，定位技術得到了極大改善，通過將UWB融入到定位技術中，可以確保定位的精度得到極大提升，至少增加至30 cm，甚至會更高，這就使數字化無人調度管理可以對車輛的實時位置加以掌握，其定位計算的具體流程如圖2所示。只要掌握了人員及車輛位置的精確信息，就可以利用數據處理平臺在供需雙方之間建立起車輛運輸資源的互動媒介，在維持穩定運輸的同時可以使車輛資源的運輸效能得到充分發揮。礦井中所安裝的定位系統中涵蓋了車載及人員的定位設備、定位基站等裝置，車載定位模塊的作用在于對車輛的實時位置進行定位；人員定位模塊的作用在于對礦井下人員的狀態進行定位；定位卡可以運用UWB協議將相應的定位信息及時傳輸到定位基站中，之后這些信息會經過網絡被傳輸到地面的位置計算板塊，再利用業務處理板塊將計算的結果傳輸至數據庫中，并加以儲存，這些數據可以被數據處理板塊內部的主機與軟件進行隨意調取，并加以處理。在保證定位精準度的基礎上，為了使車輛的實時位置信息具備較強的可視化，本次還加入了礦井1∶1 的三維圖和全站儀一次自動化成圖，促使人機交互界面更為逼真[5]。

圖2 精確定位計算過程

2.2 井下交通安全管控及車載終端

2.2.1 井下交通安全管控

在確保車輛輔助運輸系統得到有效地安全管理的基礎上，系統全方位采集了礦井中的交通信息、定位及區間的測速信息、主要路口的報警信息等各個實時管理的數據。系統在經過軟件的計算與分析之后，還可以向控制系統下達相應的控制命令，對紅綠燈的狀態信息進行控制，從而對車輛的一系列行為進行控制，進而對車輛在巷道內的運行加以控制，有效維持礦井下交通運輸秩序。通過與上述無人智能化調度管理的運行數據相互融合，極大規范司機的駕駛行為，有效緩解了礦井交通的擁堵現象，增強了輔助運輸系統的控制能力，確保車輛的安全運行[6]。

2.2.2 車載終端接入

司機與地面調度中心可以利用車載終端來建立有效的信息聯通及交互橋梁，利用該終端內部所揭露的各個數據信息及人機交互的界面，系統將會有效地運用出入井時的閑置車輛，依據礦井中實際的運輸需求及空閑的資源來進行分析，并利用計算機來就近調度車輛資源。

同時，通過將其與車載監控系統相連接，司機人員可以及時掌握車輛內部及外部的環境狀態，視頻信號可以將相應的狀態信息實時地傳輸到地面的主控系統并加以儲存，保證行車的安全[7]。

2.3 地面移動端及井下候車點終端應用

2.3.1 地面移動端APP應用

移動端APP 可以滿足辦公的各種需求，有助于車輛運用單位及時掌握車輛的運行及預約狀況、巷道的交通狀況等。

2.3.2 礦井候車點的終端應用

在候車區域，乘車人員可以利用系統發布的信息來追蹤下趟車輛的達到時間、運行軌跡、座位余數、司機信息等。

通過對該車輛輔助運輸的多個系統進行深度地數據融合，使輔助運輸系統可以對車輛的位置及狀態信息進行實時監測，并追蹤各個車輛的任務執行狀況，有助于管理人員及時全面地掌握車輛的調度及運行狀況，使調度人員更快速、更高效地完成調度任務，增強物流系統的運行效率。還可以及時了解調度車輛產生的異常問題，并做出報警，有利于調度人員迅速做出反應，采取有效的措施加以處理，盡可能避免事故的發生。通過運用候車及車載兩個終端，并基于運輸資源的實際狀況來聯接起供需雙方的信息溝通，為輔助運輸的調度管理實現智能化提供可靠的數據支持。

3 無軌膠輪車智能化調度管理流程

在獲取了強大的數據支撐之后，如何使這些數據的作用得到充分發揮已成為無軌膠輪車實現智能化調度的關鍵，而在該過程中，數據處理是其最核心的環節，其作用在于對所有的數據進行整理、分析及實施，最終由系統后臺生成所有的操作指令，并進行落實。數據處理系統主要包含了兩個部分，分別為主機及軟件。其中軟件主要包含了礦井中所具有的三維地圖、人員及車輛的實時數據及數據綜合管理平臺；在這個管理平臺中配置了3 個板塊，分別為準備、任務及執行。一般情況下，準備模塊主要是為人物處理模塊開展有效的準備工作，主要包含了用車單位的用車申請及排班結果兩個模塊，還涵蓋了人員與車輛的固定時刻表、應急作業，也涵蓋了司機的值班表及車輛的信息表。準備模塊將這些數據信息傳輸到任務處理模塊，該模塊利用準備模塊所傳輸的各個數據來編排值班信息，輸出執行板塊的功能就是對班組的編排結果加以明確，并向司機下發作業的執行命令，將該命令傳輸到執行模塊。當有應急任務的時候，應急任務將會輸入到任務處理板塊中，這個板塊首先會將應急任務信息傳輸到執行板塊中。由于在執行過程中產生的應急任務都屬于預備型，因此在所有任務當中必須以應急任務為首要。

執行模塊的具體流程：（1）開啟任務；（2）針對行車產生的碰撞問題做出報警；（3）對行車狀況進行記錄，并將該信息傳輸到任務處理板塊中，如果車輛產生故障，就需要對其進行有效地處理，并收集相應的故障信息，同時實時追蹤，并將監控信息傳輸到運輸管理部門；（4）對車箱進行監視，實時監視人員在車內的狀況，其中包含人員的數量及狀況；（5）提醒違章；（6）點擊任務結束；（7）如果有新任務，則重新返回（1）；（8）如果沒有新的任務，點擊交車，并將其傳輸到自動交車的管理單元，而該單元在將相關的數據信息傳輸到運輸管理的統計板塊中，并對運輸效率及流量進行詳細分析，對司機的工作時間及月末的派車狀況進行收集。

由于以上所描述的數據處理軟件都需要對數據庫中的數據進行調取，并且都應當借助網絡來進行采集，其中主要包含了車載及移動兩個終端數據，具體如下：車載終端內部所采用的中控顯示屏可以與倒車影像及轎廂監控的攝像頭、對講裝置等建立起有效的連接。中控顯示器可以充分呈現出轎廂及倒車的影像，并設置了人機交互的按鍵，車載終端可以借助網絡來與數據綜合管理平臺創建起有效的連接。移動終端內部設計了車輛調度程序，該程序內部配置了預約用車及用車管控兩個模塊。在用車機構的移動終端中所配置的車輛調度程序利用網絡來監測用車的申請及指派狀況，管理機構的移動終端中所設計的調度程序可以利用該終端來進行信息的傳輸；移動終端則可以借助網絡來與數據綜合管理平臺建立有效的連接[8]。

當數據處理平臺將上述這些數據進行調取之后，就可以對所有的用車申請進行反饋，并做出發車指令。操作流程為：（1）當井下未發生緊急狀況時，基于日常的值班信息及用車狀況，再利用數據綜合管理平臺來下發相應的執行命令，并將其傳輸到執行單元中，在任務完成之后，且未出現新的任務時，實現自動交車；（2）當因緊急事件而出現應急作業時，如果已經根據日常的排班及申請發車，則需要將該任務輸入到任務處理模塊，并向執行模塊下達相應的執行命令，安排相關的司機或者指派就近的司機來處理該任務；如果沒有根據日常排班和申請來安排發車，則向執行板塊下發命令，使空閑的司機來執行這個命令；（3）當相關單位提出了用車需求時，可以利用候車區域的移動終端來發出相應的申請，再運用數據處理平臺依據用車的申請來就近下發用車指令；（4）當井下工作人員提出了用車需求時，可以基于候車區域的移動終端來發出相關申請，之后再運用數據處理平臺依據人員的申請來就近發出用車指令；（5）當遇見突發事件時，車輛的終端系統可以利用網絡將各個數據信息傳輸到數據處理平臺，并實施人機交互，以有效處理突發事件，其流程如圖3所示。

4 結束語

（1）通過對系統所運用的技術進行優化及引入先進的信息技術，該車輛的調度平臺可以依據車輛的空閑及申請狀況，與車輛所具有的定位作用相結合，確保車輛調度管理工作的管控實現無人化。

（2）輔助運輸大數據綜合調度管理平臺融合了人員及車輛的數據信息，可以對車輛運行的效率進行分析、對決策發揮科學的輔助作用。

（3）通過對該車輛所運用的無人智能化調度管理技術進行研究，可以對該車輛的信息進行全方位掌握，實現資源的智能化調度。通過運用融入了人員及車輛數據信息的交通調度指揮中心，促使交通運輸的運行具備較高的安全性及智能性。