數(shù)字梅山井下智能定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐 偉， 徐 文，葉 揚(yáng)

(1.上海梅山礦業(yè)有限公司，江蘇 南京 210011;2.南京聯(lián)拓科技有限公司，江蘇 南京 210018)

0 引 言

與露天礦山不同，井下工作場(chǎng)所因信號(hào)屏蔽、條件惡劣等問題造成一般的信息化手段無法有效使用，使地面與井下人員信息溝通不暢、管理困難，造成了地面與井下人員的信息溝通不及時(shí)；地面人員難以及時(shí)動(dòng)態(tài)掌握井下人員和設(shè)備的分布及作業(yè)情況；無法有效保證工作人員按標(biāo)準(zhǔn)化程序作業(yè)；生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)的缺乏真實(shí)性、準(zhǔn)確性和實(shí)效性，使得整個(gè)井下安全高效的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn).目前用于井下定位的技術(shù)大致可以分為兩類，一類是采用RFID技術(shù)，另一類是采用WSN技術(shù).射頻識(shí)別技術(shù)(RFID，Radio Frequency Identification)是利用射頻方式來進(jìn)行非接觸式通訊，以達(dá)到識(shí)別目的.與接觸式識(shí)別技術(shù)不同，RFID系統(tǒng)的讀卡器不用接觸到射頻識(shí)別卡就可以讀到卡中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù).根據(jù)用途的不同，讀卡器與射頻識(shí)別卡的讀寫距離小到幾厘米，大到近百米范圍.通過將識(shí)別卡與人員或物體綁定.即可通過非接觸方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)人或物在不同狀態(tài)下的識(shí)別和定位.基于RFID技術(shù)構(gòu)建的定位系統(tǒng)由于使用方便，硬件成本低廉而受到歡迎，將RFID定位技術(shù)結(jié)合手持移動(dòng)辦公平臺(tái)應(yīng)用于地下鐵礦，不僅可以解決井下人員、設(shè)備定位的問題，還可以實(shí)現(xiàn)井下生產(chǎn)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，保證井下作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化[1-4].

1 數(shù)字梅山井下智能定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

整個(gè)采集定位系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分，硬件主要用于實(shí)現(xiàn)井下RFID定位和各類生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集；軟件主要用于實(shí)現(xiàn)井下手持辦公和各類生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)的后處理.

系統(tǒng)硬件由4部分組成.a.地面管理中心(包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等)；b.井下通訊系統(tǒng)(包括主巷道的有線網(wǎng)絡(luò)、各水平的無線網(wǎng)絡(luò)等)；c.井下定位參考點(diǎn)(由多個(gè)不同位置的射頻識(shí)別卡組成)；d.人員和設(shè)備攜帶的含無線通訊功能的射頻讀取手持設(shè)備(見圖1).

地面管理中心負(fù)責(zé)接收手持設(shè)備傳來的數(shù)據(jù)，手持設(shè)備的數(shù)據(jù)分射頻采集數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，地面管理中心首先將采集的射頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為井下的空間信息并將其綁定到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上，再根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的種類將綁定后的數(shù)據(jù)交至相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行處理.井下通訊系統(tǒng)由有線和無線網(wǎng)絡(luò)組成，有線網(wǎng)絡(luò)作為井下骨干網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳輸至地面，無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)采集手持設(shè)備數(shù)據(jù).井下定位參考點(diǎn)由在一系列特殊位置安置的具有唯一標(biāo)識(shí)的射頻識(shí)別卡組成，和傳統(tǒng)的射頻地下定位系統(tǒng)不同，在參考點(diǎn)放置射頻識(shí)別卡而不是射頻讀取設(shè)備，可以有效避免由于井下爆破帶來的對(duì)設(shè)備的損壞.手持設(shè)備采用改進(jìn)的工業(yè)PDA，除射頻信息采集外還兼有移動(dòng)辦公平臺(tái)的作用，集成了井下需要定時(shí)定點(diǎn)完成的一些管理應(yīng)用.

系統(tǒng)軟件主要由井下手持辦公子系統(tǒng)和地面數(shù)據(jù)后處理子系統(tǒng)(圖2).手持辦公子系統(tǒng)由安全巡檢、設(shè)備點(diǎn)檢、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、工作設(shè)備運(yùn)行軌跡的自動(dòng)記錄四部分組成，采用NET 2.0在Windows Mobile環(huán)境下開發(fā)；地面數(shù)據(jù)后處理子系統(tǒng)由運(yùn)行軌跡監(jiān)控、數(shù)據(jù)交換兩部分組成采用.NET 2.0在Windows環(huán)境下采用B/S架構(gòu)進(jìn)行開發(fā).

圖2 數(shù)字梅山井下智能定位系統(tǒng)模塊

安全巡檢針對(duì)目前手工紙張采集內(nèi)容，集合安全巡檢管理規(guī)范進(jìn)行安全巡檢，代替紙張采集，并詳細(xì)記錄巡檢采集的人員，時(shí)間等相關(guān)信息，為了保證安全員能在規(guī)定的時(shí)間、指定的位置進(jìn)行安全巡檢，系統(tǒng)在每個(gè)班次開始時(shí)將安全巡檢計(jì)劃下載到手持設(shè)備，手持設(shè)備在預(yù)定時(shí)間自動(dòng)提醒安全員進(jìn)行巡檢并記錄下巡檢員的路線軌跡，超過規(guī)定時(shí)間后本次巡檢自動(dòng)關(guān)閉，安全員無法再進(jìn)行相關(guān)操作.

設(shè)備點(diǎn)檢和安全巡檢管理的過程類似，也是在每個(gè)班次開始時(shí)將設(shè)備點(diǎn)檢計(jì)劃下載到手持設(shè)備，點(diǎn)檢員根據(jù)提示進(jìn)行點(diǎn)檢，手持設(shè)備自動(dòng)記錄點(diǎn)檢時(shí)間和設(shè)備射頻碼.

生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集主要采取射頻定位技術(shù)跟蹤運(yùn)輸鏟車的運(yùn)行路線，計(jì)算鏟車來回于工作面和溜井之間的次數(shù)，實(shí)時(shí)推算出工作面的實(shí)時(shí)出礦量，通過溜井上的射頻感應(yīng)設(shè)備記錄鏟車的到達(dá)次數(shù)，從而推斷出溜井的進(jìn)礦量，結(jié)合運(yùn)輸水平上的軌道衡計(jì)量系統(tǒng)可以推斷出溜井的出礦量，進(jìn)而推斷溜井的存礦量.這些采集的數(shù)據(jù)可以通過工作面附近的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳到地面管理中心，最終可實(shí)現(xiàn)對(duì)井下生產(chǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控.

工作設(shè)備運(yùn)行軌跡通過手持設(shè)備的射頻讀取功能和記憶功能，將設(shè)備的運(yùn)行時(shí)經(jīng)過的射頻卡及時(shí)間記錄下來，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至地面管理中心，實(shí)現(xiàn)井下生產(chǎn)的可視化.

運(yùn)行軌跡監(jiān)控采用SVG技術(shù)在瀏覽器上以圖形方式反應(yīng)井下人員及設(shè)備的工作軌跡.

數(shù)據(jù)交換負(fù)責(zé)將班次的工作計(jì)劃數(shù)據(jù)上傳至手持設(shè)備，同時(shí)將手持設(shè)備采集的數(shù)據(jù)下載到本地進(jìn)行預(yù)處理后，轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)交換中心分發(fā)到相應(yīng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行處理.

2 結(jié) 語

在梅山鐵礦井下-330 m水平應(yīng)用智能定位系統(tǒng).通過在井下溜井口、作業(yè)面等關(guān)鍵部位安裝射頻識(shí)別卡，下井人員、設(shè)備攜帶接收系統(tǒng)的方式，既可以反映井下人員、設(shè)備的動(dòng)態(tài)，又能有效避免爆破對(duì)設(shè)備的損壞，較好解決井下定位問題.同時(shí)在射頻技術(shù)定位技術(shù)的支持下實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，保證工作人員在規(guī)定時(shí)間，規(guī)定位置，做規(guī)定的事情.通過手持設(shè)備對(duì)射頻的讀取、時(shí)間的記錄和無線網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)傳輸，解決了由于人為因素或由于通訊的客觀原因造成的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)缺乏準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性的問題，為井下生產(chǎn)管理和安全管理提供了可靠的數(shù)據(jù)，對(duì)提高地下礦山的科學(xué)管理和井下安全生產(chǎn)具有實(shí)際意義.

致謝：參加本研究的還有秦孫巍、周斌、李先福等，在此一并感謝.

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