基于人員定位的運(yùn)輸計(jì)量研究

廖華，陳汝秀

（1.湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司，湖南郴州423037；2.長沙礦山研究院，湖南長沙410012）

基于人員定位的運(yùn)輸計(jì)量研究

廖華1，陳汝秀2

（1.湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司，湖南郴州423037；2.長沙礦山研究院，湖南長沙410012）

針對地下金屬礦山生產(chǎn)中無軌運(yùn)輸以車輛為單位的計(jì)量系統(tǒng)，為提高礦山生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和計(jì)量的準(zhǔn)確性，以及減少系統(tǒng)的資金投入，采用基于地下礦山人員定位管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和車輛料位檢測相結(jié)合的方法，在運(yùn)輸車輛上安裝定位識別卡，在運(yùn)輸車輛所走的路徑上依次觸發(fā)人員定位基站（讀卡器），數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器并保存在數(shù)據(jù)庫中；依據(jù)數(shù)字礦山信息資源共享的原則，運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)主計(jì)算機(jī)讀取出與運(yùn)輸車輛計(jì)量關(guān)有的數(shù)據(jù)，結(jié)合自動(dòng)化領(lǐng)域中的組態(tài)軟件進(jìn)行編程處理位置、料位、時(shí)間等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車輛的自動(dòng)計(jì)量和生成相應(yīng)的報(bào)表。該系統(tǒng)在柿竹園礦投入使用，性能穩(wěn)定，成本低下，適合在同類鎢礦中推廣使用。

人員定位；組態(tài)軟件；運(yùn)輸計(jì)量；數(shù)據(jù)共享；井下運(yùn)輸；粗略計(jì)量

0 引言

地下礦石生產(chǎn)是礦山生產(chǎn)經(jīng)營重要的組成部分，礦石的統(tǒng)計(jì)關(guān)系到企業(yè)成本和個(gè)人業(yè)績的考核，是計(jì)量部門重要內(nèi)容。礦石采掘后的運(yùn)輸計(jì)量，現(xiàn)行的方法主要有三種：第一是最原始的人工計(jì)量方法；第二是采用車輛牌照自動(dòng)識別法；第三是專用的過衡精細(xì)計(jì)量。人工計(jì)量法是需要派遣專員進(jìn)行現(xiàn)場計(jì)量，不但辛苦危險(xiǎn)而且不經(jīng)濟(jì)，但可靠，還是目前主流的計(jì)量方式，大部分礦山企業(yè)還在使用這種方式。車輛牌照識別法及其結(jié)合過衡設(shè)備組成的精細(xì)計(jì)量系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)軟件水平長足發(fā)展后的一個(gè)應(yīng)用，21世紀(jì)初武漢理工大學(xué)做了這方面的研究：關(guān)于圖像識別車牌號和顯示的軟件技術(shù)[1]；還有其他一些關(guān)于井下運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過衡和顯示專利[2]。近些年車牌識別系統(tǒng)（Vehicle License Plate Recognition，VLPR）發(fā)展迅速，在城市交通、高速路管理監(jiān)控、停車場管理、車輛進(jìn)出自動(dòng)管理系統(tǒng)中成熟應(yīng)用[3]；但是這些是建立在動(dòng)態(tài)視頻序列或靜態(tài)圖像分析處理的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)場環(huán)境條件要求也較高。由于地下礦山環(huán)境惡劣，粉塵大、照度低等條件的限制，車牌自動(dòng)識別技術(shù)在實(shí)際礦山井下的應(yīng)用的并不多見；過衡精細(xì)計(jì)量主要適用于皮帶運(yùn)輸（皮帶秤）；還有在鏟車臂上安裝傳感器的計(jì)量方法，但實(shí)際應(yīng)用中也不多見。

運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)基于地下礦山六大系統(tǒng)中的人員定位系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)，采用非接觸式的定位和物位檢測技術(shù)，在運(yùn)輸車輛上安裝定位識別卡和利用巷道內(nèi)安裝完成的人員定位基站，在數(shù)據(jù)資源共享的基礎(chǔ)上，從井下人員定位管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中讀取運(yùn)輸車輛時(shí)間位置和物位的相關(guān)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過軟件處理自動(dòng)進(jìn)行車輛的統(tǒng)計(jì)分析，得出運(yùn)輸計(jì)量報(bào)表。該系統(tǒng)克服了粉塵大、照度低的條件限制，成功應(yīng)用在湖南省柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司的490多金屬采場中，系統(tǒng)為鎢礦及其他金屬礦山企業(yè)的井下計(jì)量提供了低成本的車輛管理和計(jì)量的新方法。

1 井下運(yùn)輸車輛計(jì)量系統(tǒng)原理

井下運(yùn)輸車輛計(jì)量系統(tǒng)的研究是結(jié)合湖南省柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司490多金屬采礦場的實(shí)際案例進(jìn)行介紹。劉宏發(fā)等對井下礦石的精細(xì)計(jì)量即在鏟車臂上安裝傳感器的方式有過相關(guān)研究[4]，但由于地下礦山環(huán)境和其他原因，沒有大量推廣。

1.1 工區(qū)概況

柿竹園多金屬采礦場歷史悠久，地下礦石采用鏟運(yùn)機(jī)和汽車配合出礦，主要出礦場在385、470和490分層。新建選廠位于出礦場邊上，略低于490分層，出礦巷道在518分層。出礦路經(jīng)由上部生產(chǎn)礦石通過490、483溜井到達(dá)470分層，再以汽車從470分層下礦經(jīng)518分層運(yùn)輸巷道出礦。

柿竹園多金屬采礦場于2012年按照相關(guān)部門的要求和國家現(xiàn)行規(guī)范[5]建設(shè)了人員定位系統(tǒng)，在各中段的主巷道上布置了人員定位子網(wǎng)，該系統(tǒng)集成了監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。分站類別分為普通讀取識別卡功能的基站和帶模擬量輸入的多功能基站兩大類型。多功能基站主要用于有毒有害氣體監(jiān)測，風(fēng)速、風(fēng)壓、設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)測以及具備普通分站的功能；分站之間采用以太網(wǎng)連接，數(shù)據(jù)按TCP/IP方式傳輸，各中段組成子網(wǎng)，每個(gè)分站固定IP地址，分站與識別卡之間采用非接觸式的無線射頻識別技術(shù)讀取，距離大于10 m。

1.2 運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)原理

井下礦石運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)是基于人員定位（集成監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)）系統(tǒng)設(shè)備和管理軟件，合理選擇計(jì)量檢測所需的物位傳感器[6]，用于運(yùn)輸計(jì)量。硬件組成如圖1所示。在井下礦石存?zhèn)}處到選廠進(jìn)其中臨近選廠進(jìn)料口的基站B3和回車巷道內(nèi)基站B4為多功能基站；S1、S2為超聲波物位監(jiān)測傳感器，用于檢測運(yùn)輸車輛是否裝礦石，作為計(jì)量的重要參數(shù)。

該運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)僅需要在人員定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加：地表計(jì)算機(jī)一臺，超聲波傳感器若干，以及識別卡若干；其他設(shè)備可利用人員定位系統(tǒng)設(shè)備。原理如下：礦石運(yùn)輸車C1沿規(guī)定路徑行進(jìn)，其所處位置和車輛物位高度依次被基站檢測、記錄，并上傳到地表人員定位管理系統(tǒng)服務(wù)器主機(jī)的數(shù)據(jù)庫中；運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)計(jì)算機(jī)PC通過訪問定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)讀取運(yùn)輸車C1的位置和物位等數(shù)據(jù)，通過計(jì)量軟件分析處理，自動(dòng)計(jì)量和生成報(bào)表。

系統(tǒng)計(jì)量軟件處理流程是：在規(guī)定的運(yùn)輸路徑上車輛位置和物位依次觸發(fā)計(jì)量程序，如圖2計(jì)量流程。

圖1 運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)硬件組成Fig.1Hardware components for the transport metering system

圖2 計(jì)量流程圖Fig.2Metering flow chart

料口的運(yùn)輸巷道上布置多個(gè)基站B1、B2、B3，B4，從礦石存?zhèn)}B1處沿出礦巷道出發(fā)，車輛行至卸料口附近B3，同時(shí)物位傳感器S1檢測到車輛裝滿了貨物，卸料完成后沿回車巷道，達(dá)到位置B4位置，同時(shí)物位傳感器S2檢測到車輛為空，如此完成一次計(jì)量。B1、B3、S1、S2、B4需要依時(shí)間和位置順序觸發(fā)為運(yùn)輸1次的計(jì)量。時(shí)間或位置的順序發(fā)生錯(cuò)誤都不能算1次的計(jì)量。這種時(shí)序、位置控制方式是工控領(lǐng)域常用的方法，故采用組態(tài)軟件[7]進(jìn)行編程更符合實(shí)際。

組態(tài)軟件的功能十分豐富，通信協(xié)議有多種類別，還可在界面的任意位置加入視頻監(jiān)控畫面。在礦山中還常作為通風(fēng)或排水等監(jiān)控人機(jī)軟件。

2 柿竹園518巷道運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)的建設(shè)

柿竹園470中段的出礦通道是沿出礦斜坡道向上到490中段，從490運(yùn)輸斜坡道的十字交叉口到518出礦巷道出口為一約180 m的直線巷道（該巷道為出、返共用巷道），其出口為選礦廠的進(jìn)料口。

由于柿竹園518出礦巷道的特殊性，僅選擇在518出礦巷道內(nèi)選擇人員定位多功能基站B1和安裝物位傳感器S1個(gè)作為運(yùn)輸計(jì)量的參數(shù)，由于礦石在車輛上呈不規(guī)則的錐形，車輛行進(jìn)緩慢（限速20km），檢測距離不超過4 m（巷道高度限制），故采用非接觸式的超聲波測距傳感器[8]。系統(tǒng)的計(jì)量算法1次為：B1位置，S1物位高，S1物位低，B1位置的時(shí)、空順序。從B1位置到卸料口的距離，車輛行進(jìn)速度、卸車消耗的時(shí)間，規(guī)定了S1物位高、低的間隔時(shí)間，以提高計(jì)量準(zhǔn)確度。

為了保證安全和便于管理，根據(jù)柿竹園518巷道的特殊性，實(shí)際工程中增加了以下調(diào)整：巷道內(nèi)增加了車輛出礦實(shí)時(shí)顯示信息屏，作為在490運(yùn)輸巷道十字路口避讓顯示功能。當(dāng)運(yùn)輸車輛在路口發(fā)現(xiàn)信息牌顯示屏亮，表示該巷道內(nèi)有運(yùn)輸車輛，需待顯示屏熄滅才能依次進(jìn)入；另外，增加了視頻抓拍功能，以此作為運(yùn)輸計(jì)量的輔助依據(jù)。柿竹園518巷道運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)如圖3。

圖3518巷道運(yùn)輸計(jì)量組成圖Fig.3518 transport metering composition diagram

圖3 中518巷道運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)新增設(shè)備包括IPC井下網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、S1物位傳感器、車輛顯示屏、PC為運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)的主計(jì)算機(jī)和SW2交換機(jī)以及部分線纜。原光纜敷設(shè)到出礦巷道的人員定位基站B1。運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)主機(jī)PC通過實(shí)時(shí)訪問人員定位系統(tǒng)服務(wù)器Sever的數(shù)據(jù)庫DB而獲取車輛各種數(shù)據(jù)，通過處理軟件完成計(jì)量，并把車輛在單向巷道內(nèi)的信息實(shí)時(shí)顯示。

顯示信息屏和視頻抓拍控制原理如下：當(dāng)運(yùn)輸車輛到達(dá)518出礦巷道并檢測到車輛物位高（即車輛裝滿礦石）時(shí)，顯示屏顯示該車輛的編號信息在顯示屏上，同時(shí)觸發(fā)閃光燈，抓拍運(yùn)輸車輛畫面，并保存。當(dāng)運(yùn)輸車輛卸貨完成返回巷道，到達(dá)十字路口時(shí)，基站B1監(jiān)測到返回車輛位置，顯示屏清零熄滅，接受下一輛車進(jìn)入爬坡道。

柿竹園518中段運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)建設(shè)的現(xiàn)場圖片如下圖4現(xiàn)場照片：計(jì)量畫面和顯示信息屏。

柿竹園518運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)的參數(shù)按照：車輛位置、礦石物位（滿）、時(shí)間、車輛位置、礦石物位（空）判斷外，還有抓拍圖片作為查詢輔助。并附加車輛顯示功能，避免運(yùn)輸車輛在巷道內(nèi)車堵塞。

圖4 柿竹園518中段運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)建設(shè)的現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.4Scene photos of transportation statistic system construction in Shizhuyuan level 518

3 系統(tǒng)應(yīng)用和討論

基于井下人員定位系統(tǒng)的運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)是可靠的，但建設(shè)的最核心問題是人員定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限管理的問題。數(shù)據(jù)庫是每一款軟件的核心內(nèi)容，不僅涉及知識產(chǎn)權(quán)更涉及系統(tǒng)的安全問題。

國家提倡數(shù)字化礦山建設(shè)，其核心意義是資源共享[9]，礦山安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)建設(shè)也是數(shù)字礦山的一部分，數(shù)據(jù)資源應(yīng)該開放共享。柿竹園的井下六大系統(tǒng)建設(shè)和518巷道運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)的施工者是同一廠商，故很好地解決了數(shù)據(jù)庫資源共享問題。

物位檢測是該運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)重要參數(shù)，附加上讀取的時(shí)間值，滿車和空車從時(shí)空上構(gòu)成判定一次運(yùn)輸計(jì)量的主要依據(jù)。物位有車頭高度、滿礦高度、空車高度和地面高度四種值，滿車的高度是有個(gè)較大的波動(dòng)范圍（可超60 cm），其他三個(gè)值波動(dòng)范圍較?。ú怀^10 cm）。

時(shí)間間隔的設(shè)定應(yīng)與實(shí)際的工程位置、環(huán)境確定，譬如基站物位傳感器安裝點(diǎn)到卸料口的距離，坡度大小，運(yùn)輸車輛在巷道內(nèi)限速值等實(shí)際情況設(shè)定滿車與空車的時(shí)間最小間隔。而根據(jù)讀取的物位確定真正的物位有需要做一些邏輯判斷作為軟件濾波。物位數(shù)據(jù)在讀取時(shí)按照多功能基站對傳感器的固定采樣頻率，該頻率也應(yīng)該根據(jù)車輛的行駛速度，車輛長短尺寸來規(guī)定礦石裝載高度和車輛空載高度等參數(shù)并在實(shí)際調(diào)試中調(diào)整，以過濾干擾數(shù)據(jù)。

該運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)具有低建設(shè)成本、高可靠性的特性。

4 結(jié)語

通過柿竹園有色金屬490多金屬采場的518水平運(yùn)輸巷道內(nèi)安裝的井下運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)的建設(shè)和驗(yàn)收通過，并投入到實(shí)際應(yīng)用中，從而完全取代傳統(tǒng)人工紙質(zhì)計(jì)量的方式。低成本完成計(jì)量系統(tǒng)的建設(shè)，突顯出資源共享的價(jià)值和重要性，證明了基于人員定位管理系統(tǒng)的井下運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)研發(fā)的成功。

（1）基于井下人員定位的運(yùn)輸計(jì)量系統(tǒng)是符合礦山井下生產(chǎn)粗略計(jì)量的需求，為鎢礦等金屬礦山運(yùn)輸計(jì)量增添了新的方法。同時(shí)也是信息平臺與自動(dòng)控制平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的成果。

（2）人員定位管理系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)等作為數(shù)字化、信息化礦山建設(shè)的一部分，更應(yīng)注重資源共享的權(quán)限管理建設(shè)，為適應(yīng)大數(shù)據(jù)的時(shí)代潮流，井下六大系統(tǒng)的開發(fā)商應(yīng)開放數(shù)據(jù)庫訪問的權(quán)限和提供數(shù)據(jù)的組成格式。

（3）該系統(tǒng)計(jì)量的單位是車，不是千克。這還是一套較為粗略的計(jì)量方法，不是精細(xì)計(jì)量，略為不足。但對大部分金屬礦山企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)輸計(jì)量已達(dá)到計(jì)量需求，性價(jià)比較高。

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On the Transportation Vehicle Count based on Personnel Regional Positioning

LIAO Hua1,CHEN Ruxiu2
(1.Hunan Shizhuyuan Nonferrous Metals Co.,Ltd.,Chenzhou 330001,Hunan,China;2.Hunan Nonferrous Heavy Machinery Co.,Ltd.,Changsha 330001, Hunan,China)

The purpose of the study is to improve the automation level and measurement accuracy of mine production, as well as to reduce the system's capital investment by combining data sharing and vehicle level detection on the basis of underground mine personnel location management system.In light of the fact that the trackless transport of underground metal mine production applies vehicle as a unit of measurement system,identification cards were installed in the transport vehicles.Personnel positioning base station(card reader)were then triggered in the path of the transport vehicles.The data was uploaded to the server and saved in the database.According to the principle of digital mine information resource sharing,the main computer of the transportation metering system reads out the data related to the measurement of the transportation vehicle,and uses the configuration software in the field of automation to program the processing position,material level and time data to realize the automatic measure and generate the corresponding report.The system has been put into use in Shizhuyuan Mine.For its advantages of stable performance and low cost,it is suitable to be promoted in the underground railless transport.

personnel regional positioning;SCADA;transport vehicle count;data sharing;underground transportation; rough measurement

TF321.2；TF652

A

（編輯：劉新敏）

10.3969/j.issn.1009－0622.2017.04.004

2017-05-10

廖華（1987-），男，湖南長沙人，工程師，主要從事礦山企業(yè)電子信息系統(tǒng)的研究。