煤礦井下運(yùn)輸智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 川

（兗州煤業(yè)股份有限公司機(jī)電環(huán)保部 ，山東 鄒城 273500）

0 引言

煤礦井下輔助運(yùn)輸是礦井生產(chǎn)建設(shè)的重要服務(wù)保障系統(tǒng)。目前主要有無(wú)軌膠輪車、電機(jī)車等，其中無(wú)軌膠輪車行駛沒有軌道限制，機(jī)動(dòng)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、安全高效、應(yīng)用范圍廣，是運(yùn)送材料、設(shè)備、人員的一種較先進(jìn)的輔助運(yùn)輸設(shè)備，近年應(yīng)用較為廣泛。

輔助運(yùn)輸管理是一個(gè)系統(tǒng)性、專業(yè)性很強(qiáng)的工作。目前生產(chǎn)礦井采用傳統(tǒng)的分散管理方式，生產(chǎn)單位調(diào)度、現(xiàn)場(chǎng)管理基本上還是依靠人工處理，信息化系統(tǒng)落后，車輛管理部門很難掌控車輛的詳細(xì)資料和輔運(yùn)過程，無(wú)法為生產(chǎn)提供安全、優(yōu)質(zhì)、高效的輔運(yùn)力量，很難保證輔運(yùn)車輛安全運(yùn)行。

煤礦井下運(yùn)輸智能管理系統(tǒng)旨在研究膠輪車綜合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)輔助運(yùn)輸車輛統(tǒng)一的調(diào)度指揮、車輛調(diào)配、運(yùn)維、租賃、費(fèi)用結(jié)算等一體化管控體系，提高膠輪車管理工作的實(shí)時(shí)性、高效性、應(yīng)急性、靈活性。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

煤礦井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)采用藍(lán)牙定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)井下車輛的精準(zhǔn)定位，利用井下無(wú)線通訊系統(tǒng)、工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息的采集與交換。通過工業(yè)云數(shù)據(jù)技術(shù)，建立公司級(jí)車輛運(yùn)營(yíng)監(jiān)管平臺(tái)，集成礦井級(jí)輔助運(yùn)輸管理平臺(tái)，利用GIS系統(tǒng)實(shí)時(shí)、直觀展現(xiàn)車輛位置信息，實(shí)現(xiàn)膠輪車管理的智能化。

采用公司級(jí)膠輪車運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)和礦井級(jí)輔助運(yùn)輸管理系統(tǒng)兩級(jí)系統(tǒng)架構(gòu)，其中礦井級(jí)輔助運(yùn)輸管理系統(tǒng)包括MES輔助運(yùn)輸管理系統(tǒng)和煤礦輔助運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 公司級(jí)膠輪車運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)整體架構(gòu)

2 公司級(jí)膠輪車運(yùn)營(yíng)監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用工業(yè)云數(shù)據(jù)技術(shù)在公司總部建立云中心服務(wù)器，所屬煤礦通過運(yùn)輸管理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)上傳至公司云中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，通過大屏幕，Web瀏覽器等查看車輛實(shí)時(shí)信息，如圖2所示。

2.1 設(shè)計(jì)思路

以流程設(shè)計(jì)和信息實(shí)時(shí)傳遞為應(yīng)用主體，以車輛信息為系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以計(jì)劃、執(zhí)行、檢查、優(yōu)化為手段，對(duì)涉及的運(yùn)輸車輛運(yùn)維、租賃、車輛管控、運(yùn)行分析等全流程進(jìn)行綜合管理。

圖2 公司級(jí)膠輪車運(yùn)營(yíng)監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2 實(shí)現(xiàn)功能

1）車輛管理。車輛購(gòu)置、驗(yàn)收、更新、報(bào)廢、檔案臺(tái)賬、大中小修、日常維護(hù)保養(yǎng)管理、年檢保險(xiǎn)、費(fèi)用管理、知識(shí)庫(kù)管理、備品備件管理、效能分析等，可基于表格提供信息報(bào)表。

2）運(yùn)營(yíng)監(jiān)管。車輛位置監(jiān)管、車輛狀態(tài)管理、車輛調(diào)度、車輛調(diào)撥、事故管理和應(yīng)急管理等。

3）運(yùn)行分析。通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸配送相關(guān)指標(biāo)量化，提高管理水平、運(yùn)輸能力提供決策依據(jù)。

3 礦井級(jí)輔助運(yùn)輸管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

礦井級(jí)輔助運(yùn)輸管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要由輔助運(yùn)輸管理系統(tǒng)和輔助運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)組成。系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示，由感知層、傳輸層和應(yīng)用層構(gòu)成。感知層由車載智能終端、定位系統(tǒng)、信號(hào)燈控制系統(tǒng)、物料編碼、危險(xiǎn)信息的提示、副斜井車輛危險(xiǎn)信息的提示等組成；傳輸層由井上/井下WIFI無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)組成；應(yīng)用層主要包括調(diào)度中心、車載終端、運(yùn)維中心、倉(cāng)儲(chǔ)管理等應(yīng)用。

圖3 礦井級(jí)輔助運(yùn)輸管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 輔助運(yùn)輸管理系統(tǒng)

以煤礦輔助運(yùn)輸管理業(yè)務(wù)為主，以運(yùn)輸設(shè)備、運(yùn)送人員、運(yùn)輸物料、運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施及相關(guān)事件為系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)涉及運(yùn)輸任務(wù)、運(yùn)輸車輛、司機(jī)等各方面的物資配送申請(qǐng)與審批、司機(jī)與車輛調(diào)派、信息交流、信息提示、物資收發(fā)交接等全流程進(jìn)行綜合管控?？蓪?shí)現(xiàn)如下管理功能：

1）實(shí)現(xiàn)司機(jī)基本信息管理、崗位技能、出勤、交接班和司機(jī)績(jī)效管理等司機(jī)管理。

2）實(shí)現(xiàn)車輛檔案臺(tái)賬、車輛中小修、日常維護(hù)保養(yǎng)管理、加油管理、租賃管理、效能分析等車輛管理。

3）實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸計(jì)劃、作業(yè)任務(wù)、物料配送、人員運(yùn)輸、聯(lián)合運(yùn)輸、人車調(diào)派、裝卸載、運(yùn)輸看板的物流運(yùn)輸。

4）地面候車室、井下人車等候點(diǎn)的人員等候信息動(dòng)態(tài)上傳至調(diào)度中心、車輛管理部門，實(shí)現(xiàn)人車到來提示，人車空座提示，人車超員承載報(bào)警的公交式管理。

5）實(shí)現(xiàn)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(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)

以定位信息為基礎(chǔ)，以車載智能終端為核心，輔助井下信號(hào)燈控制系統(tǒng)、智能調(diào)度系統(tǒng)、語(yǔ)音調(diào)度系統(tǒng)和GIS地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輔助系統(tǒng)運(yùn)輸車輛、司機(jī)的全程管控和實(shí)時(shí)調(diào)度?？蓪?shí)現(xiàn)如下管理功能：

1）定位系統(tǒng)。對(duì)井上/下車輛的位置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，按照車輛的位置信息進(jìn)行行車信號(hào)的閉鎖連鎖控制，引導(dǎo)車輛行駛、避讓。出現(xiàn)超速、違規(guī)停車、違法闖入（進(jìn)入單行巷道前，對(duì)即將要進(jìn)入巷道的車輛進(jìn)行語(yǔ)音提示，司機(jī)也可通過車載終端查詢巷道車輛信息，并可對(duì)巷道內(nèi)的車輛發(fā)起呼叫）時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并記錄報(bào)警信息；系統(tǒng)按照車輛位置信息進(jìn)行車輛運(yùn)輸任務(wù)的跟蹤管理，形成任務(wù)閉環(huán)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)依據(jù)；實(shí)現(xiàn)運(yùn)行軌跡查詢、回放。

2）車輛信號(hào)燈控制。系統(tǒng)按照監(jiān)測(cè)獲得的車輛位置信息并配合工業(yè)電視系統(tǒng)控制信號(hào)機(jī)顯示禁行、通行信號(hào)，指揮車輛避讓。信號(hào)控制參照車輛位置、車輛數(shù)量、車輛類型、巷道情況等信息自動(dòng)控制，也可以由地面手動(dòng)控制；系統(tǒng)對(duì)控制參數(shù)條件可以靈活配置、遠(yuǎn)程管理。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到司機(jī)闖紅燈時(shí)報(bào)警并記錄報(bào)警信息。

3）語(yǔ)音調(diào)度。地面車輛調(diào)度中心通過調(diào)度臺(tái)與井下車輛進(jìn)行語(yǔ)音通訊，車輛配有車載智能終端，司機(jī)通過車載智能終端接收調(diào)度中心語(yǔ)音調(diào)度信息。可實(shí)現(xiàn)車輛之間、車輛與固定手機(jī)、車輛與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的語(yǔ)音通訊。調(diào)配司機(jī)運(yùn)輸、物料運(yùn)輸任務(wù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮。

4）GIS礦圖管理?；贕IS軟件管理平臺(tái)，實(shí)時(shí)展示井下車輛的數(shù)量、位置、分布情況和每個(gè)車輛任意時(shí)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(shí)間段的活動(dòng)軌跡。

4 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 關(guān)鍵技術(shù)

1）藍(lán)牙信標(biāo)車輛定位技術(shù)。采用藍(lán)牙信標(biāo)、智能車載終端（配有藍(lán)牙讀卡器），在巷道布置定位標(biāo)簽，采用SDS-TWR測(cè)距算法檢測(cè)讀卡器和定位標(biāo)簽間的距離，實(shí)現(xiàn)低成本、高精度的車輛精準(zhǔn)定位。

2）基于先進(jìn)算法的調(diào)度技術(shù)?；诙嗄繕?biāo)、多約束和有限能力調(diào)度方法、離散型優(yōu)化調(diào)度方法、智能化及人機(jī)協(xié)同交互式計(jì)劃生產(chǎn)調(diào)度方法解決優(yōu)化調(diào)度問題，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的調(diào)度指揮系統(tǒng)。

4.2 創(chuàng)新點(diǎn)

1）管理模式創(chuàng)新。采用公司級(jí)膠輪車運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)和礦井級(jí)輔助運(yùn)輸管理系統(tǒng)兩級(jí)系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了公司運(yùn)營(yíng)監(jiān)管，礦井運(yùn)行、現(xiàn)場(chǎng)管理的兩級(jí)輔助運(yùn)輸專業(yè)管理模式的創(chuàng)新。

2）信標(biāo)式藍(lán)牙定位創(chuàng)新。不同于傳統(tǒng)的多讀寫器定位方法，采用固定位置藍(lán)牙信標(biāo)代替定位讀寫器，向移動(dòng)讀寫器（智能車載終端）提供位置信息，以TOF定位算法、時(shí)隙分配算法和平滑算法實(shí)現(xiàn)車輛的精準(zhǔn)定位。同時(shí)通過藍(lán)牙定位標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)了礦井巷道的數(shù)字化，為應(yīng)用拓展提供了基礎(chǔ)。

3）精細(xì)化管理創(chuàng)新。該系統(tǒng)不僅建立科學(xué)合理的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)管理指標(biāo)體系，自動(dòng)計(jì)算關(guān)鍵性能指標(biāo)KPI，而且建立有效的業(yè)務(wù)流程、完整的控制體系，可實(shí)現(xiàn)多環(huán)節(jié)分散信息的集中共享，跨部門跨職能實(shí)現(xiàn)全員參與和持續(xù)改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)煤炭生產(chǎn)精細(xì)化管理。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)采用公司級(jí)膠輪車運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)和礦井級(jí)輔助運(yùn)輸管理系統(tǒng)兩級(jí)架構(gòu)，運(yùn)用固定標(biāo)簽藍(lán)牙定位、井上/下WIFI無(wú)線通訊、工業(yè)以太網(wǎng)，工業(yè)云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，并結(jié)合GIS技術(shù)，建立起信息共享的、先進(jìn)的、易用的物流運(yùn)輸業(yè)務(wù)系統(tǒng)和車輛運(yùn)維、租賃系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛“統(tǒng)一管理、統(tǒng)一維修、統(tǒng)一調(diào)配”，規(guī)范了運(yùn)輸流程，降低了運(yùn)輸工作復(fù)雜度，為生產(chǎn)提供安全、優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、及時(shí)的輔運(yùn)力量，以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。