礦井無軌膠輪車智能調(diào)度管理系統(tǒng)研究

韓成壽

（山西長治王莊煤業(yè)有限責(zé)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(tǒng)，國內(nèi)外學(xué)者大多以礦井中信號燈、超限速報(bào)警等為核心來進(jìn)行研究及應(yīng)用，并未實(shí)現(xiàn)該車輛的數(shù)字化管理，并且所采取的定位技術(shù)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(zhǔn)定位等，與現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)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(yùn)輸系統(tǒng)存在的諸多問題，如無法精確定位、運(yùn)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(shí)，為了使無軌膠輪車運(yùn)行的一系列操作實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理，如車輛調(diào)度、物料輸送等，積極研究車輛運(yùn)行的方式，將其從人員調(diào)度的單個因素及環(huán)節(jié)的信息孤立式轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€因素及環(huán)節(jié)的智能化信息控制，促使該車輛所具有的作用得到完全發(fā)揮，確保該車輛輔助運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效、安全地運(yùn)行[1]。

1 煤礦無軌膠輪車智能調(diào)度技術(shù)

依據(jù)該車輛輔助運(yùn)輸管理系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題及發(fā)展中的機(jī)遇，全方位考慮其相聯(lián)系的多信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)加以融合的基礎(chǔ)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(shù)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(diào)配、車輛及人員的信息收集、物流運(yùn)輸所用車輛得到智能化的管理。在礦井下構(gòu)建起一個智能化的交通信息系統(tǒng)，以有效分析車輛運(yùn)行的效率及所需的能源，確保車輛的調(diào)度管理實(shí)現(xiàn)智能化，極大提升礦井下車輛輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸效率，增強(qiáng)調(diào)度的統(tǒng)一性及信息的共享水平，確保礦井車輛的調(diào)度管理實(shí)現(xiàn)智能化[2]。

為了使以上這些任務(wù)得以實(shí)現(xiàn)，通過運(yùn)用IOT 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以有效地集成該車輛運(yùn)行及管理過程中所需的設(shè)備，并提取其中各個相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，再將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、儲存、分析及處理，最后根據(jù)各個業(yè)務(wù)流程的不同職能來將這些結(jié)果分別傳輸給業(yè)務(wù)的管理者及執(zhí)行者，如圖1所示。

圖1 相關(guān)數(shù)據(jù)集成及處理分析結(jié)構(gòu)

在該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，設(shè)備層可以將各個相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖朔?wù)平臺，并加以保存與處理。例如，對于人員或車輛的位置坐標(biāo)，后端服務(wù)可以運(yùn)用定位標(biāo)識卡的數(shù)據(jù)流來進(jìn)行計(jì)算。車載終端可以對后端服務(wù)終結(jié)處的信息進(jìn)行讀取，從而對服務(wù)器與設(shè)備之間的信息進(jìn)行接收與響應(yīng)[3]。后端服務(wù)也可以將物料的運(yùn)輸信息傳輸?shù)杰囕d終端，有助于空閑車輛的司機(jī)可以接收新的運(yùn)輸指令，提升車輛的運(yùn)輸效率。

2 關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)融合

為了使礦井無軌膠輪車的調(diào)度管理工作實(shí)現(xiàn)智能化，系統(tǒng)將巷道中車輛及人員的定位、信號燈的監(jiān)控、超限速的報(bào)警等各個相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地集成，并且使各個數(shù)據(jù)可以進(jìn)行有效地融合，確保有效數(shù)據(jù)得到充分運(yùn)用。

2.1 無軌膠輪車位置精確定位

若要使無軌膠輪車的調(diào)度管控實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，首先就要將車輛實(shí)時(shí)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(qū)域定位技術(shù)來進(jìn)行定位，這種技術(shù)所具有的精準(zhǔn)度很難實(shí)現(xiàn)無軌膠輪車調(diào)度的安全性需求[4]。

隨著科技的不斷進(jìn)步，定位技術(shù)得到了極大改善，通過將UWB融入到定位技術(shù)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?xí)?，這就使數(shù)字化無人調(diào)度管理可以對車輛的實(shí)時(shí)位置加以掌握，其定位計(jì)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(shù)據(jù)處理平臺在供需雙方之間建立起車輛運(yùn)輸資源的互動媒介，在維持穩(wěn)定運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)可以使車輛資源的運(yùn)輸效能得到充分發(fā)揮。礦井中所安裝的定位系統(tǒng)中涵蓋了車載及人員的定位設(shè)備、定位基站等裝置，車載定位模塊的作用在于對車輛的實(shí)時(shí)位置進(jìn)行定位；人員定位模塊的作用在于對礦井下人員的狀態(tài)進(jìn)行定位；定位卡可以運(yùn)用UWB協(xié)議將相應(yīng)的定位信息及時(shí)傳輸?shù)蕉ㄎ换局?，之后這些信息會經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)被傳輸?shù)降孛娴奈恢糜?jì)算板塊，再利用業(yè)務(wù)處理板塊將計(jì)算的結(jié)果傳輸至數(shù)據(jù)庫中，并加以儲存，這些數(shù)據(jù)可以被數(shù)據(jù)處理板塊內(nèi)部的主機(jī)與軟件進(jìn)行隨意調(diào)取，并加以處理。在保證定位精準(zhǔn)度的基礎(chǔ)上，為了使車輛的實(shí)時(shí)位置信息具備較強(qiáng)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(jī)交互界面更為逼真[5]。

圖2 精確定位計(jì)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(yùn)輸系統(tǒng)得到有效地安全管理的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)全方位采集了礦井中的交通信息、定位及區(qū)間的測速信息、主要路口的報(bào)警信息等各個實(shí)時(shí)管理的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在經(jīng)過軟件的計(jì)算與分析之后，還可以向控制系統(tǒng)下達(dá)相應(yīng)的控制命令，對紅綠燈的狀態(tài)信息進(jìn)行控制，從而對車輛的一系列行為進(jìn)行控制，進(jìn)而對車輛在巷道內(nèi)的運(yùn)行加以控制，有效維持礦井下交通運(yùn)輸秩序。通過與上述無人智能化調(diào)度管理的運(yùn)行數(shù)據(jù)相互融合，極大規(guī)范司機(jī)的駕駛行為，有效緩解了礦井交通的擁堵現(xiàn)象，增強(qiáng)了輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的控制能力，確保車輛的安全運(yùn)行[6]。

2.2.2 車載終端接入

司機(jī)與地面調(diào)度中心可以利用車載終端來建立有效的信息聯(lián)通及交互橋梁，利用該終端內(nèi)部所揭露的各個數(shù)據(jù)信息及人機(jī)交互的界面，系統(tǒng)將會有效地運(yùn)用出入井時(shí)的閑置車輛，依據(jù)礦井中實(shí)際的運(yùn)輸需求及空閑的資源來進(jìn)行分析，并利用計(jì)算機(jī)來就近調(diào)度車輛資源。

同時(shí)，通過將其與車載監(jiān)控系統(tǒng)相連接，司機(jī)人員可以及時(shí)掌握車輛內(nèi)部及外部的環(huán)境狀態(tài)，視頻信號可以將相應(yīng)的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)地傳輸?shù)降孛娴闹骺叵到y(tǒng)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(diǎn)終端應(yīng)用

2.3.1 地面移動端APP應(yīng)用

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

2.3.2 礦井候車點(diǎn)的終端應(yīng)用

在候車區(qū)域，乘車人員可以利用系統(tǒng)發(fā)布的信息來追蹤下趟車輛的達(dá)到時(shí)間、運(yùn)行軌跡、座位余數(shù)、司機(jī)信息等。

通過對該車輛輔助運(yùn)輸?shù)亩鄠€系統(tǒng)進(jìn)行深度地?cái)?shù)據(jù)融合，使輔助運(yùn)輸系統(tǒng)可以對車輛的位置及狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并追蹤各個車輛的任務(wù)執(zhí)行狀況，有助于管理人員及時(shí)全面地掌握車輛的調(diào)度及運(yùn)行狀況，使調(diào)度人員更快速、更高效地完成調(diào)度任務(wù)，增強(qiáng)物流系統(tǒng)的運(yùn)行效率。還可以及時(shí)了解調(diào)度車輛產(chǎn)生的異常問題，并做出報(bào)警，有利于調(diào)度人員迅速做出反應(yīng)，采取有效的措施加以處理，盡可能避免事故的發(fā)生。通過運(yùn)用候車及車載兩個終端，并基于運(yùn)輸資源的實(shí)際狀況來聯(lián)接起供需雙方的信息溝通，為輔助運(yùn)輸?shù)恼{(diào)度管理實(shí)現(xiàn)智能化提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

3 無軌膠輪車智能化調(diào)度管理流程

在獲取了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐之后，如何使這些數(shù)據(jù)的作用得到充分發(fā)揮已成為無軌膠輪車實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)度的關(guān)鍵，而在該過程中，數(shù)據(jù)處理是其最核心的環(huán)節(jié)，其作用在于對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析及實(shí)施，最終由系統(tǒng)后臺生成所有的操作指令，并進(jìn)行落實(shí)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要包含了兩個部分，分別為主機(jī)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)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(zhǔn)備、任務(wù)及執(zhí)行。一般情況下，準(zhǔn)備模塊主要是為人物處理模塊開展有效的準(zhǔn)備工作，主要包含了用車單位的用車申請及排班結(jié)果兩個模塊，還涵蓋了人員與車輛的固定時(shí)刻表、應(yīng)急作業(yè)，也涵蓋了司機(jī)的值班表及車輛的信息表。準(zhǔn)備模塊將這些數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)饺蝿?wù)處理模塊，該模塊利用準(zhǔn)備模塊所傳輸?shù)母鱾€數(shù)據(jù)來編排值班信息，輸出執(zhí)行板塊的功能就是對班組的編排結(jié)果加以明確，并向司機(jī)下發(fā)作業(yè)的執(zhí)行命令，將該命令傳輸?shù)綀?zhí)行模塊。當(dāng)有應(yīng)急任務(wù)的時(shí)候，應(yīng)急任務(wù)將會輸入到任務(wù)處理板塊中，這個板塊首先會將應(yīng)急任務(wù)信息傳輸?shù)綀?zhí)行板塊中。由于在執(zhí)行過程中產(chǎn)生的應(yīng)急任務(wù)都屬于預(yù)備型，因此在所有任務(wù)當(dāng)中必須以應(yīng)急任務(wù)為首要。

執(zhí)行模塊的具體流程：（1）開啟任務(wù)；（2）針對行車產(chǎn)生的碰撞問題做出報(bào)警；（3）對行車狀況進(jìn)行記錄，并將該信息傳輸?shù)饺蝿?wù)處理板塊中，如果車輛產(chǎn)生故障，就需要對其進(jìn)行有效地處理，并收集相應(yīng)的故障信息，同時(shí)實(shí)時(shí)追蹤，并將監(jiān)控信息傳輸?shù)竭\(yùn)輸管理部門；（4）對車箱進(jìn)行監(jiān)視，實(shí)時(shí)監(jiān)視人員在車內(nèi)的狀況，其中包含人員的數(shù)量及狀況；（5）提醒違章；（6）點(diǎn)擊任務(wù)結(jié)束；（7）如果有新任務(wù)，則重新返回（1）；（8）如果沒有新的任務(wù)，點(diǎn)擊交車，并將其傳輸?shù)阶詣咏卉嚨墓芾韱卧搯卧趯⑾嚓P(guān)的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)竭\(yùn)輸管理的統(tǒng)計(jì)板塊中，并對運(yùn)輸效率及流量進(jìn)行詳細(xì)分析，對司機(jī)的工作時(shí)間及月末的派車狀況進(jìn)行收集。

由于以上所描述的數(shù)據(jù)處理軟件都需要對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)取，并且都應(yīng)當(dāng)借助網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行采集，其中主要包含了車載及移動兩個終端數(shù)據(jù)，具體如下：車載終端內(nèi)部所采用的中控顯示屏可以與倒車影像及轎廂監(jiān)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(xiàn)出轎廂及倒車的影像，并設(shè)置了人機(jī)交互的按鍵，車載終端可以借助網(wǎng)絡(luò)來與數(shù)據(jù)綜合管理平臺創(chuàng)建起有效的連接。移動終端內(nèi)部設(shè)計(jì)了車輛調(diào)度程序，該程序內(nèi)部配置了預(yù)約用車及用車管控兩個模塊。在用車機(jī)構(gòu)的移動終端中所配置的車輛調(diào)度程序利用網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測用車的申請及指派狀況，管理機(jī)構(gòu)的移動終端中所設(shè)計(jì)的調(diào)度程序可以利用該終端來進(jìn)行信息的傳輸；移動終端則可以借助網(wǎng)絡(luò)來與數(shù)據(jù)綜合管理平臺建立有效的連接[8]。

當(dāng)數(shù)據(jù)處理平臺將上述這些數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)取之后，就可以對所有的用車申請進(jìn)行反饋，并做出發(fā)車指令。操作流程為：（1）當(dāng)井下未發(fā)生緊急狀況時(shí)，基于日常的值班信息及用車狀況，再利用數(shù)據(jù)綜合管理平臺來下發(fā)相應(yīng)的執(zhí)行命令，并將其傳輸?shù)綀?zhí)行單元中，在任務(wù)完成之后，且未出現(xiàn)新的任務(wù)時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動交車；（2）當(dāng)因緊急事件而出現(xiàn)應(yīng)急作業(yè)時(shí)，如果已經(jīng)根據(jù)日常的排班及申請發(fā)車，則需要將該任務(wù)輸入到任務(wù)處理模塊，并向執(zhí)行模塊下達(dá)相應(yīng)的執(zhí)行命令，安排相關(guān)的司機(jī)或者指派就近的司機(jī)來處理該任務(wù)；如果沒有根據(jù)日常排班和申請來安排發(fā)車，則向執(zhí)行板塊下發(fā)命令，使空閑的司機(jī)來執(zhí)行這個命令；（3）當(dāng)相關(guān)單位提出了用車需求時(shí)，可以利用候車區(qū)域的移動終端來發(fā)出相應(yīng)的申請，再運(yùn)用數(shù)據(jù)處理平臺依據(jù)用車的申請來就近下發(fā)用車指令；（4）當(dāng)井下工作人員提出了用車需求時(shí)，可以基于候車區(qū)域的移動終端來發(fā)出相關(guān)申請，之后再運(yùn)用數(shù)據(jù)處理平臺依據(jù)人員的申請來就近發(fā)出用車指令；（5）當(dāng)遇見突發(fā)事件時(shí)，車輛的終端系統(tǒng)可以利用網(wǎng)絡(luò)將各個數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理平臺，并實(shí)施人機(jī)交互，以有效處理突發(fā)事件，其流程如圖3所示。

4 結(jié)束語

（1）通過對系統(tǒng)所運(yùn)用的技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化及引入先進(jìn)的信息技術(shù)，該車輛的調(diào)度平臺可以依據(jù)車輛的空閑及申請狀況，與車輛所具有的定位作用相結(jié)合，確保車輛調(diào)度管理工作的管控實(shí)現(xiàn)無人化。

（2）輔助運(yùn)輸大數(shù)據(jù)綜合調(diào)度管理平臺融合了人員及車輛的數(shù)據(jù)信息，可以對車輛運(yùn)行的效率進(jìn)行分析、對決策發(fā)揮科學(xué)的輔助作用。

（3）通過對該車輛所運(yùn)用的無人智能化調(diào)度管理技術(shù)進(jìn)行研究，可以對該車輛的信息進(jìn)行全方位掌握，實(shí)現(xiàn)資源的智能化調(diào)度。通過運(yùn)用融入了人員及車輛數(shù)據(jù)信息的交通調(diào)度指揮中心，促使交通運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行具備較高的安全性及智能性。