基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山井下交通指揮系統(tǒng)的實(shí)踐探究

曹永愛，崔世杰

（山西科達(dá)自控股份有限公司，山西 太原 030006）

引言

本次選擇的礦山項(xiàng)目為山西某礦，該礦山的井下車輛交通指揮已經(jīng)歷經(jīng)多個(gè)階段。第一階段的車輛交通指揮主要以開關(guān)信號(hào)燈為主，此時(shí)的礦山井下交通指揮在部分單向路段設(shè)置交通信號(hào)燈，在車輛運(yùn)行過程中，駕駛員需要停車并手動(dòng)將信號(hào)燈關(guān)停。該交通指揮方式在設(shè)備維護(hù)和安裝方面比較簡(jiǎn)單，需要花費(fèi)的交通指揮成本也相對(duì)較低。但該交通指揮方式為車輛駕駛員帶來工作負(fù)擔(dān)，司機(jī)操作交通信號(hào)燈比較麻煩且交通運(yùn)輸效率比較低，無法在復(fù)雜路況區(qū)域?qū)崿F(xiàn)交通調(diào)度。第二階段主要以繼電器控制交通信號(hào)為主，該交通指揮方式建立在PLC技術(shù)之上，控制系統(tǒng)運(yùn)行比較穩(wěn)定，且操作比較簡(jiǎn)單，能夠在車輛繁多的路段實(shí)現(xiàn)車輛調(diào)度。但是需要布置復(fù)雜線路，且設(shè)備安裝及維護(hù)成本均比較高。第三階段是物聯(lián)網(wǎng)交通指揮系統(tǒng)，該階段的井下交通指揮不僅線路分布簡(jiǎn)單，且運(yùn)維成本較低，系統(tǒng)本身具備較強(qiáng)的兼容性和拓展性。本文將詳細(xì)討論礦山井下交通指揮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)踐。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山井下交通指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包含了GAN通信技術(shù)、無限定位技術(shù)、光纖網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，主要目的是對(duì)井下運(yùn)輸車輛進(jìn)行定位，并配合紅綠燈進(jìn)行車輛調(diào)度控制。在山西某礦的井下無軌運(yùn)輸平巷鋪設(shè)光纜，每隔600 m安裝無線基站，并組建骨干工業(yè)環(huán)網(wǎng)。在主斜坡道上每隔30 m安裝一般型定位讀卡器，該讀卡器可直接與CAN連接[1]。對(duì)井下每臺(tái)運(yùn)輸車輛進(jìn)行電子車牌安裝，該電子車牌將被車輛距離最近的定位讀卡器識(shí)別，讀卡器將識(shí)別信息通過CAN總線傳輸?shù)椒终井?dāng)中，分站再將識(shí)別數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線基站，無線基站內(nèi)包含光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸，經(jīng)過數(shù)據(jù)算法處理，最終到達(dá)主服務(wù)器[2]，如圖1所示。

圖1 交通指揮系統(tǒng)總體方案

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山井下交通指揮系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)井下交通指揮系統(tǒng)時(shí)，硬件設(shè)備主要包含電子車牌、定位讀卡器、信號(hào)燈等。

電子車牌作為本次交通指揮系統(tǒng)中用于識(shí)別車輛的主要設(shè)備，成為井下運(yùn)輸車輛的重要身份證。因此，設(shè)計(jì)電子車牌時(shí)需要將定位指示燈、同行指示燈、電源指示燈等均安裝到電子車牌的控制面板當(dāng)中[3]，如圖2所示。本次電子車牌的硬件主要包含了LED指示燈、DC/DC轉(zhuǎn)換、整流與保護(hù)電路、聲光報(bào)警器接口、聲光報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路、無線通信模塊等。

圖2 電子車牌硬件框架

定位讀卡器是本次交通指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要的定位設(shè)備，也是定位子系統(tǒng)中的重要組成部分，被安裝到井下車輛運(yùn)輸?shù)缆飞系墓潭ㄎ恢?，主要作用是獲取電子車牌信息，并將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)胶笈_(tái)終端當(dāng)中。當(dāng)定位讀卡器接收到電子車牌或者是其他設(shè)備發(fā)送的指令以后，將會(huì)及時(shí)給出響應(yīng)，幫助車輛識(shí)別周邊是否有其他車輛，鑒別其他車輛位置，也為礦山運(yùn)輸車輛調(diào)度中心提供準(zhǔn)確車輛運(yùn)輸情報(bào)。定位讀卡器的硬件設(shè)計(jì)主要包含無限定位、無限傳輸、MCU、LED指示燈、電源濾波器、AC/DC模塊等，各類定位信息通過CAN通信接口、RS485通信接口以及以太網(wǎng)通信接口匯集到MCU中，達(dá)到實(shí)時(shí)通信的目的[4]。

信號(hào)燈是指示車輛啟停的重要設(shè)施，信號(hào)燈的顏色關(guān)系到車輛接受的指令信息，信號(hào)燈的指令包含紅閃、綠閃、紅色、綠色以及熄滅五種狀態(tài)，不同狀態(tài)的型號(hào)指示交替，配合車輛調(diào)度，達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)輸車輛的作用。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山井下交通指揮系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)是保持井下交通指揮系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的主要組成部分，本次構(gòu)建交通指揮系統(tǒng)主要采用B/S和C/S混合結(jié)構(gòu)的方式，主要作用是對(duì)礦山內(nèi)的工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，了解人員所在位置，約束人員工作行為，提升礦山井下生產(chǎn)自動(dòng)化效率，達(dá)到控制交通信號(hào)的目的。本次軟件設(shè)置過程中，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建三維立體模型，將獲取的礦山井下信息轉(zhuǎn)化為三維圖像，方便后臺(tái)管理人員對(duì)礦山井下的各項(xiàng)資源進(jìn)行合理調(diào)配[5]。

軟件系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中還將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合進(jìn)來，在獲取多種信息以后，將這些信息以云計(jì)算的方式進(jìn)行層次劃分，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后形成不同的分析報(bào)告，傳遞給后臺(tái)管理人員，方便管理人員對(duì)系統(tǒng)中的需求信息進(jìn)行查看。通過交通指揮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了礦山井下車輛調(diào)配管理框架的構(gòu)建，管理人員只需要獲得授權(quán)，就能登陸后臺(tái)查看整個(gè)礦山井下架構(gòu)。通過運(yùn)行交通指揮系統(tǒng)，可了解井下運(yùn)輸車輛是否存在超速或闖紅燈情況，在車輛電子車牌中實(shí)時(shí)警告并生成車輛違章記錄，詳細(xì)記錄車輛違章位置以及時(shí)間，并上報(bào)給所屬管理部門。在軟件中輸入運(yùn)輸車輛編號(hào)，可查詢車輛歷史行使軌跡。遇到緊急狀況，可手動(dòng)停止井下信號(hào)燈，保證運(yùn)輸車輛快速出入。還可以對(duì)照明控制設(shè)備、定位設(shè)備、電子車牌等信息進(jìn)行管理。

4 結(jié)語

在構(gòu)建交通指揮系統(tǒng)過程中，需要將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與之融合，在礦山井下搭建交通指揮網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)礦山井下運(yùn)輸車輛調(diào)配信息化。在智能化交通指揮管理平臺(tái)的輔助下，礦山井下的交通路線清晰呈現(xiàn)在運(yùn)輸車輛駕駛員面前，合理選擇運(yùn)輸路線，可避免出現(xiàn)交通擁堵或交通事故。整套交通指揮系統(tǒng)還可被拓展到礦山井下整體監(jiān)測(cè)管理方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下環(huán)境監(jiān)控，有效推動(dòng)礦山管理信息化建設(shè)。