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摘要：针对煤矿现有辅助运输车辆管理系统的不足之处，设计了一种软件、硬件、网络数据融合的新型管理系统。设计了车辆道闸管理、车辆定位管理、井下信号灯管理、车辆调度管理功能，并对功能内涵进行了详细阐述。经过实践应用，新系统达到了减员增效的目的，取得了明显的社会经济效益。
关键词：辅助运输；井下车辆；定位算法；安全管理
随着煤矿辅助运输系统的不断发展，车辆作为现代化的主要交通工具，在煤矿生产过程中也发挥着越来越重要的作用，而对车辆的管理也是现代化煤炭企业所面临的一个任务。研究和应用煤矿车辆辅助运输管理系统，一方面通过使用现代化的信息技术手段，企业可以节省不少不必要的浪费，更为高效地完成车辆管理方面的工作，合理有序地安排辅助运输日常工作。神东补连塔煤矿从数据的角度出发，建立了矿井防爆无轨胶轮车运输安全管理大数据平台，通过大数据整合，汇聚全部车辆的运行动态监控数据、新车技术参数、车辆行驶记录、车辆调度信息、气象信息等多源数据[1]。杨金锋从流程和管理的角度探讨了煤矿辅助运输车辆的高效工作机制[2]，针对用车费用结算、车辆外出管理、公务用车理念等提出了一些思考和建议[3]。和鑫以湖南省湘潭市车辆为例，设计了主要由车载GPS、服务器以及监控平台组成的系统[4]。翟昆志从司机管理和出车任务分派与跟踪发挥的主要作用和改进设想方面进行了阐述[5]。以上是学者们从不同角度提出的对车辆管理的思考，但是针对煤矿井下车辆软件、硬件、网络融合一体化的设计系统还较少。本文从煤矿运输实际需求出发，设计了软件、硬件、网络融合一体化系统，为煤矿辅助运输车辆管理提供了另一种解决方案。
1系统总体方案设计
1.1调研与需求
分析通过走访调研煤矿实际需求，认为目前的管理系统还存在功能上的不足，难以充分满足煤矿生产发展需求和解决实际问题。当前的管理系统存在的不足主要包括以下几点：a)不具备井下车辆实时定位跟踪及实时查看运行状况功能；b)系统设备安装的点数少，覆盖面小，无法满足大型、特大型煤矿全矿井巷道监测的要求；c)车辆存在漏卡现象，定位精确度不高，同时在信息统计方面也存在偏离，不符合煤矿实际需求；d)井下车辆需要井下信号灯管理，以提高车辆通过率。
1.2系统设计
此次煤矿应用的车辆辅助运输管理系统从使用管理和安全管理方面考虑，共建设了4个部分：a)井口车辆道闸管理；b)车辆定位管理；c)井下信号灯管理；d)车辆调度管理。系统总体架构如图1所示。
1.2.1井口车辆道闸管理
井口车辆道闸管理系统实行井口管理中心电脑集中监控，在井口管理中心设置监控管理主机，对进出车辆进行统一管理。车辆采用蓝牙感应式ID卡或有效密码实现对车辆出入井的控制，通过数据线与各个射频目标识别器进行数据连接，通过计算机通信网络与调度监控服务端进行数据连接，并通过无线通信网络连接进行数据通信处理井口车辆道闸管理系统具体设计有以下功能：a)管理中心安装道闸系统数据库及系统管理应用程序；b)井口出口处设置系统工作站和图像对比管理软件，便于系统管理及进行图像比对；c)每台入井车辆配置一个蓝牙信息卡，当车辆距离道闸蓝牙检卡器5m范围内时，检卡器识别信息卡内容，自动升降栏杆；d)蓝牙ID卡与密码一一对应，一卡一密码；e)在车辆进入的车道一侧安装蓝牙读卡器（近距离识别并带密码键盘）。利用井口车辆道闸管理系统能够辅助完成运输车辆的出入井存档记录，并且与车辆定位管理系统实现了数据互联互通，满足了矿井对辅助运输车辆的高效安全管理需求。车辆道闸管理如图2所示。
1.2.2车辆定位管理
车辆定位管理系统主要用于调度矿井车辆所在的地理位置和运行速度，根据无线通讯定位基站读取到的人员定位卡、车辆标签ID和车辆状态信息的实时情况，确定被调度矿井车辆所完成的物流信息并加以记录，同时，根据设定的被调度矿井车辆的车辆调度信息，实时分析被调度矿井车辆的地理位置、运行速度和车辆状态信息，确定被调度矿井车辆的状态和运行线路是否正常，并在发生异常时，通过无线通信基站向相关的无线调度查询终端发送相应的异常报警信息。车辆定位管理系统通过加强定位算法能够实现对车辆精确定位、车辆轨迹回放、车辆超速管理和超时管理等，车辆定位精度在10m以内，并且该系统与井口道闸系统互连。通过比对2个系统的数据对入井车辆进行唯一性检验，为车辆调度管理提供了准确依据。同时，基于AUTOCAD的二次开发与转换技术，将绘制好的电子图通过转换软件转储导入该系统，为车辆定位提供了地图导航。
1.2.3井下信号灯管理
井下红绿灯控制系统在对井下车辆的监控调度中发挥着重要作用。该系统主要通过其分站不断采集周围射频卡的信息，处理后上传至采集服务器；采集服务器经过软件运算分析后，下达控制命令给分站，控制红绿灯状态，从而控制车辆行进、停止、避让等一系列行动，合理调配矿道内车辆运营状态，提高其运输效率。在系统建设应用过程中，需在每个避让点口装双向红绿灯，当前方有特种车辆驶来时（前方路不通），如果汽车所在地点前方有避让点且无车辆进入躲避、前方无其他车辆需要占用空避让点进行躲避时，绿灯亮表示汽车可以继续前行；如果前面已有避让点全部有车躲避或即将被其他车辆占用躲避，则红灯亮，汽车停止前进，就近进入避让点。
2关键技术研究
2.1车辆道闸与车辆定位管理系统数据关联
车辆道闸与车辆定位管理系统数据关联，开发数据库接口，考虑系统的稳定性创建临时表，并把关键字段数据存储在临时表中。车辆定位数据库采用mysql，通过标准的数据库访问技术，将车辆道闸管理数据定时读取并传送至车辆定位系统，结合车辆调度部门的考核制度与报表格式，通过联合运算，选用多功能报表控件，最终以报表形式统计车辆出入井总数的日、月报表。根据两系统唯一校验可统计车辆实工、虚工等全方位信息，为车辆虚工提供考勤依据。通过对车辆道闸与车辆定位数据关联的研究，经过测试运算和分析，提高了车辆调度人员的工作效率，规范了车辆出勤，加强了对车辆的公正考核。
2.2多系统融合技术合理利用资源
道闸与摄像机融合能够通过道闸管理系统实时监测车辆出入井时间，实时监测车辆出入井是否规范，有没有闯杆、超速等违规现象，单系统集成与多系统融合成为信息化的重要桥梁，充分利用现有资源提高车辆辅助生产效率是关键。道闸管理与车辆定位数据库数据关联完成了对比校验，无线通讯系统融入车辆管理系统中发挥着通讯站的作用，通过对管理系统中各车辆运行信息的分析，调度人员可以快速做出响应，同时使用无线通讯手持终端，紧急情况下可使用直呼功能，给司机直接下发调度指令，提高出车效率。
2.3车辆精确定位流程和算法
该系统车辆定位使用的是国际上最先进的RFPM（RFPaternMtching，信号指纹）技术、融合信道拟a和、非线性滤波、自动采样优化、自适应发送间隔调整、硬件结构自适应、应用场景自适应等诸多信号处理技术，根据不同的应用环境，启动与其相适应的定位算法，结合电子图矢量运算、定位卡信号采集分析，即可计算出车辆运行位置，判断其是否超速，从而为车辆调度人员实时掌握车辆动态提供准确的信息。通过RFPM技术，融入电子矿图矢量运算，可精确定位车辆行进路线。
2.4井下信号灯管理
监控中心将采集到的信号转化成数字信号传输给上位机，经上位机分析发出指令来控制信号灯，信号灯控制器受来自监控机的指令而工作，分别产生红灯控制信号和绿灯控制信号，每当向信号灯发送控制信号后，立即向监控机发送应答信号，具体内容如下：a)信号灯具有与基站之间的双向通信功能，信号灯向上位机实时反映自己的状态，同时可根据上位机发送的控制命令进行相应的变化，指示车辆正确行使。b)系统除了具有实时控制功能外，还具有数据存储和重演功能。系统可以存储几天的车辆运行数据，调度员调出已存储的数据就可以回放任意时段的车辆运行情况，从而为事故分析提供依据。c)矿下的环境十分恶劣，经常会发生瓦斯泄漏、易燃易爆物体爆炸等事件，因此好的防爆材料十分重要。此信号灯由塑料外壳、钢化玻璃组成，能够在矿井下保持较长的使用寿命。信号灯正面有一个箭头（由红绿2色LED点阵组成），此LED由高亮度发光二极管组成，这种高亮度的发光二极管能够使指示箭头在较暗的矿井中轻易地被识别出来。d)信号灯具有自动控制功能，系统能够根据运输大巷内车辆的当前位置，通过信号灯的自动控制，指挥车辆有序地进入某一区域或停留在某位置等候，从而大大提高巷道的车辆通过能力。
2.5辅助调度系统应用研究
矿井车辆携带的设备包括车辆射频标识卡、车辆定位卡、4G手机。调度查询终端设置有终端ID，工作于矿井监控区域内，用于接收调度监控服务端通过无线通信基站下发的车辆调度信息或异常报警信息，还用于提供对车辆状态信息的设定操作，并将设定的车辆状态信息通过射频信号写入指定车辆标签（人员携带的定位卡）ID射频标识卡。所述车辆调度信息包含有被调度矿井车辆的车辆标签（人员携带的定位卡）ID，以及对其设定的调度指示运送货物信息和调度指示运送路线信息。调度监控服务端设置于矿井监控区域外的地面监控中心，记录有各矿井车辆的车辆标签（人员携带的定位卡）ID及其对应的车型信息、各井下基站的布设地址MAC（MediaAcescControlAddress，媒体存取控制位址）及其对应的地理位置信息，以及各调度查询终端的终端ID，用于提供对矿井车辆的车辆调度信息及其绑定的终端ID的设定操作，通过无线通信基站将设定的被调度矿井车辆的车辆调度信息下发至其绑定的终端ID对应的无线调度查询终端。调度监控服务系统通过无线通信基站实时采集各个射频目标识别器所上传的车辆监测数据，根据射频目标识别器的布设地址ID所对应的地理位置信息，以及相应射频目标识别器监测到的车辆标签ID和监测距离的实时情况，确定被调度矿井车辆所在的地理位置及其运行速度；根据射频目标识别器读取到的车辆标签ID和车辆状态信息，确定被调度矿井车辆所完成的物流信息并加以记录；根据设定的被调度矿井车辆的车辆调度信息，实时分析被调度矿井车辆的地理位置、运行速度和车辆状态信息，确定被调度矿井车辆的状态和运行线路是否正常，当发现异常情况时，通过无线通信基站向相关的无线调度查询终端发送相应的异常报警信息。
3使用效果该系统
从2019年10月10日开始试运行，各个功能模块基本上达到了设计要求，降低了35%车辆管理人员的劳动强度，比原先岗位人员减少了50%，车辆安全提升了40%，达到了减员增效的目的，取得了明显的社会效益和经济效益。
4结语
系统针对煤矿辅助运输车辆的智能化管理需求，利用蓝牙感应式ID卡实现了道闸自动化管理，采用信号指纹和电子矿图技术精确采集了井下车辆位置并对其运行轨迹进行管理，利用车辆位置等信息实现了对井下红绿信号灯的控制，并利用射频标识卡和无线终端实现了对车辆的无线调度管理。该系统经过现场试运行，有效提高了车辆管理的效率和安全性，达到了系统设计的目的。
作者：孔双亮 单位：潞安化工集团五阳煤矿
