井下运输智能管理系统设计研究

摘要：本文介绍了煤矿井下运输智能管理系统，该系统采用公司级胶轮车运营管理系统和矿井级辅助运输管理系统两级系统架构，运用固定蓝牙信标定位、井上/下WIFI无线通讯、工业以太网、云计算等先进技术，并结合GIS技术，建立起高效、安全的辅助运输智能管理体系，为生产提供安全、优质、高效的辅运力量。

关键词：蓝牙信标；WIFI无线通讯；GIS技术；辅助运输

煤矿井下辅助运输是矿井生产建设的重要服务保障系统。目前主要有无轨胶轮车、电机车等，其中无轨胶轮车行驶没有轨道限制，机动灵活、适应性强、安全高效、应用范围广，是运送材料、设备、人员的一种较先进的辅助运输设备，近年应用较为广泛。辅助运输管理是一个系统性、专业性很强的工作。目前生产矿井采用传统的分散管理方式，生产单位调度、现场管理基本上还是依靠人工处理，信息化系统落后，车辆管理部门很难掌控车辆的详细资料和辅运过程，无法为生产提供安全、优质、高效的辅运力量，很难保证辅运车辆安全运行。煤矿井下运输智能管理系统旨在研究胶轮车综合管理平台，实现辅助运输车辆统一的调度指挥、车辆调配、运维、租赁、费用结算等一体化管控体系，提高胶轮车管理工作的实时性、高效性、应急性、灵活性。

1系统整体架构

煤矿井下辅助运输系统采用蓝牙定位技术实现井下车辆的精准定位，利用井下无线通讯系统、工业以太环网系统实现信息的采集与交换。通过工业云数据技术，建立公司级车辆运营监管平台，集成矿井级辅助运输管理平台，利用GIS系统实时、直观展现车辆位置信息，实现胶轮车管理的智能化。采用公司级胶轮车运营管理系统和矿井级辅助运输管理系统两级系统架构，其中矿井级辅助运输管理系统包括MES辅助运输管理系统和煤矿辅助运输调度系统两个子系统，如图1所示。

2公司级胶轮车运营监管系统设计

采用工业云数据技术在公司总部建立云中心服务器，所属煤矿通过运输管理系统将数据上传至公司云中心，实现数据联网，通过大屏幕，Web浏览器等查看车辆实时信息，如图2所示。2.1设计思路。以流程设计和信息实时传递为应用主体，以车辆信息为系统基础数据，以计划、执行、检查、优化为手段，对涉及的运输车辆运维、租赁、车辆管控、运行分析等全流程进行综合管理。2.2实现功能。1）车辆管理。车辆购置、验收、更新、报废、档案台账、大中小修、日常维护保养管理、年检保险、费用管理、知识库管理、备品备件管理、效能分析等，可基于表格提供信息报表。2）运营监管。车辆位置监管、车辆状态管理、车辆调度、车辆调拨、事故管理和应急管理等。3）运行分析。通过系统数据实现运输配送相关指标量化，提高管理水平、运输能力提供决策依据。

3矿井级辅助运输管理系统设计

矿井级辅助运输管理系统设计主要由辅助运输管理系统和辅助运输调度系统组成。系统架构如图3所示，由感知层、传输层和应用层构成。感知层由车载智能终端、定位系统、信号灯控制系统、物料编码、危险信息的提示、副斜井车辆危险信息的提示等组成；传输层由井上/井下WIFI无线通讯网络和工业以太环网组成；应用层主要包括调度中心、车载终端、运维中心、仓储管理等应用。3.1辅助运输管理系统。以煤矿辅助运输管理业务为主，以运输设备、运送人员、运输物料、运输基础设施及相关事件为系统的基础数据，对涉及运输任务、运输车辆、司机等各方面的物资配送申请与审批、司机与车辆调派、信息交流、信息提示、物资收发交接等全流程进行综合管控。可实现如下管理功能：1）实现司机基本信息管理、岗位技能、出勤、交接班和司机绩效管理等司机管理。2）实现车辆档案台账、车辆中小修、日常维护保养管理、加油管理、租赁管理、效能分析等车辆管理。3）实现运输计划、作业任务、物料配送、人员运输、联合运输、人车调派、装卸载、运输看板的物流运输。4）地面候车室、井下人车等候点的人员等候信息动态上传至调度中心、车辆管理部门，实现人车到来提示，人车空座提示，人车超员承载报警的公交式管理。5）实现车辆事故管理、行人和行驶车辆间安全间距信息提示、同向行驶车辆间安全间距信息提示、相向行驶车辆间车辆行驶状况信息提示、交通管制信息提示、车辆违章管理及安全检查等功能的安全管理。3.2辅助运输调度系统。以定位信息为基础，以车载智能终端为核心，辅助井下信号灯控制系统、智能调度系统、语音调度系统和GIS地理信息系统，实现辅助系统运输车辆、司机的全程管控和实时调度。可实现如下管理功能：1）定位系统。对井上/下车辆的位置信息进行实时监测，按照车辆的位置信息进行行车信号的闭锁连锁控制，引导车辆行驶、避让。出现超速、违规停车、违法闯入（进入单行巷道前，对即将要进入巷道的车辆进行语音提示，司机也可通过车载终端查询巷道车辆信息，并可对巷道内的车辆发起呼叫）时，系统报警并记录报警信息；系统按照车辆位置信息进行车辆运输任务的跟踪管理，形成任务闭环和数据统计依据；实现运行轨迹查询、回放。2）车辆信号灯控制。系统按照监测获得的车辆位置信息并配合工业电视系统控制信号机显示禁行、通行信号，指挥车辆避让。信号控制参照车辆位置、车辆数量、车辆类型、巷道情况等信息自动控制，也可以由地面手动控制；系统对控制参数条件可以灵活配置、远程管理。系统监测到司机闯红灯时报警并记录报警信息。3）语音调度。地面车辆调度中心通过调度台与井下车辆进行语音通讯，车辆配有车载智能终端，司机通过车载智能终端接收调度中心语音调度信息。可实现车辆之间、车辆与固定手机、车辆与生产现场之间的语音通讯。调配司机运输、物料运输任务，实现应急指挥。4）GIS矿图管理。基于GIS软件管理平台，实时展示井下车辆的数量、位置、分布情况和每个车辆任意时刻所在的位置（空、重车，上下行，以及行驶、停止，完好、故障）及各时间段的活动轨迹。

4关键技术及创新点

4.1关键技术。1）蓝牙信标车辆定位技术。采用蓝牙信标、智能车载终端（配有蓝牙读卡器），在巷道布置定位标签，采用SDS-TWR测距算法检测读卡器和定位标签间的距离，实现低成本、高精度的车辆精准定位。2）基于先进算法的调度技术。基于多目标、多约束和有限能力调度方法、离散型优化调度方法、智能化及人机协同交互式计划生产调度方法解决优化调度问题，实现优质高效的调度指挥系统。4.2创新点。1）管理模式创新。采用公司级胶轮车运营管理系统和矿井级辅助运输管理系统两级系统架构，实现了公司运营监管，矿井运行、现场管理的两级辅助运输专业管理模式的创新。2）信标式蓝牙定位创新。不同于传统的多读写器定位方法，采用固定位置蓝牙信标代替定位读写器，向移动读写器（智能车载终端）提供位置信息，以TOF定位算法、时隙分配算法和平滑算法实现车辆的精准定位。同时通过蓝牙定位标签实现了矿井巷道的数字化，为应用拓展提供了基础。3）精细化管理创新。该系统不仅建立科学合理的辅助运输系统管理指标体系，自动计算关键性能指标KPI，而且建立有效的业务流程、完整的控制体系，可实现多环节分散信息的集中共享，跨部门跨职能实现全员参与和持续改进，从而实现煤炭生产精细化管理。

5结论

本系统采用公司级胶轮车运营管理系统和矿井级辅助运输管理系统两级架构，运用固定标签蓝牙定位、井上/下WIFI无线通讯、工业以太网，工业云计算等先进技术，并结合GIS技术，建立起信息共享的、先进的、易用的物流运输业务系统和车辆运维、租赁系统，实现车辆“统一管理、统一维修、统一调配”，规范了运输流程，降低了运输工作复杂度，为生产提供安全、优质、高效、低耗、及时的辅运力量，以获得最佳的经济效益和社会效益。

作者:王川 单位:兖州煤业股份有限公司机电环保部