矿井车辆信息化自动化调度系统设计

冯 峰

（潞安集团股份有限公司漳村煤矿，山西长治 046032）

0 引言

随着其综合自动化水平的持续增加，矿井已基本具备了健全的监控、调度及保护功能，可以对采、掘等各个系统进行一系列的操作。但是无轨辅助运输车辆尚不具备完善的智能化调度系统，矿井现存的调度系统并没有与监控、保护等系统建立有效的连接，不具备多元化的功能，不能对车辆的各个参数进行有效地收集、传输与分析，也无法将其与综合智能化调度系统较好地融合。一些大型煤矿的实际生产中需要配置科学合理的智能调度系统，确保车辆具备较高的运行水平及自动化管理水平，本文通过对井下车辆进行研究，研发出了一种信息化调度系统[1]。

1 总体架构

某矿井运用了这种车辆信息化调度系统，主要对其车辆进行有效地监测及保护；对行车视频进行监测；对运营管理的数据进行统计；对系统的信息加以展示等。

根据调度系统所具有的各项功能，基于系统构成设备的逻辑层面、空间布置、功能完成等角度入手对系统进行划分，主要包含了后台装置、软件运用机构等[2]。

2 系统硬件

2.1 准确定位及信号控制

调度系统主要是依靠TOA技术来清楚找出车辆所处的位置。每台车辆都需要设置一个定位标识卡，并且设置了唯一的身份信息来进行识别。车辆监控调度基站可以设置在巷道的沿线内，可以对直径为300 m的车辆标识卡进行有效地识别及测距，对车辆的位置进行准确识别，定位的精准度应低于4 m。对于矿井中车辆运行所在区域的关键场所来分别设置信号灯，并根据就近原则来将其连接到监控调度基站[3]。基站依据控制逻辑来实施信号的决策，对信号灯进行直接地控制，确保其实现自动化控制。监控调度软件可以借助GIS技术来充分展现出信号灯在各个区域内的状态，在有需求的时候，相关人员就可以下达相应的控制指令，实施干扰[4]。

在矿井内部事先所设定的位置来配置车辆的监控调度基站，对车辆行车的部位进行有效的识别，基站可以将车辆定位识别卡所产生的各个数据信息来进行收集，对车辆所处的部位进行有效检测，并借助CAN总线来输送车辆所处的部位信息。基站可以依据车辆的类型、位置等各种信息，并借助控制逻辑来实施信号决策，对信号机进行有效地控制，确保信号实现自动化控制，其控制的结果可以利用CAN总线来进行传输。CAN总线信号可以利用基站内所配置的各个网络单元来进行转换，使其成为光纤网络讯号，并进入到井中的通信网络中，确保矿井可以与地面进行信息交互[5]。

2.2 固定场所视频监控的前端设备

在井口、井下的各个交叉路口的主要位置安装了多个隔爆兼本质安全性摄像仪，在地面广场内设置多个摄像仪，其接口运用以太网光纤，并与工业环网建立起连接。通过在PC机上端安装网络视频客户端软件，并相应的视频信息传输到井口调度室的电视墙中，以开展全天候的视频监控及储存、监控视频的图像转换等功能[6]。视频监控前端设备所具有的连接构造图如图1所示。

图1 监控设备的连接构造图

2.3 车辆信息化装置

调度系统对所有的车辆都配置了信息化装置，可实现对车辆的泊车提供辅助；对车载的视频进行查看；对行程的数据进行收集记录等功能，通过将车辆的信息化水平进行提升来确保其运行的稳定性[7]。车辆信息化设备的构成图如图2所示。

图2 车辆信息化装置的主要组成结构

车辆信息化装置中配置了CAN总线，并且与车载的总线建立了连接，可以对车辆运行的实时数据进行充分把握。装置内部安装了相应的网关设备，车辆可以借助4G网络通道及其他的网络节点来实现数据的交互作用。调度中心监控调度软件可以对所有在线车辆的运行参数进行有效的监测，将各个车辆司机室内的仪表进行图形化，并且可以对指定车辆的摄像仪内的行车视频进行查看。

通过采取4G无线网络，车辆信息化装置可以对各个车辆之间及其与调度室之间存在的音频及视频通讯得以完成。地面调度室之中配置了多媒体触摸调度台，可以对各种通话进行有效的管理调度。

3 软件应用

系统软件的构成主要包含两部分，如图3和图4所示，软件系统之间可以利用数据库的共享来完成数据的交互。

从逻辑层面进行分类，软件系统可以分为5个层级，分别为数据的采集、储存、核心处理、核心运用及应用拓展。数据采集层的功能为对各个现场前端设备所形成的原始数据进行有效地采集；数据储存层的功能在于将原始数据进行分类，并将其储存在实时及历史这两个数据库内；核心处理层的功能在对现场的原始数据进行有效地分析及探索，并进行关键业务的处理及逻辑分析；对于核心应用层，一方面可以对调度中心客户端进行相应的监控、调度及授权等；另一方面可以对数据进行查看及分析等；最后，对于拓展应用层，可以对数据信息进行实时发布及查看。

图3 监控调度系统结构框架图

图4 运营管理系统框架结构图

监控调度软件系统主要是相关人员借助特定的计算机来进行查阅及操作，可以对车辆的运行状态进行实时监测、对行车的信号、视频信息等进行严格地监控等。调度中心配置了多个工作站，如行车调度、车辆监控、运营管理等。运营管理软件系统所开展的查询及操作主要是借助浏览器访问网站的形式来实现，调度人员、车辆管理人员等各类人员可以基于自身的权限，在办公室的网络中来进行登陆作业，以实现车辆及司机的管理功能等。工作站的具体设置包括车辆点检、单车核算等。系统软件所发布的运行及管理数据主要是利用OPC服务器所实现，并将其融合到综合自动化系统中来进行统一管理。

4 核心技术

（1）车辆定位技术

对车辆在巷道内所处的位置进行有效地识别，可以使车辆所开展的检测工作及交通的调度指挥得以实现，保证无线定位的测距具备较强的精确性、实时性等。在井下较窄的巷道内，由于无线电磁波的传输存在较多的干扰因素，导致信号出现严重的衰退，对测距的统一性及稳定性造成严重的影响。因此，在覆盖面积较大的区域，如何对多个车辆标识卡来进行准确的定位是目前开展研究的核心所在。

（2）4G宽带传输通道及其他网络技术

如果要使矿井内部形成的数据、语音等各个信息形成较好的交互，就必须运用高效的宽带传输技术来加以支撑。这种宽带技术存在较多的优势，如较高的传输宽带、较大的容量、较广的覆盖区域等等，连接到井下的核心网中，其中包含井下的一部分，无线移动设施的使用区域为地面时，则需要运用公网来实现数据的通讯功能。对车辆在地面及矿井中的运行通信的衔接问题进行研究。

（3）实时监测车辆数据及4G无线传输技术

在各个巷道及4G网络所覆盖的区域之内，利用智能传感技术及数据采集技术来对车辆的各个运行数据进行有效地检测，借助环网来对数据进行无线传输[8]。

（4）软件系统的开发

在对系统进行设计的时候，应充分重视综合调度管理软件，确保系统得到最佳的设计。软件系统的重点主要包含了系统框架、数据收集、远程控制等多个方面。在设计的时候必须采取统一的构架，运用标准的数据及服务接口，并具备较强的稳定性及可拓展性。软件设计必须提升数据收集的稳定性、增强设备的远程控制等。借助GIS系统、车载数据的监测系统可以对各个元素所处的部位及状态进行充分地展示。

（5）对行车信号进行控制的自动化技术

依靠计算机来研究车辆的各个参数，对信号灯进行自动化控制，促使交通信号灯具备自动化控制功能。

5 运行效果

2018年12月，某煤矿正式安装车辆信息化调度系统，并在2019年正式投入使用。该系统通过进行有效的检测及运行，对系统所具有的功能加以证实，确保预期目标得以实现。

6 结束语

该煤矿所安装的信息化调度系统可以对无轨辅助运输车辆在地面车库及广场、井下等区域内的运行状况进行实时监测及保护、对行车视频进行监测、对运营管理进行指挥等，保证车辆可以在信号灯的自动指示下持续稳定地运行，促使我国煤矿具备较高的自动化水平，以取得较好的社会及经济效益。