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[摘 要]结合当前煤矿井下无轨胶轮车辅助运输发展状况，济宁三号井井下巷道与无轨胶轮车辅助运输特点，采用精确定位技术，分布式调度机制、雷达远距离测距测速、车联网、可靠地调度策略与冗余机制等技术。创造性实现了对井下行进车辆的精确定位（定位精度为5米）、实时跟踪、井下交通智能指挥、车辆行驶违章纪录、速度测量、任务调度等功能，经过1年多现场运行证明，该系统能够对巷道内车辆进行有序、高效、智能地可视化调度指挥，提高了车辆运输效率，促进了煤矿运输安全。
[关键词]精确定位 无轨胶轮车 车辆调度管理 调度机制
中图分类号：S853 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）07-0342-02
0、引言
由于井下巷道宽度有限，巷道内弯道和岔路口较多，车辆驾驶人员在无可靠信息指引情况下驾驶车辆，违章驾驶现象时有发生，极易造成井下交通阻塞，严重影响煤矿的安全生产，其次，地面或井下车辆调度指挥中心由于不能实时了解井下车辆的具体位置和交通状况，降低了运输效率。另外，由于煤矿井下地质条件复杂，作業人员流动性大，无法对车辆避让车辆提前预警并避免，一旦发生事故，不能准确掌握井下作业车辆所处的位置，将给救援工作带来极大的困难。[1-2]
本文创新地提出基于精确定位技术的煤矿无轨胶轮车调度管理系统设计，并在兖矿集团济宁三号煤矿实现运营。
1、系统设计
无轨胶轮车精确定位和调度系统由车载标识卡、信号灯、车辆定位读卡器、车辆管理分站、以太网传输平台和服务器软件组成，系统网络拓扑结构如图1所示。在现有的井下以太网平台的基础上，利用其硬件设备资源，在井下运输巷道上安放精确定位读卡器，在车上安装精确定位标识卡，并通过特定号段或者号码记录其属于设备标识，将其获取的所有数据均存放到定位服务器的缓存表中，由系统服务器通过防火墙主动从定位服务器上获取。[3-5]
无轨胶轮车调度管理系统为三层架构的控制网络。其中，监控主机、监控备机、网络服务器及地面交换机等设备组成的地面监控中心作为第一层网络，该级网络负责数据的汇集、分析处理、存储、显示、发布；第二层网络由井下工业以太网通信平台、车辆调度分站组成，该层设备在井下采用分布式布局，增强其信息传输的可靠性和稳定性，负责把采集的信息及时上传，地面命令快速转发；第三层网络由车辆定位读卡器、信号指示灯、车载标识卡组成，该层网络负责实时采集井下车辆位置信息并上传至调度分站，接收分站调度命令控制井下红绿灯显示状态。[6]
2、定位与调度机制
系统采用巷道内精确定位技术和分布式矿井车辆调度算法，实现对现场巷道内车辆实时位置信息周期性采集、综合互斥逻辑分析及指示设备控制，实现有序、合理、高效的自动指挥与信息发布。主要分为无车时信号灯显示模式和有车时信号灯显示模式。车辆调度逻辑流程框图如图2。
3、济宁三号煤矿应用设备部署
3.1 井下设备布置
井下设备包括机车管理分站、光端机、定位读卡器、信号灯、机车定位标识卡及通讯电缆等设备。结合实际情况共设计18台无轨胶轮车分站（含电源），6台分站接入光端机（含电源），62台读卡器、62台信号灯及80张车载标识卡。主要覆盖西部辅运巷、五采新增辅运巷、五采边界辅运巷、五采中间辅运巷、七采东部边界辅运巷、六采区西部辅运巷、北区辅运巷、北部辅助运输巷、井底车场等。
3.2 地面设备布置
济三号煤矿在地面建立无轨运输调度室，地点设在运输工区办公室，安装调度指挥设备，设专门调度员进行管理。在调度中心布置2台工控机，其中一台用于数据分析存储，运行胶轮车机车管理软件；一台用于数据备份及web发布。系统采用B/S结构，可在具有网络的情况下均可访问系统信息。
4、运行效果
4.1 井下车辆全行程精确定位
采用zigbee技术、无线射频功放技术、PCB微带天线技术和定向天线技术，设计了定位同步机制、多卡防碰撞机制、低功耗运行模式、车辆标识卡优化安装，能够实现精确定位，定位精度小于5m。系统精确定位界面如图3。
4.2 基于精确位置信息的井下交通信号动态调度
系统采用分布式管理，由井下车辆管理分站收集车辆运行信息，进行分析处理，控制信号灯输出，能够实时显示井下测量当前位置、车速及运行方向、井下信号灯指挥状态，实现对巷道内不同类型车辆自动有序调度指挥功能。能够在3s内对井下车辆位置信息进行快速定位、根据位置信息对井下交通信号进行刷新，指导井下司机行车，满足煤矿安全、高效的显示需求。系统交通调度界面如图4。
4.3 手动优先调度与配置
针对大型支架搬运车运行特点，通过主机的系统软件发送调度命令，指定区间车辆上行或下行的优先顺序，监控主机按照现场情况发送控制命令，实现地面人工优先调度管控。
4.4 闯红灯与超速等违章实时记录
能够对井下车辆安全驾驶情况进行实时监测，对闯红灯、超速等违章行为进行实时记录和查询。
4.5 车辆行程统计与轨迹回放
能够周期性统计车辆在井下行程距离、运行区间及时间等基础信息，为车辆动态维护保养提供基础的参考依据；能够对车辆在井下运行轨迹进行回放，便于事故调查分析。
4.6 车辆调度无纸化办公
系统能够提供车辆调度网上办公平台，所有的车辆申请、车辆审批、运输过程监控及确认等工作均在平台上开展，提升运输效率，降低运行成本。
5 结语
结合国内煤矿井下辅助运输发展状况，根据济宁三号煤矿井下巷道和无轨胶轮车辅助运输系统特点，采用精确定位技术，定位精度为5米，分布式调度机制、雷达远距离测距测速、车联网、可靠地调度策略与冗余机制等技术，创造性实现了对井下行进车辆的精确定位、实时跟踪、井下交通智能指挥、车辆行驶违章纪录、速度测量、任务调度等功能，经过现场长期运行证明，该系统对巷道内车辆进行有序、高效、智能地可视化调度指挥，提高了车辆运输效率，促进了煤矿运输安全。
参考文献
[1] 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2016
[2] 孙继平.2016年版《煤矿安全规程》监控与通信条款解析[J].工矿自动化，2016，42（5）：1-8.
[3] 郭海军，续芳.煤矿无轨胶轮车监控调度系统设计[J].工矿自动化，2013，39（04）：09-12.
[4] 薛彦飞.冯家塔煤矿无轨胶轮车监控系统应用[J].陕西煤炭.2011，（03）：76-77.
[5] 罗明华，郭海军，陈玮.无轨胶轮车调度监控系统关键技术研究[J].工矿自动化，2013，39（5）：84-86.
[6] 杨小凤.矿用防爆无轨胶轮车数据采集装置设计[J].工矿自动化，2014，40（2）：102-104.
作者简介
郭海军（1979-）男，山东济宁人，副研究员，硕士研究生。主要研究方向为煤矿井下人员定位管理、有线/无线通信、物联网等。
[关键词]精确定位 无轨胶轮车 车辆调度管理 调度机制
中图分类号：S853 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）07-0342-02
0、引言
由于井下巷道宽度有限，巷道内弯道和岔路口较多，车辆驾驶人员在无可靠信息指引情况下驾驶车辆，违章驾驶现象时有发生，极易造成井下交通阻塞，严重影响煤矿的安全生产，其次，地面或井下车辆调度指挥中心由于不能实时了解井下车辆的具体位置和交通状况，降低了运输效率。另外，由于煤矿井下地质条件复杂，作業人员流动性大，无法对车辆避让车辆提前预警并避免，一旦发生事故，不能准确掌握井下作业车辆所处的位置，将给救援工作带来极大的困难。[1-2]
本文创新地提出基于精确定位技术的煤矿无轨胶轮车调度管理系统设计，并在兖矿集团济宁三号煤矿实现运营。
1、系统设计
无轨胶轮车精确定位和调度系统由车载标识卡、信号灯、车辆定位读卡器、车辆管理分站、以太网传输平台和服务器软件组成，系统网络拓扑结构如图1所示。在现有的井下以太网平台的基础上，利用其硬件设备资源，在井下运输巷道上安放精确定位读卡器，在车上安装精确定位标识卡，并通过特定号段或者号码记录其属于设备标识，将其获取的所有数据均存放到定位服务器的缓存表中，由系统服务器通过防火墙主动从定位服务器上获取。[3-5]
无轨胶轮车调度管理系统为三层架构的控制网络。其中，监控主机、监控备机、网络服务器及地面交换机等设备组成的地面监控中心作为第一层网络，该级网络负责数据的汇集、分析处理、存储、显示、发布；第二层网络由井下工业以太网通信平台、车辆调度分站组成，该层设备在井下采用分布式布局，增强其信息传输的可靠性和稳定性，负责把采集的信息及时上传，地面命令快速转发；第三层网络由车辆定位读卡器、信号指示灯、车载标识卡组成，该层网络负责实时采集井下车辆位置信息并上传至调度分站，接收分站调度命令控制井下红绿灯显示状态。[6]
2、定位与调度机制
系统采用巷道内精确定位技术和分布式矿井车辆调度算法，实现对现场巷道内车辆实时位置信息周期性采集、综合互斥逻辑分析及指示设备控制，实现有序、合理、高效的自动指挥与信息发布。主要分为无车时信号灯显示模式和有车时信号灯显示模式。车辆调度逻辑流程框图如图2。
3、济宁三号煤矿应用设备部署
3.1 井下设备布置
井下设备包括机车管理分站、光端机、定位读卡器、信号灯、机车定位标识卡及通讯电缆等设备。结合实际情况共设计18台无轨胶轮车分站（含电源），6台分站接入光端机（含电源），62台读卡器、62台信号灯及80张车载标识卡。主要覆盖西部辅运巷、五采新增辅运巷、五采边界辅运巷、五采中间辅运巷、七采东部边界辅运巷、六采区西部辅运巷、北区辅运巷、北部辅助运输巷、井底车场等。
3.2 地面设备布置
济三号煤矿在地面建立无轨运输调度室，地点设在运输工区办公室，安装调度指挥设备，设专门调度员进行管理。在调度中心布置2台工控机，其中一台用于数据分析存储，运行胶轮车机车管理软件；一台用于数据备份及web发布。系统采用B/S结构，可在具有网络的情况下均可访问系统信息。
4、运行效果
4.1 井下车辆全行程精确定位
采用zigbee技术、无线射频功放技术、PCB微带天线技术和定向天线技术，设计了定位同步机制、多卡防碰撞机制、低功耗运行模式、车辆标识卡优化安装，能够实现精确定位，定位精度小于5m。系统精确定位界面如图3。
4.2 基于精确位置信息的井下交通信号动态调度
系统采用分布式管理，由井下车辆管理分站收集车辆运行信息，进行分析处理，控制信号灯输出，能够实时显示井下测量当前位置、车速及运行方向、井下信号灯指挥状态，实现对巷道内不同类型车辆自动有序调度指挥功能。能够在3s内对井下车辆位置信息进行快速定位、根据位置信息对井下交通信号进行刷新，指导井下司机行车，满足煤矿安全、高效的显示需求。系统交通调度界面如图4。
4.3 手动优先调度与配置
针对大型支架搬运车运行特点，通过主机的系统软件发送调度命令，指定区间车辆上行或下行的优先顺序，监控主机按照现场情况发送控制命令，实现地面人工优先调度管控。
4.4 闯红灯与超速等违章实时记录
能够对井下车辆安全驾驶情况进行实时监测，对闯红灯、超速等违章行为进行实时记录和查询。
4.5 车辆行程统计与轨迹回放
能够周期性统计车辆在井下行程距离、运行区间及时间等基础信息，为车辆动态维护保养提供基础的参考依据；能够对车辆在井下运行轨迹进行回放，便于事故调查分析。
4.6 车辆调度无纸化办公
系统能够提供车辆调度网上办公平台，所有的车辆申请、车辆审批、运输过程监控及确认等工作均在平台上开展，提升运输效率，降低运行成本。
5 结语
结合国内煤矿井下辅助运输发展状况，根据济宁三号煤矿井下巷道和无轨胶轮车辅助运输系统特点，采用精确定位技术，定位精度为5米，分布式调度机制、雷达远距离测距测速、车联网、可靠地调度策略与冗余机制等技术，创造性实现了对井下行进车辆的精确定位、实时跟踪、井下交通智能指挥、车辆行驶违章纪录、速度测量、任务调度等功能，经过现场长期运行证明，该系统对巷道内车辆进行有序、高效、智能地可视化调度指挥，提高了车辆运输效率，促进了煤矿运输安全。
参考文献
[1] 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2016
[2] 孙继平.2016年版《煤矿安全规程》监控与通信条款解析[J].工矿自动化，2016，42（5）：1-8.
[3] 郭海军，续芳.煤矿无轨胶轮车监控调度系统设计[J].工矿自动化，2013，39（04）：09-12.
[4] 薛彦飞.冯家塔煤矿无轨胶轮车监控系统应用[J].陕西煤炭.2011，（03）：76-77.
[5] 罗明华，郭海军，陈玮.无轨胶轮车调度监控系统关键技术研究[J].工矿自动化，2013，39（5）：84-86.
[6] 杨小凤.矿用防爆无轨胶轮车数据采集装置设计[J].工矿自动化，2014，40（2）：102-104.
作者简介
郭海军（1979-）男，山东济宁人，副研究员，硕士研究生。主要研究方向为煤矿井下人员定位管理、有线/无线通信、物联网等。