趙越仁

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)成莊礦，山西 晉城 048000）

0 引 言

無軌膠輪車具有車型多樣、靈活高效、運(yùn)輸成本低以及運(yùn)量高等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦井下輔助運(yùn)輸中應(yīng)用逐漸普遍[1-2]。成莊礦近些年來通過技術(shù)改造，井下輔助運(yùn)輸中無軌膠輪車已逐漸替代調(diào)度絞車、齒軌卡軌車、無極繩絞車等運(yùn)輸方式。但受井下巷道斷面面積以及無軌膠輪車體積限制，尤其是遇到支架搬運(yùn)車、鏟車等大型車輛運(yùn)輸時(shí)，絕大多數(shù)巷道寬度無法滿足無軌膠輪車錯(cuò)車要求，因此，必須采用分區(qū)段單向單車運(yùn)行控制方式。膠輪車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行主要通過人工調(diào)度實(shí)現(xiàn)，從而使得無軌膠輪車運(yùn)行效率低，車輛運(yùn)行安全保障能力較差。特別是巷道內(nèi)有兩輛對(duì)向行駛的無軌膠輪車時(shí)，駕駛?cè)藛T通過對(duì)講機(jī)相互聯(lián)絡(luò)，不僅存在通信效率低下而且生產(chǎn)、工作效率均不能滿足礦井高效生產(chǎn)需要。

為了提高成莊礦無軌膠輪車運(yùn)輸效率及運(yùn)行安全保證能力，提出采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信以及電子信息技術(shù)設(shè)計(jì)一種無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下所有無軌膠輪車運(yùn)行的安全、高效調(diào)度，從而在一定程度上提升成莊礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)工作效率。

1 無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖1 調(diào)度系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)在滿足國家相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，適應(yīng)煤礦井下長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作以及運(yùn)行環(huán)境惡劣等需要。無軌膠輪車運(yùn)行由地面指揮中心統(tǒng)一調(diào)度，操控界面直觀、便于調(diào)度。調(diào)度系統(tǒng)綜合無線網(wǎng)絡(luò)通信、車輛定位、調(diào)度智慧、車載視頻監(jiān)控等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)車輛防追尾、運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、車輛調(diào)度管理、數(shù)據(jù)查詢以及司機(jī)管理等功能，實(shí)現(xiàn)無軌膠輪車有序工作[3-4]。

調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)鍵組成包括有井下無軌膠輪車定位系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、膠輪車車載終端系統(tǒng)以及安全管控系統(tǒng)等。調(diào)度系統(tǒng)各功能模塊構(gòu)成見圖1 所示。

2 關(guān)鍵子系統(tǒng)分析

2.1 無線通信網(wǎng)絡(luò)

在成莊礦地面辦公區(qū)均布置有無線通信網(wǎng)絡(luò)，因此在井下主要輔助運(yùn)輸巷構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)系即可滿足無軌膠輪車監(jiān)控需要。無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括有eSCN230 核心網(wǎng)、地面基站、KTZ319-Z 光電轉(zhuǎn)換器、UPS 電源、交換機(jī)、融合通信調(diào)度系統(tǒng)等構(gòu)成。由于地面無線網(wǎng)絡(luò)已實(shí)現(xiàn)全覆蓋，文中重點(diǎn)對(duì)井下無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建進(jìn)行闡述。

井下無線通信系統(tǒng)主要由本安型基站、UPS 電源等構(gòu)成。井下巷道布置基站時(shí)基站天線向巷道左右2 個(gè)方向覆蓋，巷道條件不同，基站的有效覆蓋范圍也存在明顯差異。在坡度小、平直巷道內(nèi)基站有效覆蓋半徑可達(dá)到1 000 m，在有較大坡度的巷道基站有效覆蓋半徑降低至750 m，當(dāng)巷道內(nèi)存在多個(gè)轉(zhuǎn)彎點(diǎn)時(shí)基站有效覆蓋范圍為500 m。

根據(jù)井下無軌膠輪車行走路線，在4105 巷、4102 巷、四五聯(lián)絡(luò)一巷、5102 巷等巷道內(nèi)布置足夠數(shù)量的無線基站。井下無線基站通過光纖與地面KTZ319-Z 光電轉(zhuǎn)換器連接。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要將無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式為鏈型組網(wǎng)。

2.2 無軌膠輪車、人員定位

無軌膠輪車高效調(diào)度的基礎(chǔ)工作之一就是精準(zhǔn)掌握各無軌膠輪車位置。以往煤礦井下定位一般采用區(qū)域定位技術(shù)，該定位技術(shù)精度較低，難以滿足無軌膠輪車高效調(diào)度需要。近些年來隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，煤礦礦車等機(jī)電設(shè)備定位技術(shù)也不斷發(fā)展，特別是基于UWB 的定位技術(shù)應(yīng)用，為無軌膠輪車定位精準(zhǔn)定位提供了可靠選擇，該定位技術(shù)定位精度可達(dá)到30 cm，可滿足井下無軌膠輪車調(diào)度需要[5]。具體基于UWB 的定位技術(shù)原理見圖2。

成莊礦無軌膠輪車、人員定位采用基于UWB 的定位技術(shù)。井下定位系統(tǒng)包括有車載定位裝置、定位基站、人員定位裝置以及位置計(jì)算模塊。車載定位裝置用以定位無軌膠輪車實(shí)時(shí)位置、人員定位裝置用以確定需求方位置，定位裝置中的定位卡采用UWB協(xié)議將位置信息傳輸給定位基站并通過無線網(wǎng)絡(luò)將位置信息傳輸給地面監(jiān)控中心。在地面監(jiān)控中心顯示器上可事實(shí)顯示無軌絞車位置、人員位置[6-7]。通過精準(zhǔn)掌握無軌膠輪車、工作人員位置，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)即可搭建無軌膠輪車供給方以及需求方間信息傳輸通道，在確保安全的前提下提高無軌膠輪車運(yùn)行能效。

圖2 基于UWB 的定位技術(shù)原理圖

2.3 無軌膠輪車運(yùn)行安全管控

為了提高無軌膠輪車運(yùn)行保障能力，調(diào)度系統(tǒng)集成了井下定點(diǎn)測(cè)速、交通信號(hào)重要路口（巷道交匯位置）語音報(bào)警、區(qū)段測(cè)速以及視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)，通過調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)嵌的軟件分析處理后，根據(jù)井下需要可控制重要路口紅綠燈狀態(tài)，從而控制無軌膠輪車停止、避讓以及行進(jìn)等操作，確保無軌膠輪車可順暢運(yùn)行。通過融合監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可在一定程度上規(guī)范駕駛員行為，不僅解決無軌膠輪車運(yùn)行擁堵問題，而且提升了輔助運(yùn)行系統(tǒng)安全管控水平。

2.4 車載終端接入

車載終端通過無線網(wǎng)絡(luò)與地面調(diào)度中心聯(lián)通，從而建立了無軌膠輪車司機(jī)與調(diào)度中心間的信息交互通道，具體無軌膠輪車車載終端各操作界面見圖3。車載終端人機(jī)交互界面可實(shí)時(shí)顯示無軌膠輪車狀態(tài)參數(shù)，并顯示調(diào)度中心發(fā)出的調(diào)度指令。無軌膠輪車司機(jī)根據(jù)自身情況對(duì)是否接受指令進(jìn)行判定，當(dāng)接受指令調(diào)度中心根據(jù)需求方位置向車載終端發(fā)出導(dǎo)航信息。

圖3 車載終端操作界面

同時(shí)車載終端接入車載視頻信號(hào)（包括倒車影像、車廂影像），駕駛員可通過車載視頻掌握無軌膠輪車內(nèi)外環(huán)境情況，同時(shí)視頻信號(hào)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至地面監(jiān)控中心進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)時(shí)間為7 d。

3 調(diào)度系統(tǒng)軟件構(gòu)成

3.1 軟件架構(gòu)

調(diào)度系統(tǒng)軟件由客戶端、服務(wù)端兩部分構(gòu)成。服務(wù)端通過井下無線網(wǎng)絡(luò)將信車輛位置信息、需求方位置信息以及車輛行駛狀態(tài)等傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心，調(diào)度系統(tǒng)按照預(yù)先控制邏輯以及車輛行駛規(guī)則發(fā)出紅綠燈控制指令，從而實(shí)現(xiàn)無軌膠輪車的有序通行。

3.2 調(diào)度軟件功能

1）巷道監(jiān)控顯示。在表示層通過不同顏色表示不同巷道位，并顯示出無軌膠輪車在巷道內(nèi)的滯留、行駛時(shí)間，行駛速度。實(shí)時(shí)顯示巷道內(nèi)無線基站、定位裝置等設(shè)備的運(yùn)行情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)技術(shù)發(fā)出預(yù)警信息，并通過報(bào)表記錄故障時(shí)間、類型等參數(shù)。

2）車輛運(yùn)行指揮。調(diào)度系統(tǒng)采用基于UWB 的定位技術(shù)對(duì)無軌膠輪車進(jìn)行定位、跟蹤，并實(shí)時(shí)顯示車輛位置及運(yùn)行狀況。車輛運(yùn)行指揮通過控制各巷道內(nèi)紅綠燈實(shí)現(xiàn)，通過合理控制紅綠燈指揮無軌膠輪車有序駛?cè)胩囟ㄏ锏阑蛘咴阱e(cuò)車區(qū)等待，從而確保人員、車輛可平穩(wěn)通行。調(diào)度系統(tǒng)控制主機(jī)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)出控制指令實(shí)現(xiàn)車輛合理調(diào)度。若井下遇到緊急情況時(shí)可手動(dòng)控制信號(hào)等顏色，或者發(fā)出警報(bào)信息，提醒井下人員及時(shí)撤離。

3）車輛智能調(diào)度。根據(jù)井下各無軌膠輪車位置、工作狀態(tài)以及需求方位置，調(diào)度軟件會(huì)自動(dòng)生產(chǎn)調(diào)度指令，具體調(diào)度算法根據(jù)已經(jīng)研究成果確定，生成調(diào)度指令后需要調(diào)度員再次確定后向無軌膠輪車發(fā)出調(diào)度指令。司機(jī)接收指令后按照調(diào)度系統(tǒng)生產(chǎn)的運(yùn)行路線行駛至需求方位置，從而實(shí)現(xiàn)車輛的智能調(diào)度。

4 結(jié) 論

結(jié)合成莊礦無軌膠輪車調(diào)度情況，提出綜合無線傳輸、精準(zhǔn)定位等技術(shù)的無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、主要功能等進(jìn)行闡述。提出的智能調(diào)度系統(tǒng)以輔助運(yùn)輸巷無線通信為基礎(chǔ)，通過集成車輛位置、需求方位置、運(yùn)行情況等情況，調(diào)度系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出調(diào)度指令。駕駛員接收調(diào)度指令后，依據(jù)調(diào)度系統(tǒng)給出的運(yùn)行路線行駛，從而實(shí)現(xiàn)井下無軌膠輪車的高效調(diào)度及安全運(yùn)行。