現(xiàn)代礦井機(jī)車運(yùn)輸?shù)闹强叵到y(tǒng)設(shè)計(jì)

郝聰穎

（陽泉市燕龕煤炭有限責(zé)任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，礦井機(jī)車運(yùn)輸智控系統(tǒng)已被逐步運(yùn)用在我國現(xiàn)代礦井當(dāng)中。但應(yīng)用效果并不能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。分析其原因主要是故障率高和系統(tǒng)運(yùn)行方式不合理等制約了其運(yùn)行效果。針對這種情況，本文提出了一種全新的機(jī)車智控系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有系統(tǒng)的不足[1]。

1 礦井機(jī)車系統(tǒng)智控構(gòu)架

運(yùn)輸部門在礦井管理中至關(guān)重要，影響采煤系統(tǒng)整體的成本。煤炭運(yùn)輸作業(yè)效率占煤炭開采效益一半以上?，F(xiàn)代礦井機(jī)車運(yùn)輸?shù)闹强叵到y(tǒng)采用2層管理結(jié)構(gòu)，包括地面和井下，調(diào)度站安裝計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，地下部分主要采用從屬結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主站和若干變電站。系統(tǒng)分為固定設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備兩部分，調(diào)度站和變電站是固定設(shè)備，移動(dòng)設(shè)備通過無線視頻相機(jī)監(jiān)控礦井機(jī)動(dòng)車輛，變電站被放置在4個(gè)不同的位置；每個(gè)變電站負(fù)責(zé)接收傳感器信號和分叉位置信號，視頻信號的無線視頻傳輸和輸出控制根據(jù)邏輯控制器從主站發(fā)出信號。光纜連接在主站和變電站之間。

地面建立計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，由工業(yè)計(jì)算機(jī)、液晶顯示器組成。PC用于顯示所有機(jī)車的地下信息，可隨時(shí)讀取并存放數(shù)月。機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)隨時(shí)可調(diào)用，為機(jī)車監(jiān)控的管理提供了極大的方便。

2 礦井機(jī)車遠(yuǎn)程信息讀取的系統(tǒng)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控礦山機(jī)車，監(jiān)測系統(tǒng)主要包括以下三個(gè)部分：無線礦用機(jī)車行駛記錄儀、傳輸系統(tǒng)、監(jiān)控平臺。錄音機(jī)安裝在機(jī)車上不僅能收取信號，還可以壓縮和存儲圖像并無線wifi傳輸。視頻傳輸主要通過Wi-Fi無線。沿公路安裝光纜，監(jiān)測平臺的中心設(shè)在地面上，便于工作人員監(jiān)視運(yùn)行的地面礦井機(jī)車圖像，定位和調(diào)度機(jī)車。如圖1所示[2]。

圖1 礦井信號發(fā)射器與控制中心布置關(guān)系圖

無線視頻通信系統(tǒng)的布局。無線視頻通信系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩部分組成；發(fā)射機(jī)安裝在機(jī)車上，接收機(jī)則懸掛在相應(yīng)位置的隧道內(nèi)。測試結(jié)束后，接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間的傳輸距離通常為1 000m。考慮光纜接入點(diǎn)位置及機(jī)車運(yùn)動(dòng)規(guī)律，系統(tǒng)接收機(jī)位置遵循以下原則：有三段直線隧道路面，距離是500m，2 000m，2 000m，隧道需要五個(gè)接收器（信息參考某重點(diǎn)煤礦示范單位信息）。

本文主要介紹礦用機(jī)車行車記錄儀的設(shè)計(jì)。行駛記錄儀解決了帶寬限制問題。無線傳輸確保圖像質(zhì)量，以及利用H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)與無線Wi-Fi傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。詳情如下：照相機(jī)的安裝和監(jiān)視范圍只用公共照明系統(tǒng)覆蓋煤礦巷道，光線較暗淡。采用高分辨率紅外攝像機(jī)來改善，可以拍出更清晰的圖像。除了上述之外，機(jī)車車頭上安裝了2臺照相機(jī)。一個(gè)觀察前面的路，另一個(gè)可以觀察后方路況和來車。這2臺相機(jī)連在一起，可以擴(kuò)大監(jiān)控范圍。示意圖如下頁圖2所示[3-4]。

質(zhì)量和速度是圖像處理的兩個(gè)關(guān)鍵因素。首先，壓縮圖像質(zhì)量將不僅有對圖像解碼重建影響其清晰度，這將進(jìn)一步影響圖像回放與遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控結(jié)果。此外，壓縮率的大小會(huì)影響圖像存儲容量與無線傳輸效率等。為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖像壓縮，設(shè)計(jì)利用ARM Cortex-A8 core-s5p-v210processor由三星執(zhí)行單元進(jìn)行圖像壓縮。無線礦用機(jī)車行走記錄儀是基于H.264在linux系統(tǒng)上完成圖像壓縮。使用A8核心的標(biāo)準(zhǔn)和無線傳輸CPU保證遠(yuǎn)程圖像的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性監(jiān)測。視頻處理模塊采集模擬信號75Ω、視頻采集器1Vp-p，組成視頻輸入信號，通過電感和電容進(jìn)行濾波和放大電路。組合視頻信號被定義為包括亮度和色度的單一模擬信號，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，具有使用方便，容易維護(hù)的特點(diǎn)，所以安裝調(diào)試不會(huì)影響正在進(jìn)行的煤礦開采。錄音機(jī)的應(yīng)用大大提高了安全監(jiān)測和運(yùn)行管理效益。

圖2 牽引機(jī)車發(fā)射器及其發(fā)射范圍示意圖

3 礦井機(jī)車智控系統(tǒng)中管理系統(tǒng)的組成與功能實(shí)現(xiàn)

3.1 發(fā)射機(jī)

發(fā)射機(jī)安裝在機(jī)車上，包括無線視頻發(fā)射機(jī)、電源、液晶顯示器。無線視頻發(fā)射機(jī)負(fù)責(zé)收集信息。由接收機(jī)向控制站發(fā)送工作狀態(tài)，對接收到信息提供調(diào)度信息。另外兩個(gè)攝像頭有必要確保雙方現(xiàn)場充分捕捉，這部分詳細(xì)信息第三節(jié)已經(jīng)有詳細(xì)說明。

3.2 變電站接收部分

變電站結(jié)構(gòu)由無線視頻接收器、傳感器、信號燈、道岔、光電轉(zhuǎn)換器信號收集器組成。無線接收機(jī)從無線視頻中采集微波發(fā)射機(jī)，然后解調(diào)成復(fù)合視頻信號，這是主要的視頻信號調(diào)度站。道岔由控制部分、顯示部分、信號采集部分組成。信號收集器利用交換信號將輸入和輸出信號轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號。無線視頻接收機(jī)是無線視頻接收機(jī)的接收部分，包括天線、低噪聲放大器、本地振蕩、混頻器、中頻放大、視頻輸出模塊。

3.3 隧道運(yùn)輸至控制站機(jī)車

機(jī)車智控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行的全過程、運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)行速度的控制。如果沒有任何信號反饋，系統(tǒng)之間的單軌鐵路，機(jī)車碰撞容易發(fā)生事故。如有機(jī)車牽引安裝機(jī)車監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)車應(yīng)嚴(yán)格按照信號移動(dòng)。信號控制系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用要求，占用和解鎖進(jìn)入，以保證機(jī)車運(yùn)行安全。同時(shí)，機(jī)車如果不按驅(qū)動(dòng)信號，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。機(jī)車監(jiān)控系統(tǒng)還將記錄現(xiàn)場信息，方便隨時(shí)閱讀查詢。如果發(fā)生事故，如墜落、碰撞、追尾等事故，將對事故原因進(jìn)行錄像分析。這樣的策略優(yōu)點(diǎn)在于傳感器少，可靠性高，維護(hù)量小[5]。

4 結(jié)語

研究開發(fā)的現(xiàn)代礦井機(jī)車運(yùn)輸?shù)闹强叵到y(tǒng)，基于無線視頻技術(shù)的管理和礦用移動(dòng)記錄儀，擴(kuò)大了對機(jī)車的控制范圍，同時(shí)利用視頻處理技術(shù)可實(shí)時(shí)對機(jī)車定位，實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)車運(yùn)行速度等重要參數(shù)，可見，該系統(tǒng)具有相當(dāng)大的擴(kuò)展空間。該系統(tǒng)理論上具有通信速率高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)、保密性強(qiáng)、距離遠(yuǎn)、目標(biāo)識別速度快等技術(shù)優(yōu)勢，使礦井機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)可以有效適應(yīng)復(fù)雜和苛刻的井下工作環(huán)境，但是系統(tǒng)的可靠性需要現(xiàn)場進(jìn)一步檢驗(yàn)。