井下車輛定位及物料識別系統(tǒng)

張宏帥 謝晴

摘 要：礦車是煤礦生產(chǎn)必不可少的運(yùn)輸工具，目前，我國的現(xiàn)代化礦井通過定期派專人去井下各個區(qū)域或角落清點(diǎn)礦車來了解礦車的數(shù)量和狀況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)礦車合理調(diào)度使用。基于RFID射頻識別的井下礦車定位及物料識別系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)井下礦車的精準(zhǔn)定位以及物料的智能識別。

關(guān)鍵詞：RFID;車輛定位;物料識別

引言

隨著煤礦自動生產(chǎn)水平的不斷提高，越來越多的自動化生產(chǎn)設(shè)備投入使用，為煤礦的安全高產(chǎn)提供支持。然而大量設(shè)備的投入使用且礦用設(shè)備的成本較高，如何對煤礦的設(shè)備以及重要物料進(jìn)行管理成為煤礦管理中的難題。礦車是煤礦生產(chǎn)必不可少的運(yùn)輸工具，對于大型礦井來說，礦車的數(shù)量需要維持在兩千輛左右。到目前為止，我國的現(xiàn)代化礦井對于礦車的管理，也只能是定期派專人去井下各個區(qū)域或角落清點(diǎn)礦車來了解礦車的數(shù)量和狀況，以便合理調(diào)度使用。為了科學(xué)、合理、有效地對礦車、物料以及設(shè)備進(jìn)行管理設(shè)計(jì)了基于RFID射頻識別的井下礦車定位及物料識別系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

井下車輛定位及物料識別系統(tǒng)基于RFID超高頻技術(shù)，由無線射頻標(biāo)簽、數(shù)據(jù)采集終端、工業(yè)照相機(jī)、上位機(jī)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)傳輸通道等組成，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集終端和照相機(jī)安裝在有礦車經(jīng)過的重要位置，數(shù)據(jù)采集終端通過天線發(fā)射一定頻率的射頻信號，當(dāng)安裝有射頻標(biāo)簽的礦車經(jīng)過時(shí)，射頻標(biāo)簽接收到射頻信號后吸收一部分能量向外發(fā)送帶有自身信息的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集終端采集到該數(shù)據(jù)后通過數(shù)據(jù)傳輸通道上傳到上位機(jī)。上位機(jī)將采集到的射頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并存儲到數(shù)據(jù)庫生成礦車軌跡信息。上位機(jī)采集到標(biāo)簽數(shù)據(jù)后，如果該數(shù)據(jù)采集終端綁定照相機(jī)則觸發(fā)照相機(jī)拍照，進(jìn)行圖像識別處理分析礦車運(yùn)輸?shù)奈锪闲畔⒉⒈４娴綌?shù)據(jù)庫。在一些重要的礦用設(shè)備上安裝標(biāo)簽，派專人定期使用手持設(shè)備掃描設(shè)備輸入當(dāng)前設(shè)備信息，采集設(shè)備信息后將手持設(shè)備中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫生成重要的設(shè)備資產(chǎn)管理信息。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測

實(shí)時(shí)監(jiān)測當(dāng)前井下總礦車數(shù)，并具有礦車狀態(tài)分析功能。

實(shí)時(shí)監(jiān)測當(dāng)前井下各區(qū)域礦車數(shù)，可將某些重要的區(qū)域單獨(dú)在一張圖上顯示出來。

可對特定的礦車實(shí)時(shí)跟蹤顯示。

實(shí)時(shí)顯示重要資產(chǎn)、設(shè)備的位置以及詳細(xì)信息。

2.2 靈活查詢

查詢?nèi)我恢付ň碌V車在當(dāng)前或指定時(shí)刻所處的區(qū)域。

查詢?nèi)我恢付ň碌V車當(dāng)天或指定日期的活動蹤跡。

選定某一分站接收探頭可以獲得經(jīng)過該分站探頭所有的時(shí)間信息。

可對特定的礦車進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。

查詢方法靈活簡潔，便于各種組合查詢及自定義查詢。

能動態(tài)顯示井下礦車的當(dāng)班活動模擬軌跡。

查詢一段時(shí)間內(nèi)礦車向井下運(yùn)輸?shù)奈锪献R別信息。

查詢重要資產(chǎn)、設(shè)備的分布情況以及詳細(xì)信息。

2.3 智能報(bào)警

超時(shí)報(bào)警功能：礦車在井下時(shí)間超過給定的時(shí)間，自動報(bào)警提示并提供相關(guān)礦車的編號等信息。

通信報(bào)警功能：實(shí)時(shí)顯示上位機(jī)與數(shù)據(jù)采集終端通信狀態(tài)，失去連接后自動報(bào)警。

數(shù)據(jù)庫連接報(bào)警：系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器失去連接后自動提示數(shù)據(jù)庫連接終端報(bào)警。

2.4 業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)

顯示下井礦車確切的下井時(shí)間和上井時(shí)間，統(tǒng)計(jì)井下持續(xù)時(shí)間。

日報(bào)表統(tǒng)計(jì)每天礦車下井時(shí)間、上井時(shí)間、持續(xù)時(shí)間，注明所去區(qū)域。

月統(tǒng)計(jì)報(bào)表中對每個月礦車下井時(shí)間、下井次數(shù)，便于考核當(dāng)月礦車使用情況統(tǒng)計(jì)。

2.5打印導(dǎo)出

按照用戶自定義要求通過打印機(jī)打印井下車輛及物料管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

按照用戶自定義要求將井下車輛及物料管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel中。

3 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 井口硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

井口設(shè)備的安裝包括：數(shù)據(jù)采集終端（分站）、射頻天線、信號線、攝像頭等。井口整體安裝效果。

基于安全考慮，需將數(shù)據(jù)采集終端置于防護(hù)箱內(nèi)，分站采用4xM4的螺釘固定在防護(hù)箱內(nèi)壁上，防護(hù)箱通過地腳螺栓固定在井口墻壁上。同時(shí)在防護(hù)箱上留有網(wǎng)線、電源線及信號線接口。射頻天線采用經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的密封箱體進(jìn)行防護(hù)，即達(dá)到了防塵防水的防護(hù)效果，又能夠使射頻天線的信號衰減降到最低。攝像頭安裝位置為各軌道正上方，采用焊接的方式固連到門楣上。

3.2 RFID標(biāo)簽硬件設(shè)計(jì)

RFID標(biāo)簽采用特殊定制的槽鋼設(shè)計(jì)進(jìn)行防護(hù)，能夠盡量減少外力對標(biāo)簽損壞，又減少槽鋼對標(biāo)簽信號的影響。RFID標(biāo)簽防護(hù)結(jié)構(gòu)。RFID卡槽通過焊接固連在礦車的底部。

4 軟件系統(tǒng)開發(fā)

本系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2019，利用Microsoft .NET Framework 4.5基礎(chǔ)框架，采用C#作為主要編程語言，數(shù)據(jù)庫使用SQL Server 2008。軟件測試界面如圖2所示。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)結(jié)合Gis地理信息技術(shù)，能夠更加直觀形象的顯示系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)。采用自助研發(fā)經(jīng)過深度優(yōu)化的圖像識別算法結(jié)合計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖像分析處理能力，大大提高圖像識別的成功率的同時(shí)減小了處理時(shí)間。采用RFID無源標(biāo)簽，不需安裝電池，壽命更長且價(jià)格便宜。在正常環(huán)境下，數(shù)據(jù)采集終端能夠同時(shí)采集200張標(biāo)簽數(shù)據(jù)，且能夠識別高速運(yùn)動的射頻標(biāo)簽數(shù)據(jù)。采用抗金屬特制標(biāo)簽，漏讀率較低。接口靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)基于RFID的礦井倉儲管理系統(tǒng)。

作者簡介：

張宏帥（1991—），男，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：智能制造;

謝晴（1989—），女，本科，研究方向：工程管理。