煤礦井下AI智能交通控制系統

趙金升 高亞超 張帥 袁峰

摘要：基于視頻智能分析技術的井下AI智能交通控制系統就是針對井下復雜交通路況而設計的。系統采用最新的AI人工智能分析技術，識別車輛的行駛情況、車輛狀態、車輛類別以及行人狀態，智能控制巷道交叉口、單行巷道出入口等場所的紅綠燈，使車輛可以有序，高效的通行，同時具備車輛闖紅燈、超速等違章行為的抓拍及交通流量統計功能。解決井下無軌膠輪車堵塞、空等紅燈等問題，實現井下無軌膠輪車的安全、高效運行，實現井下車輛管理的合理性和科學性。系統實現了交通管理的信息化、數字化和智能化水平。

關鍵詞：人工智能;智能分析;無軌膠輪車：智能交通

引言

煤礦井下無軌膠輪車填補了井下軌道交通的空白，該運輸方式優點眾多，靈活、便捷，運輸效率高。但井下環境特殊，巷道寬窄不一，單行巷道、巷道交叉口眾多，如不能解決此類問題，膠輪車在井下運行時會出現單行巷道會車、坡道會車、巷道交叉口擁堵等問題，借助紅綠燈能有效解決此問題，但傳統的計時紅綠燈嚴重影響通行效率，出現巷道無車司機也需停車等待，因此智能交通控制系統應運而生，該系統能有效解決井下無軌膠輪車的高效通行問題。

1、系統研究背景及意義

近年來，無軌膠輪車在煤礦運輸中得到了廣泛的應用，彌補了傳統運輸體系中設備多、速度慢、成本高以及安全性差的問題。提升煤礦生產能力的同時，也提升了礦物運輸的效率。無軌膠輪車不僅可以運輸人，還可以運輸設備、材料等，裝載完成即可直達終點，實現了點對點直接運輸。但是井下無軌膠輪運輸車受限于井下地質構造，井下彎道多、岔口多，在行駛時經常會遇到難以錯車或擁堵的現象，嚴重影響車輛運輸的速率，從而降低煤礦的生產效率，所以井下交通控制系統成為煤礦井下生產必不可少的系統。

2、系統概述

煤礦井下AI智能交通控制系統是為現代化礦井專門設計的交通安全管理和調度系統，用于礦井輔助運輸的各種車輛交通調度指揮。主要由井下路口紅綠燈的自動控制、車輛的識別與定位檢測、人員的識別與定位檢測、車輛闖紅燈抓拍、車輛超速抓拍、聲光告警系統等部分組成。系統通過對路口的視頻圖像進行AI分析，實時識別井下車輛的行駛情況、車輛狀態、車輛類別以及行人狀態，智能控制巷道口紅綠燈狀態，使得車輛可以有序、安全高效的通行，同時具備車輛闖紅燈、超速等違章行為的抓拍及交通流量統計功能。解決了礦井下無軌膠輪車堵塞、空等紅燈等問題。通過對數據的存儲、統計，可以生成當前井下各路口車輛類型、數量、車輛及人員違章等多種匯總信息，以便于進一步優化交通管理。

3、系統功能

（1）實現了各路口車輛、行人識別和流量統計，智能控制路口紅綠燈，指揮車輛次序通行，既提高了運行效率，又消除了安全隱患。

（2）可以識別車輛類型，是否為重載貨車，是否為上坡車輛等等，這樣就可以優先讓重載、載人、下坡車輛優先通過路口。

（3）可以識別行人是否經過路口，檢測到行人時，路口聲光報警器可以語音提示行人和司機注意行車安全。

（4）可以識別行人、車輛闖紅燈違章行為，當出現違章時，會利用聲光報警器語音提示行人、司機違章行為，同時將違章信息上傳給地面，可查詢歷史違章記錄。

（5）控制單行巷道車輛數量，防止兩車在巷道內會車造成極大的安全隱患。

（6）具備車輛超速抓拍功能，可以擴展區域測速功能。

4、系統詳細設計

煤礦井下智能交通管理系統根據井下路口情況，分為巷道岔口、單行巷道和區間測速等應用場景。巷道岔口智能控制用于井下岔口（三岔口、四岔口等）路口紅綠燈智能管理。單行巷道紅綠燈控制用于單向通行巷道出入口的紅綠燈智能控制。區間測速用于指定巷道區間的車輛限速控制。

1）巷道岔口紅綠燈智能控制

系統分井上和井下兩大部分，井上部分作為視頻、報警、數據的記錄和展示，必要時可以遠程手動操控井下紅綠燈。井下部分作為路口交通燈控制核心部分，可脫離井上部分獨立運行，實時檢測路口交通情況，自動控制紅綠燈動作。必要時也可進行人工手動控制紅綠燈。

岔道口每個路口分別安裝本安型攝像儀兩臺，紅綠燈和聲光報警器各一臺。攝像儀安裝在岔口附近，用于拍攝車輛進出路口和闖紅燈。另一臺安裝在據路口至少50米外，拍攝角度正對車輛去路口方向，用于車輛預判斷。

2）單行巷道紅綠燈智能控制

在單行巷道的上行口和下行口分別安裝攝像儀、紅綠燈和聲光報警器各一臺。攝像儀用于拍攝車輛進出路口和闖紅燈。

3）區間測速

在需要限速的巷道，在起始點分別安裝1臺本圖像處理（智能抓拍）攝像儀，對通過的車輛進行抓拍，通過計算測量通過起始點的時間判斷車輛是否超速，對超速車輛進行報警并記錄，就地的聲光報警器和LED顯示屏對司機進行警示。

（4）系統測量優勢

1）通過視頻智能識別分析、智能識別以及跟蹤技術，對井下膠輪車通行紅綠燈進行智能控制，有效地實現了對各個交通路口車輛、行人識別和管理，智能管理紅綠燈路口次序通行，不僅提高了運行效率，而且消除了安全隱患。

采用通信協議，將車輛的實時狀態反饋給管理服務器，AI管理服務器進行智能調度算法分析，通過控制協議將紅綠燈通行信息發給隔爆兼本安型綜合接入網關，并根據預設的各個子程序對紅綠燈和聲光報警器進行準確輸出，以保證井下車輛的行駛的高效性和人員行為的安全性。

2）可以識別車輛類型，是否為重載貨車，是否為上坡車輛等等，這樣

3）可以識別行人是否經過路口，這樣當檢測到行人時，路口聲光報警器可以語音提示行人和司機注意行車安全。

4）可以識別行人、車輛違章闖紅燈行為，當出現違章時，會首先利用路口聲光報警器語音提示行人、司機違章行為，同時將違章信息上傳給地面。通過管理軟件彈窗顯示違章信息也可查詢歷史違章記錄。

5）控制單行巷道車輛數量，保證單行巷道內只有一輛車輛通行，防止兩車在巷道內會車，造成極大的安全隱患。

6）具備車輛超速抓拍功能，可以擴展區域測速功能。

7）采用邊、端計算設計，具有可靠性高，實時性好，當出現井下網絡、服務器設備異常時，系統仍能正常工作。

8）系統實現地面對井下各點紅綠燈設備的集中管理，通過地面管理軟件，可以判斷出各點的紅綠燈運行狀況，能夠及時發現設備故障并及時處理恢復。

9）可以對每個路口出入車輛數據進行統計，這樣就可以根據各路線的繁忙程度合理調整優化行車路線。

10）可以實現地面或井下對各個路口紅綠燈狀態進行人為干預，必要時可以在地面通過客戶端軟件或井下手動操控紅綠燈控制器，人為干預井下通行狀況。

11）通過各個路口出入車輛的數據，根據產能狀況，可以判斷運輸效率是否合理，為地面車輛合理調配提供數據支撐。

12）根據礦區安全特點，劃定危險來臨時的疏散和救援通道，危險來臨，依照實現劃定好的緊急通道，部分區域會變成全綠通行信號，部分區域變成紅色禁行信號，自動生成安全緊急撤離和救援通道，最大限度的提高救援、撤離效率。

5、效益分析

系統功能的實現是依托攝像儀監控和智能分析算法來實現，其造價低廉，安裝簡便，運行可靠。系統不僅僅只是完成紅綠燈的智能升級，它使井下交通控制系統的功能得到了極大地提升和挖掘。提高井下膠輪車行駛的安全性和通行效率。大大降低煤礦工作量，提高煤礦運輸效率，降低運輸成本，減少事故率。

6、結語

系統成熟可靠，有自動和人工干預兩種模式自由切換，并具有語音、圖象以及報警功能;系統具備智能控制膠輪車通行，同時具有闖紅燈和超速抓拍功能，存儲周期長，自動實時報警，語音現場提示等功能。系統正常運行時不需人工干預，規避人員操作失誤等，大大提高煤礦智能水平，具有廣泛的應用和推廣價值。

參考文獻：

[1]趙金升. 智能化礦山建設[J]. 科技創新導報. 2019，16（19）：55-56.

作者簡介：趙金升（1987.10-），江蘇徐州 漢族 本科 項目經理 系統集成項目管理工程師 中級工程師 目前主要從事煤礦綜合自動化、信息化、智能化系統調研、設計、建設。課題編號：2018YFC0808302。