基于物聯網的礦山井下交通指揮系統的實踐探究

曹永愛，崔世杰

（山西科達自控股份有限公司，山西 太原 030006）

引言

本次選擇的礦山項目為山西某礦，該礦山的井下車輛交通指揮已經歷經多個階段。第一階段的車輛交通指揮主要以開關信號燈為主，此時的礦山井下交通指揮在部分單向路段設置交通信號燈，在車輛運行過程中，駕駛員需要停車并手動將信號燈關停。該交通指揮方式在設備維護和安裝方面比較簡單，需要花費的交通指揮成本也相對較低。但該交通指揮方式為車輛駕駛員帶來工作負擔，司機操作交通信號燈比較麻煩且交通運輸效率比較低，無法在復雜路況區域實現交通調度。第二階段主要以繼電器控制交通信號為主，該交通指揮方式建立在PLC技術之上，控制系統運行比較穩定，且操作比較簡單，能夠在車輛繁多的路段實現車輛調度。但是需要布置復雜線路，且設備安裝及維護成本均比較高。第三階段是物聯網交通指揮系統，該階段的井下交通指揮不僅線路分布簡單，且運維成本較低，系統本身具備較強的兼容性和拓展性。本文將詳細討論礦山井下交通指揮系統的設計應用實踐。

1 基于物聯網的礦山井下交通指揮系統設計方案

本次系統設計主要包含了GAN通信技術、無限定位技術、光纖網絡通信技術等，主要目的是對井下運輸車輛進行定位，并配合紅綠燈進行車輛調度控制。在山西某礦的井下無軌運輸平巷鋪設光纜，每隔600 m安裝無線基站，并組建骨干工業環網。在主斜坡道上每隔30 m安裝一般型定位讀卡器，該讀卡器可直接與CAN連接[1]。對井下每臺運輸車輛進行電子車牌安裝，該電子車牌將被車輛距離最近的定位讀卡器識別，讀卡器將識別信息通過CAN總線傳輸到分站當中，分站再將識別數據傳輸到無線基站，無線基站內包含光纖網絡傳輸，經過數據算法處理，最終到達主服務器[2]，如圖1所示。

圖1 交通指揮系統總體方案

2 基于物聯網的礦山井下交通指揮系統硬件設計

本次設計井下交通指揮系統時，硬件設備主要包含電子車牌、定位讀卡器、信號燈等。

電子車牌作為本次交通指揮系統中用于識別車輛的主要設備，成為井下運輸車輛的重要身份證。因此，設計電子車牌時需要將定位指示燈、同行指示燈、電源指示燈等均安裝到電子車牌的控制面板當中[3]，如圖2所示。本次電子車牌的硬件主要包含了LED指示燈、DC/DC轉換、整流與保護電路、聲光報警器接口、聲光報警驅動電路、無線通信模塊等。

圖2 電子車牌硬件框架

定位讀卡器是本次交通指揮系統設計中主要的定位設備，也是定位子系統中的重要組成部分，被安裝到井下車輛運輸道路上的固定位置，主要作用是獲取電子車牌信息，并將采集到的數據信息傳輸到后臺終端當中。當定位讀卡器接收到電子車牌或者是其他設備發送的指令以后，將會及時給出響應，幫助車輛識別周邊是否有其他車輛，鑒別其他車輛位置，也為礦山運輸車輛調度中心提供準確車輛運輸情報。定位讀卡器的硬件設計主要包含無限定位、無限傳輸、MCU、LED指示燈、電源濾波器、AC/DC模塊等，各類定位信息通過CAN通信接口、RS485通信接口以及以太網通信接口匯集到MCU中，達到實時通信的目的[4]。

信號燈是指示車輛啟停的重要設施，信號燈的顏色關系到車輛接受的指令信息，信號燈的指令包含紅閃、綠閃、紅色、綠色以及熄滅五種狀態，不同狀態的型號指示交替，配合車輛調度，達到實時調度運輸車輛的作用。

3 基于物聯網的礦山井下交通指揮系統軟件設計

軟件系統是保持井下交通指揮系統穩定運行的主要組成部分，本次構建交通指揮系統主要采用B/S和C/S混合結構的方式，主要作用是對礦山內的工作人員進行實時監測，了解人員所在位置，約束人員工作行為，提升礦山井下生產自動化效率，達到控制交通信號的目的。本次軟件設置過程中，借助虛擬現實技術，構建三維立體模型，將獲取的礦山井下信息轉化為三維圖像，方便后臺管理人員對礦山井下的各項資源進行合理調配[5]。

軟件系統在設計過程中還將物聯網技術融合進來，在獲取多種信息以后，將這些信息以云計算的方式進行層次劃分，并經過數據處理后形成不同的分析報告，傳遞給后臺管理人員，方便管理人員對系統中的需求信息進行查看。通過交通指揮系統實現了礦山井下車輛調配管理框架的構建，管理人員只需要獲得授權，就能登陸后臺查看整個礦山井下架構。通過運行交通指揮系統，可了解井下運輸車輛是否存在超速或闖紅燈情況，在車輛電子車牌中實時警告并生成車輛違章記錄，詳細記錄車輛違章位置以及時間，并上報給所屬管理部門。在軟件中輸入運輸車輛編號，可查詢車輛歷史行使軌跡。遇到緊急狀況，可手動停止井下信號燈，保證運輸車輛快速出入。還可以對照明控制設備、定位設備、電子車牌等信息進行管理。

4 結語

在構建交通指揮系統過程中，需要將物聯網技術與之融合，在礦山井下搭建交通指揮網絡，實現礦山井下運輸車輛調配信息化。在智能化交通指揮管理平臺的輔助下，礦山井下的交通路線清晰呈現在運輸車輛駕駛員面前，合理選擇運輸路線，可避免出現交通擁堵或交通事故。整套交通指揮系統還可被拓展到礦山井下整體監測管理方面，實現對井下環境監控，有效推動礦山管理信息化建設。