井下车辆定位及物料识别系统

张宏帅 谢晴

摘 要：矿车是煤矿生产必不可少的运输工具，目前，我国的现代化矿井通过定期派专人去井下各个区域或角落清点矿车来了解矿车的数量和状况，进而实现矿车合理调度使用。基于RFID射频识别的井下矿车定位及物料识别系统能够实现井下矿车的精准定位以及物料的智能识别。

关键词：RFID;车辆定位;物料识别

引言

随着煤矿自动生产水平的不断提高，越来越多的自动化生产设备投入使用，为煤矿的安全高产提供支持。然而大量设备的投入使用且矿用设备的成本较高，如何对煤矿的设备以及重要物料进行管理成为煤矿管理中的难题。矿车是煤矿生产必不可少的运输工具，对于大型矿井来说，矿车的数量需要维持在两千辆左右。到目前为止，我国的现代化矿井对于矿车的管理，也只能是定期派专人去井下各个区域或角落清点矿车来了解矿车的数量和状况，以便合理调度使用。为了科学、合理、有效地对矿车、物料以及设备进行管理设计了基于RFID射频识别的井下矿车定位及物料识别系统。

1 系统整体架构

井下车辆定位及物料识别系统基于RFID超高频技术，由无线射频标签、数据采集终端、工业照相机、上位机、服务器、数据传输通道等组成，系统整体架构如图1所示。

数据采集终端和照相机安装在有矿车经过的重要位置，数据采集终端通过天线发射一定频率的射频信号，当安装有射频标签的矿车经过时，射频标签接收到射频信号后吸收一部分能量向外发送带有自身信息的数据，数据采集终端采集到该数据后通过数据传输通道上传到上位机。上位机将采集到的射频数据进行解析并存储到数据库生成矿车轨迹信息。上位机采集到标签数据后，如果该数据采集终端绑定照相机则触发照相机拍照，进行图像识别处理分析矿车运输的物料信息并保存到数据库。在一些重要的矿用设备上安装标签，派专人定期使用手持设备扫描设备输入当前设备信息，采集设备信息后将手持设备中的数据导入到数据库生成重要的设备资产管理信息。

2 系统功能设计

2.1 实时监测

实时监测当前井下总矿车数，并具有矿车状态分析功能。

实时监测当前井下各区域矿车数，可将某些重要的区域单独在一张图上显示出来。

可对特定的矿车实时跟踪显示。

实时显示重要资产、设备的位置以及详细信息。

2.2 灵活查询

查询任一指定井下矿车在当前或指定时刻所处的区域。

查询任一指定井下矿车当天或指定日期的活动踪迹。

选定某一分站接收探头可以获得经过该分站探头所有的时间信息。

可对特定的矿车进行实时跟踪。

查询方法灵活简洁，便于各种组合查询及自定义查询。

能动态显示井下矿车的当班活动模拟轨迹。

查询一段时间内矿车向井下运输的物料识别信息。

查询重要资产、设备的分布情况以及详细信息。

2.3 智能报警

超时报警功能：矿车在井下时间超过给定的时间，自动报警提示并提供相关矿车的编号等信息。

通信报警功能：实时显示上位机与数据采集终端通信状态，失去連接后自动报警。

数据库连接报警：系统与数据库服务器失去连接后自动提示数据库连接终端报警。

2.4 业务统计

显示下井矿车确切的下井时间和上井时间，统计井下持续时间。

日报表统计每天矿车下井时间、上井时间、持续时间，注明所去区域。

月统计报表中对每个月矿车下井时间、下井次数，便于考核当月矿车使用情况统计。

2.5打印导出

按照用户自定义要求通过打印机打印井下车辆及物料管理系统数据。

按照用户自定义要求将井下车辆及物料管理系统的数据导出到Excel中。

3 硬件结构设计

3.1 井口硬件结构设计

井口设备的安装包括：数据采集终端（分站）、射频天线、信号线、摄像头等。井口整体安装效果。

基于安全考虑，需将数据采集终端置于防护箱内，分站采用4xM4的螺钉固定在防护箱内壁上，防护箱通过地脚螺栓固定在井口墙壁上。同时在防护箱上留有网线、电源线及信号线接口。射频天线采用经过特殊设计的密封箱体进行防护，即达到了防尘防水的防护效果，又能够使射频天线的信号衰减降到最低。摄像头安装位置为各轨道正上方，采用焊接的方式固连到门楣上。

3.2 RFID标签硬件设计

RFID标签采用特殊定制的槽钢设计进行防护，能够尽量减少外力对标签损坏，又减少槽钢对标签信号的影响。RFID标签防护结构。RFID卡槽通过焊接固连在矿车的底部。

4 软件系统开发

本系统开发环境为Visual Studio 2019，利用Microsoft .NET Framework 4.5基础框架，采用C#作为主要编程语言，数据库使用SQL Server 2008。软件测试界面如图2所示。

5 结束语

本系统结合Gis地理信息技术，能够更加直观形象的显示系统监测的数据。采用自助研发经过深度优化的图像识别算法结合计算机强大的图像分析处理能力，大大提高图像识别的成功率的同时减小了处理时间。采用RFID无源标签，不需安装电池，寿命更长且价格便宜。在正常环境下，数据采集终端能够同时采集200张标签数据，且能够识别高速运动的射频标签数据。采用抗金属特制标签，漏读率较低。接口灵活，能够实现基于RFID的矿井仓储管理系统。

作者简介：

张宏帅（1991—），男，硕士，助理实验师，研究方向：智能制造;

谢晴（1989—），女，本科，研究方向：工程管理。