矿用机车运输监控系统介绍
1.1.设计原则
煤矿轨道运输监控系统建设遵循以下设计原则：
- 遵循“四高”的设计原则，即高可靠性、高技术、高质量、高效率。
- 系统设计采用*的通信、监测、信息处理、计算机等技术构建，以无线传感器网络为技术基础的井下机车运输监控系统，使用工业以太环网网络（或CAN总线）和无线传感器网络的网络结构。
- 在技术上应达到*性和成熟性的统一，性能上具有很高的安全可靠性；使用上具有维护性和可扩展性。
- 具有完整的知识产权，并且获得安全标志证书；
- 模块化原则，硬件都拥有知识产权，使系统具有较强的扩展能力；
- 可靠性原则，所选设备具备抵御环境影响的能力；工作稳定可靠；
- *、应用、可靠、节约、后期服务体系完善的原则。
- 系统能够融入工业以太环网。
1.2.设计依据
《煤矿井下轨道运输信号设计规范》；
《井下轨道运输信号系统技术装备标准》；
《煤矿安全规程》；
《煤炭工业矿井设计规范》；
《煤矿安全装备基本要求》；
《煤矿监控系统总体设计规范》；
《煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求》；
《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求》；
《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》；
《煤炭调度信息化装备技术规范》；
《监测监控质量标准化实施标准》；
《电子计算机场地通用规范》。
1.3系统可实现功能
- 精确实时定位功能：
精确定位：定位相对精度小于3米。
精确识别轨道：可以精确识别机车所走轨道，*杜绝因轨道识别不准确而产生信号灯和道岔控制不正确的问题。
高速实时响应：设备状态变化到上位机响应时间周期可在1秒内完成。
- 可视化监视功能：
在计算机上以动画、图形、表格、汉字等形式实时显示机车位置、车号、运行方向、运行速度以及井下各道岔位置和信号灯等运行状态信息。
- 信号闭锁功能：
系统根据机车位置，自动、半自动或手动控制信号灯进行敌对进来信号闭锁，有效防止，指挥机车运行，提高运输效率。
- 智能调度功能：
系统软件包含具有科学算法的智能调度模块。分为全自动、半自动和手动模式。
全自动调度模式：在全自动调度模式下，调度模块根据运输计划预先设定的运输线路选择需要的线路给机车。软件具有行程进路自动冲突检测功能，还可以给车载机发送调度信息，提示司机按照调度要求驾驶机车，实现自动调度控制功能。
半自动调度模式：系统在半自动调度模式下，调度员在软件界面给此辆机车赋予一个运输行程。软件具有行程进路自动冲突检测功能，还可以给车载机发送调度信息，提示司机按照调度要求驾驶机车，从而实现半自动调度控制功能。
手动调度模式：进入手动调度状态后，调度员可以远程控制道岔、信号灯来开放或闭锁运输路线，给车载机发送调度信息，提示司机按照调度要求驾驶机车，实现远程手动调度功能。
- 系统报警功能：
上位机可实现超速报警、闯红灯报警、道岔不到位报警及设备故障报警等功能，以图形提示报警并可进行报警报表查询。
- 车联网报警功能：
现场设备不通过上位机可以实现防追尾（需要配备无线尾灯）、防丢车（需要配备无线尾灯）、防超速、打点报警（需要配备无线发射器）、人车报站功能（车载系统增加声光报警器）、弯道报警功能（需配备无线声光报警器）、双驾驶室机车双车载机联网等功能。
- 信息管理功能：可以对机车和车皮运行进行自动统计管理，有行车记录及图表，并能生成各种生产管理报表。
- 远程控制功能：
系统软件可以下发命令到信号灯、道岔、车载机。对道岔具有远程集中控制、司机遥控、手动及闭锁控制方式。
1）集中控制：是由调度员在地面集控中心的主控微机的图形上通过点击道岔指挥机车运行；
2）司机遥控：为机车司机使用司机室的车载机远距离遥控道岔动作；
3）手动控制：方式为现场人员可以就地操作道岔动作。
4）闭锁控制：为上位机可以发送闭锁命令给道岔设备，让现场不能手动或遥控。
- 重演功能：
能全天候24 小时实时记录系统运行情况，并能根据记录的运行数据在显示设备上重演规定时间内的实际运行过程，为分析事故原因、改进调度策略提供根据，记录存储时间为一年以上。
- 故障诊断与维护功能:
系统能随时反应系统设备和传感器的工作状态，能自动进行本系统的故障诊断并完成报警。
- 双机备份功能：
上位机可采用主备双系统结构，确保系统运行的安全可靠性，当任一台发生故障时，另一台备用机可以起到主机的监控作用。其中一台可兼作为工程师站，允许远程编辑、调整设备的运行状态和运行参数。
- 集成联网功能：
系统具有OPC软件功能，能平滑地接入自动化集中控制信息平台，可直接采用IE浏览器浏览本系统的监控画面。
- 车皮定位管理扩展功能：
如果在关键轨道路口安装车辆管理读卡器，在每个车辆上安装车皮信标，系统软件可按位置、车号或车皮号、时间、进行车皮定位查询；生成运输生产报表；实时监控机车所带载车皮信息。
- LED屏信息发布扩展功能：
井下关键路口或停车场接入本公司LED信息发布屏到系统总线，上位机软件可发布信息到LED屏。在系统软件的信息发布界面输入任何文字，就可以让井下任何一个LED屏显示想要的信息，显示的同时还可同步发语音。
- 视频监控扩展功能：
井下关键路口或停车场安装本公司网络摄像仪，可实现以系统模拟图为地理信息的视频监控功能。只要在主画面中点击需要查看的摄像仪图标，就可以打开此摄像仪的视频画面。
- 无人驾驶调度扩展功能：
系统具有精确的机车定位及轨道识别能力，具有自动冗余的总线带宽适应性和快速响应能力，加上基于科学算法的智能调度模块，为后续无人驾驶调度功能扩展打下坚实的基础。只要在每台机车上增加无人驾驶子系统硬件模块，不需要再增加其他通信设备就可以实现无人驾驶运输调度系统，因此本系统具有后续的无人驾驶系统无缝扩展能力，并能有效减少二次投资。
- 其他功能：
各硬件设备、系统线路自检功能的查询，历史数据的显示、查询、报表、打印等等。
1.4.系统优势
1.4.1国内机车运输监控（信、集、闭）系统比较
性能 | 轨道传感器+无线收发器 | 无线传感网 | 本公司：无线传感网+无源信标 |
定位方式 | 点触发定位，定位到区段。无线收发器只有车号，不进行定位。 | 无线定位基站坐标范围定位。 | 定位信标点、速度传感器、加速度传感器相结合的惯性定位方式。 |
定位精度 | 区段内，80-150米 | 15-30米内摆动。 | 小于3米，无摆动。 |
定位准确度 | 区段内不准确 | 不太准确，摆动大 | 准确，无摆动 |
定位传感器抗干多径扰能力 | 易误动作 | 好 | 好 |
定位实时性 | 3-5秒 | 3-5秒 | 3-5秒 |
道岔信号灯通讯方式 | 有线，安装调试复杂 | Zigbee无线自组织网络，安装调试方便 | Zigbee无线自组织网络，安装调试方便 |
通讯实时性 | 轮询，系统反应在10秒内 | 轮询+触发，系统反应在5秒内 | 触发，系统反应在1秒内 |
车载机通讯方式 | 普通无线收发 | Zigbee无线自组织网络 | Zigbee无线自组织网络 |
道岔遥控方式 | 遥控器 | 车载机或遥控器 | 车载机或遥控器 |
车载机功能 | 无线发射车号、车类型、机车请求信号等。 | 无线发送车号、车类型、机车请求、控制道岔等。 | 无线发送车号、车类型、机车请求、控制道岔、控制弯道报警、防追尾、防丢车、超速报警，打点报警、液晶显示等。 |
精确识别多轨性能 | 轨道传感器硬件识别，但易误判。 | 软件识别，不确定性 | 硬件精确识别多轨。 |
集成弯道报警功能 | 无 | 系统控制或现场无线识别机车报警 | 现场无线识别机车报警 |
软件机车动画显示 | 只能在区段位置显示是否有机车，无实时定位动画。 | 有机车运行实时动画显示，精确度一般，有摆动。 | 有机车实时运行动画显示，位置精确无摆动。 |
调度功能 | 具有行程配置功能和区间闭信号锁功能。 | 具有区间信号闭锁功能 | 具有自动行程配置和区间信号闭锁的智能调度功能 |
能否无缝扩展自动驾驶系统 | 无实时定位及与机车通信功能，不能扩展自动驾驶功能。 | 定位及shuanggui识别不精确，不能扩展自动驾驶功能。 | 精确定位及可靠的无线通信协议，可以扩展自动驾驶功能。 |
千米定位设备成本(定位传感器、分站、电源) | 以太网+集散式总线，线路多，器材多，成本高。 | 以太网+无线传感网，分布式结构，器材成本一般 | 以太网+现场总线+无线传感网，分布式结构，器材成本低 |
施工成本 | 高 | 一般 | 低 |
施工速度 | 慢 | 快 | 快 |
施工难度 | 大 | 一般 | 简单 |
调试难度 | 难 | 一般 | 容易，具有各种调试设备和软件。 |
系统性能总结 | 由于传感器不稳定，无精确实时定位，软件体验性差。设备和线路复杂，维护困难。 | 由于无线传感器不能精确定位，软件处理复杂，机车在画面有摆动，识别shuanggui困难，因此系统稳定性一般。设备较少，维护较简单。 | 由于传感器能精确定位，机车在画面无摆动，能精确识别shuanggui，控制逻辑可靠，因此系统稳定性好。设备较少，维护较简单。 |
1.4.2系统突出特点
KJ482煤矿轨道运输监控系统采用zuixin物联网硬件技术和软件技术，对运输监控功能进行深入研究后大胆进行多项技术创新。本系统除了基本信集闭功能外，具备如下创新功能：
特点 | 说明 |
精确机车定位 | 采用*的惯性定位技术，定位精度可达3米内，准确多轨识别。实时精确动画显示机车位置、车号、运行机车状、车型，方向等。 |
智能调度机制 | 具有一个智能调度功能模块，采用科学数学模型进行底层调度运算，可在全自动调度状态下人工参与对机车进行行程设定，具有全自动调度、半自动调度与手动调度同时进行的科学调度方式，使国内煤矿轨道运输监控系统进入了实用阶段。 |
多种车联网报警 | 现场设备不通过上位机可以实现防追尾、防超速、防丢车、打点报警、弯道报警、人车报站、双驾驶室机车车载机联网数据同步等功能。 |
丰富的模块化扩展功能 |
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1.5．矿用机车运输监控系统系统结构
本系统上位机软件采用B/S构架，可以实现多WEB客户端应用。硬件采用CAN总线和以太网作为传输层进行通信，现场CAN总线连接的所有无线基站（无线网关）到CAN-以太网网关，然后接入上位机所在的工业以太网。其他所有现场设备都是通过无线自组织网络和无线基站通信。车载机作为移动设备可以快速在无线基站间数据漫游。现场道岔控制器和信号灯等非移动设备都可以作为无线路由中继对无线数据进行路由，大量减少了设备使用量，减少了用户投资。网络结构见下图：
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