廖華，陳汝秀

（1.湖南柿竹園有色金屬有限責任公司，湖南郴州423037；2.長沙礦山研究院，湖南長沙410012）

基于人員定位的運輸計量研究

廖華1，陳汝秀2

（1.湖南柿竹園有色金屬有限責任公司，湖南郴州423037；2.長沙礦山研究院，湖南長沙410012）

針對地下金屬礦山生產(chǎn)中無軌運輸以車輛為單位的計量系統(tǒng)，為提高礦山生產(chǎn)的自動化水平和計量的準確性，以及減少系統(tǒng)的資金投入，采用基于地下礦山人員定位管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和車輛料位檢測相結合的方法，在運輸車輛上安裝定位識別卡，在運輸車輛所走的路徑上依次觸發(fā)人員定位基站（讀卡器），數(shù)據(jù)上傳到服務器并保存在數(shù)據(jù)庫中；依據(jù)數(shù)字礦山信息資源共享的原則，運輸計量系統(tǒng)主計算機讀取出與運輸車輛計量關有的數(shù)據(jù)，結合自動化領域中的組態(tài)軟件進行編程處理位置、料位、時間等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運輸車輛的自動計量和生成相應的報表。該系統(tǒng)在柿竹園礦投入使用，性能穩(wěn)定，成本低下，適合在同類鎢礦中推廣使用。

人員定位；組態(tài)軟件；運輸計量；數(shù)據(jù)共享；井下運輸；粗略計量

0 引言

地下礦石生產(chǎn)是礦山生產(chǎn)經(jīng)營重要的組成部分，礦石的統(tǒng)計關系到企業(yè)成本和個人業(yè)績的考核，是計量部門重要內容。礦石采掘后的運輸計量，現(xiàn)行的方法主要有三種：第一是最原始的人工計量方法；第二是采用車輛牌照自動識別法；第三是專用的過衡精細計量。人工計量法是需要派遣專員進行現(xiàn)場計量，不但辛苦危險而且不經(jīng)濟，但可靠，還是目前主流的計量方式，大部分礦山企業(yè)還在使用這種方式。車輛牌照識別法及其結合過衡設備組成的精細計量系統(tǒng)是計算機軟件水平長足發(fā)展后的一個應用，21世紀初武漢理工大學做了這方面的研究：關于圖像識別車牌號和顯示的軟件技術[1]；還有其他一些關于井下運輸計量系統(tǒng)動態(tài)過衡和顯示專利[2]。近些年車牌識別系統(tǒng)（Vehicle License Plate Recognition，VLPR）發(fā)展迅速，在城市交通、高速路管理監(jiān)控、停車場管理、車輛進出自動管理系統(tǒng)中成熟應用[3]；但是這些是建立在動態(tài)視頻序列或靜態(tài)圖像分析處理的基礎上，對現(xiàn)場環(huán)境條件要求也較高。由于地下礦山環(huán)境惡劣，粉塵大、照度低等條件的限制，車牌自動識別技術在實際礦山井下的應用的并不多見；過衡精細計量主要適用于皮帶運輸（皮帶秤）；還有在鏟車臂上安裝傳感器的計量方法，但實際應用中也不多見。

運輸計量系統(tǒng)基于地下礦山六大系統(tǒng)中的人員定位系統(tǒng)的功能和特點，采用非接觸式的定位和物位檢測技術，在運輸車輛上安裝定位識別卡和利用巷道內安裝完成的人員定位基站，在數(shù)據(jù)資源共享的基礎上，從井下人員定位管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中讀取運輸車輛時間位置和物位的相關數(shù)據(jù)，并經(jīng)過軟件處理自動進行車輛的統(tǒng)計分析，得出運輸計量報表。該系統(tǒng)克服了粉塵大、照度低的條件限制，成功應用在湖南省柿竹園有色金屬有限責任公司的490多金屬采場中，系統(tǒng)為鎢礦及其他金屬礦山企業(yè)的井下計量提供了低成本的車輛管理和計量的新方法。

1 井下運輸車輛計量系統(tǒng)原理

井下運輸車輛計量系統(tǒng)的研究是結合湖南省柿竹園有色金屬有限責任公司490多金屬采礦場的實際案例進行介紹。劉宏發(fā)等對井下礦石的精細計量即在鏟車臂上安裝傳感器的方式有過相關研究[4]，但由于地下礦山環(huán)境和其他原因，沒有大量推廣。

1.1 工區(qū)概況

柿竹園多金屬采礦場歷史悠久，地下礦石采用鏟運機和汽車配合出礦，主要出礦場在385、470和490分層。新建選廠位于出礦場邊上，略低于490分層，出礦巷道在518分層。出礦路經(jīng)由上部生產(chǎn)礦石通過490、483溜井到達470分層，再以汽車從470分層下礦經(jīng)518分層運輸巷道出礦。

柿竹園多金屬采礦場于2012年按照相關部門的要求和國家現(xiàn)行規(guī)范[5]建設了人員定位系統(tǒng)，在各中段的主巷道上布置了人員定位子網(wǎng)，該系統(tǒng)集成了監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。分站類別分為普通讀取識別卡功能的基站和帶模擬量輸入的多功能基站兩大類型。多功能基站主要用于有毒有害氣體監(jiān)測，風速、風壓、設備運行狀況的監(jiān)測以及具備普通分站的功能；分站之間采用以太網(wǎng)連接，數(shù)據(jù)按TCP/IP方式傳輸，各中段組成子網(wǎng)，每個分站固定IP地址，分站與識別卡之間采用非接觸式的無線射頻識別技術讀取，距離大于10 m。

1.2 運輸計量系統(tǒng)原理

井下礦石運輸計量系統(tǒng)是基于人員定位（集成監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)）系統(tǒng)設備和管理軟件，合理選擇計量檢測所需的物位傳感器[6]，用于運輸計量。硬件組成如圖1所示。在井下礦石存?zhèn)}處到選廠進其中臨近選廠進料口的基站B3和回車巷道內基站B4為多功能基站；S1、S2為超聲波物位監(jiān)測傳感器，用于檢測運輸車輛是否裝礦石，作為計量的重要參數(shù)。

該運輸計量系統(tǒng)僅需要在人員定位系統(tǒng)的基礎上增加：地表計算機一臺，超聲波傳感器若干，以及識別卡若干；其他設備可利用人員定位系統(tǒng)設備。原理如下：礦石運輸車C1沿規(guī)定路徑行進，其所處位置和車輛物位高度依次被基站檢測、記錄，并上傳到地表人員定位管理系統(tǒng)服務器主機的數(shù)據(jù)庫中；運輸計量系統(tǒng)計算機PC通過訪問定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實時讀取運輸車C1的位置和物位等數(shù)據(jù)，通過計量軟件分析處理，自動計量和生成報表。

系統(tǒng)計量軟件處理流程是：在規(guī)定的運輸路徑上車輛位置和物位依次觸發(fā)計量程序，如圖2計量流程。

圖1 運輸計量系統(tǒng)硬件組成Fig.1Hardware components for the transport metering system

圖2 計量流程圖Fig.2Metering flow chart

料口的運輸巷道上布置多個基站B1、B2、B3，B4，從礦石存?zhèn)}B1處沿出礦巷道出發(fā)，車輛行至卸料口附近B3，同時物位傳感器S1檢測到車輛裝滿了貨物，卸料完成后沿回車巷道，達到位置B4位置，同時物位傳感器S2檢測到車輛為空，如此完成一次計量。B1、B3、S1、S2、B4需要依時間和位置順序觸發(fā)為運輸1次的計量。時間或位置的順序發(fā)生錯誤都不能算1次的計量。這種時序、位置控制方式是工控領域常用的方法，故采用組態(tài)軟件[7]進行編程更符合實際。

組態(tài)軟件的功能十分豐富，通信協(xié)議有多種類別，還可在界面的任意位置加入視頻監(jiān)控畫面。在礦山中還常作為通風或排水等監(jiān)控人機軟件。

2 柿竹園518巷道運輸計量系統(tǒng)的建設

柿竹園470中段的出礦通道是沿出礦斜坡道向上到490中段，從490運輸斜坡道的十字交叉口到518出礦巷道出口為一約180 m的直線巷道（該巷道為出、返共用巷道），其出口為選礦廠的進料口。

由于柿竹園518出礦巷道的特殊性，僅選擇在518出礦巷道內選擇人員定位多功能基站B1和安裝物位傳感器S1個作為運輸計量的參數(shù)，由于礦石在車輛上呈不規(guī)則的錐形，車輛行進緩慢（限速20km），檢測距離不超過4 m（巷道高度限制），故采用非接觸式的超聲波測距傳感器[8]。系統(tǒng)的計量算法1次為：B1位置，S1物位高，S1物位低，B1位置的時、空順序。從B1位置到卸料口的距離，車輛行進速度、卸車消耗的時間，規(guī)定了S1物位高、低的間隔時間，以提高計量準確度。

為了保證安全和便于管理，根據(jù)柿竹園518巷道的特殊性，實際工程中增加了以下調整：巷道內增加了車輛出礦實時顯示信息屏，作為在490運輸巷道十字路口避讓顯示功能。當運輸車輛在路口發(fā)現(xiàn)信息牌顯示屏亮，表示該巷道內有運輸車輛，需待顯示屏熄滅才能依次進入；另外，增加了視頻抓拍功能，以此作為運輸計量的輔助依據(jù)。柿竹園518巷道運輸計量系統(tǒng)如圖3。

圖3518巷道運輸計量組成圖Fig.3518 transport metering composition diagram

圖3 中518巷道運輸計量系統(tǒng)新增設備包括IPC井下網(wǎng)絡攝像機、S1物位傳感器、車輛顯示屏、PC為運輸計量系統(tǒng)的主計算機和SW2交換機以及部分線纜。原光纜敷設到出礦巷道的人員定位基站B1。運輸計量系統(tǒng)主機PC通過實時訪問人員定位系統(tǒng)服務器Sever的數(shù)據(jù)庫DB而獲取車輛各種數(shù)據(jù)，通過處理軟件完成計量，并把車輛在單向巷道內的信息實時顯示。

顯示信息屏和視頻抓拍控制原理如下：當運輸車輛到達518出礦巷道并檢測到車輛物位高（即車輛裝滿礦石）時，顯示屏顯示該車輛的編號信息在顯示屏上，同時觸發(fā)閃光燈，抓拍運輸車輛畫面，并保存。當運輸車輛卸貨完成返回巷道，到達十字路口時，基站B1監(jiān)測到返回車輛位置，顯示屏清零熄滅，接受下一輛車進入爬坡道。

柿竹園518中段運輸計量系統(tǒng)建設的現(xiàn)場圖片如下圖4現(xiàn)場照片：計量畫面和顯示信息屏。

柿竹園518運輸計量系統(tǒng)的參數(shù)按照：車輛位置、礦石物位（滿）、時間、車輛位置、礦石物位（空）判斷外，還有抓拍圖片作為查詢輔助。并附加車輛顯示功能，避免運輸車輛在巷道內車堵塞。

圖4 柿竹園518中段運輸計量系統(tǒng)建設的現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.4Scene photos of transportation statistic system construction in Shizhuyuan level 518

3 系統(tǒng)應用和討論

基于井下人員定位系統(tǒng)的運輸計量系統(tǒng)技術是可靠的，但建設的最核心問題是人員定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫訪問權限管理的問題。數(shù)據(jù)庫是每一款軟件的核心內容，不僅涉及知識產(chǎn)權更涉及系統(tǒng)的安全問題。

國家提倡數(shù)字化礦山建設，其核心意義是資源共享[9]，礦山安全避險六大系統(tǒng)建設也是數(shù)字礦山的一部分，數(shù)據(jù)資源應該開放共享。柿竹園的井下六大系統(tǒng)建設和518巷道運輸計量系統(tǒng)的施工者是同一廠商，故很好地解決了數(shù)據(jù)庫資源共享問題。

物位檢測是該運輸計量系統(tǒng)重要參數(shù)，附加上讀取的時間值，滿車和空車從時空上構成判定一次運輸計量的主要依據(jù)。物位有車頭高度、滿礦高度、空車高度和地面高度四種值，滿車的高度是有個較大的波動范圍（可超60 cm），其他三個值波動范圍較?。ú怀^10 cm）。

時間間隔的設定應與實際的工程位置、環(huán)境確定，譬如基站物位傳感器安裝點到卸料口的距離，坡度大小，運輸車輛在巷道內限速值等實際情況設定滿車與空車的時間最小間隔。而根據(jù)讀取的物位確定真正的物位有需要做一些邏輯判斷作為軟件濾波。物位數(shù)據(jù)在讀取時按照多功能基站對傳感器的固定采樣頻率，該頻率也應該根據(jù)車輛的行駛速度，車輛長短尺寸來規(guī)定礦石裝載高度和車輛空載高度等參數(shù)并在實際調試中調整，以過濾干擾數(shù)據(jù)。

該運輸計量系統(tǒng)具有低建設成本、高可靠性的特性。

4 結語

通過柿竹園有色金屬490多金屬采場的518水平運輸巷道內安裝的井下運輸計量系統(tǒng)的建設和驗收通過，并投入到實際應用中，從而完全取代傳統(tǒng)人工紙質計量的方式。低成本完成計量系統(tǒng)的建設，突顯出資源共享的價值和重要性，證明了基于人員定位管理系統(tǒng)的井下運輸計量系統(tǒng)研發(fā)的成功。

（1）基于井下人員定位的運輸計量系統(tǒng)是符合礦山井下生產(chǎn)粗略計量的需求，為鎢礦等金屬礦山運輸計量增添了新的方法。同時也是信息平臺與自動控制平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的成果。

（2）人員定位管理系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)等作為數(shù)字化、信息化礦山建設的一部分，更應注重資源共享的權限管理建設，為適應大數(shù)據(jù)的時代潮流，井下六大系統(tǒng)的開發(fā)商應開放數(shù)據(jù)庫訪問的權限和提供數(shù)據(jù)的組成格式。

（3）該系統(tǒng)計量的單位是車，不是千克。這還是一套較為粗略的計量方法，不是精細計量，略為不足。但對大部分金屬礦山企業(yè)的生產(chǎn)運輸計量已達到計量需求，性價比較高。

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On the Transportation Vehicle Count based on Personnel Regional Positioning

LIAO Hua1,CHEN Ruxiu2
(1.Hunan Shizhuyuan Nonferrous Metals Co.,Ltd.,Chenzhou 330001,Hunan,China;2.Hunan Nonferrous Heavy Machinery Co.,Ltd.,Changsha 330001, Hunan,China)

The purpose of the study is to improve the automation level and measurement accuracy of mine production, as well as to reduce the system's capital investment by combining data sharing and vehicle level detection on the basis of underground mine personnel location management system.In light of the fact that the trackless transport of underground metal mine production applies vehicle as a unit of measurement system,identification cards were installed in the transport vehicles.Personnel positioning base station(card reader)were then triggered in the path of the transport vehicles.The data was uploaded to the server and saved in the database.According to the principle of digital mine information resource sharing,the main computer of the transportation metering system reads out the data related to the measurement of the transportation vehicle,and uses the configuration software in the field of automation to program the processing position,material level and time data to realize the automatic measure and generate the corresponding report.The system has been put into use in Shizhuyuan Mine.For its advantages of stable performance and low cost,it is suitable to be promoted in the underground railless transport.

personnel regional positioning;SCADA;transport vehicle count;data sharing;underground transportation; rough measurement

TF321.2；TF652

A

（編輯：劉新敏）

10.3969/j.issn.1009－0622.2017.04.004

2017-05-10

廖華（1987-），男，湖南長沙人，工程師，主要從事礦山企業(yè)電子信息系統(tǒng)的研究。