一种基于RFID技术的矿井辅助运输智能管理平台的制作方法

一种基于rfid技术的矿井辅助运输智能管理平台
技术领域
1.本发明涉及一种rfid无线射频识别技术领域，属于煤炭企业智能仓储管理、物料辅助运输及全矿井通信网络布置相结合的发明应用领域，更具体地说是一种自动识别物料信息、实现物料动态编码，由平台、手持终端、固定读写器三位一体构成的矿井物料管理及辅助运输可视化追踪的智能管理平台。


背景技术：

2.矿井物料放置环境较为混乱，出入库信息登记操作不规范，一物多码、仓储信息数据管理混乱。在复杂地质条件下，矿区地质构造异常复杂，巷道围岩多为复合型软岩，顶板容易破碎脱落、底板鼓起严重，巷道坡度变化较大，变坡、拐弯多，井下辅助运输物料种类繁杂、需求点较多，涉及到许多风门、道岔以及多种辅助运输设备相互转载相互协作，才能完成物料的辅助运输全程。
3.传统的辅助运输转载过程较为复杂，涉及到井底车场的绞车转电机车，上部车场的电机车转单轨吊运输车，传统的转载需要当车辆到达时，运输人员停下，再由转载人员进行物料转载，经过风门、道岔时，运输人员手动开启风门或拨岔，不仅存在安全隐患，而且效率低下，严重制约着辅助运输的发展，是亟需解决的重点。
4.煤炭采区多处于偏僻地区，辅助运输巷道蜿蜒曲折，电磁信号无法穿透煤层实现全矿井覆盖，电磁信号传输损耗大，使得井上井下通信不畅，系统数据不能及时更新，辅助运输车辆的位置信息与标准容器内物料信息无法传输到管理平台，对于临时急需的物资很难实现应急调度，缺乏对矿井物料辅助运输的可视化追踪。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是设计一种基于rfid技术的矿井辅助运输智能管理平台。基于b/s架构，以j2ee为开发平台，设计并开发辅助运输智能管理平台，借助rfid无线射频识别技术优势，对矿井物料信息进行标签化，通过布置在辅助运输重要节点处的读写器检测到标准容器上有源标签所发出的射频信号，由井下通信基站将解调信号传输到服务器中，通过后台程序对信号进行分析，运用landmarc算法进行处理，获取物料的实时位置信息。通过构建矿井物料、设备编码体系，以标准容器为载体，搭建数据库与有源标签建立动态关联，实现动态编码，通过unity3d三维软件对转载场景建模，运用gis地图追踪技术，再结合矿井通信的巷道补盲方案，实现全矿井煤矿辅助运输的智能管理与可视化追踪。
6.针对矿井物料辅助运输多种类、多目标、多需求、多种运输设备接力以及矿井物料信息管理不标准、不规范问题，将互联网与智慧化矿山建设相结合，借助强大的计算机网络技术，编写软件平台，选用rfid终端设备，为系统的实现提供强大的技术与硬件支持，建立管理与控制平台，进一步提升开发性与实用性。
7.一种基于rfid技术的矿井辅助运输智能管理平台，包括煤炭企业物流仓储管理和辅助运输可视化追踪：
8.所述复杂地质条件是指矿区地质构造异常复杂，巷道围岩多为复合型软岩，顶板容易破碎脱落、底板鼓起严重，辅助运输巷道断面可达10
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15平方米，采煤工作面推进长度较短，巷道坡度变化较大，变坡、拐弯多，单一运输运输车辆无法满足运输要求，全过程需要绞车、电机车、单轨吊多种运输设备接力运输；
9.所述管理平台设置企业资源管理系统(erp)接口，将物料采购、出入库信息、缺口及管理信息采集到的数据传送到相应的系统处理层；
10.所述数据库由静态数据与动态数据构成，静态数据代表了客观条件下事物所处的状态，动态数据代表着某一事物随时间变化而变化的状态；
11.所述辅助运输卸载点工人通过手持终端快速检测标准容器内的物料信息，并对错放、遗漏信息及时反馈到调度平台；
12.所述一级标签采用无源标签，将物料出入库、盘点、仓储位置信息，核对无误后写入rfid无源标签，形成物料信息标签化，用于物料信息管理；
13.所述二级标签采用有源标签，发射射频信号，采用定位算法进行优化定位解析，用于实时位置追踪；
14.所述辅助运输巷道选用自动化风门、道岔，当物料即将到达时，可以接收到管理平台的指令，控制风门开闭或道岔摆动；
15.所述辅助运输标准容器内放置多种物料，将物料信息构建数据库，并与有源标签建立动态关联，当物料标准容器内物料信息变化时，上位机可以实时显示；
16.所述系统选型的本安型千兆智能接入网关以光缆接入到井下万兆环网交换机，支持以链型、环型、树型网络结构分布在井下主要巷道；
17.所述平台设置了supermap、unity3d 3d引擎对运输场景进行渲染建模，更加真实的展示辅助运输场景，实时显示物料位置画面；
18.所述rfid射频标签采用有源标签和无源标签相结合方式，采用带有rs232/485通讯接口或wg26/34通讯协议的读写器，将物料信息写入无源标签，将位置信息写入有源标签，通过搭配相应的手持终端，完成卸载点工人的物料标记、盘点操作；
19.所述rfid有源标签基于信号强度信息(rssi)进行信号追踪，通过读写器接收的信号传输功率，采用优化的landmarc算法，再结合弗莱斯(friis)传输公式进行计算，从而获得标准容器的位置信息；
20.所述rfid装置布置在“装
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转
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卸”重要节点处，由rfid数据采集设备及中间件采集信号上传到数据处理平台进行分析与处理，实时反应标准容器内物料的状态变化并及时更新数据库信息，进而实现物料系统管理及rfid设备的监控管理；
21.所述矿井通信信号盲区问题是由于煤矿井下巷道分布复杂，电磁信号无法穿透煤层实现全矿井覆盖，而且煤矿井下巷道长短不一，加之电磁信号传输损耗大，存在多径衰落，因此煤矿井下每个基站覆盖的范围非常有限，矿井通信存在盲区；
22.所述系统可视化追踪由布置在重要节点处的rfid阅读器、物料管理平台、手持终端三位一体，构建了一套完整信息采集、物料追踪体系；
23.所述管理平台与辅助运输车辆建立信号传输接口，通过软硬件结合，平台可以及时准确的提取状态数据，接受和下发控制命令；
24.所述矿井辅助运输过程中需要“地对地”转载，其包含矿用led显示屏、语音报警装置、固定阻车装置、单轨转载机器人、电机车运输机器人、平板车列设备装置，各种装置之间皆可以通过井下基站与管理平台进行通信；
25.所述矿井辅助运输涉及到“地对空”转载，包含矿用led屏、固定阻车装置、自动化道岔、单轨吊运输机器人、rfid读写器设备装置，其中自动化道岔可以接收管理平台调度指令，当电机车到达待定位置时，可以触发指令，完成拨岔；
26.所述信号盲区问题是由于煤矿井下巷道分布复杂，电磁信号无法穿透煤层实现全矿井覆盖，而且煤矿井下巷道长短不一，加之电磁信号传输损耗大，存在多径衰落，因此煤矿井下每个基站覆盖的范围非常有限，矿井通信存在盲区；
27.所述矿井设备包括辅助运输车辆、风门道岔控制器、电子显示屏、红绿灯、语音提示系统，管理平台根据对rfid位置数据的解析与计算，实时掌握物料运输位置信息，通过不同的接口协议控制或提醒井下各设备准备状态，实现辅助运输的现代化、智能化控制；
28.所述辅助运输自动化监控装置出现故障时，可有管理平台系统的故障警报处理包括rfid阅读器报警查询、物料库异常查询、车辆报警查询界面，在主页面选择相应按钮进入对应界面，显示阅读器序号、虚拟位置代号、是否故障以及故障自诊断功能，如遇到重大故障，可由辅助运输人员按下紧急报警按钮；
29.所述风门、道岔控制器包括主控单元、伺服电机、伺服液压机构、信号显示与传输系统，物料管理平台通过解析有源标签，获取物料位置信息，通过a/d转换将信号传递给风门、道岔控制器的主控单元，主控单元按照调度指令控制风门开闭或道岔拨岔，实现风门、道岔的自动化工作，保证辅助运输顺利运行。
30.本发明的有益效果：
31.本发明借助rfid无线射频识别技术，基于b/s架构，设计并开发了辅助运输管理平台。搭建矿用物料三级编码体系，构建数据库与标准容器建立动态关联，通过固定在不同位置处的rfid读写器实时读取射频标签信息，由矿井通信基站将信号经过基带处理单元进行解调、处理，再由landmarc定位算法进行位置分析与计算，实现矿井物料动态编码与辅助运输的可视化监控。通过提出的三种无线补盲技术方案，彻底解决井下可能存在的盲区问题，保证了全矿井网络通信的顺畅，通过对辅助运输全过程涉及的转载、风门、道岔进行流程化、规范化操作，将物料信息进行标签化，通过手持终端与管理平台建立联系，实时掌握物料信息，提高了辅助运输机械化、智能化、标准化程度，大大地降低了成本，提高了工作的可靠性，高效安全，省时省力。
附图说明
32.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
33.图1是本发明智能管理平台物料管理平台功能架构图；
34.图2是rfid动态可视化追踪原理图；
35.图3是系统软件流程图；
36.图4是本发明物料辅助运输可视化监控的流程图；
37.图5是井底车场“地对地”转载流程图；
38.图6是上部车场“地对空”转载流程图；
39.图7是卸载点物料审核流程图；
40.图8是矿井通信网络拓扑图；
41.图9是无线通信补盲方案。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，本文中提到“地对地”、“地对空”转载术语表述辅助运输设备的转载过程，但这些设备、部件、元素不应当受这些属于限制，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
43.一种基于rfid技术的矿井辅助运输智能管理平台包括矿井物料动态编码与辅助运输可视化追踪：
44.如图1所示，所述矿井物料智能管理平台主要分为物料管理系统、rfid管理系统、物料调度系统三大模块，其中物料管理系统模块主要有入库、出库、转仓、盘点功能，rfid管理系统模块主要有动态编码、实时定位、信息读写功能，物料调度系统模块主要有车辆识别、车物信息协同、运输路径规划功能。
45.所述矿井物料管理平台与风门、道岔控制器之间通过接口协议进行数据的传输、分析、处理与控制功能，实现数据的实时复杂交互与边缘计算，通过给不同工作人员分配不同的功能权限，针对不同的请求，脚本组件生成相应的sql server脚本，由核心数据处理器进行分析处理，实现物料辅助运输的智能决策。
46.所述矿井物料智能管理平台的物料管理系统模块采用sql server数据库技术，主要包括物料出入库信息存储、物料盘仓信息存储、物资溯源厂商信息存储、人员信息存储、用户信息存储、调度信息存储。可以对所有存储好的数据进行增删改操作，通过后台设计开发，调用本地服务器，在登录界面注册账号和对物料人员进行调度时可以在数据库中进行同步更新，通过软、硬件运行脚本命令，维护数据的正常功能。
47.所述物料管理平台根据不同人员的工作需求，配置不同的登陆权限，仓管人员及辅助运输人员通过配置手持终端进行相应操作，如调度平台监管员：分配菜单、角色、权限、用户登录、实时信号采集、应急响应，地面广场工作人员：分配分配菜单、物料信息管理、rfid标签管理、用户、角色，卸载点工作人员：分配菜单、用户、物料信息管理。
48.如图2所示，矿井物料辅助运输可视化追踪需要在物料出库口、地面工业广场、井底车场、风门、道岔、上部车场以及物料各需求点关键节点处布置rfid读写设备，各关键节点处的rfid读写器可以采集到辅助运输车列的标签信息，通过rfid数据采集设备上传到动态编码及数据处理平台进行射频信号的解调与处理，将处理过的信号在调度平台上显示，实现物料辅助运输的可视化追踪。
49.所述rfid固定读写器主要用来接收和发射射频信号，由射频信号解调及数据传输协议组成，读写器与射频标签结合，基于tcp/ip协议，采用rs232或485通讯接口以及4g或wifi6连接方式，构建矿井物料的智能物联网的物理架构，以数据包为基本单元，应用云计算与b/s架构，缓存信息连接检测器，筛选过滤标签信息。
50.如图3所示，当读写器检测到射频标签时，读写器需要包括开启rfid thread线程、开启有源2.4ghz线程、物料信息在线检测和解析串口数据四大流程，实现rfid通信信号接收和相关数据发送。开启有源2.4ghz线程主要指字符格式、帧结构和时序信息初始化，允许多标签进入读写器范围，并从中进行合理选择。物料信息在线检测主要指选择20ms为一个循环对通过读写器的有源标签进行实时检测，并对采集到的标签信息进行预处理。解析串口数据主要指通过微处理器对阅读器采集到的数据进行解码，判断标签信息与协同车辆是否一致，通过管理平台显示物料位置信息。
51.所述rfid读写器检测到有源标签信息，通过landmarc优化算法进行位置信息计算，判断辅助运输车辆位置信息，若判断车辆未到风门/道岔，则辅助运输车辆继续前进，若判断已到达，则物料管理平台提前通过控制器开启风门/拨岔，保证辅助运输车辆的顺利、高效通过。
52.如图4所示，所述煤矿井下辅助运输由物料管理平台在汇总井下各卸载点的物料需求信息后，派发调度指令，地面工业广场人员按照调度清单将仓库内的物料运送到地面工业广场堆料区，具体包括以下步骤：
53.步骤一：物料管理平台汇总井下各需求点物料信息，再根据物料信息特点分配相应的标准容器，将辅助运输物料调度清单分配到相应工作人员的手持终端上；
54.步骤二：仓储工作人员根据调度清单挑选相应的物料，通过地面输运车辆将物料运送到采区地面工业广场，地面工业广场调度人员对物料rfid标签信息进行审核；
55.步骤三：采区调度室根据调度清单将物料搬运到龙门吊下，龙门吊按照物料配送清单将物料放入标准容器内，智能装载系统根据调度指令抓取相应的标准容器，并装载到绞车上；
56.步骤四：解除绞车车列的阻车装置，由地面工业广场的转载机器人推动绞车与提升机的勾头车相连，确认相连后，自动脱掉转载机器人；
57.步骤五：通过副井口，经过一坡三挡装置后，通过landmarc优化算法进行位置信息计算，当运输车列靠近坡地停车点时，管理平台通过led显示屏或者语音警报器提示即将到达的车辆、批次信息，提醒转载点工人做好准备，并调度单轨转载机器人到达指定位置等待；
58.步骤六：判断辅助运输绞车位置信息，若判断车辆未到达坡地停车点，则继续运行，若判断已经到达坡地停车点，如图5所示，进行井底车场“地对地”转载，启动阻车装置，固定运输车列不溜坡，单轨转载机器人开始搬运标准容器到车列上，重复抓取操作将标准容器；
59.步骤七：完成转载后，单轨转载机器人脱离，电机车运输机器人按照调度指令自动与运输车列相连，固定阻车装置关闭，电机车运输机器人开始运行；
60.步骤八：电机车在巷道中运输，通过布置在重要节点处读写器采集的射频信号进行landmarc优化算法处理，获得车列运输的位置信息，当运输车列靠近上部车场的电机车掉头车场时，管理平台通过led显示屏或者语音警报器提示即将到达的车辆、批次信息；
61.步骤九：通过服务器进行定位计算，判断电机车位置信息，若判断车辆未到达上部车场，则辅助运输车辆继续前进，若判断靠近上部车场，则如图6所示，进行上部车场“地对空”转载，通过矿用led屏幕或矿用语音报警提示即将到达的车辆、批次信息，管理平台提前
调度转载机器人准备转载；
62.步骤十：管理平台启动阻车装置，防止运输车列溜车，电机车运输机器人自动脱钩，经过掉头车场的自动化道岔，运行到车列后方，并于车列连接，关闭阻车装置，电机车推动车列前进到达上部车场的“待驶入”位置，电机车脱掉车列；
63.步骤十一：管理平台调度单轨吊运输机器人到达车列上方，转载机器人抓取标准容器放置在单轨吊运输机器人上，重复抓取操作，完成转载后，单轨吊运输机器人运行；
64.步骤十二：如图7所示，卸载点物料审核流程图，当物料到达卸载点时，脱落相应的标准容器，卸载点工人按照调度清单核对物料信息，通过手持终端自动扫描rfid无源标签，在操作界面上进行信息管理，勾选损坏或者遗漏的物料信息并上传到管理平台；
65.步骤十三：若有废料需要运送回地面的，工人可以通过手持终端勾选需要相应的废料信息上传到平台，完成卸载点物料信息管理，上述过程即为辅助运输全过程。
66.如图8所示，矿井“一张网”通信包括通信基站、智能手机、核心交换机、风门、道岔控制器、led显示屏设备，为实现井上井下网络通信，保证管理平台对井下设备的控制和rfid定位算法处理，融合矿井“一张网”通信和rfid读写器采集标签信息特点，搭建矿井辅助运输通信网络，rfid读写器在检测到有源标签信息后，直接通过布置在井下的基站将信息传输到主服务器中进行数据处理，提高矿井信号处理效率。
67.所述通信基站采用在井下部署一种本安型千兆智能接入网关，按照600米距离进行部署设计，通过千兆光口与万兆环网交换机千兆接口对接，以千兆分支覆盖矿井所有区域，具有环网冗余及wlan管理功能。
68.所述通信基站提供百兆光电接口、can总线接口、i/o接口、4g无线接入、wifi无线接入，同时具有人
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车
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物精准定位感知模块，环境感知接入模块及信号控制模块，搭建物料管理与辅助运输智能传输网和万物感知网。
69.如图9所示，为了保证煤矿井下可靠有效的通信，对矿井无线通信系统网络通信盲区问题，提出了三种补盲方案：
70.方案1：对于常见场景的巷道补盲问题，釆用多基站的组网方式扩大井下无线信号覆盖范围，采用多基站的组网方式不但可以保证煤矿井下的信号覆盖，消除通信盲区，而且还可以降低多径衰落的影响，提高通信质量，因此必须在矿井的各个巷道内设置基站，消除无线通信的盲区，从而实现煤矿井下无线信号的覆盖；
71.方案2：对于无法连接到骨干网络情况时，采用无线中继补盲技术，利用ap的无线接力功能，将无线信号从一个中继点接力传递到下一个中继点，并形成新的无线覆盖区域，从而构成多个无线中继覆盖点接力模式，最终达到延伸无线网络的覆盖范围的目的；
72.方案3：对于狭小巷道弯曲造成的信号盲区问题，采用泄露通信补盲技术，采用大量的双向中继器，中继器的串入增加了漏泄通信系统的功能模块,可解决井下受巷道形状﹑截面、分支、拐弯、倾斜和巷道围岩介质外界环境影响造成的信号盲区问题,信道传输较稳定。
73.具体地，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的同要件的含义和范围内
的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
74.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。