基于人员定位的运输计量研究

廖华，陈汝秀

（1.湖南柿竹园有色金属有限责任公司，湖南郴州423037；2.长沙矿山研究院，湖南长沙410012）

基于人员定位的运输计量研究

廖华1，陈汝秀2

（1.湖南柿竹园有色金属有限责任公司，湖南郴州423037；2.长沙矿山研究院，湖南长沙410012）

针对地下金属矿山生产中无轨运输以车辆为单位的计量系统，为提高矿山生产的自动化水平和计量的准确性，以及减少系统的资金投入，采用基于地下矿山人员定位管理系统的数据共享和车辆料位检测相结合的方法，在运输车辆上安装定位识别卡，在运输车辆所走的路径上依次触发人员定位基站（读卡器），数据上传到服务器并保存在数据库中；依据数字矿山信息资源共享的原则，运输计量系统主计算机读取出与运输车辆计量关有的数据，结合自动化领域中的组态软件进行编程处理位置、料位、时间等数据，实现运输车辆的自动计量和生成相应的报表。该系统在柿竹园矿投入使用，性能稳定，成本低下，适合在同类钨矿中推广使用。

人员定位；组态软件；运输计量；数据共享；井下运输；粗略计量

0 引言

地下矿石生产是矿山生产经营重要的组成部分，矿石的统计关系到企业成本和个人业绩的考核，是计量部门重要内容。矿石采掘后的运输计量，现行的方法主要有三种：第一是最原始的人工计量方法；第二是采用车辆牌照自动识别法；第三是专用的过衡精细计量。人工计量法是需要派遣专员进行现场计量，不但辛苦危险而且不经济，但可靠，还是目前主流的计量方式，大部分矿山企业还在使用这种方式。车辆牌照识别法及其结合过衡设备组成的精细计量系统是计算机软件水平长足发展后的一个应用，21世纪初武汉理工大学做了这方面的研究：关于图像识别车牌号和显示的软件技术[1]；还有其他一些关于井下运输计量系统动态过衡和显示专利[2]。近些年车牌识别系统（Vehicle License Plate Recognition，VLPR）发展迅速，在城市交通、高速路管理监控、停车场管理、车辆进出自动管理系统中成熟应用[3]；但是这些是建立在动态视频序列或静态图像分析处理的基础上，对现场环境条件要求也较高。由于地下矿山环境恶劣，粉尘大、照度低等条件的限制，车牌自动识别技术在实际矿山井下的应用的并不多见；过衡精细计量主要适用于皮带运输（皮带秤）；还有在铲车臂上安装传感器的计量方法，但实际应用中也不多见。

运输计量系统基于地下矿山六大系统中的人员定位系统的功能和特点，采用非接触式的定位和物位检测技术，在运输车辆上安装定位识别卡和利用巷道内安装完成的人员定位基站，在数据资源共享的基础上，从井下人员定位管理系统的数据库中读取运输车辆时间位置和物位的相关数据，并经过软件处理自动进行车辆的统计分析，得出运输计量报表。该系统克服了粉尘大、照度低的条件限制，成功应用在湖南省柿竹园有色金属有限责任公司的490多金属采场中，系统为钨矿及其他金属矿山企业的井下计量提供了低成本的车辆管理和计量的新方法。

1 井下运输车辆计量系统原理

井下运输车辆计量系统的研究是结合湖南省柿竹园有色金属有限责任公司490多金属采矿场的实际案例进行介绍。刘宏发等对井下矿石的精细计量即在铲车臂上安装传感器的方式有过相关研究[4]，但由于地下矿山环境和其他原因，没有大量推广。

1.1 工区概况

柿竹园多金属采矿场历史悠久，地下矿石采用铲运机和汽车配合出矿，主要出矿场在385、470和490分层。新建选厂位于出矿场边上，略低于490分层，出矿巷道在518分层。出矿路经由上部生产矿石通过490、483溜井到达470分层，再以汽车从470分层下矿经518分层运输巷道出矿。

柿竹园多金属采矿场于2012年按照相关部门的要求和国家现行规范[5]建设了人员定位系统，在各中段的主巷道上布置了人员定位子网，该系统集成了监测监控系统。分站类别分为普通读取识别卡功能的基站和带模拟量输入的多功能基站两大类型。多功能基站主要用于有毒有害气体监测，风速、风压、设备运行状况的监测以及具备普通分站的功能；分站之间采用以太网连接，数据按TCP/IP方式传输，各中段组成子网，每个分站固定IP地址，分站与识别卡之间采用非接触式的无线射频识别技术读取，距离大于10 m。

1.2 运输计量系统原理

井下矿石运输计量系统是基于人员定位（集成监测监控系统）系统设备和管理软件，合理选择计量检测所需的物位传感器[6]，用于运输计量。硬件组成如图1所示。在井下矿石存仓处到选厂进其中临近选厂进料口的基站B3和回车巷道内基站B4为多功能基站；S1、S2为超声波物位监测传感器，用于检测运输车辆是否装矿石，作为计量的重要参数。

该运输计量系统仅需要在人员定位系统的基础上增加：地表计算机一台，超声波传感器若干，以及识别卡若干；其他设备可利用人员定位系统设备。原理如下：矿石运输车C1沿规定路径行进，其所处位置和车辆物位高度依次被基站检测、记录，并上传到地表人员定位管理系统服务器主机的数据库中；运输计量系统计算机PC通过访问定位系统数据库，实时读取运输车C1的位置和物位等数据，通过计量软件分析处理，自动计量和生成报表。

系统计量软件处理流程是：在规定的运输路径上车辆位置和物位依次触发计量程序，如图2计量流程。

图1 运输计量系统硬件组成Fig.1Hardware components for the transport metering system

图2 计量流程图Fig.2Metering flow chart

料口的运输巷道上布置多个基站B1、B2、B3，B4，从矿石存仓B1处沿出矿巷道出发，车辆行至卸料口附近B3，同时物位传感器S1检测到车辆装满了货物，卸料完成后沿回车巷道，达到位置B4位置，同时物位传感器S2检测到车辆为空，如此完成一次计量。B1、B3、S1、S2、B4需要依时间和位置顺序触发为运输1次的计量。时间或位置的顺序发生错误都不能算1次的计量。这种时序、位置控制方式是工控领域常用的方法，故采用组态软件[7]进行编程更符合实际。

组态软件的功能十分丰富，通信协议有多种类别，还可在界面的任意位置加入视频监控画面。在矿山中还常作为通风或排水等监控人机软件。

2 柿竹园518巷道运输计量系统的建设

柿竹园470中段的出矿通道是沿出矿斜坡道向上到490中段，从490运输斜坡道的十字交叉口到518出矿巷道出口为一约180 m的直线巷道（该巷道为出、返共用巷道），其出口为选矿厂的进料口。

由于柿竹园518出矿巷道的特殊性，仅选择在518出矿巷道内选择人员定位多功能基站B1和安装物位传感器S1个作为运输计量的参数，由于矿石在车辆上呈不规则的锥形，车辆行进缓慢（限速20km），检测距离不超过4 m（巷道高度限制），故采用非接触式的超声波测距传感器[8]。系统的计量算法1次为：B1位置，S1物位高，S1物位低，B1位置的时、空顺序。从B1位置到卸料口的距离，车辆行进速度、卸车消耗的时间，规定了S1物位高、低的间隔时间，以提高计量准确度。

为了保证安全和便于管理，根据柿竹园518巷道的特殊性，实际工程中增加了以下调整：巷道内增加了车辆出矿实时显示信息屏，作为在490运输巷道十字路口避让显示功能。当运输车辆在路口发现信息牌显示屏亮，表示该巷道内有运输车辆，需待显示屏熄灭才能依次进入；另外，增加了视频抓拍功能，以此作为运输计量的辅助依据。柿竹园518巷道运输计量系统如图3。

图3518巷道运输计量组成图Fig.3518 transport metering composition diagram

图3 中518巷道运输计量系统新增设备包括IPC井下网络摄像机、S1物位传感器、车辆显示屏、PC为运输计量系统的主计算机和SW2交换机以及部分线缆。原光缆敷设到出矿巷道的人员定位基站B1。运输计量系统主机PC通过实时访问人员定位系统服务器Sever的数据库DB而获取车辆各种数据，通过处理软件完成计量，并把车辆在单向巷道内的信息实时显示。

显示信息屏和视频抓拍控制原理如下：当运输车辆到达518出矿巷道并检测到车辆物位高（即车辆装满矿石）时，显示屏显示该车辆的编号信息在显示屏上，同时触发闪光灯，抓拍运输车辆画面，并保存。当运输车辆卸货完成返回巷道，到达十字路口时，基站B1监测到返回车辆位置，显示屏清零熄灭，接受下一辆车进入爬坡道。

柿竹园518中段运输计量系统建设的现场图片如下图4现场照片：计量画面和显示信息屏。

柿竹园518运输计量系统的参数按照：车辆位置、矿石物位（满）、时间、车辆位置、矿石物位（空）判断外，还有抓拍图片作为查询辅助。并附加车辆显示功能，避免运输车辆在巷道内车堵塞。

图4 柿竹园518中段运输计量系统建设的现场照片Fig.4Scene photos of transportation statistic system construction in Shizhuyuan level 518

3 系统应用和讨论

基于井下人员定位系统的运输计量系统技术是可靠的，但建设的最核心问题是人员定位系统数据库访问权限管理的问题。数据库是每一款软件的核心内容，不仅涉及知识产权更涉及系统的安全问题。

国家提倡数字化矿山建设，其核心意义是资源共享[9]，矿山安全避险六大系统建设也是数字矿山的一部分，数据资源应该开放共享。柿竹园的井下六大系统建设和518巷道运输计量系统的施工者是同一厂商，故很好地解决了数据库资源共享问题。

物位检测是该运输计量系统重要参数，附加上读取的时间值，满车和空车从时空上构成判定一次运输计量的主要依据。物位有车头高度、满矿高度、空车高度和地面高度四种值，满车的高度是有个较大的波动范围（可超60 cm），其他三个值波动范围较小（不超过10 cm）。

时间间隔的设定应与实际的工程位置、环境确定，譬如基站物位传感器安装点到卸料口的距离，坡度大小，运输车辆在巷道内限速值等实际情况设定满车与空车的时间最小间隔。而根据读取的物位确定真正的物位有需要做一些逻辑判断作为软件滤波。物位数据在读取时按照多功能基站对传感器的固定采样频率，该频率也应该根据车辆的行驶速度，车辆长短尺寸来规定矿石装载高度和车辆空载高度等参数并在实际调试中调整，以过滤干扰数据。

该运输计量系统具有低建设成本、高可靠性的特性。

4 结语

通过柿竹园有色金属490多金属采场的518水平运输巷道内安装的井下运输计量系统的建设和验收通过，并投入到实际应用中，从而完全取代传统人工纸质计量的方式。低成本完成计量系统的建设，突显出资源共享的价值和重要性，证明了基于人员定位管理系统的井下运输计量系统研发的成功。

（1）基于井下人员定位的运输计量系统是符合矿山井下生产粗略计量的需求，为钨矿等金属矿山运输计量增添了新的方法。同时也是信息平台与自动控制平台实现数据共享的成果。

（2）人员定位管理系统、监测监控系统等作为数字化、信息化矿山建设的一部分，更应注重资源共享的权限管理建设，为适应大数据的时代潮流，井下六大系统的开发商应开放数据库访问的权限和提供数据的组成格式。

（3）该系统计量的单位是车，不是千克。这还是一套较为粗略的计量方法，不是精细计量，略为不足。但对大部分金属矿山企业的生产运输计量已达到计量需求，性价比较高。

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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

（编辑：刘新敏）

10.3969/j.issn.1009－0622.2017.04.004

2017-05-10

廖华（1987-），男，湖南长沙人，工程师，主要从事矿山企业电子信息系统的研究。