海底矿山深部无轨运输指挥控制系统及控制方法

摘要

本发明公开了一种海底矿山深部无轨运输指挥控制系统及控制方法。系统包括服务器，还包括若干设置在井下的基站，各基站分别通过通讯连接部件与所述服务器相连接；还包括若干设置在井下的信号灯；还包括安装在运输车辆上的车载控制台；所述信号灯和车载控制台均通过基站与服务器通讯；所述服务器接收车载控制台的行车动态信息，经过数据处理和逻辑判定后得到控制指令，并将控制指令发送给车载控制台和信号灯，使井下车辆按信号灯指挥完成运输。本发明避免了运输车辆在多层次运输和立体运输过程中易发生碰头等干涉问题，提高了运输效率，降低了运行成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种海底矿山深部无轨运输指挥控制系统，还涉及一种海底矿山深部无轨运输指挥控制方法。

背景技术

近年来，随着海底探矿、开采技术的逐步成熟，以及海底浅部矿山储量的逐步减少，海底矿山深部开采势在必行。目前海底矿山深部开采一般以无轨设备为主，生产运输围绕深部溜井开展。在深部生产运输中，主巷道内无轨车辆大量聚集，因运输车辆因体型过大仅能在-405装矿站、-435装矿站、-480装矿站、-525装矿站、-570装矿站、-626装矿站、-678装矿站、-243卸矿站错车，无法在主斜坡道及-537卸矿站错车，因此当生产运输开展后，经常会在运输的过程中发生运输车辆同其他车辆碰头现象，甚至运输车辆之间发生碰头，严重耽误生产运输，且易发生安全事故。为避免错车时发生碰头，只能限制运输车辆仅单向行驶，大大降低了生产效率，增加了运行成本。

另一方面，海底深部开采过程中为了提高运输效率，需要使用运输车辆将矿石从多个生产区域的装矿站运输至-243卸矿站和-537卸矿站，从而实现从多个竖井向地表进行矿石提升。这就要求运输车辆在不同的开采层面能够同时进行运输作业且互不干涉地进行多层次运输，实现从多个装矿站沿不同方向向同一卸矿站运输的立体运输。现有技术中没有相关的措施与手段能够确保运输车辆在多层次运输和立体运输过程中不会发生干涉，无法解决运输的安全问题。

再次，因井下作业环境复杂，无轨车辆运行期间，易发生线缆挂碰现象。现有技术中，井下通讯主要有光纤传输和CAN总线传输两种方式。前者虽然不受传输距离限制，但受挂碰后维护难、障点不易查明、熔接环境差等因素制约，对深海无轨运输而言经济性和实用性较差。后者虽维护便易，但因所需实现的传输距离过长，存在2至3分钟的延时，无法将深部数据及时有效的反馈到服务器，难以应用到实时指挥交通控制中，易引发更大的安全事故。

发明内容

本发明提出了一种海底矿山深部无轨运输指挥控制系统及控制方法，其目的是：（1）避免运输车辆在多层次运输和立体运输过程中发生碰头等干涉问题；（2）解决井下指挥过程中信号传输延迟高和维护困难的问题。

本发明技术方案如下：

海底矿山深部无轨运输指挥控制系统，包括服务器，还包括若干设置在井下的基站，各基站分别通过通讯连接部件与所述服务器相连接；

还包括若干设置在井下的信号灯；

还包括安装在运输车辆上的车载控制台；

所述信号灯和车载控制台均通过基站与服务器通讯；

所述服务器接收车载控制台的行车动态信息，经过数据处理和逻辑判定后得到控制指令，并将控制指令发送给车载控制台和信号灯，使井下车辆按信号灯指挥完成运输。

作为本系统的进一步改进：所述通讯连接部件包括传输模块和数据整合模块，所述数据整合模块与服务器相连接，传输模块通过光纤与数据整合模块相连接，一部分基站通过CAN总线与数据整合模块相连接以实现与服务器的通讯，另一部分基站通过CAN总线与传输模块相连接从而实现与服务器的通讯；

所述数据整合模块将接收到的CAN总线数据和光纤数据进行动态整合，然后传输至服务器。

作为本系统的进一步改进：所述车载控制台具有显示模块和控制模块。

本发明还提供了一种基于所述的海底矿山深部无轨运输指挥控制系统的控制方法：所述服务器中构建有道路动态数据库，所述道路动态数据库包括运输车辆位置信息、运输车辆状态信息、信号灯状态信息以及车辆组队信息；

控制方法步骤如下：

（A）需要启动的车辆通过车载控制台向服务器发出开车请求，并将请求运行的区间提交至服务器；

（B）服务器查询道路动态数据库，判断所请求的区间即预运行区间内的信号灯是否可设为允许通行状态，如果可设为通行，则将请求车辆前方的信号灯设为允许通行状态，车辆按信号灯指示行驶，否则通知车载控制台拒绝通行；

（C）如果车载控制台收到拒绝通行的通知，则向服务器发出组队请求，服务器根据组队请求信息更新道路动态数据库信息，并跳转至步骤（B）重新进行判断；

步骤（B）中所述的判断所请求的区间内的信号灯是否可设为允许通行状态的判断方法为：

如果车辆预运行区间内无已运行的其它车辆，则判定可将预运行区间内的信号灯设为允许通行状态；

如果车辆预运行区间内有已运行的其它车辆，且该已运行车辆行驶方向与当前请求车辆所要行驶的方向相同，且车载控制台提出了组队请求，则判定可将预运行区间内的信号灯设为允许通行状态，即允许组队；

如果车辆预运行区间内有已运行的其它车辆，且该已运行车辆行驶方向与当前请求车辆所要行驶的方向相反，则判定不可将预运行区间内的信号灯设为允许通行状态，拒绝通行。

相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：

（1）本发明实时采集车辆和信号灯信息，通过逻辑判定控制信号灯状态，实现井下车辆的运输指挥，避免了运输车辆在多层次运输和立体运输过程中易发生碰头等干涉问题，并提高了运输效率，降低了运行成本；（2）本发明将CAN总线与光纤两种通讯方式相结合，使用CAN总线为基站提供近距离传输，而此区间内恰恰是容易出现线缆挂碰的区段，从而解决了维护困难的问题，然后对较远的基站再利用光纤和传输模块进行转换连接，利用光纤解决了远距离传输过程中延迟高的问题，最后将所有的数据通过数据整合模块进行同步，从而即解决了维护困难的问题，也解决了远距离传输中延迟高的问题，并确保了最终数据的无缝衔接，保障了整个系统在指挥过程中无中断、无延迟、故障率低；（3）本发明实现了交通自动指挥功能，不仅保证了主运输车辆的优先通行，而且能够向其它车辆和行人提供避让指示，确保交通安全；（4）本发明在初次请求开车被拒绝后引入了组队方式，从而进一步提高运输效率和道路利用率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案：

如图1，海底矿山深部无轨运输指挥控制系统，用于解决井下只能进行单向运输、效率低下，而采用立体运输和多层次运输则易出现干涉的问题。

单向运输模式，是指所有主运输车辆仅能组成一个车队向一个方向进行矿石、废石运输，从而保证主运输车辆在井下巷道内不相遇，该方式运输效率极低，无法满足生产需要。

立体运输模式，是指需要将主运输车辆组成两组或两组以上车队，将-480装矿站或-525装矿站内的矿石运输至-537卸矿站的同时，能够将-570装矿站、-626装矿站、-678装矿站的矿石也运输至-537卸矿站。

多层次运输模式，是指需要使用主运输车辆组成多组车队互不相遇地根据生产需求将-300装矿站、-375装矿站、-405装矿站、-435装矿站、-480装矿站、-525装矿站、-570装矿站、-626装矿站、-678装矿站的矿石及废石运输至-537卸矿站和-243卸矿站，从而通过竖井提升至新立8000t/d选矿厂和西山选矿厂进行浮选。

因此，采用立体运输和多层次运输是提高效率的有效手段，其所存在的主要问题是车辆易发生干涉碰撞。为解决上述问题，本实施例如下设计所述控制系统：

系统包括服务器，还包括若干设置在井下的中心基站，各基站分别通过通讯连接部件与所述服务器相连接；中心基站采用全嵌入式开发，上电即可独立运行，安装、维护方式便捷，不依托于网络和服务器系统；

还包括若干设置在井下的信号灯；信号灯使用ZigBee技术，安装在主斜坡道拐弯及分支巷道口，分别面向上行方向、下行方向、分支巷道口方向，其根据服务器的指令改变状态，如：信号灯为绿色则表明周围无主运输车辆运行，行人及其他车辆可正常作业；信号灯变为绿色闪烁，则表明该信号灯对应方向有主运输车辆即将到达，行人、其他车辆需沿绿闪方向就近避让；前方信号灯变为红色，则表明有主运输车辆即将到达，此时行人、其他车辆需停止作业，在错车巷内进行避让。

运输车辆主要指主运输车辆，其多采用沃尔沃三十吨卡车及奥龙重卡等体型过大、无法在巷道内错车的卡车。

系统还包括安装在运输车辆上的车载控制台；所述车载控制台采用研华车载电脑TREK-743，具有显示模块和控制模块，安装有车辆运行控制软件，使用ZigBee技术与中心基站连接，从而实现服务器与车载控制台间的数据传输，使司机可通过显示模块和控制模块操作、观察车辆运行控制软件，合理调整行车计划；开车前司机需在车载控制台上设置运行区间，最终相同运行区间内的车辆自动组成车队进行运输，该车队正前方信号灯改变为绿色闪烁，侧方信号灯改变为红色，车队沿绿色闪烁的信号灯进行运输，当该车队所有车辆到达运行区间终点，红绿灯自动翻转，车队尾车变为首车继续沿绿色闪烁的信号灯进行矿石运输。

同时，司机可通过车辆运行控制软件在车载控制台上观察到其它车辆的运行线路、实时位置、运行状态、组队模式，从而选择更合理的运输路线。

所述信号灯和车载控制台均通过基站与服务器通讯；

所述服务器接收车载控制台的行车动态信息，包括车辆信息和位置信息，经过数据处理和逻辑判定后得到控制指令，并将控制指令发送给车载控制台和信号灯，使井下车辆按信号灯指挥完成运输。

所述通讯连接部件包括传输模块和数据整合模块，所述数据整合模块与服务器相连接，传输模块通过光纤与数据整合模块相连接，浅部基站通过CAN总线与数据整合模块相连接以实现与服务器的通讯，深部基站通过CAN总线与传输模块相连接，再通过光纤实现与服务器的通讯；

所述数据整合模块采用多系统合路技术，对浅部中心基站CAN总线的传输数据、传输模块所转换的光纤传输数据进行车辆动态数据整合，然后传输至服务器进行数据处理，处理结束后，对服务器数据进行分级发送，消除因传输速率不同引发的交通指挥时间差，做到全区域信号灯变灯无缝衔接。

线路铺设及设备安装过程中均采用新型防水密封接头，减少空气中的水分对电子元件造成的腐蚀，降低电子元件检修频率。

所述服务器中构建有道路动态数据库，所述道路动态数据库包括运输车辆位置信息、运输车辆状态信息、信号灯状态信息以及车辆组队信息；

本系统具体的控制步骤如下：

（A）需要启动的车辆通过车载控制台向服务器发出开车请求，并将请求运行的区间提交至服务器；

（B）服务器查询道路动态数据库，判断所请求的区间即预运行区间内的信号灯是否可设为允许通行状态，如果可设为通行，则将请求车辆前方的信号灯设为允许通行状态，车辆按信号灯指示行驶，否则通知车载控制台拒绝通行；

（C）如果车载控制台收到拒绝通行的通知，则向服务器发出组队请求，服务器根据组队请求信息更新道路动态数据库信息，并跳转至步骤（B）重新进行判断；

步骤（B）中所述的判断所请求的区间内的信号灯是否可设为允许通行状态的判断方法为：

如果车辆预运行区间内无已运行的其它车辆，则判定可将预运行区间内的信号灯设为允许通行状态；

如果车辆预运行区间内有已运行的其它车辆，且该已运行车辆行驶方向与当前请求车辆所要行驶的方向相同，且车载控制台提出了组队请求，则判定可将预运行区间内的信号灯设为允许通行状态，即允许组队；

如果车辆预运行区间内有已运行的其它车辆，且该已运行车辆行驶方向与当前请求车辆所要行驶的方向相反，则判定不可将预运行区间内的信号灯设为允许通行状态，拒绝通行。

本发明改变了海底矿山深部运输模式，使井下主运输车辆单向运输模式改变为可同时向-537卸矿站和-243卸矿站进行矿石、废石运输的多层次运输模式和立体运输模式，并避免了车辆干涉问题，提高了运输效率，降低了运行成本，提高了安全性，更加人性化，更贴合生产需求。