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基于宽带移动数据网的矿井机车无人驾驶系统
2014年19期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　[摘 要] 随着我国煤矿生产的发展，以及高科技的应用，现阶段煤矿井下轨道运输有了长足的进步。在煤矿井下运输系统中，矿井机车无人驾驶系统成为目前人们关注的重点，无人驾驶系统的应用可以减少运行成本，提高工作人员的人身安全，以及高效的完成运输工作。本文基于上述问题，主要研究了宽带移动数据网的矿井机车无人驾驶系统的应用，首先对宽带移动数据网进行了阐述，然后对矿井机车无人驾驶系统进行了简单的阐述，最后分析了宽带移动数据网在该系统中的应用。 中国论文网 /1/view-6300887.htm　　[关键词] 宽带移动数据网； 矿井； 机车无人驾驶系统 　　矿井机车是煤矿生产运输中的重要工艺设备，长期处于恶劣的生产环境，充斥着害气体及粉尘多，给驾驶矿井机车的工作人员的身体带来了巨大的伤害，而且生产率低下、操作质量落后、劳动强度大。而矿井机车无人驾驶系统的采用可以解放操作工人，提高劳动生产率、降低生产成本、保证生产安全。随着无线数据传输技术、计算机技术、安全保障技术的快速发展，矿井机车无人驾驶系统的研究日益成熟，本文研究重点主要为以宽带移动数据网为基础的矿井机车无人驾驶系统。 　　一 宽带移动数据网介绍 　　宽带移动数据网在矿井机车无人驾驶系统的应用，主要根据煤矿矿井的工作环境的特殊性，利用无线宽带移动数据通信网，构建井下移动数据网，将多路视频数据通过跨AP移动接入技术，将机车工作情况反映在总控制室，实现无人的驾驶的功能。无线宽带移动数据通信网，主要是由四个部分组成： 　　（1）应用软件和程序。该层面由驻留在主机上的软件模块组成，主要是控制无线宽带移动数据网模块的运行。 　　（2）固件和软件栈。这个层面管理链接的建立，并规定和执行QoS要求。这个层面的功能常常在固件和软件中实现。 　　（3）基带装置。它负责数据传送所需的数字数据处理，其中包括编码、封包、检错和纠错。基带还定义装置运行的状态，并与主控制器接口（HCI）交互作用。 　　（4）无线电。无线电链接经D/A（数一模）和A/D（模一数）变换处理的所有输入/输出数据。它接收来自和到达基带的数据，并接收来自和到达天线的模拟信号。 　　在矿车无人驾驶系统中，为了更好的完成运输工作，保证复杂矿井环境下的无线宽带移动通信网的一系列网络服务质量，必须要提高系统的可靠性。就软件而言，需要提高软件代码的质量，备份关键数据和状态，增加网络冗余协议的支持，提高基本网络协议的冗余特性，以及建立良好的软件系统结构，能够满足不同数据和状态的要求，提供实时和定时的备份；就硬件设备而言，需要在硬件设备关键部件上采用大量的冗余设计方式和降额设计方式。 　　二 矿井机车无人驾驶系统 　　1 矿井机车无人驾驶系统现状 　　变频调速严格来说，主要是为了针对交流的用电设备，以及交流的供电系统。为了改变电动机的转速，使调速目的得以实现，通过对交流电源的频率进行改变。在矿用电机车中所应用的单片机变频调速的途径主要有：交一直一交和交一交直接变频两种途径。其中，交一直交变频主要是将交流整流转换成直流，直流转换成功后再将其逆变转换成交流，在其逆变的过程中，将逆变器的导通频率控制，用来得到不相同的频率的交流电。而交一交变频主要是用于大功率速率低的设备中，这是因为它的变频范围狭窄，且只有工频的40%。在这里，矿用电机车中主要选用的是交一直一交变频途径。主要有两个原因，其一是变频的范围没有受到限制，工频可以达到200%。其二是供电系统具有交一直整流的部分，单相的直流电与三相的交流电相比矿用供电系统要更为方便。将设置好的逆变装置安装在每台电机中，从电网上获得直流电逆变可调频率三相的交流电。直流电动机由简单三相的交流电来替换。通过对电源频率的改变，就可以满足矿用电机车行驶速度得到调动。 　　在煤矿中矿井机车无人驾驶系统，主要是由无人工操作的全自动驾驶和基于视频监视和远程遥控的半自动驾驶结合。在该系统中，对于机车移动视频监控技术、视频识别技术、无人驾驶机车的控制技术、井下机车精确定位技术、以及信号调度技术要求严格。目前主要的技术瓶颈就是井下流媒体宽带移动通信技术，即在无人驾驶系统中，将摄像机采集的关于机车运作高清视频数据和状态信息，能够实时准确的传送到地面监控中心，然后接受到相关的控制，进行指定的反应。为了完成上述的操作，主要想通过建立覆盖矿井大巷运输轨道沿线的宽带移动数据网而实现，这对网络的实时性以及可靠性提出的新的挑战。而且，应该理性的认识到，就无人驾驶系统而言，我国与国外还有明显的差距，国内公司在已有的地铁无人驾驶和铁路无人驾驶系统的市场方面还未有成熟经验。尤其是适用于复杂的矿井环境的矿车无人驾驶系统还没有。 　　2 矿井机车无人驾驶系统组成 　　在无人驾驶中，主要的构成部分分为三部分，为地面监控中心、移动终端一一车载信号机、以及无线基站――固定信号机。 　　（1）地面监控中心。主要是通过CAN/ETHERNET的网关与固定信号机进行通信，运行上位机程序，实现对井下机车的位置、机车当前运行状态、当前岔道信号灯状态的实施监控，然后根据运作的状态，通过控制岔道信号灯和车载信号机，从来实现智能预警。根据对数据帧的传输方向，可分为发送和接收两种状态，即监控中心将控制命令发送给固定信号机和车载信号机；监控中心接受车载信号机的定时上传信息/固定信号机确认信息。 　　（2）车载信号机。该部分主要主功能板与显示模块组成，主要是负责机车内信号（车速、电源电压、电池电压、语音报警）等的处理，显示模块负责实时显示机车前方岔道的信号灯状态。 　　（3）固定信号机。该部分主要是负责给出进路开放与闭锁及运行方向信号，于此同时还可以通过无线射频将车况信息上传给地面中心站，下达控制命令。 　　三 宽带移动数据网在无人驾驶系统中应用 　　1 通信协议 　　在矿井机车无人驾驶系统中，机车之间，以及与控制站之间数据传输主要是采用的TCP/ IP通信协议。在煤矿的运作中，往往矿下工作环境恶劣，需要监控点较多，而且与控制站距离较远。受上述条件的制约，在已构建的宽带移动数据网中，数据发送端与中心接收端在遵循通信协议TCP/ IP的基础上采用自定义格式进行数据传输，保证了通讯过程较好的加密性和数据高压缩性以及数据采集的准确性。 　　2 无线宽带移动数据网传输技术 　　近年来，我国对于矿井机车无人驾驶系统的研究，采用无线宽带移动数据网等传输技术，大大的促进了矿井无人驾驶系统的发展。覆盖矿井大巷运输轨道沿线的宽带移动数据网的构建，使得煤矿运作中四大机车之间以及它们和主控室之间的数据通讯的传输得到了有力地保证。采用具有较强抗干扰能力数字信号处理（DSP）技术，先进的基于正副本多冗余校验机制的DFI通信协议，以及先进的点对点、点对多点SCADA电台，大大的提高了现场数据交换及通信的可靠性。使得在数据传输过程中，每辆机车的车地无线通信带宽≥20Mbps；网络丢包率≤1%；最不利情况下端到端通信时延≤1s；避免了视频图像显示出现明显断点、失帧、抖动、马赛克等现象。 　　总而言之，随着计算机技术、数据传输技术等高科技的开苏发展，我国的矿井机车无人驾驶系统已经取得了可喜的进步。但是我们应该理性的认识到，我国的技术现状与国外先进技术的差异，不骄不躁，为矿井机车无人驾驶系统的进步与完善不懈努力。 　　[参考文献] 　　[1] 凌信东，张宝民. KJ15A矿井机车运输监控系统研究及应用[J]. 煤矿现代化，2006年S1期 　　[2] 王 鲜. 特制护轨在KJ15A井下机车运输监控系统中的应用[J]. 煤炭技术， 2006年03期 　　[3] 宋 颂. 基于WPAN的矿井移动目标监控系统通信协议的研究与应用[D]. 合肥工业大学， 2007年
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基于安卓的移动式井下安全生产 综合数据管理系统的研究
     　　马悦，周雪，段迎娟　　(中国矿业大学（北京） 机电与信息工程学院，北京 100083）& & & &摘要：基于Android设计了一种移动式井下安全生产综合数据管理系统，使得井下工作人员通过移动终端，能够与地面数据中心实时联系，及时了解安监情况。解决了井下和地面信息不对等的问题。给出了系统总体设计，详细介绍了客户端部分功能的实现。该系统对移动技术在煤矿安全管理工作中的应用，对于提高煤矿信息化程度、降低管理成本、减少煤矿事故的发生都有重要意义。　　关键词：安全监控系统；移动终端；Android；煤矿信息化0引言　　中国是世界上仅次于美国的第二大能源消费国，其中煤炭在能源结构中占有不可替代的地位［1］。我国煤矿开采条件复杂，自然灾害严重，煤炭企业生产力水平整体偏低，安全生产基础比较薄弱［23］。煤矿生产安全一直是社会关注的焦点。现有煤矿安全监测监控系统在数据共享和传输实时性方面还存在着问题，安全监测信息传输给地面数据中心后，不能及时反馈给井下工作人员，造成地面、井下获得的信息不均衡，井下工作人员不能及时了解到周围的环境情况，形成信息孤岛。在矿难发生前，不能根据安监数据采取应急措施和做出快速反应，直接威胁到生命和财产安全。近年来，无线通信技术飞速发展，智能手持终端广泛应用，这些新技术为解决煤矿安监系统现有问题提供了新的思路，也成为煤矿科技发展的新方向，因此研究井下智能手持终端对煤矿安全生产具有很重要的意义。　　本系统将智能移动终端技术和网络通信技术引入煤矿安全生产管理过程中，将井下防爆手机或平板电脑作为客户端载体，搭载开放源代码的Android操作系统，移动终端通过井下WiFi向井上服务器请求数据，并在客户端上简单直观地将煤矿井下安全生产相关数据呈现给用户，最终实现煤矿井上井下安全生产数据的共享，提高安全监控预警效率，保障煤矿企业安全生产。1系统总体设计　　Android是Google开发的基于Linux的开源移动终端开发平台［4］。基于Android的移动式井下安全生产综合数据管理系统采用C/S架构，其网络架构分为井上服务层、数据感知层、应用层，如图1所示。煤矿井下传感器负责采集数据和检测运行状况，将信息汇总上传到井上服务器。井上服务器接收煤矿端传来的实时数据，存入煤矿数据库中，根据客户端提交的不同需求对数据进行处理计算，并将处理筛选的数据返回到井下智能终端。2系统客户端设计　　客户端体系结构共分为4层，由上到下分别是：UI显示层、逻辑控制层、XML处理层和数据传输层。根据客户端应用需求分析，客户端设计分为登录模块、安监数据模块、安全隐患模块、预警信息模块、安全规程模块、生产日报模块、重点工程模块、系统设置模块、系统展示模块和使用说明模块，如图2所示。　　用户登录系统，通过身份验证后，以3×3选项的格式展示系统首页，如图3。安监数据模块负责给井下工作人员呈现煤矿井下安全生产相关环境安全数据；安全隐患模块主要作用是安全隐患查询和安全隐患上传；预警信息模块将采集层测量的数据与阈值相比较，分析筛查事故地点，并向井下工作人员发布报警通知；安全规程模块方便井下管理人员进行安全巡视检查和井下工作人员学习安全规程；生产日报模块主要用于查询煤矿企业生产运作情况；重点工程模块用于煤矿企业相关人员对重点工程单位每天制定详细的工程计划；系统展示模块用于展示和宣传井下安全生产数据管理系统；系统功能设置模块主要用于密码修改和服务器地址设置；使用说明模块的作用是向用户提供系统客户端的操作说明。本文只对登录模块、安监数据模块、安全隐患模块进行详细说明。3系统子模块设计　　3.1登录认证模块　　井下工作人员在登录安全生产综合数据管理系统时，继承Activity类的denglu_dl类将展示登录界面并进行登录验证，接着调用重写OnCreate()，初始化布局方式、标题、用户名、密码。系统要核对工作人员用户名和密码是否相同，还需获取使用者身份权限。用户在登录界面输入用户名和密码后点击“登录”按钮，客户端将身份信息提交给井上服务器验证，若登录成功，则验证用户身份是基层工作者还是安全生产管理人员，验证用户身份后载入页面调用重写onCreate(),初始化标题和代表各个模块的9个ImageButton，即安监数据、安全隐患、预警信息、安全规程、生产日报、重点工程、展示模块、系统设置和使用说明。如果井下工作人员身份信息输入错误，则提示登录失败。本模块还提供匿名登录功能和设置功能，如图4所示。　　3.2安监数据模块　　& & & &安监数据模块负责给井下工作人员呈现与煤矿井下安全生产相关的环境数据。井下工作人员可以根据需求查看井下各个监测点提供的各项检测指标的实时值，也可以查询一天内该监测点的历史数据变化。井下工作人员可以选择模拟量查询和数字量查询，模拟量查询监测数据包括甲烷浓度、井下温度、一氧化碳浓度和通风量等数据，如图5所示。查询实时值时，用户需要选择所需的查询条件，查询结果以表格形式呈现给用户；数字量查询类型包括电机开停状态、开关柜闭合和风机开停等，查询结果同样以列表状态呈现给用户。系统用继承Activity类的anjian_mss类展示模拟量实时查询页面，界面提供瓦斯、一氧化碳、温度、风速、水位、烟雾和粉尘浓度7个模拟量查询接口，而anjian_mls类则展示模拟量历史查询页面。系统用继承Activity类的anjian_sss类展示数字量实时查询页面，界面可供查询开关柜闭合、风机开闭等内容，而anjian_sls类展示数字量历史查询页面。　　3.3安全隐患模块　　安全隐患管理模块分为两个部分，安全隐患查询和安全隐患上传，如图6、图7所示。用户进入安全隐患查询部分，可查询隐患历史记录以及处理结果。系统用继承Activity类的yinhuan_cx类展示隐患查询界面，页面载入时调用重写onCreate()进行页面初始化，用listview列表方式显示采煤、掘进、机电、运输、通防等其他6个方面。安全隐患上传模块的作用是管理人员在井下巡检过程中，如发现工作人员的违规操作或设备的不正常使用情况，可拍照取证、标记上传。系统用继承Activity类的yinhuan_sc类获取隐患现场证据，并上传至井上数据库，页面提供隐患内容、隐患单位、隐患责任人、时间和现场证据。4系统方法及测试结果　　客户端测试方法主要以UI测试为主，即在测试过程中针对井下工作人员在使用过程中可能出现的错误操作状况，例如输入格式不正确、日期选择不正确等进行测试。客户端的容错能力是客户端稳定运行的根本保证。经测试客户端对用户非法输入反映良好，能给出错误提示，并没有出现系统崩溃现象，具体测试结果如表1所示。5结束语　　本文提出的基于Android的移动式井下安全生产综合数据管理系统，解决了现有煤矿安全监控系统存在的布线复杂、后期维护成本高、数据实时传输性差的问题，但该系统还不能完全满足煤矿企业对安全监控系统的需求，还需将人员定位系统、视频监控系统引入煤矿安全监控系统中。　　参考文献　　［1］ 乔实,胡梦滢,刘岩，等.基于安卓的井下智能终端系统的设计与实现［J］.微型机与应用,):3-6.　　［2］ 刘富强,钱建生,曹国清.多媒体图像技术及应用［M］.北京:人民邮电出版社,2000.　　［3］ 程德强,李世银,李鹏,等.矿井安全监测监控系统［J］.电视技术,-81.　　［4］ 矫正国,陈硕.基于Android的LED路灯监控系统设计［J］.微型机与应用,):5-7.
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收录时间:日 01:52:26 来源:aet电子技术应用 作者:匿名
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