李建忠
乌拉特后旗紫金矿业有限公司（内蒙古自治区巴彦淖尔市，邮编：015543）
摘要：利用信号灯的颜色（红绿）状态，指导车辆司机车辆是否可以继续行驶或就近避让，减少堵车事件，提高运输效率和斜坡道的安全性。
关键词：调车硐室、定位器、电子车牌、信号灯
1引言
乌拉特后旗紫金矿业有限公司三贵口铅锌矿斜坡道全长3700余米，斜坡道硐口标高为1040m，第一开口段为880m，沿下每标高50米设一开口段直至530m，共有8个开口段。斜坡道是下井车辆必经之路，全长共有28个调车硐室或错车点。
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由于斜坡道大部分路段为单行道，再加上车流量大、坡度大、弯道多、视线受阻等，很容易造成堵车现象，给道路疏通带来严重影响，进而影响运输效率。为保证车辆安全行驶，提高错车率，保持道路畅通，因此需要建设一套成熟的运输调度指挥管理系统。
根据矿井斜坡道作业环境和车辆运行特点，系统的安全性、可靠性、实用性、易维护性是此次项目考虑的重点，运输调度指挥管理系统由前端设备、传输线缆、后台管理设备和管理软件组成。前端设备由信号灯、电子车牌、定位器、分站、检测装置、井口工控机组成，传输线缆包括CAN线、电源线、光缆，后台管理设备由服务器、MOXA工控机和客户端工控机组成，管理软件包括嵌入式交通信号控制算法和红绿灯系统平台软件。
系统利用微处理控制技术，对交通信号灯进行自动控制；利用计算机管理技术对车辆运行状态和相关数据进行自动显示和统计；利用CAN总线技术，保证分站和定位器之间的数据通信；利用网络支持各分站和上位机软件之间的数据传输，完成对井下斜坡道交通信号的自动监控，达到保障车辆运行安全、提高运输效率、加强矿山安全管理的目的。
系统组织架构，根据现场实际情况和系统特点，将整个井下分成9个区域，每个区域由若干单元组成，除了斜坡道口，每个单元至少包含2组信号灯、3台定位器和1台分站。每个调车硐室（单元）两头安装两组信号灯，信号灯“面对面”安装；每个调车硐室（单元）包含3个定位器，中间定位器的安装位置位于调车硐室中间，朝上的定位器安装位置距中间定位器约25米，朝下的定位器安装位置距中间定位器约40米，分站的安装位置取决于现场网络接入点。分站与定位器之间通过CAN线连接，定位器和信号灯之间通过无线连接，电子车牌和定位器之间也是通过无线进行数据读取。
系统工作原理，在斜坡道口值班室安装电子车牌检测装置和井口工控机，用于判别下井车辆是否携带正常的电子车牌入井，异常车辆严禁下井。在斜坡道口安装两个定位器，第一个定位器起辅助作用，下井司机可以通过电子车牌的指示灯判断所携带的电子车牌是否正常，第二个定位器用于控制信号灯。当携带电子车牌的车辆距离定位器15米范围内时，定位器会读取电子车牌信息，并将信息通过CAN线传输给分站，分站通过网络上传至后台管理设备，经过软件解算之后原路返回给前进方向的下一组同位置的定位器，该组定位器可以无线控制信号灯的显示状态（由绿变红或由红变绿）。仅有一辆车时需车辆经过下一组同位置的定位器时，信号灯的状态才会恢复，同时下一组的信号灯马上受控。若同时有多辆车，则信号灯将一直受控直至最后车辆经过时，受控的信号灯状态才会恢复。
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（1）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ编号代表信号灯，A、B、C、D编号代表定位器；
（2）信号灯的安装位置便于行驶车辆和躲避车辆观察；
（3）A2、B2、C2、D2的安装位置位于每个调车硐室或中段口的中间位置；
（4）1 2向下行驶，2 1向上行驶；
（5）Ⅰ1和Ⅰ2，Ⅳ1和Ⅳ2之间为中段口；
（6）Ⅰ1和Ⅳ2之间为一个大区间；
（7）Ⅱ1和Ⅱ2，Ⅲ1和Ⅲ2之间为调车硐室；
（8）调车硐室避让能力按1辆车考虑，中段口（井口）避让能力按不限考虑；
（9）车辆行驶速度按20KM/h考虑。
2控灯说明
1 2向下行驶：
车辆被A1识别时，Ⅱ1灯由绿灯转红灯；
车辆被B1识别时，Ⅲ1灯由绿灯转红灯,此时Ⅱ1仍为红灯；
车辆被B2识别时，Ⅱ1灯由红转绿,此时Ⅲ1仍为红灯；
车辆被C1识别时，Ⅳ1灯由绿灯转红灯,此时Ⅲ1仍为红灯；
车辆被C2识别时，Ⅲ1灯由红转绿,此时Ⅳ1仍为红灯；
车辆被D2识别时，Ⅳ1灯由红转绿。
2 1向上行驶：
车辆被D3识别时，Ⅲ2灯由绿灯转红灯；
车辆被C3识别时，Ⅱ2灯由绿灯转红灯,此时Ⅲ2仍为红灯；
车辆被C2识别时，Ⅲ2灯由红转绿,此时Ⅱ2仍为红灯；
车辆被B3识别时，Ⅰ2灯由绿灯转红灯,此时Ⅱ2仍为红灯；
车辆被B2识别时，Ⅱ2灯由红转绿,此时Ⅰ2仍为红灯；
车辆被A2识别时，Ⅰ2灯由红转绿。
3系统运行现场功能要求
1)空车让重车，双向单车行驶时遇到交汇点先到车辆需避让。
2)主斜坡道运行车辆比例为多对一的情况下，多辆车在与单辆车交汇之前，提前控制单辆车前方的2组信号灯，以便让单辆车提前进入调车硐室，待多辆车全部通行过后，单辆车才能继续行驶。
3)从中段出来的单辆车被中间定位器识别到时，因不明确车辆向上或向下行驶，此时中段上下调车硐室的信号灯为红灯，当车辆向上行驶被上方的定位器识别时，中段上方调车硐室的信号灯继续为红灯，禁止车辆下行，中段下方调车硐室的信号灯则马上由红灯转为绿灯，等待车辆可以上行；反之亦然。若中段出来多辆车，则中段上下调车硐室的信号灯将一直为红灯，直至最后车辆行驶方向确定时，方可按单辆车的控灯规则执行。
4)每两个中段之间的区域作为一个大区间，中段避让车辆数量不限。当车辆比例为n:n时，系统应能根据车辆数量、车速提前预判会车区间，确保会车时避让能力足够。当车辆在大区间的避让能力不足时，判断这个大区间上下行车辆数量，车辆少的一方禁止进入这个大区间，即车辆少的一方前方区间信号灯为红色。
5)井下车速控制在20公里/小时，相邻调车硐室车辆正常行驶时间为26-29秒，因此异常情况单独车辆行驶时控灯的时间要以40秒为界限，超过40秒信号灯应立即由红灯转为绿灯。
（120+25）÷（20000÷3600）=26.08秒，（120+40）÷（20000÷3600）=28.78秒，
6)车辆测速要求进行区间测速，而不是整体区间测速，可以根据实际情况进行更改,同时系统要有超速统计，并自动生成报表，可以按日期、时间段、车辆信息等查询记录。区间测速共计5段，包括：2号调车硐室—880中段上弯道（定位器id08-id21）、780中段-730中段（定位器id41-id48）、680中段-630中段上弯道（定位器id59-id63）、630中段—580中段上弯道（定位器id68-id72）、580中段-530中段上弯道（定位器id77-id81）。
4管理软件功能要求
软件界面实时显示井下信号灯的状态，当前井下主斜坡道车辆的总数以及车辆分布情况。同时软件具备五大功能模块：包括系统管理、设备管理、车辆定位、违规管理、紧急控灯等。
1)系统管理具有用户权限、系统日志、用户管理功能，用户权限可以对添加的用户进行权限设置，系统日志可以监测每个用户的登录时间等，用户管理仅能由管理员设置。
2)设备管理包括设备告警、车辆管理、车辆单位、车辆类型、定位器管理、信号灯管理、分站管理等。设备告警包含信号灯、定位器、分站离线告警，以便维护人员尽快排除故障，并能生成数据报表；车辆管理用于添加电子车牌及相关信息；车辆单位用于定义电子车牌的归属单位；车辆类型用于定义下井车辆的类型；定位器管理便于新增或更换更改相关定位器的ID；信号灯管理便于新增或更换信号灯更改相关的ID；分站管理用于新增或更换分站更改相关的ID。
3)车辆定位包含下井记录、下井统计和轨迹查询。下井记录可以单独查询某个电子车牌，也可以查询全部电子车牌，同时具备按时间段查询功能，排序功能分两种按时间和电子车牌排序；下井统计可以单独或全部查询电子车牌在某段时间下井的次数；轨迹查询可以动画显示某一电子车牌对应车辆的行驶轨迹。
4)违规管理包含测速区间设置、闯红灯路口设置、超速查询、闯红灯查询四个子模块。测速区间设置根据实际应用情况，对直线道有可能存在超速的区间进行车速监控，主要是设置定位器的ID以及过这两组定位器所需要的时间需要手动设置；闯红灯路口设置对需要设置的信号灯进行手动设置；超速查询可以按时间段或电子车牌查询超速车辆信息；闯红灯查询可以按时间段或电子车牌查询闯红灯车辆信息。
5)紧急控灯，包含全部红闪、上行信号灯全部为红灯、下行信号灯全部为红灯，以及恢复自动控制状态。例如应急演练时就可以采用全部红闪，主斜坡道所有运行的车辆均就近避让，主斜坡道此时为救援车道，无车辆挡道。单向全部红灯时可以用于领导参观，可以确保参观车辆前方无挡道车辆，后继车辆可以跟道行驶。
5结束语
本系统采用先进的技术和算法，并采取GIS技术，具有较好的人机界面，能够实时显示井下车辆总数、车辆分布情况以及各信号灯状态，所有信息都能够自动生成数据报表，为管理人员提供真实可靠的依据，该系统能够解决井下车辆堵车问题、保证道路畅通，有效的提高了运输效率和斜坡道运行的安全性。
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作者简介：李建忠， 1982年8月出生，男，汉族，籍贯：福建省仙游县，职务/职称：电子工程师，学历：福州大学网络工程专业本科毕业，单位：乌拉特后旗紫金矿业有限公司（所在省市：内蒙古自治区巴彦淖尔市，邮编：015543），研究方向：信息化