论文研究-基于RFID的井下胶轮车调度系统设计 .pdf

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基于RFID的井下胶轮车调度系统设计,路进军,,本文介绍了RFID在煤矿的应用现状。结合济三煤矿生产实际开发了基于RFID的井下胶轮车调度系统。在系统规划上,本文提出了读写器分布�
国科技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 的结构进行抽象,我们使用巷道拓扑图的结构来表示井下巷道的结构,系统的网络拓扑是设 计定位算法的基础,系统的网络拓扑结构的好坏直接影响我们的最后胶轮车的位置信息的精 度,因此读写器的网络拓扑结构必须精心设计,以满足我们对定位精度的要求 RFID读写器负责实时的采集井下物体的位置信息,监控主机通过对位置信息进行处理 从而实现下定位。为了能够采集到足够的位置信息以完成跟踪定位功能,RFID读写器的 放置须满足以下原则 l)每条巷道的两端必须放置读写器 2)每条巷道中的转弯处都应该放置读写器 3)每条巷道除两端之外根据定位精度的要求可以冉放置多个读写器。 4)每条巷道中的读写器之间的间隔应该是等距的 5)读写器应该放置于巷道顶部。 6)同一条巷道至少拥有两个节点。 还需要注意的是,当RFID读写器放置的较多,结构较紧密时,定位算法的精度相对较 高;反之,当RFID读写器敚置的较少,结构较松散时,定位算法的精度相对较低。一般来 说,巷道的宽度在3米以下采用读写距离在8米左右的读写器和标签就足够了。标签放在胶 轮车的顶部,总原则就是读写器可以读到标签内的相关信息。 根据以上原则我们设计的济三煤矿调度系统的井底车场布置图1所示 图1.济三煤矿读写器布置图 Fig 1 Reader Distribution Of JiSan Coal Mine 国科技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 33定位调度系统软件设计 根据《煤矿监搾系统中心站软件开发规》要求,我们将系统划分为多个功能模块来实 现,功能模块如图2所示 井下胶轮车跟踪调度系统 组态设计 实时运行软件 匚车辆管理 系统安全 小页面组态 实时数据组态 通讯接口组态 据采集 车辆定位 面显 调 报表打印 车辆档案录入 案|案 变在 权限管理 图2系统软件组成结构 Fig2 Structure of The System 通信服 实时数 红态信 务程序 据管理 L息管坦」 实时数 据流 历史数 两 「声兄电报「报警处 据管理 索 警没备 咏搬表 库 报 理 打印结 果 图3系统软件工作流程图 Fig 3 Software Flow Chart 4定位调度算法说明 读写器和标签都有序列号,RFID读写器读取RFID标签并且得到RFID读写器序列号 4 国科技论文在线 http:/www.paper.edu.cn RFID标签的序刎号、读取时间等原始数据,通过这些原始数据可以把处于某个位置的读写 器和被该读写器读到的标签对应起米,这是胶轮车定位调度系统最基本的信息,也是RFD 所能提供的基本功能 但是仅仅依靠RFID设备提供的原始数据还不能满足对胶轮车的实时定位的要求,需要 对这些原始数据进行处理。此外,在信息管理部分的数据库中还有对某一标签的车辆更详细 的信息、计算机上读出这些信息的时间以及为了信息判别的需要而增加的辅助信息。根据这 些信息就可以确定胶轮车的位置。为了便于描述和理解,我们使用类似于数据库表格的形 式来擂述满足车辆定位所必须的信息: 1)读与尜一标签映射:该映射描述∫在某个时间t,RFID读写器R读取到RFID标签L 2)标签一车辆映射:该映射描述了贴有RFID标签的胶轮车的相关信息。比如车牌号、车 龄、运输货物属性、上次检修吋间等信息。该衣的信息有助于工作人员对全矿胶轮车整伓状 况的了解和胶轮车进行管理。 3)节点一巷道映射:该映射描述了巷道中安装RFID读写器的位置与巷道的对应关系。每 条记录包括三个域:①头节点、尾节点和巷道标识。②头节点和尾节点分别表示放置读写器 的位置,③用巷道头节点和尾节点唯一的标识巷道⑩。 4)时间一碁道一标签映射:该映射描述了在某一时间段内在某个坑道内有哪些车辆。表 中每条记录包括四个域:①起始时间描述了胶轮车进入该巷道的时刻;②终止时间描述了胶 轮车离开该茌道的时间:③巷道描述了与该条记录相关的巷道的标识符;④标签记录了在该 时间间隔内巷道内存在的标签,即胶轮车。该映射是定位算法最基木、最重婁、最核心的信 息,是根据前三个个哄射中的信息计算出来的。系统可以根据这个表或辅以其他衣给出各种 查询结果。 5)节点读写器映射该映射描述了读写器和节点之问的关系。表中每条记录包括两个 域①节点表示放置位置,即RFID读写器的位置的标识符②读写器表示RFID读写器的标识 符 要对胶轮车进行精确定位和实时调度就要对上述的实时信息进行实时处理。如下的算法 可以实现对胶轮车的实时定位。算法主要解决了如何把新传过来的数据与原有的数据相互配 合而定位在某个时间某个巷道内有那些车辆问题,并根据茌道内胶轮车数日的多少和生产实 际对胶纶车的需求完成对胶轮车的调度,同时对信息的读取尽量少当新的位置信息被记永, 监控主机就会按以下步骤进行操作6: )记录读写器R的编号Ri、标签编号L以及读写器读取到L的时间Ti。 2)从标签—读写器衣中查询标签编号为L、计数标识等于1并且读取时间最晚的记录 3)如果存在这样的记汞,则记录下该记录所包含的读写器编号R、读取时问巧,转4; 如果不存在,则将Ri、L、Ti组织成一条记录写入标签一读写器表,并将该条记录的计数标 识设置为1 4)如果Ri等于Rj,根椐Ri或R查询读写器—节点表,得到读写器对应的节点编号N 然后将Ti、T、L、N组成一条记录:否则根据R和R查询读写器一节点表,得到读写器 对应的节点编号ⅶi和N,然后根据N和Nj查询节点一巷道表得到想到编号T,将T、T L、T组成一条记录。 5)将记录写入到时问—一巷道一车辆表。 如果系统重新启动则遍历读写器衣查找有无某个记录没有被标记,若有,则把该信息作 为新读到的信息,执行上述算法,否则继续监视有无新信息到来。其读写流程图如图4所示 国科技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 开始 读取祘签 有新的标签、 读入? 读写器Ri读取到标 签[同时记录下时 间Ti 丛标签读写器表 査询读取时间最 的,标签号等于L 记录数为1的记录 是否存在这 N 样的记录 将该记录的计数标 识符加1,记录该 将Ri,L,T组成 记录所包含的读写 条记录 器Rj,读取时间T Y Ri是否等」 R 将记录写入标签读 号器表并将计数标 根据区查询读写器 根据Ri,R查询读 识设为1 节点表待到读写器 写器节点表得到节 所对应的节点标号 点N和N得到巷道 标号T 将T,T,L,N组 将Ti,Tj,L,T红 成条记录 成条记录 将记录写入 时间-巷道车辆 图4定位调度算法原理 Fig 4 positioning and scheduling algorithm 5系统功能的实现 1)行驶方向的判别 根据同一个标签L被两个不同的读写器(Ri,Rj)读到的先后顺序确定车辆的行驶方向。 如由读写器标签表得到标签L被Ri和R读到的时间分别是T和T且T<巧,由读写器节点 表可判定胶轮车是由节点N驶向N,结合济三煤矿的矿井巷道平面图即可判定胶轮车的行 驶方向 2)胶轮车行车的控制 国科技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 监控主机根据吋间—巷道一车辆表,可以判定在哪条巷道里有多少胶轮车和各个胶轮车 的行驶方向,结合巷道宽度和生产实际对胶轮车(货物运送,人员的运送)的需求控制井下 行车信号完成对胶轮车的调度。 弓外还可以人工调庋,当冇需要时地面调度员可以根据实际情况手动控制井下的行车信 号完成胶轮车的调度。 6总结与展望 1)本文只是对股轮车进行定位调度,推而广之,可以用同样的方法完成对井下工作人员 和可移动设备的区域定位。只要在矿工和可移动设备上贴一张标签,即可完成移动目标的定 位 2)软件上完成济一煤矿的井下电子地图的开发和济三煤矿矿井人员及胶轮车等可移动 设备数据库的开发工作。通过上位机软件的开发可以通过对采集到的数据进行其他处理从而 实现其他功能,如考劐管理、安全警报管理、巷道拓扑图的多层次设计管理等功能。 参考文献]( References) 1樊克尜,崔德元高效快捷的井下无轨胶轮车辅助运输系统冂.煤灰工程.2003-4-:5-6 [2]山西省国资委,htp:/ Www.sxg2w.gov.cn [3]徐景涛.基于RFD的矿井人员定位射频读写系统的设计D]焦作:河南理工大学,200 [4]顾煊王东盛煐烨RFID定位管理系统设计与实现[叭微计算机信息,2008年28期,2 [5]徐立军.基于RFID的煤矿井下人员定位系统[D]阜新:辽宁工程技术大学,2008 [6]沈文超徐建闽游峰智能交通仿真系统的设计与实现[交通信息与安仝,2009年第一期,2

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