一、 系統(tǒng)概述
1.1 礦區(qū)管理的現(xiàn)狀和問題
隨著科技的進步和人類生產(chǎn)力的發(fā)展，智能管理技術(shù)在住宅小區(qū)、大廈、機關(guān)單位的應(yīng)用越來越普遍。而人們對管理的要求也越來越高，智能化程度也越來越高，使用更加方便快捷，不僅提高了管理水平和工作效率，也大大地節(jié)約了人力物力，降低了公司的運營成本，并使得整個管理系統(tǒng)安全可靠，包括整體監(jiān)控、車輛圖像識別、車輛資料管理、車輛的出入情況和收費管理等。
另一方面，在礦區(qū)管理上，許多礦山面臨著運輸車輛的監(jiān)控、管理問題。例如在礦區(qū)里的拉礦車頻繁出入通道，以前一般采用人工發(fā)票的方式計數(shù)，這種方式存在工作環(huán)境惡劣，誤差較大，費用較高，影響車輛的效率；而在過磅運輸和車輛管理上也存在類似少記錄、漏記錄和私放車輛等問題。管理不善、措施不到位以及人為紕漏不僅造成企業(yè)資產(chǎn)收入嚴重流失，還在企業(yè)中形成了對長期發(fā)展極為不利的不良工作習(xí)慣，嚴重影響了企業(yè)的經(jīng)營管理和經(jīng)濟效益。
因此，針對煤礦、非煤礦區(qū)管理的特點，借助RFID等科學(xué)技術(shù)，將整個礦區(qū)地面區(qū)域形成一個智能化的區(qū)域物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)整個礦區(qū)進出外來車輛的現(xiàn)代化高效管理、無縫管理、科學(xué)化管理，就成為各類礦區(qū)一個迫切的任務(wù)。
1.2 礦區(qū)車輛智能管理系統(tǒng)的作用和意義
我公司在多年RFID應(yīng)用的基礎(chǔ)上研制開發(fā)了一套礦區(qū)智能管理解決方案，該方案采用網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控、遠距離感應(yīng)式射頻技術(shù)、車輛識別系統(tǒng)、自動圖像拍攝技術(shù)、自動數(shù)據(jù)讀寫和礦區(qū)車輛定位等技術(shù)，通過對進入礦區(qū)的車輛和離開礦區(qū)的車輛的車牌識別、上磅定位、稱重數(shù)據(jù)、車載頂部監(jiān)控、礦區(qū)車輛實時定位和工作人員實時監(jiān)控實現(xiàn)整個車輛進入礦區(qū)、過磅、離開的安全管理，達到減少人為操作、避免人為犯錯的應(yīng)用目的，從而減少企業(yè)的管理漏洞，最大程度的避免人為的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象。該系統(tǒng)具有先進、可靠、安全、方便、快捷等特點，有效的解決了礦區(qū)車輛管理的難題。
二、 系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)與原則
2.1 總體設(shè)計標準和依據(jù)
※《建筑智能化系統(tǒng)工程設(shè)計管理暫行規(guī)定》建設(shè)部1997
※《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》(JGJ/T16-92)建設(shè)部
※《智能建筑設(shè)計標準》(DBJ08-4-95)市建委1996
※ 停車場管理系統(tǒng)—Q/SJS 001-1998—QB/440300L6960-1998
※ 所有硬件系統(tǒng)均符合下述標準：
電磁學(xué)規(guī)范：FCC Class B或CISPR22 ClassB
安全規(guī)范：UL Listed(美國)或EN60950(國際)
2.2 總體設(shè)計原則及目標
1) 車輛快速通過出/入口：使用該系統(tǒng)，車輛通過出入口讀卡器時速在40KM 以 上，讀卡距離達到10米以上，可以實現(xiàn)車輛的不停車通過。
2) 出/入口無人值守：車輛出/入口可以實現(xiàn)無人值守，可以保持出入口的暢通無阻，實現(xiàn)車輛的現(xiàn)代化管理。
3) 有源卡技術(shù)：采有源卡，不存在卡片無電讀不到的缺點
4) 圖像處理技術(shù)：車輛通過圖像拍攝，記錄車輛情況。
5) 車輛過磅數(shù)據(jù)記錄：系統(tǒng)自動記錄車輛過地磅信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)自動寫入卡內(nèi)。
6) 車輛礦區(qū)定位技術(shù)：在每個工作區(qū)設(shè)置讀卡器，定位、記錄、顯示車輛的行車路線。
7) 模塊化設(shè)計：管理系統(tǒng)的硬件和軟件都由若干功能模式塊組成，這樣可以根據(jù)用戶的不同要求，靈活地組成功能不同的系統(tǒng)。利用不同的讀卡距離的設(shè)備組合成多種類型的系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件沒有大的變化，大大方便了用戶，也縮短了工程周期，提高了系統(tǒng)的可靠性。
8) 高保密性: 本系統(tǒng)的設(shè)備和識別卡為用戶提供了獨一無二的識別編碼，從根本上消除了復(fù)制、偽造和作弊的現(xiàn)象。
9) 高適應(yīng)性: 可適應(yīng)從一20 ℃ 到+60 ℃ 的各種環(huán)境。
10) 標準化設(shè)計：設(shè)計及其實施按照國家和地方的有關(guān)標準進行。選用的系統(tǒng)設(shè)備、產(chǎn)品和軟件盡可能符合工業(yè)標準或主流。
11) 先進性設(shè)計：工程的整體方案將保證具有明顯的先進特征?？紤]到電子、信息技術(shù)的迅速發(fā)展，本設(shè)計在技術(shù)上將適度超前，所采用的設(shè)備，產(chǎn)品和軟件不僅成熟而且能代表當(dāng)今世界的技術(shù)水平。
三、 系統(tǒng)整體功能及特點
3.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的整體功能
1) 實時監(jiān)控。在全區(qū)各主要區(qū)域設(shè)置高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控攝像頭，監(jiān)控礦區(qū)情況。
2) 方便、快捷的進出功能。根據(jù)進出煤車類型將用戶分為固定用戶和臨時用戶。固定用戶采取發(fā)放固定可貼式卡片，每次進出礦區(qū)實現(xiàn)無停頓、直接通過。臨時煤車進入礦區(qū)則需要登記信息、領(lǐng)取臨時卡。
3) 車、卡合一功能。能將所有進入礦區(qū)的車輛進行統(tǒng)一的監(jiān)控、管理，在礦區(qū)內(nèi)做到卡、車合一。
4) 過地磅信息記錄功能?？梢詫④囕v所拉的煤數(shù)量自動計入所發(fā)卡中，自動更新系統(tǒng)中數(shù)據(jù)。
5) 數(shù)據(jù)精確記錄功能?？梢杂行Ф沤^多拉、少拉、拉煤不繳費、少繳費等情況的發(fā)生。
6) 強大的接口功能。能輕松的接入到礦區(qū)的ERP系統(tǒng)或進、銷、存系統(tǒng)中，實時更新數(shù)據(jù)庫。
7) 車輛定位功能?？梢圆樵冘囕v在礦區(qū)的位置、行車路線等信息，方便監(jiān)控、管理。
3.2 系統(tǒng)的設(shè)計特點
1) 高度自動化。系統(tǒng)能自動檢測車輛的進、出，過地磅的數(shù)據(jù)信息，所經(jīng)過的時間、地點信息等，并自動實現(xiàn)對車輛的考勤作業(yè)、統(tǒng)計及安全管理，大大減少礦區(qū)工作人員以及工作量。
2) 成熟可靠的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。安裝在全礦區(qū)的全向型讀寫器，實時將采集到的信息通過485工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)傳送到中心集控系統(tǒng)，整個過程無需人為干預(yù)。
3) 完備的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與信息查詢軟件。系統(tǒng)軟件具備專用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，包括車輛的信息采集和統(tǒng)計分析系統(tǒng)，行車線路統(tǒng)計與管理分析系統(tǒng)，顯示并打印各種統(tǒng)計報表資料，為管理人員的查詢與管理提供全方位的服務(wù)。
4) 系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠性設(shè)計。系統(tǒng)產(chǎn)品完全采用室外環(huán)境下全天候連續(xù)可靠工作設(shè)計。
5) 完善的異常情況(包括無效卡、失效卡、黑名單卡進入)報警呼叫系統(tǒng)配置。
6) 精確時間定位。整套系統(tǒng)控制流和數(shù)據(jù)流不用輪巡，上位機軟件真正做到“所見即所得”，即時讀取和上傳車輛位置信息，沒有時間延時，真正做到定位時間精確到秒。
7) 精確空間定位。在讀頭有效識別距離間隔下，卡片在各讀頭間可實現(xiàn)精確區(qū)域定位。
四、 各個子系統(tǒng)詳細解決方案
4.1 車輛出入管理
微波射頻識別(UHF RFID)技術(shù)具有識別距離遠、識別準確率高、識別速度快、抗干擾能力強、使用壽命長、可穿透非金屬材料等特點,運用范圍廣。智能車輛管理系統(tǒng)通過遠距離無源射頻識別技術(shù)有效防止了人為因素給車輛管理帶來的干擾，實現(xiàn)大廈、物業(yè)小區(qū)停車場的智能化科學(xué)管理，可控制費用流失,提高運營效率，確保車輛安全。
管理系統(tǒng)是對車輛實行一車一卡管理，采用超高頻復(fù)合遠距離讀卡器，每個進入車輛攜帶一張RFID卡。
車輛用戶分為兩大類：
1)固定用戶：本礦和其他固定往來單位的車輛。采用遠距離卡貼在汽車擋風(fēng)玻璃上，每次車輛到達停車場閘口時，由遠距離讀卡設(shè)備判斷可控制擋桿自動抬起，因此固定用戶車輛可以不必停頓，從而極大提高了車輛的通行效率。
2)臨時用戶：偶爾出入礦區(qū)的車輛。進出需要辦理停車登記檢查和發(fā)卡和收卡手續(xù)。
進出礦區(qū)管理系統(tǒng)配置包括控制器、遠距離高頻讀寫器、感應(yīng)卡、自動道閘、車輛感應(yīng)器、地感線圈、通訊適配器、攝像機、H.264視頻服務(wù)器、傳輸設(shè)備、管理服務(wù)器等。
大門的前后埋設(shè)遠距離感應(yīng)天線。當(dāng)攜帶RFID的車輛到達感應(yīng)區(qū)域時，遠距離讀卡器讀到感應(yīng)卡里面的卡號，并傳給控制器，控制器對讀到的卡號進行合法性判斷。如果卡片合法，控制器上的繼電器動作，與之相連的智能道閘打開。如果卡片不合法，繼電器不動作，道閘不能被打開， 同時計算機給出一個非法RFID的報警信息。
當(dāng)車輛通過道閘后，道閘自動落桿。當(dāng)經(jīng)過另一邊的讀卡線圈時，讀卡器也會讀到感應(yīng)卡的卡號，但并不輸出給控制器，因此，道閘不會再次被打開(這一功能稱之為同卡延時)。
安裝在大門口的計算機屏幕上會實時顯示車輛的進出資料，如車輛的牌照、卡號、車輛的照片、進出時間，以供管理人員及時進行查對和事后查詢、統(tǒng)計， 并能生成各種報表。
為防止道閘欄桿由于意外情況砸車，在每個道閘的下方埋設(shè)地感線圈。還可以在進出口的左右兩側(cè)安裝一組紅外對射。道閘本身還具有防砸車功能，當(dāng)落桿過程中，遇到一定的阻力時會自動抬桿，從而形成三道防砸車防護。
通過以上功能，達到了車輛的自動跟蹤、自動識別和自動管制的要求。
4.2 車輛稱重管理
采用視頻服務(wù)器實現(xiàn)監(jiān)控抓拍方案，在地磅周圍安裝監(jiān)控攝像機，用來抓拍車牌號并進行識別，并與稱重系統(tǒng)無縫鏈接，車牌號自動識別連入系統(tǒng)，減少人為操作。配置紅外定位設(shè)備確定車輛是否完全上磅;在地磅頂部安裝一部監(jiān)控攝像機用來抓拍車輛中的物資是否卸完；在磅房內(nèi)安裝一部監(jiān)控攝像機，用來抓拍地磅過磅人員的過磅情況。
采集到的所有視頻錄像，通過網(wǎng)絡(luò)傳回到控制機房，對所有視頻進行集中錄像、存儲與管理，對磅房車輛過磅及過磅操作人員進行24小時不間斷監(jiān)控錄像。
所有過磅數(shù)據(jù)都自動寫入到車輛的RFID卡(或后臺卡對應(yīng)的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫)中，方便后程讀取。
4.2.1車輛稱重管理系統(tǒng)的設(shè)計思想
1) 車輛駛?cè)胱R別區(qū)后車號自動被識別，系統(tǒng)會根據(jù)預(yù)先輸入的車輛管理數(shù)據(jù)進行自動判別，對于車號和系統(tǒng)自動識別的車號出現(xiàn)不一致或者不存在的車輛，系統(tǒng)會自動報警并阻止稱重。
2) 在磅體兩端各安裝一對紅外對射儀，紅外線設(shè)備通過信號線連接到物聯(lián)網(wǎng)終端，然后發(fā)到服務(wù)器。當(dāng)光束被阻擋時，紅外對射儀將信號發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)終端，當(dāng)檢測到報警信號后，系統(tǒng)禁止稱重系統(tǒng)數(shù)據(jù)保存，稱重流程終止。
3) 紅外線精確定位系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用紅外精確定位系統(tǒng)確保車輛完全上稱后再進行稱重操作，該技術(shù)徹底杜絕車輛不完全上稱或者多臺車輛同時上稱的作弊問題。
過磅稱重慣用的作弊手段為前后輪不完全上磅，示意圖如下：
4) 此設(shè)備可遠距離掃描標簽，實現(xiàn)了不停車管理稱重，減少了人為參與造成的問題并提高車輛稱重通行工作效率。
4.2.2 車輛稱重管理系統(tǒng)的功能：
1) 采用用戶分級管理，根據(jù)權(quán)限使用特定的功能；
2) 解決了磅房聯(lián)網(wǎng)稱重的問題，使各個磅房能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)稱重；
3) 出、入煤量的統(tǒng)計分析；
4) 對車輛的業(yè)務(wù)流程中的入?yún)^(qū)、稱重、出區(qū)等過程的監(jiān)控，記錄出現(xiàn)的問題，生成相應(yīng)查詢統(tǒng)計報表，便于管理人員進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)問題，提高運行效率，降低各個環(huán)節(jié)的管理漏洞；
5) 可擴展的數(shù)據(jù)接口，可以與企業(yè)其他信息系統(tǒng)(財務(wù)系統(tǒng)、ERP等)進行數(shù)據(jù)交換和系統(tǒng)集成。
4.3 車輛定位管理
車輛跟蹤定位系統(tǒng)通過對關(guān)鍵路徑點架設(shè)讀寫設(shè)備，以達到對車輛在關(guān)鍵交通位置的識別、定位、跟蹤等功能，從而實現(xiàn)遠程識別電子通行證、監(jiān)控車輛正確行駛路徑的目的。
系統(tǒng)采用RFID進行區(qū)域定位技術(shù)，所采用的技術(shù)有移動計算技術(shù)、無線射頻識別、計算機軟件、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)通信等，在設(shè)計方案時，除了考慮其功能外，在穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾能力、容錯能力及異常保護等方面也進行了充分的考慮。系統(tǒng)利用現(xiàn)有成熟的工業(yè)485通訊網(wǎng)絡(luò)作為主傳輸平臺，通過定位管理軟件與主系統(tǒng)以標準的專用數(shù)據(jù)庫進行后臺數(shù)據(jù)交換，對礦區(qū)車輛出入各個路口跟蹤管理。在各個路口安裝讀卡器。當(dāng)帶有標簽的車輛從路口駛過時，通過讀卡器讀到的信號強弱變化，可以判斷車輛行駛方向，并將數(shù)據(jù)上傳回服務(wù)器。
4.3.1 定位系統(tǒng)的工作原理和組成
實時定位追蹤系統(tǒng)通過RFID(電子標簽)的應(yīng)用，將其作為目標的唯一標識進行追蹤和定位，主要包括讀寫器和RFID智能卡。讀寫器是RFID的讀寫控制器，由微處理器、安全模塊和微波通信控制器以及RS232/485通訊接口等組成，以短程通訊協(xié)議，實現(xiàn)讀寫器與智能卡之間安全可靠的信息交換目的，讀寫器通過RS232/485/無線/GPRS與上位機連接，從上位機接收控制命令和數(shù)據(jù)并返回數(shù)據(jù)。
4.3.2 定位系統(tǒng)的功能
1) 實時布控區(qū)域目標動態(tài)顯示功能：
a) 任一時間查詢并顯示受控區(qū)域目標的數(shù)量、身份等；
b) 查詢一個或多個受控目標現(xiàn)在的實際位置；
c) 可實現(xiàn)信息多點共享，供多個部門及領(lǐng)導(dǎo)同時在不同地點查看。
2) 豐富的地圖功能：具有放大、縮小、移動、標尺測距、視野控制、地圖打印等功能。
3) 禁區(qū)報警功能：對于指定的警區(qū)，如果有非授權(quán)進入，實時報警，并顯示進入禁區(qū)的目標。
4) 目標軌跡查詢：可查找某目標在某個時間段內(nèi)所經(jīng)歷的路徑，并在圖中畫出線路軌跡。
5) 突發(fā)事件控制：一旦有突發(fā)事件，上位機上立即能顯示出該現(xiàn)場的目標數(shù)量、信息、位置等，大大提高安全管理工作的效率和效果。
4.3.3 定位系統(tǒng)的性能特點
1) 強大的系統(tǒng)處理能力：
a) 采用先進算法優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力；
b) 高度自動化；
c) 基于GIS技術(shù)的地理信息顯示、查詢系統(tǒng)。
2) 卓越的識別性能：
a) 高度的識別可靠性，100%的前端識別率；
b) 識別距離遠(識別距離可達2-50 米可調(diào))；
c) 極高的防沖突性(每個識別基站可最多同時識別數(shù)以百計的運動目標)；
d) 高度的識別穩(wěn)定性(誤碼率小于10 萬分之1)；
e) 快速的識別速度(最快可達到200 公里/小時的識別速度)。
3) 現(xiàn)場優(yōu)勢：
a) 環(huán)境適應(yīng)性：高抗干擾性，對干擾源、周界環(huán)境無特殊要求；
b) 安裝方便性：一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，無需外接天線；
c) 運行可靠性：內(nèi)部電路高度集成化，器件故障率最小化。
4) 電氣特性：
a) 超低功耗：納瓦級超低功耗設(shè)計，RFID標簽在不更換電池的情況下可連續(xù)正常工作5 年以上；
b) 方便性、安全性，標簽無須外接電源，無須充電、無須更換電池；
c) 無輻射，對人體和環(huán)境無任何影響，更安全更健康。