基于RFID的矿山车辆智能化管理系统设计

一、系统需求及总体建设目标

　　1、矿山车辆安全运输管理需求

　　煤炭行业中如何确保煤炭的计量准确，运输安全，保证煤炭在场区内外不受损失成为各大煤炭企业迫切需要解决的难题。

　　各煤炭企业往往有着以下方面需求：
　　1) 能够严格管理煤炭料场运输车辆，确保实时掌握煤炭料场内外及行驶线路中相关运输车辆的实时情况（如：是否为合法车辆，杜绝套牌车辆，系统时时追踪及记录矿山车辆的进场、出场时间、称重情况、行进线路是否符合规定等等）。
　　2) 能够监控地衡(地磅)的运行情况。煤炭物料运输时，通常采用地衡按照“毛重-皮重”的方式对散装物料进行称重。能对车辆进行唯一性标识和自动识别。能从管理软件上自动掌握物料的运输和库存数据，同时，防止“一车二过、大车过毛小车回皮”等不法行为。
　　3) 能够使计量网络管理系统与地磅称重系统无线对接，能形成智能化的管理系统最佳。自动地磅中自动获取数据，时时反馈中心服务器，与采购、库存和生产等各部门建立衔接，形成完整的计量终端系统，最大程度上优化企业内部的管理流程，加大工作效率。
　　4) 能够提供远程查询监控系统，便于相关人员通过Web浏览器方式或其他方式，随时对某一个煤炭物料车辆进行监控和追踪。

　　2、建设目标

　　利用先进的RFID无线射频产品配合物联网技术上的解决方案，对相关运输车辆进行有效管理，最终目标是：实现高效、可靠的管理平台，实时掌握矿山企业的煤炭运输状况，提升企业对于煤炭运输的管理水平，防范人为的管理漏洞和企业财产损失。

　　二、总体解决方案

　　2.1方案思路

　　2.1.1 采用RFID技术对相关运输车辆进行管理
　　主要包括以下部分：
　　标签启用和发卡，与相应车辆进行数据库信息捆绑登记。
　　车辆进出入识别
　　通过地磅，煤场，关键点路线识别
　　利用手持设备或车载设备进行车辆稽查

　　2.1.2 通过网络技术实现本地和远程管理
　　（1）架设有线网络或无线网络，使网络覆盖整个料场的作业区，所有作业数据可以通过固定式RFID读写器实时进行传输。固定式RFID读写器具有接受作业指令、确认作业位置与作业物料是否准确、返回作业实况等功能。
　　（2）通过数据库和计算机网络实现作业点的数据交互，可以实现远程即时查询、统计、汇总各作业点的作业信息，并生成各种报表。

　　2.2业务流程

　　针对目前业务管理方面存在的弊端，采取多种先进技术，我方提出了新的业务流程，可以从根本上弥补了管理方面的漏洞、优化业务流程，提升管理水平，提高工作效率。业务流程如下图：

图 2-2 煤炭运输车整个作业流程

　　（1）标签发行：煤炭运输车辆车主通过后台管理中心标签发行处领取RFID电子标签（分为整队发行和现场发行两种情况）。运输车辆需提供计量号、车牌号码信息、车辆类型、身份信息等，系统录入计量号、车牌号码、司机相关信息。给车辆配备的电子标签作为日后合法运输矿产的唯一身份信息载体。

　　（2）煤炭运输车辆进入煤场时的首次称重：读写器自动识别车内电子标签是否合法。对未检测到电子标签的车辆进行人工盘查，防止不合法运输车辆私自运输煤炭；若检测到车辆内有合法授权的电子标签时，车辆方可进入地磅称重，同时记录车辆进场时间、毛重\皮重等称重数据和称重时间；若检测到车辆内有电子标签而未经授权的车辆，读写器会自动启动报警装置，进行报警，通知相关管理人员进行处理，直至问题排除。

　　（3）运输车辆入场装煤及二次称重：合法煤炭运输车辆进入煤场装煤，完成装煤后，车辆进入二次称重场称重，读写器同时记录车辆进场时间、离场时间、运煤车总重量及运煤重量；在运输车辆装煤结束后，有些合法车辆并未按照相关规定进入二次称重场，而直接沿大道驶去，给企业和国家造成极大经济损失，在充分考虑各种因素后，设计了在运输道路的分岔路口安装固定式读写器或者手持式读写器进行稽查，在系统中形成车辆行驶轨迹，方便查阅（固定设备或者手持设备稽查到经过此处的相关合法车辆后，通过GPRS或者其他方式传到后台），以防止合法运煤车偷盗国家或企业的煤炭资源。

　　（4）车载稽查系统

　　车载稽查系统安装于稽查执法车内。执法人员可驾驶执法车辆在管辖范围内任意地方进行车辆稽查。对车牌（车牌号自动识别提取）、车辆特征（图片）进行识别，并对RFID电子标签远距离识别。通过数据处理系统自动对车辆的物理特征信息和电子标签信息进行比对，发现问题车辆，立即发出语音和数显报警，提示执法人员进行拦截；该系统可对时速0~120公里的同向或逆向行驶车辆实行动态稽查，还可对驻停车辆进行稽查，其有效远距离稽查范围可达200米以上。稽查车辆配备车载固定式读写器，车载计算机等，由车载电源进行供电，对主要运输道路上的车辆进行远距离或者近距离稽查。判断车辆是否是合法车辆，是否按照预定路线行驶等。

　　（5） 手持稽查系统

图 2-3 煤炭运输车辆手持稽查

　　通过给执法人员配备便携式稽查设备，可用于对慢行或驻停车辆进行稽查。当执法人员将手持稽查系统的接收天线对准可疑车辆时，如果系统显示的信息与该车辆的物理特征相符，则为合法车辆，如果系统接收不到电子信息或接收到的电子信息与物理特征不符，则可判断出该车为非法车辆或问题车辆，系统将立即发出报警提示；同时手持稽查系统也可设置成与就近的固定稽查系统无线连接，当固定稽查系统发现问题车辆时将即时向手持稽查系统报警并显示该车信息；
系统灵活设计，实时联机，脱机均可。

1）、可选内置模块
　　I　 当采用实时数据联网方式时，装有无线通讯模块的电子标签手持机使用现有的无线通讯网络与区煤炭车辆监管业务处理子系统进行实时双向数据通信（选择网络为CDMA 1X或GPRS）
　　II 当移动通信网络阻塞或故障时采用数据脱机处理方式时，电子标签手持机通过事先下载的车辆监管比对数据库进行现场车辆稽查，如果遇到本地数据库无法比对的信息可进行电子营运证中数据的现场查验，并在返回时，装有数据存储模块的手持机USB数据接口或红外无线接口将数据存储模块储存的数据与与煤炭车辆监管业务处理子系统进行数据校验。

　　数据脱机处理方式

　　数据实时处理方式

　　2.3系统架构

图 2-4 系统架构

　　矿山车辆智能化管理系统设计采用如下三层架构：
　　第一层：数据采集，主要是通过RFID自动识别设备和摄像系统采集数据信息，对运输车辆进行实时监控。
　　第二层是网络传输，即通过有线通信技术、无线通信技术和网络技术，将采集来的数据传递到中央数据库；包括相关的网络设备。
　　第三层是数据应用处理，对采集的数据进行管理；包括矿山车辆智能化管理系统、数据库服务器和网络服务器等设备。

　　2.4系统构成

　　矿山车辆智能化管理系统由数据库管理子系统、标签发行子系统、车辆管理子系统、地磅车辆管理子系统、远程查询子系统构、计量结算子系统构成。

图2-5 系统构成图

　　2.4.1系统基本功能
　　（1）每辆运输车辆配备防拆的电子标签，即车辆的“电子身份证”。车辆电子标签具有全球唯一性、不可复制性和不可拆卸性。
　　（2）无线采集信息，极大程度上提高了煤场安全性和扩展性，减少和杜绝人工记录和统计的失误率，优化管理流程，提高工作效率。
　　（3）实时全局监控场区内外矿山运输车状态和煤场动态信息。
　　（4）决策支持：系统高效的、快捷、准确的统计功能（比如煤炭运输总量、某辆运输车目前状态等相关数据的快速统计）能给管理层提供各种数据来快速决策
　　（5）自动提示：对运输车的各项信息、运输线路的指定等各项信息提供条件式的预警提示功能，方便相关管理部门人员进一步了解矿山运输车辆的实际情况；
　　（6）出入口智能信息确认：出入口的审核确认，自动、快速、识别距离远识别，大大提高煤炭运输的安全性并可备档查询。