基于物联网的矿区车辆智能管理系统技术方案

　　一、 系统概述

　　1.1 矿区管理的现状和问题

　　随着科技的进步和人类生产力的发展，智能管理技术在住宅小区、大厦、机关单位的应用越来越普遍。而人们对管理的要求也越来越高，智能化程度也越来越高，使用更加方便快捷，不仅提高了管理水平和工作效率，也大大地节约了人力物力，降低了公司的运营成本，并使得整个管理系统安全可靠，包括整体监控、车辆图像识别、车辆资料管理、车辆的出入情况和收费管理等。

　　另一方面，在矿区管理上，许多矿山面临着运输车辆的监控、管理问题。例如在矿区里的拉矿车频繁出入通道，以前一般采用人工发票的方式计数，这种方式存在工作环境恶劣，误差较大，费用较高，影响车辆的效率；而在过磅运输和车辆管理上也存在类似少记录、漏记录和私放车辆等问题。管理不善、措施不到位以及人为纰漏不仅造成企业资产收入严重流失，还在企业中形成了对长期发展极为不利的不良工作习惯，严重影响了企业的经营管理和经济效益。

　　因此，针对煤矿、非煤矿区管理的特点，借助RFID等科学技术，将整个矿区地面区域形成一个智能化的区域物联网管理系统，从而实现整个矿区进出外来车辆的现代化高效管理、无缝管理、科学化管理，就成为各类矿区一个迫切的任务。

　　1.2 矿区车辆智能管理系统的作用和意义

　　我公司在多年RFID应用的基础上研制开发了一套矿区智能管理解决方案，该方案采用网络视频监控、远距离感应式射频技术、车辆识别系统、自动图像拍摄技术、自动数据读写和矿区车辆定位等技术，通过对进入矿区的车辆和离开矿区的车辆的车牌识别、上磅定位、称重数据、车载顶部监控、矿区车辆实时定位和工作人员实时监控实现整个车辆进入矿区、过磅、离开的安全管理，达到减少人为操作、避免人为犯错的应用目的，从而减少企业的管理漏洞，最大程度的避免人为的跑、冒、滴、漏现象。该系统具有先进、可靠、安全、方便、快捷等特点，有效的解决了矿区车辆管理的难题。

　　二、 系统设计依据与原则

　　2.1 总体设计标准和依据

　　※《建筑智能化系统工程设计管理暂行规定》建设部1997

　　※《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16-92)建设部

　　※《智能建筑设计标准》(DBJ08-4-95)市建委1996

　　※ 停车场管理系统—Q/SJS 001-1998—QB/440300L6960-1998

　　※ 所有硬件系统均符合下述标准：

　　电磁学规范：FCC Class B或CISPR22 ClassB

　　安全规范：UL Listed(美国)或EN60950(国际)

　　2.2 总体设计原则及目标

　　1) 车辆快速通过出/入口：使用该系统，车辆通过出入口读卡器时速在40KM 以 上，读卡距离达到10米以上，可以实现车辆的不停车通过。

　　2) 出/入口无人值守：车辆出/入口可以实现无人值守，可以保持出入口的畅通无阻，实现车辆的现代化管理。

　　3) 有源卡技术：采有源卡，不存在卡片无电读不到的缺点

　　4) 图像处理技术：车辆通过图像拍摄，记录车辆情况。

　　5) 车辆过磅数据记录：系统自动记录车辆过地磅信息数据，数据自动写入卡内。

　　6) 车辆矿区定位技术：在每个工作区设置读卡器，定位、记录、显示车辆的行车路线。

　　7) 模块化设计：管理系统的硬件和软件都由若干功能模式块组成，这样可以根据用户的不同要求，灵活地组成功能不同的系统。利用不同的读卡距离的设备组合成多种类型的系统，系统软件和应用软件没有大的变化，大大方便了用户，也缩短了工程周期，提高了系统的可靠性。

　　8) 高保密性: 本系统的设备和识别卡为用户提供了独一无二的识别编码，从根本上消除了复制、伪造和作弊的现象。

　　9) 高适应性: 可适应从一20 ℃ 到+60 ℃ 的各种环境。

　　10) 标准化设计：设计及其实施按照国家和地方的有关标准进行。选用的系统设备、产品和软件尽可能符合工业标准或主流。

　　11) 先进性设计：工程的整体方案将保证具有明显的先进特征。考虑到电子、信息技术的迅速发展，本设计在技术上将适度超前，所采用的设备，产品和软件不仅成熟而且能代表当今世界的技术水平。

　　三、 系统整体功能及特点

　　3.1 系统实现的整体功能

　　1) 实时监控。在全区各主要区域设置高清网络监控摄像头，监控矿区情况。

　　2) 方便、快捷的进出功能。根据进出煤车类型将用户分为固定用户和临时用户。固定用户采取发放固定可贴式卡片，每次进出矿区实现无停顿、直接通过。临时煤车进入矿区则需要登记信息、领取临时卡。

　　3) 车、卡合一功能。能将所有进入矿区的车辆进行统一的监控、管理，在矿区内做到卡、车合一。

　　4) 过地磅信息记录功能。可以将车辆所拉的煤数量自动计入所发卡中，自动更新系统中数据。

　　5) 数据精确记录功能。可以有效杜绝多拉、少拉、拉煤不缴费、少缴费等情况的发生。

　　6) 强大的接口功能。能轻松的接入到矿区的ERP系统或进、销、存系统中，实时更新数据库。

　　7) 车辆定位功能。可以查询车辆在矿区的位置、行车路线等信息，方便监控、管理。

　　3.2 系统的设计特点

　　1) 高度自动化。系统能自动检测车辆的进、出，过地磅的数据信息，所经过的时间、地点信息等，并自动实现对车辆的考勤作业、统计及安全管理，大大减少矿区工作人员以及工作量。

　　2) 成熟可靠的网络通信系统。安装在全矿区的全向型读写器，实时将采集到的信息通过485工业通讯网络传送到中心集控系统，整个过程无需人为干预。

　　3) 完备的数据统计与信息查询软件。系统软件具备专用数据库管理系统，包括车辆的信息采集和统计分析系统，行车线路统计与管理分析系统，显示并打印各种统计报表资料，为管理人员的查询与管理提供全方位的服务。

　　4) 系统的安全、稳定、可靠性设计。系统产品完全采用室外环境下全天候连续可靠工作设计。

　　5) 完善的异常情况(包括无效卡、失效卡、黑名单卡进入)报警呼叫系统配置。

　　6) 精确时间定位。整套系统控制流和数据流不用轮巡，上位机软件真正做到“所见即所得”，即时读取和上传车辆位置信息，没有时间延时，真正做到定位时间精确到秒。

　　7) 精确空间定位。在读头有效识别距离间隔下，卡片在各读头间可实现精确区域定位。

　　四、 各个子系统详细解决方案

　　4.1 车辆出入管理

　　微波射频识别(UHF RFID)技术具有识别距离远、识别准确率高、识别速度快、抗干扰能力强、使用寿命长、可穿透非金属材料等特点,运用范围广。智能车辆管理系统通过远距离无源射频识别技术有效防止了人为因素给车辆管理带来的干扰，实现大厦、物业小区停车场的智能化科学管理，可控制费用流失,提高运营效率，确保车辆安全。

　　管理系统是对车辆实行一车一卡管理，采用超高频复合远距离读卡器，每个进入车辆携带一张RFID卡。

　　车辆用户分为两大类：

　　1)固定用户：本矿和其他固定往来单位的车辆。采用远距离卡贴在汽车挡风玻璃上，每次车辆到达停车场闸口时，由远距离读卡设备判断可控制挡杆自动抬起，因此固定用户车辆可以不必停顿，从而极大提高了车辆的通行效率。

　　2)临时用户：偶尔出入矿区的车辆。进出需要办理停车登记检查和发卡和收卡手续。

　　进出矿区管理系统配置包括控制器、远距离高频读写器、感应卡、自动道闸、车辆感应器、地感线圈、通讯适配器、摄像机、H.264视频服务器、传输设备、管理服务器等。

　　大门的前后埋设远距离感应天线。当携带RFID的车辆到达感应区域时，远距离读卡器读到感应卡里面的卡号，并传给控制器，控制器对读到的卡号进行合法性判断。如果卡片合法，控制器上的继电器动作，与之相连的智能道闸打开。如果卡片不合法，继电器不动作，道闸不能被打开， 同时计算机给出一个非法RFID的报警信息。

　　当车辆通过道闸后，道闸自动落杆。当经过另一边的读卡线圈时，读卡器也会读到感应卡的卡号，但并不输出给控制器，因此，道闸不会再次被打开(这一功能称之为同卡延时)。

　　安装在大门口的计算机屏幕上会实时显示车辆的进出资料，如车辆的牌照、卡号、车辆的照片、进出时间，以供管理人员及时进行查对和事后查询、统计， 并能生成各种报表。

　　为防止道闸栏杆由于意外情况砸车，在每个道闸的下方埋设地感线圈。还可以在进出口的左右两侧安装一组红外对射。道闸本身还具有防砸车功能，当落杆过程中，遇到一定的阻力时会自动抬杆，从而形成三道防砸车防护。

　　通过以上功能，达到了车辆的自动跟踪、自动识别和自动管制的要求。

　　4.2 车辆称重管理

　　采用视频服务器实现监控抓拍方案，在地磅周围安装监控摄像机，用来抓拍车牌号并进行识别，并与称重系统无缝链接，车牌号自动识别连入系统，减少人为操作。配置红外定位设备确定车辆是否完全上磅;在地磅顶部安装一部监控摄像机用来抓拍车辆中的物资是否卸完；在磅房内安装一部监控摄像机，用来抓拍地磅过磅人员的过磅情况。

　　采集到的所有视频录像，通过网络传回到控制机房，对所有视频进行集中录像、存储与管理，对磅房车辆过磅及过磅操作人员进行24小时不间断监控录像。

　　所有过磅数据都自动写入到车辆的RFID卡(或后台卡对应的服务器数据库)中，方便后程读取。

　　4.2.1车辆称重管理系统的设计思想

　　1) 车辆驶入识别区后车号自动被识别，系统会根据预先输入的车辆管理数据进行自动判别，对于车号和系统自动识别的车号出现不一致或者不存在的车辆，系统会自动报警并阻止称重。

　　2) 在磅体两端各安装一对红外对射仪，红外线设备通过信号线连接到物联网终端，然后发到服务器。当光束被阻挡时，红外对射仪将信号发送到物联网终端，当检测到报警信号后，系统禁止称重系统数据保存，称重流程终止。

　　3) 红外线精确定位系统。本系统采用红外精确定位系统确保车辆完全上称后再进行称重操作，该技术彻底杜绝车辆不完全上称或者多台车辆同时上称的作弊问题。

　　过磅称重惯用的作弊手段为前后轮不完全上磅，示意图如下：

　　4) 此设备可远距离扫描标签，实现了不停车管理称重，减少了人为参与造成的问题并提高车辆称重通行工作效率。

　　4.2.2 车辆称重管理系统的功能：

　　1) 采用用户分级管理，根据权限使用特定的功能；

　　2) 解决了磅房联网称重的问题，使各个磅房能够实现联网称重；

　　3) 出、入煤量的统计分析；

　　4) 对车辆的业务流程中的入区、称重、出区等过程的监控，记录出现的问题，生成相应查询统计报表，便于管理人员进行统计分析，发现问题，提高运行效率，降低各个环节的管理漏洞；

　　5) 可扩展的数据接口，可以与企业其他信息系统(财务系统、ERP等)进行数据交换和系统集成。

　　4.3 车辆定位管理

　　车辆跟踪定位系统通过对关键路径点架设读写设备，以达到对车辆在关键交通位置的识别、定位、跟踪等功能，从而实现远程识别电子通行证、监控车辆正确行驶路径的目的。

　　系统采用RFID进行区域定位技术，所采用的技术有移动计算技术、无线射频识别、计算机软件、数据库、数据通信等，在设计方案时，除了考虑其功能外，在稳定性、可靠性、抗干扰能力、容错能力及异常保护等方面也进行了充分的考虑。系统利用现有成熟的工业485通讯网络作为主传输平台，通过定位管理软件与主系统以标准的专用数据库进行后台数据交换，对矿区车辆出入各个路口跟踪管理。在各个路口安装读卡器。当带有标签的车辆从路口驶过时，通过读卡器读到的信号强弱变化，可以判断车辆行驶方向，并将数据上传回服务器。

　　4.3.1 定位系统的工作原理和组成

　　实时定位追踪系统通过RFID(电子标签)的应用，将其作为目标的唯一标识进行追踪和定位，主要包括读写器和RFID智能卡。读写器是RFID的读写控制器，由微处理器、安全模块和微波通信控制器以及RS232/485通讯接口等组成，以短程通讯协议，实现读写器与智能卡之间安全可靠的信息交换目的，读写器通过RS232/485/无线/GPRS与上位机连接，从上位机接收控制命令和数据并返回数据。

　　4.3.2 定位系统的功能

　　1) 实时布控区域目标动态显示功能：

　　a) 任一时间查询并显示受控区域目标的数量、身份等；

　　b) 查询一个或多个受控目标现在的实际位置；

　　c) 可实现信息多点共享，供多个部门及领导同时在不同地点查看。

　　2) 丰富的地图功能：具有放大、缩小、移动、标尺测距、视野控制、地图打印等功能。

　　3) 禁区报警功能：对于指定的警区，如果有非授权进入，实时报警，并显示进入禁区的目标。

　　4) 目标轨迹查询：可查找某目标在某个时间段内所经历的路径，并在图中画出线路轨迹。

　　5) 突发事件控制：一旦有突发事件，上位机上立即能显示出该现场的目标数量、信息、位置等，大大提高安全管理工作的效率和效果。

　　4.3.3 定位系统的性能特点

　　1) 强大的系统处理能力：

　　a) 采用先进算法优化系统数据处理能力；

　　b) 高度自动化；

　　c) 基于GIS技术的地理信息显示、查询系统。

　　2) 卓越的识别性能：

　　a) 高度的识别可靠性，100%的前端识别率；

　　b) 识别距离远(识别距离可达2-50 米可调)；

　　c) 极高的防冲突性(每个识别基站可最多同时识别数以百计的运动目标)；

　　d) 高度的识别稳定性(误码率小于10 万分之1)；

　　e) 快速的识别速度(最快可达到200 公里/小时的识别速度)。

　　3) 现场优势：

　　a) 环境适应性：高抗干扰性，对干扰源、周界环境无特殊要求；

　　b) 安装方便性：一体化结构设计，无需外接天线；

　　c) 运行可靠性：内部电路高度集成化，器件故障率最小化。

　　4) 电气特性：

　　a) 超低功耗：纳瓦级超低功耗设计，RFID标签在不更换电池的情况下可连续正常工作5 年以上；

　　b) 方便性、安全性，标签无须外接电源，无须充电、无须更换电池；

　　c) 无辐射，对人体和环境无任何影响，更安全更健康。