具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

鉴于煤矿环境特殊，在瓦斯浓度高的地方，电气设备都需要隔爆处理。平巷运输巷道通风良好，可以采用本安型产品，因此在设计平巷运输安全保障系统时，需要防爆、本安同时考虑。若电源功率不能满足本安要求，则需要进行隔爆处理，以确保即使电源短路发生爆炸，也不会对箱体外的环境造成影响；若功率满足要求，则做本安处理，减轻箱体重量，方便安装调试。此外，由于井下多种设备共存，如变压器、变频器共同使用，工作时会对其他电气设备产生影响，因此无论是在电源上，还是在通信上，都需要做好冗余工作，确保系统正常工作，降低安全隐患。

本发明实施例提出基于无线以太网WiFi(Wireless Fidelity)的煤矿平巷运输安全保障系统，从影响平巷机车运输安全的主观因素入手，建立平巷运输安全保障系统，既保证运输中的安全性，又提高了运输效率。该系统包括三个主要功能：机车安全辅助，监控监测和智能调度。各项功能又是一个单独的子系统，其内部的功能可进一步划分，与影响平巷运输安全的基本因素一一对应，解决所列举的安全隐患，旨在建立真正完善的安全保障系统。

如图1所示，本系统由上层网络、中层控制模块、底层元器件三层结构组成。

工控机通过网线接入井下布置的光纤环网，构成上层网络。道岔控制器、智能终端等控制模块构成中层控制模块，二者就近连接到光端交换机上，经光纤环网连接到调度室的工控机。道岔通过485线连接到道岔控制器；各类监测传感器、摄相机、IP电话均与智能终端通过网线或485线连接，同时智能终端也提供无线接入节点AP(Access Point)。架线机车上装有AC模块(Access Point Client，以下简称AC)，用于和AP节点进行无线通信，从而建立调度室到机车的通信链路。行人、机车及矿车均配备有WiFi定位卡，无线接入节点AP可以接收其信号。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。

图1为本发明实施例提供一种轨道运输安全保障系统，包括机车安全辅助单元、监控监测单元和智能调度单元；

所述机车安全辅助单元，用于在机车运输过程中进行速度检测、防睡检测、人员检测，并与调度室实时通讯，进行异常报警；

具体的，机车在运输系统中是一个相对独立的个体，其运行过程只受机车司机控制。机车安全辅助系统设计理念是在机车行驶过程中辅助司机进行判断，减轻司机的压力，提高运输安全性。

架线机车上没有速度显示仪表，机车行驶速度只能靠司机主观判断。当巷道中人员较少时，司机会放松警惕，容易超速行驶。因此系统需要具备速度测试功能。

平巷巷道内的光线比较暗，仅靠人眼判断前方是否有人难度较大，同时由于刹车距离的限制，一旦发现不及时，极易发生事故。此外，大巷内时常有维修或施工人员，当矿车所装物料宽度超过机车宽度时，若提醒不到位，也容易造成人身伤害。因此系统需要具备人员探测功能，辅助司机判断前方是否有人。

井下灯光较为昏暗，周围均是相似的巷道，司机容易产生视觉疲劳，出现分神或打瞌睡现象，容易导致事故发生。系统需要具备防止司机打瞌睡的功能。

因此，在本实施例中，图2为根据本发明实施例的机车安全辅助单元结构框图，参照图2，所述机车安全辅助单元包括车载主控制器1和不间断电源2；所述不间断电源2搭载在水平架线上；所述车载主控制器1包括信号检测模块11、信号分析模块12和无线通信模块13；

无线通信模块13通过机车上的AC模块，将数据以2.4GHz的频率发送出去，由巷道内的无线接入节点AP接收，从而建立了机车与调度室间的通信链路，实现速度、位置等信息的交互与共享。

机车安全辅助单元由不间断电源2及车载主控制器1两部分组成，这两部分均安装在防爆箱体内。不间断电源2部分设计有UPS(Uninterrupted Power Supply)功能，直接从水平架线取电。车载主控制器1在硬件上包括显示屏、主板金额辅助元件。由于车载主控制器1带有液晶屏，因此需要在隔爆箱的前面板开设一矩形窗，并增加钢化玻璃以确保箱体的隔爆性能。车载主控制器1外接有扬声器、麦克风、人员探测传感器、速度传感器、脚踏开关、AC(Access Point Client)模块及天线等。其中AC模块用于无线通信。液晶屏将井下巷道示意图、机车位置及道岔信息可视化。机车安全辅助单元针对机车运输过程中可能出现的安全问题，为机车运行提供安全保障。

所述信号检测模块11包括防睡检测子模块111、速度检测子模块112、人员检测子模块113和任务选择子模块114；

所述防睡检测子模块111包括安装于机车内用于打卡的脚踏开关及报警器，所述脚踏开关用于机车司机定时打卡，所述报警器用于脚踏开关在预设时间内未打卡时进行声音报警；机车内安装有一脚踏开关，每隔一定时间，司机必须踏一次，否则视为司机打瞌睡，从而发出警报，有效防止机车司机在开车过程中打瞌睡。

所述速度检测子模块112包括安装于机车主动齿轮处的速度传感器，所述速度传感器用于基于单位时间内主动齿轮转过的齿数确定机车测量速度，所述速度检测子模块112用于将所述测量速度与从机车内部变频器得到的速度信号进行比较，对机车的实时速度进行校准；在机车主动齿轮周边安装速度传感器，测量单位时间内主动轮转过的齿数，并将得到的脉冲数传到车载主控制器1，结合机车的传动比，经软件计算便可得知机车的实时速度。另一方面可直接从机车内部的变频器得到速度信号，两速度值通过软件比较处理，得到更为准确的速度。

所述人员探测子模块包括安装于机车的车头、车尾处的红外探测传感器及扬声器，用于检测机车运行时前后方向是否有人员，并通过扬声器发出声音报警；在机车前、后分别安装一红外探测传感器，用于测试机车运行前方是否有人。一旦发现有人，主控器便通过扬声器发出警报，提醒司机注意前方人员。

所述任务选择子模块114用于在机车上电初始化后，检测是否有程序结束指令，如果有，则程序结束；如果没有，则进入下一流程，判断是否有指定任务；如果有指定任务，则进入任务执行程序，比如设定运输方向、运输材料、发起语音等任务。一旦任务执行结束，则返回初始化后的状态。

所述信号分析模块12包括状态指示子模块121、速度显示子模块122和声音报警子模块123；所述状态指示子模块121用于显示机车安全辅助单元中各模块的工作状态；所述速度显示子模块122用于显示机车的实时速度；所述声音报警子模块123用于设定不同情景下的报警语音。

具体的，如图3中所示，所述任务选择子模块114具体用于在判断没有指定任务时，进入机车运行判断子程序，根据机车上安装的速度传感器所测数据判断机车是否运行，并确定机车当前的时速；若判断机车没有运行，则返回初始化后的状态；若判断机车运行，则进行防睡判断，防止司机瞌睡；司机若在规定时间内没有动作，则视为司机打瞌睡，则立即产生声音报警，提醒司机及路边行人；如果司机在规定时间内对脚踏开关做出响应，则视为应答正确，进一步判断速度是否正常；将测量速度与规定速度进行比较，如果超速行驶，则立即产生声音提示，如果速度正常，进一步判断行驶前方是否有人；如果有人，则进行声音报警；相反若前方无行人，则返回初始化后的状态，进行下一轮判断。

具体的，若产生报警信号并进行声音报警后，未主动解除报警，则一直维持报警状态，直到主动解除报警；报警信号解除后，返回初始化后的状态。

在机车运行过程中，机车安全辅助单元可以实时监测机车运行速度、前方是否有人，并产生报警信号，提高机车运行过程的安全性。同时机车上的脚踏开关，也保证了机车运行中司机时刻保持清醒状态，提高机车运输安全性。此外，该机车安全辅助单元还采用UPS电源，解决了机车运行过程中由于拉下机车的线弓而造成断电的问题。

所述监控监测单元，用于对巷道状况、巷道环境进行监控，并实时定位矿工人员、机车的位置信息；

在本实施例中，监控监测单元的设计理念是实现广义上的监控。除实现视频监控外，还要监测平巷中各种环境参数，并借助定位技术，实现对人员、矿车的辅助监控。为调度员和司机提供监控信息并辅助其判断，提高平巷运输的安全性。

井下监控技术使用较少，使得事故发生后，无法还原真实现场。尤其是机车运输过程中，机车行驶到什么地方，调度人员无从知晓。因此需要在机车运输系统中需要增加监控系统，对井下巷道情况进行实时监控。

架线机车运行过程中，线弓与架线接触处易产生火花，一旦瓦斯浓度超标，就会发生爆炸。因此系统需要具备监测各类环境数据的功能，将检测到的瓦斯、粉尘等数据上传到监控室，并通过井下的网络与机车司机共享。

行人扒车及违规推车也是平巷运输中重要的安全隐患。煤矿工人上下班时，如果错过人车后，就要步行1.5km以上的路程，因此一旦有电机车通过，极有可能选择扒车以减少步行路程；在短距离运输时，工人为一时之便，一人同时推多辆矿车或在违规区域推车，这些都为事故埋下了伏笔。因此平巷运输中，除视频监控外，还需要其他的技术对其进行辅助监控，比如借助WiFi定位技术等。

因此，在本实施例中，所述监控监测单元包括视频监控模块、参数监测模块、人员监测模块和机车监测模块；

所述视频监控模块包括设于巷道内指定位置处的可语音对话的摄像机，所述摄像机用于实时将巷道内的视频数据经光纤网络上传到工控机；监控巷道状况，一旦发现有异常情况，便可通过语音通信系统进行语音通告，提醒机车司机注意前方路况。

所述参数监控模块包括设于巷道内的若干瓦斯传感器和粉尘传感器，所述瓦斯传感器和所述粉尘传感器分别用于测量巷道内的瓦斯含量、粉尘含量并经光纤网络上传到工控机；在巷道中安装瓦斯、粉尘等传感器，实时监测巷道中各种参数，并通过井下网络上传到监控室，实现数据共享。

所述人员监测模块包括WiFi定位卡和无线接入节点AP，所述WiFi定位卡写入有与矿工身份匹配的唯一标识信息，所述人员监测模块用于基于无线接入节点AP接收的信号强度(Received Signal Strength Indicator，RSSI)值，计算出携带WiFi定位卡对应人员的位置、移动速度和移动轨迹；根据人员在地图界面上轨迹移动速度，即可判断是否有人扒车，并可知道具体是哪位人员扒车。

所述机车监测模块用于在机车上设置WiFi定位卡，并基于WiFi定位卡确定机车在巷道中的位置。每辆机车、矿车安装WiFi定位卡，同样利用WiFi定位技术可得知其在巷道中的位置。调度室工控机可将位置信息在界面上显示出来，根据机矿车的位置变化，判断是否掉道。同时也可判断是否有人同时推多辆矿车、是否在违禁区推车以及是否飞车等。本申请中的“调度室工控机”即是图1中的“工控机”。

具体的，如图1中所示，监控监测单元从底层到顶层分别由监测元件、光纤环网、工控机三部分组成。监测元件通过网线或485线连接到就近的智能终端，经光端交换机接入光纤环网，进而与顶层的调度室的工控机建立通信链路。其中智能终端内有数据处理模块。

底层监测元件包括摄相机、传感器、无线接入节点AP，其对应的监测对象分别为巷道状况，井下各类环境参数，携带WiFi定位卡的人或物。监测元件将所监测的数据通过光纤网络上传到工控机，处理后显示在显示屏上。

监控监测单元在平巷运输系统中主要起监测作用。其具体的工作流程如下：

摄相机安装在特定的位置，对巷道内的情况进行拍摄，各摄相机将数据传到智能终端内的处理器，处理后经光纤网络，上传到调度室的工控机，监控人员可根据需求查看巷道状况。传感器也安装在特定位置，比如下山口、泵房等处。每隔一定时间，各传感器将所测的数据传到智能终端内处理器进行处理，然后再经光纤网络上传到调度室工控机，转换成相应格式显示出来。

巷道内布置有无线接入节点AP，当人员、机车、矿车进入其信号覆盖范围时，无线接入节点AP检测到的WiFi定位卡的强度，并将RSSI值上传到调度室工控机，结合该AP节点自身位置，经计算可得定位卡位置，即配备该WiFi定位卡的人或物的位置。无线接入节点AP布置越多，越密集，定位就越精确。由于WiFi定位卡在配发前已写入特定信息，因此在工控机上可知道每位员工、机车、矿车的位置分布状况。

总的来说，该监控监测单元兼容性强。监控监测单元同样借助井下光纤环网进行数据传输，降低了系统施工造价。该系统将运输系统中巷道环境实现可视化，进一步提高运输过程的安全性。同时也实现了对人员、矿车等进行监控，有效防止扒车、蹬车，飞车等现象的发生，确保煤矿工人的人身安全，对煤矿平巷运输安全有着重要作用。

所述智能调度单元，用于对道岔进行监测、控制；基于机车运行起点和终点规划机车的轨迹行程，并基于所述轨迹行程和机车的位置信息调度运行方向上的道岔，以使机车能够按所述轨迹行程运行，并在机车通过后复位对应位置处的道岔。

智能调度单元的设计理念是开发一种高效、全面的煤矿平巷运输调度系统。在确保安全的前提下，提高运输效率。煤矿平巷运输中，调度合理、高效，才能保证运输的安全及高效。若调度不合理，不单是会影响运输效率，还可能会造成撞车、掉道、人员伤亡等事故。

由于井下条件所限，巷道比较窄，一般都采用单轨运输，需要通过道岔来错车。人工扳动道岔，不但会影响运输效率，而且每次停车也不安全，容易引发事故。因此系统需要具备智能扳道岔的功能。

现有的井下机车调度手段主要有三种：固定电话、小灵通和车载控制台。三种方式都存在较为明显的弊端。固定电话主要安装在人员较为集中的区域，调度员不能及时地与机车司机取得联系；小灵通虽然携带方便，但只能发送调度指令；车载控制台仅能起到实时通信的作用，无法知道机车运行前方道岔信息，机车运行速度等信息。本实施例中在设计智能调度单元时，针对现有调度手段的缺陷，建立了智能完善的调度通信系统。

如图1中所示，在架构上，智能调度单元包括顶层的工控机，中间层的道岔控制器、智能终端，以及底层的道岔、车载主控器。道岔控制器、智能终端均通过网线就近地接入光端交换机，再经光纤环网，连接到调度室的工控机。道岔控制器与道岔通过485线连接；智能终端在该系统中的功能是提供无线接入节点AP，并连接IP电话(智能终端预留IP电话接入端口，IP电话根据需求安装)。车载主控制器1的AC模块与无线接入节点AP之间进行无线通信，为调度室与机车间建立通信链路。

具体的，所述智能调度单元包括调度室工控机、道岔控制器和语音通信模块；

调度室工控机主要实现三个功能：数据处理、语音通信、调度；所述调度室工控机用于监测道岔信息，并确定机车运行的起点和终点后，自动规划机车行程，并在运行过程中，根据机车安全辅助单元传来的机车时速，以及监控检测单元传来的机车位置信息，自动地逐段将道岔扳到位，待机车通过后，自动地逐段将道岔复位；调度室工控机上显示井下平巷地图，地图上标示有所有道岔的位置，调度员可在界面上观测到道岔的状态信息，并可通过双击来修改道岔的状态。机车运行过程中，机车上安装的速度传感器测到的数据经主控器处理后上传，得到机车时速，同时结合WiFi定位技术，得到机车的位置，并在地图上显示。调度室工控机除上述两功能外，还具有数据存储、管理，生成报表、实时回放路径等功能，积累煤矿平巷运输数据资料，为以后的安全问题研究提供可靠的依据。

所述语音通信模块用于调度室与机车通信，以及行人与调度室通信。主要通信方式包括：

机车与司机间通信。调度员在调度室可实时向机车司机下达调度命令或其他警告信息等；机车司机在运行过程中也可实时向调度室汇报运行状况，尤其是便于紧急求助。

网络电话。借助巷道内铺设的光纤环网，隔一段距离在智能终端附近安装一IP电话。方便行人或司机在遇到特殊情况下求助。

在上述实施例的基础上，图4为根据本发明实施例的智能调度单元工作流程图，参照图1和图4，调度室工控机具体用于上电后进行初始化，并进入故障自检阶段；若有故障则显示故障状态；若无，则连接机车，确定巷道内机车数量，若没有连接成功，则判断巷道内此时无机车或车载主控器没有上电；如果连接成功，则读取机车位置，并在主界面上显示机车位置；

读取人员操作，若需要调度机车，则相应地按照路径地起始点生成机车运行路径；如果无调度指令，再判断是否有控制道岔的指令；若无，则判断是否要结束程序，若有，则尝试与道岔控制器进行连接，连接成功则控制道岔，并读取道岔状态信息，同时判断道岔是否到位，若道岔不到位或是道岔连接不成功，均发出报警，且报警一直持续到解除为止；若道岔一切正常，则判断是否要结束程序，如果不结束程序则返回；判断是否还与机车处于连接状态，如果是，读取人员操作，如果不是，则进入尝试连接机车阶段；当再次运行到判断是否结束程序，若否，则继续循环，若是，则结束程序。

在上述实施例的基础上，所述智能调度单元还包括设于机车内的道岔控制器，在调度中，若机车运行路径需临时修改，可在地图界面上双击道岔符号，便可远程控制其开启转换。司机手头上也都配备有遥控器，在道岔没有被锁定的情况下，司机可根据情况用遥控器扳动道岔。在调度中，若机车运行路径需临时修改，可在地图界面上双击道岔符号，便可远程控制其开启转换。司机手头上也都配备有遥控器，在道岔没有被锁定的情况下，司机可根据情况用遥控器扳动道岔。

图5为运行时车载主控制器1的运行界面，其中主界面显示的是S矿区井下的巷道测绘地图。界面左侧有5个功能按键，点击“放大”、“缩小”按键可实现地图放大、缩小功能；点击“语音”按键可实现机车与调度室间的语音功能；点击“关闭”按键则关闭程序；点击“设置”按键，可设置车载主控器的IP地址、机车运行方向、机车运输物品等。

图6为运行时工控机的工作界面，主界面显示内容的与车载主控制器1显示内容相似。界面上方设有各种功能菜单，如实时查询、路径回放、道岔控制、报表等功能。界面右侧有语音按键，点击后并进行选择，便可与相应的机车司机语音通信。

与现有的平巷运输系统相比，本系统在安全问题上考虑得更加全面，值得推广应用，在以后的平巷运输安全问题中具有参考价值，该系统优点如下：

1)系统可视化。系统将以往的“瞎子”调度转变为可视化调度，同时监控井下所有人员及机矿车，减少安全隐患。

2)系统功能丰富。系统既能满足调度员与机车司机间的语音通信，也可监控机车速度、机矿车位置和道岔信息并进行反馈。另外也可实现智能调度功能，智能地规划运输路径，达到安全与效率共赢。

3)系统扩展性高。系统采用光纤环网做为主干网络，且主干网上设有多个光端交换机，若今后煤矿因发展需要增加其他检测设备或系统时，可直接利用现有的主干网，降低成本。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidStateDisk)等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，该流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。