一、系統需求及總體建設目標

　　1、礦山車輛安全運輸管理需求

　　煤炭行業中如何確保煤炭的計量準確，運輸安全，保證煤炭在場區內外不受損失成為各大煤炭企業迫切需要解決的難題。

　　各煤炭企業往往有著以下方面需求：
　　1) 能夠嚴格管理煤炭料場運輸車輛，確保實時掌握煤炭料場內外及行駛線路中相關運輸車輛的實時情況（如：是否為合法車輛，杜絕套牌車輛，系統時時追蹤及記錄礦山車輛的進場、出場時間、稱重情況、行進線路是否符合規定等等）。
　　2) 能夠監控地衡(地磅)的運行情況。煤炭物料運輸時，通常采用地衡按照“毛重-皮重”的方式對散裝物料進行稱重。能對車輛進行唯一性標識和自動識別。能從管理軟件上自動掌握物料的運輸和庫存數據，同時，防止“一車二過、大車過毛小車回皮”等不法行為。
　　3) 能夠使計量網絡管理系統與地磅稱重系統無線對接，能形成智能化的管理系統最佳。自動地磅中自動獲取數據，時時反饋中心服務器，與采購、庫存和生產等各部門建立銜接，形成完整的計量終端系統，最大程度上優化企業內部的管理流程，加大工作效率。
　　4) 能夠提供遠程查詢監控系統，便于相關人員通過Web瀏覽器方式或其他方式，隨時對某一個煤炭物料車輛進行監控和追蹤。

　　2、建設目標

　　利用先進的RFID無線射頻產品配合物聯網技術上的解決方案，對相關運輸車輛進行有效管理，最終目標是：實現高效、可靠的管理平臺，實時掌握礦山企業的煤炭運輸狀況，提升企業對于煤炭運輸的管理水平，防范人為的管理漏洞和企業財產損失。

　　二、總體解決方案

　　2.1方案思路

　　2.1.1 采用RFID技術對相關運輸車輛進行管理
　　主要包括以下部分：
　　標簽啟用和發卡，與相應車輛進行數據庫信息捆綁登記。
　　車輛進出入識別
　　通過地磅，煤場，關鍵點路線識別
　　利用手持設備或車載設備進行車輛稽查

　　2.1.2 通過網絡技術實現本地和遠程管理
　?。?）架設有線網絡或無線網絡，使網絡覆蓋整個料場的作業區，所有作業數據可以通過固定式RFID讀寫器實時進行傳輸。固定式RFID讀寫器具有接受作業指令、確認作業位置與作業物料是否準確、返回作業實況等功能。
　?。?）通過數據庫和計算機網絡實現作業點的數據交互，可以實現遠程即時查詢、統計、匯總各作業點的作業信息，并生成各種報表。

　　2.2業務流程

　　針對目前業務管理方面存在的弊端，采取多種先進技術，我方提出了新的業務流程，可以從根本上彌補了管理方面的漏洞、優化業務流程，提升管理水平，提高工作效率。業務流程如下圖：

圖 2-2 煤炭運輸車整個作業流程

　　（1）標簽發行：煤炭運輸車輛車主通過后臺管理中心標簽發行處領取RFID電子標簽（分為整隊發行和現場發行兩種情況）。運輸車輛需提供計量號、車牌號碼信息、車輛類型、身份信息等，系統錄入計量號、車牌號碼、司機相關信息。給車輛配備的電子標簽作為日后合法運輸礦產的唯一身份信息載體。

　　（2）煤炭運輸車輛進入煤場時的首次稱重：讀寫器自動識別車內電子標簽是否合法。對未檢測到電子標簽的車輛進行人工盤查，防止不合法運輸車輛私自運輸煤炭；若檢測到車輛內有合法授權的電子標簽時，車輛方可進入地磅稱重，同時記錄車輛進場時間、毛重\皮重等稱重數據和稱重時間；若檢測到車輛內有電子標簽而未經授權的車輛，讀寫器會自動啟動報警裝置，進行報警，通知相關管理人員進行處理，直至問題排除。

　?。?）運輸車輛入場裝煤及二次稱重：合法煤炭運輸車輛進入煤場裝煤，完成裝煤后，車輛進入二次稱重場稱重，讀寫器同時記錄車輛進場時間、離場時間、運煤車總重量及運煤重量；在運輸車輛裝煤結束后，有些合法車輛并未按照相關規定進入二次稱重場，而直接沿大道駛去，給企業和國家造成極大經濟損失，在充分考慮各種因素后，設計了在運輸道路的分岔路口安裝固定式讀寫器或者手持式讀寫器進行稽查，在系統中形成車輛行駛軌跡，方便查閱（固定設備或者手持設備稽查到經過此處的相關合法車輛后，通過GPRS或者其他方式傳到后臺），以防止合法運煤車偷盜國家或企業的煤炭資源。

　　（4）車載稽查系統

　　車載稽查系統安裝于稽查執法車內。執法人員可駕駛執法車輛在管轄范圍內任意地方進行車輛稽查。對車牌（車牌號自動識別提取）、車輛特征（圖片）進行識別，并對RFID電子標簽遠距離識別。通過數據處理系統自動對車輛的物理特征信息和電子標簽信息進行比對，發現問題車輛，立即發出語音和數顯報警，提示執法人員進行攔截；該系統可對時速0~120公里的同向或逆向行駛車輛實行動態稽查，還可對駐停車輛進行稽查，其有效遠距離稽查范圍可達200米以上?；檐囕v配備車載固定式讀寫器，車載計算機等，由車載電源進行供電，對主要運輸道路上的車輛進行遠距離或者近距離稽查。判斷車輛是否是合法車輛，是否按照預定路線行駛等。

　　（5） 手持稽查系統

圖 2-3 煤炭運輸車輛手持稽查

　　通過給執法人員配備便攜式稽查設備，可用于對慢行或駐停車輛進行稽查。當執法人員將手持稽查系統的接收天線對準可疑車輛時，如果系統顯示的信息與該車輛的物理特征相符，則為合法車輛，如果系統接收不到電子信息或接收到的電子信息與物理特征不符，則可判斷出該車為非法車輛或問題車輛，系統將立即發出報警提示；同時手持稽查系統也可設置成與就近的固定稽查系統無線連接，當固定稽查系統發現問題車輛時將即時向手持稽查系統報警并顯示該車信息；
系統靈活設計，實時聯機，脫機均可。

　　1）、可選內置模塊
　　I　 當采用實時數據聯網方式時，裝有無線通訊模塊的電子標簽手持機使用現有的無線通訊網絡與區煤炭車輛監管業務處理子系統進行實時雙向數據通信（選擇網絡為CDMA 1X或GPRS）
　　II 當移動通信網絡阻塞或故障時采用數據脫機處理方式時，電子標簽手持機通過事先下載的車輛監管比對數據庫進行現場車輛稽查，如果遇到本地數據庫無法比對的信息可進行電子營運證中數據的現場查驗，并在返回時，裝有數據存儲模塊的手持機USB數據接口或紅外無線接口將數據存儲模塊儲存的數據與與煤炭車輛監管業務處理子系統進行數據校驗。

　　數據脫機處理方式

　　數據實時處理方式

　　2.3系統架構

圖 2-4 系統架構

　　礦山車輛智能化管理系統設計采用如下三層架構：
　　第一層：數據采集，主要是通過RFID自動識別設備和攝像系統采集數據信息，對運輸車輛進行實時監控。
　　第二層是網絡傳輸，即通過有線通信技術、無線通信技術和網絡技術，將采集來的數據傳遞到中央數據庫；包括相關的網絡設備。
　　第三層是數據應用處理，對采集的數據進行管理；包括礦山車輛智能化管理系統、數據庫服務器和網絡服務器等設備。

　　2.4系統構成

　　礦山車輛智能化管理系統由數據庫管理子系統、標簽發行子系統、車輛管理子系統、地磅車輛管理子系統、遠程查詢子系統構、計量結算子系統構成。

圖2-5 系統構成圖

　　2.4.1系統基本功能
　?。?）每輛運輸車輛配備防拆的電子標簽，即車輛的“電子身份證”。車輛電子標簽具有全球唯一性、不可復制性和不可拆卸性。
　?。?）無線采集信息，極大程度上提高了煤場安全性和擴展性，減少和杜絕人工記錄和統計的失誤率，優化管理流程，提高工作效率。
　?。?）實時全局監控場區內外礦山運輸車狀態和煤場動態信息。
　　（4）決策支持：系統高效的、快捷、準確的統計功能（比如煤炭運輸總量、某輛運輸車目前狀態等相關數據的快速統計）能給管理層提供各種數據來快速決策
　?。?）自動提示：對運輸車的各項信息、運輸線路的指定等各項信息提供條件式的預警提示功能，方便相關管理部門人員進一步了解礦山運輸車輛的實際情況；
　?。?）出入口智能信息確認：出入口的審核確認，自動、快速、識別距離遠識別，大大提高煤炭運輸的安全性并可備檔查詢。

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　　2.4.2 子系統介紹

　　A 系統管理子系統
　　數據庫管理子系統主要包括系統權限管理功能、基礎數據管理功能、系統維護功能、統計及打印功能。
　　B 系統權限管理功能
　　管理員軟件系統可分為操作員級、超級管理員等不同級別。操作員級的所能操作的功能由超級管理員設置，不同級別對應著進入軟件系統的不同權限，故軟件系統具有良好的保密性與可靠性。
　　不同等級的操作人員進入軟件系統后，能實現不同的功能。操作員級只能實現基本功能；主管級能實現包括操作員在內的其他一些功能，且能修改操作員密碼；經理級是最高等級的操作人員，能實現包括操作級、主管級在內的所有功能，并可修改全部操作人員密碼。
　　C 基礎數據管理功能
　　管理所有基礎信息，包括車輛標簽、車輛、門禁、地磅等監測點的基礎數據信息。
　　D 系統維護功能
　　實現對數據庫的數據的備份、導入導出等功能。
　　E 統計及打印功能
　　實現各種報表統計、打印或導出為Excel表等操作
　　F 標簽發行子系統
　　標簽發行子系統包括基本信息管理功能、發行標簽功能等
　　G 基本信息管理功能
　　車輛信息（如品牌、顏色、使用者、單位等）的錄入、修改、刪除功能。
　　H 發行標簽功能
　　核對發卡車輛的基本信息，對與實際不符的信息，進行修改、刪除。
　　設置權限、有效期等，發行標簽。
　　I 車輛門禁管理子系統
　　車輛門禁管理子系統包括自動識別功能、記錄查詢功能等；
　　J 自動識別功能
　　可以自動判斷是否有車進出及進出車輛是否為合法車輛；
　　K 記錄查詢功能
　　實現出入車輛信息的查詢功能；
　　L 地磅車輛管理子系統
　　地磅車輛管理子系統包括自動識別功能、記錄查詢功能等。
　　M 自動識別功能
　　自動識別運料車，并記錄稱重時間、稱重次數。結合門禁出入情況，判斷車輛稱重是否存在不合邏輯的情況并給出相應報警信號。
　　N 記錄查詢功能
　　實現車輛稱重時間、稱重次數的查詢功能。
　　O 車輛識別功能
　　利用手持移動設備讀取車輛標簽信息，通過手持機上的無線通訊模塊連接服務器，確認車輛是否合法，卸料\裝料地點是否正確，車輛是否已通過了稱重等環節。
　　P 稽查執法車輛稽查功能
　車載稽查設備，對相關車輛進行隨機遠距離或近距離稽查，判斷相關車輛是否合法
　　Q 實時監控功能
　　通過察看監控室的顯示器，可以實現對場內各個重要環節的視頻實時監控，掌握各環節的運行狀況。
　　R LED顯示功能
　　LED顯示在當日門崗、地磅、卸料\裝料點等的進出車輛統計數據和當日到廠的各種物料的噸數。
　　S 遠程查詢子系統
　　通過遠程查詢子系統可對相關信息進行查詢，包括場區場外車輛進出入或相關流程查詢能。
　　T 設備檢測功能
　　向授權用戶提供以Web方式或其他方式對相關設備節點的狀態進行查詢與檢測。
　　U 廠區車輛查詢功能
　　向授權用戶提供以Web方式或其他方式查詢廠區車輛的運行狀態和統計數據。
　　V 計量結算子系統
　　計量結算子系統包括物料計量功能、費用結算功能等。
　　W 物料計量功能
　　采集運料車過磅信息，按照年、月、日幾種時間段統計某一車隊運輸物料的重量及不同種類物料的重量。
　　X 費用結算功能
　　根據統計數據計算費用，并在系統內進行結算。

　　三　產品資料

　　3.1 車輛標簽

2.4GHz有源標簽，符合ISO18000-4標準。具有防拆特性，當標簽從玻璃揭下時，標簽將主動發射報警信息（被拆）。
技術參數：
識別距離 ： 0 ～ 150米可調
識別速度 ： 200 公里 / 小時
識別能力 ： 具備200張/秒的防沖突性能
識別方式 ： 全向識別
固定增益 ： 0～3級可按需選定
工作頻段 ： 2.4 GHz ～ 2.4835GHz
使用壽命 ： 3～5 年，可選高性能電池
功耗標準 ： 平均工作功率為微瓦級
通訊速率 ： 1M b/s
通信機制 ： 基于 HDLC 時分多址和同步通信機制
抗干擾性 ： 頻道隔離技術，多個設備互不干擾
安 全 性 ： 加密計算與安全認證，防止鏈路偵測
封裝特性 ： ABS工程塑料，抗高強度跌落與振動
環境特性 ： 工作溫度－40℃ ～85℃
工作濕度＜95％
防 拆 性 ： 按要求可提供防拆（報警）功能
可 靠 性 ： 防水防沖擊，滿足工業環境要求
尺 寸 ： 65×34×6.6 mm / 86×54×5.2 mm
外 形 ： 圓型/橢圓型/方卡型等，可按要求定做
安裝方式 ： 雙面膠粘貼或掛扣

　　3.2 固定讀寫器及天線

1． 讀寫器

識別距離 ： 0 ～ 150米
識別速度 ： 200 公里 / 小時
識別能力 ： 同時識別 500張以上的標簽
識別角度 ： 定向（垂直30° 水平30°）
極化方式 ： 圓極化(更適合標簽朝向多變的應用)
增 益 ： 16dBi 接收32級可調、發射4級可調
工作頻段 ： 2.4 GHz ～ 2.4835 GHz
功耗標準 ： 工作功率為毫瓦級
通信機制 ： 基于 HDLC 時分多址和同步通信機制
抗干擾性 ： 頻道隔離技術，多個設備互不干擾
安 全 性 ： 加密計算與安全認證，防止鏈路偵測
封裝特性 ： 正面ABS工程塑料，背部鋁合金腔體
可 靠 性 ： 防雷防水防沖擊，滿足工業環境要求
接口標準 ： RS232 RS485 Wiegand26 RJ45 WiFi等、各種開發用軟件接口
擴展I/O ： 開關量信號輸入與輸出各2路(可選)
電源標準 ： DC 7.5～12V 500～1000mA
外形尺寸 ： 268×268×80mm
重 量 ： 2.4kg
安裝方式 ： U型專用金屬安裝套件

　　3.3 手持讀寫器

操作系統 ： Samsung S3C443 400MHz /533HM
Microsoft Windows CE 6.0
Microsoft Windows Mobile 6.0
嵌入式Linux 2.6
CPU 類型 ： Samsung S3C443 400MHz /533HM
按鍵類型 ： 20個按鍵包括電源開啟/休眠，導航鍵，三個功能鍵，數字鍵，兩側RFID/條碼掃描鍵
內 存 ： 128M閃存 128M內存
液晶顯示 ： 3.5寸QVGA LCD 觸摸屏(陽光下可見)
增 益 ： 5dBi 接收32級可調、發射4級可調
識別距離 ： 0~150米(靈活可調)
識別方向 ： 全向
無線網絡 ： 內置802.11b/g WLAN 模塊
內置藍牙 class2,v2.0+EDR模塊
PGS GPRS BARCODE1D/2D(可選
輸入/輸出： 一個USB端口，一個SD卡插槽，一個通訊座端口（含，2個S-232，1個USB）
攝像頭2M像素
工業等級 ： 防水/防塵標準：IP 65, 4英尺跌落到混凝土
環境溫度 ： 存儲溫度：-40°~ 70°
操作溫度 ： -20°~ 60°
操作濕度 ： 10% ~ 90%
強固范圍 ： CE,FCC,cUl/Ul,CCC

　　四、系統特性

礦山車輛智能化管理系統具有如下特性：

（1）在安全性方面：
1、系統對所有運料車的進出入記錄以及異常情況進行記錄，并提供查詢和維護。電子標簽分為不同類型，每種類型可以設置有效期進行工作周期控制。
2、及時識別異常情況，聲光報警。
3、存儲的數據具有良好的容災備份方案和數據操作審計方案。

（2）在可靠性方面：
1、系統具有設備檢測和一定的故障自恢復功能，保證了系統運行的健壯性。
2、一旦發生斷電，設備故障等情況，系統可以啟動UPS電源，數據可以保存在本地，系統恢復后再上傳數據庫。

（3）在易用性方面：
1、ACTIVE RFID技術具有遠距離多標簽同時識別的優點。
2、系統自動記錄了運輸車輛的大量信息，完全可以取代當前的紙質工作憑單。
3、后臺監控采用B/S方式，易于訪問，輕松實現多人遠程同時監控。及時掌握運行情況。

（4）在先進性方面：
微功耗的2.4G頻段RFID技術是用于車輛身份標識和快速移動稽查的不二選擇，系統方案及系統設備選型都具備良好的前瞻性和先進性特點。

（5）在擴展性方面：
1、系統的設計具有良好的可擴展性，程序功能豐富，通過刪減功能，可擴展考勤，會議簽到功能，也可與現有的管理系統進行無縫連接。
2、設備層可以實現很好的擴展，在系統架構設計的過程中，可對硬件設備進行很好的封裝，系統添加新的硬件設備的時候，不需要對應用程序進行較大的改動，只需要進行一定的設置，就可以完全融入系統順暢運行。
3、在數據層，在系統架構中，使用單獨的數據庫操作接口進行數據的存儲操作，對外提供一致的公共數據接口，這樣數據庫中的字段、表如果發生較大變化，只需要對系統的接口實現進行局部的維護和更新即可，而不需要對應用程序進行較大更改。