一种基于物联网的煤矿物料智能配送方法

1.本发明涉及一种物料配送方法，具体为一种基于物联网的煤矿物料智能配送方法，属于煤矿物料运输技术领域。


背景技术：

2.煤矿采掘需要大量的燃油、炸药等辅助性材料和锚杆、零配件等设备，且受地质因素、巷道条件等不确定性因素影响存在损毁现象，只有及时配送消耗和损毁的物料，方可保证煤矿生产的正常进行。不过，传统的物料领用与运输模式流程冗长、过程复杂，亟需变革。首先，物料领用需要先经过人工审批，因此占用大量时间，从而耽搁生产进度。其次，由于用料单位通常是彼此独立的单位或个体，从而导致装料人员多、装料地点分散、装料标准不统一等现象。第三，用料单位为追求物料的及时和充足，通常倾向于大量备料，但是卸料和使用又不及时，从而造成车辆堵塞积压，导致车辆不能及时卸料用于其他地方的物料转运工作。最后，若遇到急用料场景，需在物料存放场所采用车辆来回多次运输，不但效率低下，而且存在安全隐患。因此亟需智能仓储与智能调度用于煤矿物料配送，从而解决上述问题。
3.目前行业内虽然在智能仓储与智能调度中的研究成果已经较为丰富，但是在煤矿物料编码和车辆匹配方面近年来尚在起步阶段。2020年加拿大admmit公司研发了地下矿井的自动材料库存和交付系统，它使用电子标签跟踪物料，通过竖井和升降机将物料从地面运送至工作面，再利用自动导向车进行物料的自动装卸。2021年加拿大clearpath robotics公司研发了物料运输车驾驶员支持系统，通过车队管理系统协助操作员执行一项或多项运输任务，基于运输过程中的任务状态进行物料运输任务派发以及任务路径更新。另外在此之前2014年国投新集能源公司提出了一种基于物联网的煤矿仓储管理系统，引入条码技术将标签信息与erp系统进行对接是实现信息共享、物资数据的实时交互。2015年山东新巨龙能源公司研发了煤矿井下辅助运输物料信息管理系统，通过条码识别技术将物料信息与条码绑定，实现了煤矿井下设备、物料、运输过程的精细化管理。2019年天地(常州)自动化股份有限公司开发了一套基于android移动平台的煤矿智能物流软件，结合uhf特高频设备和rfid标签卡，实现煤矿生产物资从出库到使用的全过程移动管理。还有最新的2022年徐州科瑞矿业科技有限公司研发了一种煤矿智能物料配送系统，对矿井物料运输全过程进行定位和跟踪实现矿井精细化管理。
4.综上可知，煤矿生产物料智能配送目前主要处于单机智能化阶段，并在基于物联网的智能运输方面进行了初步探索，尚未形成集物料编码、全程信息交互、车辆智能调度、物料运输监控功能于一体的智能化集运方法，因此该方法是本行业的研究方向。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于物联网的煤矿物料智能配送方法，具有物料编码、全程信息交互、车辆智能调度和物料运输监控一体化的功能，从而有效保证煤矿物料智能配送的精准性和及时性。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于物联网的煤矿物料智能配送方法，具体步骤为：
7.a、对各个集运车辆和各个物料包进行赋码：对用于煤矿物料配送的各个集运车辆，以及各个所需运送的物料包分别进行赋码，使各个集运车辆和各个物料包均具有各自唯一标识的编码，并在矿井中部署的uwb通信定位一体化系统，如矿井存在该系统则无需布设；
8.b、将编码分别与各个集运车辆和各个物料包绑定：采用uwb标签作为煤矿集运车辆的主动编码载体，将步骤a获得的各个唯一标识的集运车辆编码分别写入各个uwb标签中，完成后将各个uwb标签分别固定在各个集运车辆上；以射频识别标签作为被运物料的被动编码载体，步骤a获得的各个唯一标识的物料包编码分别写入各个射频识别标签中，完成后将各个射频识别标签分别固定在各个物料包上，从而完成各个集运车辆和各个物料包分别与各自对应编码的绑定；
9.c、物料运输的智能调控：先采集煤矿各个单位物料使用历史数据形成数据集，接着根据数据集采用基于lstm(长短期记忆网络)模型构建物料消耗预测模型，完成后将各个单位物料余量输入物料消耗预测模型中，从而模型能预测各个单位物料消耗的时间，进而给出各个单位的物料补充时机与补充物料所需车辆数的建议，经工作人员确认后按照上述建议开始物料运输的智能调控；
10.d、集运车辆智能匹配：根据步骤c确定的物料运输智能调控方案，当达到其中一个单位的物料补充时机时，先通过煤矿管控平台搜寻当前所需物料单位一定范围内是否存在可用集运车辆，各个集运车辆的位置通过uwb通信定位一体化系统与各个车辆上绑定的uwb标签进行信息交互获得，从而得出当前范围内可用车辆的数量；
11.①
若可用车辆的数量大于该单位所需车辆数，则从可用车辆中选出距离当前单位较近的所需车辆数作为备用车辆，并对各个车辆的集运车辆编码进行确认，然后对各个备用车辆进行路径规划，完成后车辆根据所规划的路径到达当前所需物料单位，最后仅需各个集运车辆往返一次物料堆积点与当前所需物料单位，则能实现对当前所需物料单位的物料补充；
12.②
若可用车辆的数量等于该单位所需车辆数，则确定各个可用车辆为备用车辆，并对各个车辆的集运车辆编码进行确认，然后对各个备用车辆进行路径规划，完成后车辆根据所规划的路径到达当前所需物料单位，最后仅需各个集运车辆往返一次物料堆积点与当前所需物料单位，则能实现对当前所需物料单位的物料补充；
13.③
若可用车辆的数量小于该单位所需车辆数，则确定各个可用车辆为备用车辆，并对各个车辆的集运车辆编码进行确认，然后对各个备用车辆进行路径规划，完成后车辆根据所规划的路径到达当前所需物料单位，最后各个集运车辆根据需要往返多次物料堆积点与当前所需物料单位，则能实现对当前所需物料单位的物料补充；
14.e、集运车辆的装料与卸料的智能监控：每个集运车辆进行装料时，先通过uwb标签确认当前集运车辆的编码信息，然后将各个物料包装上集运车辆内，并对各个物料包的射频识别标签依次扫描获取各个物料包的编码，完成装车后将该集运车辆上各个物料包的编码与当前集运车辆的编码信息上传至煤矿管控平台，完成各个物料包的编码与当前集运车辆的编码信息的对应绑定；
15.在每个集运车辆进行运输过程中，通过uwb通信定位一体化系统读取集运车辆的uwb标签编码信息，从而获取当前车辆所处位置以及其所装载的各个物料包的编码信息；
16.当集运车辆进行卸料时，先通过uwb标签确认当前集运车辆的编码信息，然后将各个物料包装从集运车辆内卸下，并对各个物料包的射频识别标签依次扫描获取各个物料包的编码，完成卸车后将各个物料包编码信息和当前集运车辆的编码信息上传至煤矿管控平台，完成各个物料包的编码与当前集运车辆的编码信息的解绑。
17.进一步，所述步骤c中单位物料使用历史数据包括班组生产进度、物料消耗速度、集运车辆集装箱存料量和集运车辆单程运输时间。采用这些历史数据能更精准预测物料的消耗进度。
18.进一步，所述可用车辆为车内无物料包的集运车辆，且不处于准备装料的状态，同时该车辆与所需车辆单位之间的巷道为通行状态。通行状态的巷道为没有被障碍物堵住，或者没有出现事故等情况，能保证车辆的顺利通行；采用这种标准确定可用车辆，能保证可用车辆顺利到达所需车辆单位，并能进行后续物料包的运输工作。
19.进一步，所述步骤d中搜索的范围通过煤矿管控平台调节确定。这样设置可根据需要调节搜索范围，从而能在后续获取满足需要的车辆数。
20.进一步，所述射频识别标签为无源rfid标签。采用无源rfid标签，其不仅工作稳定，而且由于标签本身无需电池，所以也不会造成额外的安全风险。
21.与现有技术相比，本发明先对各个集运车辆和各个物料包进行赋码，将编码分别与各个集运车辆和各个物料包绑定，接着采用历史数据形成数据集，并基于数据集建立物料消耗预测模型对各个单位的物料消耗进行预测，确定各个单位的物料补充时机与补充物料所需车辆数，从而进行物料运输的智能调控，在调控运输过程中，通过集运车辆智能匹配完成车辆选取确认，最后通过智能监控集运车辆的装料、运输和卸料环节，能对整个物料配送过程进行监控及管理，从而实现了从物料准备、物料智能发运、承运车辆匹配、运输过程管控、物料使用环节的全过程智能化，整个系统仅需在物料编码绑定环节进行少量人工处理，其他环节能全部无人化完成，有效解决了物料运输环节衔接困难、物料使用与物料配送失衡、矿井内物料车辆堵塞、生产单位竞相囤积物料的问题，有效保证了煤矿物料智能配送的精准性和及时性。
附图说明
22.图1是本发明的整体流程示意图。
具体实施方式
23.下面将对本发明作进一步说明。
24.如图1所示，本发明的具体步骤为：
25.a、对各个集运车辆和各个物料包进行赋码：对用于煤矿物料配送的各个集运车辆，以及各个所需运送的物料包分别进行赋码，使各个集运车辆和各个物料包均具有各自唯一标识的编码，编码标准以《国家物品编码与基础信息通用规范》为基础，参考借鉴《工业互联网标识解析标识编码规范》相关规定，以《煤矿物资手册》为依据进行；并在矿井中部署的uwb通信定位一体化系统，如矿井存在该系统则无需布设；通过该步骤能为每一个集运车
辆和每一件被运物料的物料包提供唯一标识；
26.b、将编码分别与各个集运车辆和各个物料包绑定：采用uwb(超带宽)标签作为煤矿集运车辆的主动编码载体，将步骤a获得的各个唯一标识的集运车辆编码分别写入各个uwb标签中，完成后将各个uwb标签分别固定在各个集运车辆上；以射频识别标签作为被运物料的被动编码载体，步骤a获得的各个唯一标识的物料包编码分别写入各个射频识别标签中，完成后将各个射频识别标签分别固定在各个物料包上，从而完成各个集运车辆和各个物料包分别与各自对应编码的绑定；所述射频识别标签为无源rfid标签。采用无源rfid标签，其不仅工作稳定，而且由于标签本身无需电池，所以也不会造成额外的安全风险。通过该步骤将编码分别与集运车辆或被运物料的物料包相互关联绑定；
27.c、物料运输的智能调控：先采集煤矿各个单位物料使用历史数据形成数据集，每个单位物料使用历史数据包括班组生产进度、物料消耗速度、集运车辆集装箱存料量和集运车辆单程运输时间。采用这些历史数据能更精准预测物料的消耗进度。接着根据数据集采用基于lstm(长短期记忆网络)模型构建物料消耗预测模型，完成后将各个单位物料余量输入物料消耗预测模型中，从而模型能预测各个单位物料消耗的时间，进而给出各个单位的物料补充时机与补充物料所需车辆数的建议，经工作人员确认后按照上述建议开始物料运输的智能调控；通过该步骤能自动确定何时发起物料运输过程，并自动解决该运多少物料、物料运往何处的问题。
28.d、集运车辆智能匹配：根据步骤c确定的物料运输智能调控方案，当达到其中一个单位的物料补充时机时，先通过煤矿管控平台搜寻当前所需物料单位一定范围内是否存在可用集运车辆，所述可用车辆为车内无物料包的集运车辆，且不处于准备装料的状态，同时该车辆与所需车辆单位之间的巷道为通行状态(通行状态的巷道为没有被障碍物堵住，或者没有出现事故等情况，能保证车辆的顺利通行)；采用这种标准确定可用车辆，能保证可用车辆顺利到达所需车辆单位，并能进行后续物料包的运输工作。各个集运车辆的位置通过uwb通信定位一体化系统与各个车辆上绑定的uwb标签进行信息交互获得，从而得出当前范围内可用车辆的数量；所述可用车辆为车内无物料包的集运车辆，且不处于准备装料的状态。这样能保证后续车辆的调用。
29.①
若可用车辆的数量大于该单位所需车辆数，则从可用车辆中选出距离当前单位较近的所需车辆数作为备用车辆，并对各个车辆的集运车辆编码进行确认，然后对各个备用车辆进行路径规划，完成后车辆根据所规划的路径到达当前所需物料单位，最后仅需各个集运车辆往返一次物料堆积点与当前所需物料单位，则能实现对当前所需物料单位的物料补充；
30.②
若可用车辆的数量等于该单位所需车辆数，则确定各个可用车辆为备用车辆，并对各个车辆的集运车辆编码进行确认，然后对各个备用车辆进行路径规划，完成后车辆根据所规划的路径到达当前所需物料单位，最后仅需各个集运车辆往返一次物料堆积点与当前所需物料单位，则能实现对当前所需物料单位的物料补充；
31.③
若可用车辆的数量小于该单位所需车辆数，则确定各个可用车辆为备用车辆，并对各个车辆的集运车辆编码进行确认，然后对各个备用车辆进行路径规划，完成后车辆根据所规划的路径到达当前所需物料单位，最后各个集运车辆根据需要往返多次物料堆积点与当前所需物料单位，则能实现对当前所需物料单位的物料补充；
32.通过本步骤能在进行物料运输的智能调控过程中，自动调度最合适的车辆承担运输任务，从而实现各个单位的物料补充工作。
33.e、集运车辆的装料与卸料的智能监控：每个集运车辆进行装料时，先通过uwb标签确认当前集运车辆的编码信息，然后将各个物料包装上集运车辆内，并对各个物料包的射频识别标签依次扫描获取各个物料包的编码，完成装车后将该集运车辆上各个物料包的编码与当前集运车辆的编码信息上传至煤矿管控平台，完成各个物料包的编码与当前集运车辆的编码信息的对应绑定；
34.在每个集运车辆进行运输过程中，通过uwb通信定位一体化系统读取集运车辆的uwb标签编码信息，从而获取当前车辆所处位置以及其所装载的各个物料包的编码信息；
35.当集运车辆进行卸料时，先通过uwb标签确认当前集运车辆的编码信息，然后将各个物料包装从集运车辆内卸下，并对各个物料包的射频识别标签依次扫描获取各个物料包的编码，完成卸车后将各个物料包编码信息和当前集运车辆的编码信息上传至煤矿管控平台，完成各个物料包的编码与当前集运车辆的编码信息的解绑。通过本步骤能获取各个集运车辆的位置及其所处状态是装车状态或运输状态或卸料状态，并且能对各个物料包处于装车、运输及卸车状态进行跟踪，当其运输时还能知晓当前物料包所处集运车辆的信息，从而对物料运输的全过程进行智能管理和控制。
36.上述步骤d中搜索的范围通过煤矿管控平台调节确定。这样设置可根据需要调节搜索范围，从而能在后续获取满足需要的车辆数。
37.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。