包翔宇， 單成偉， 吳巖明

（1. 天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 常州 213015；2. 中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司，江蘇 常州 213015）

0 引言

煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)是煤礦產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)化作業(yè)的重要組成部分。為了實(shí)現(xiàn)井下車輛、人員、物料一體化管控、監(jiān)督與調(diào)度，輔助運(yùn)輸系統(tǒng)不斷向新工藝、新技術(shù)靠攏，朝著實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、信息化的目標(biāo)持續(xù)發(fā)展[1-3]。將輔助運(yùn)輸系統(tǒng)構(gòu)建成為智能輔助運(yùn)輸一體化管控體系是智能礦山建設(shè)的核心范疇，實(shí)現(xiàn)礦井車輛網(wǎng)絡(luò)化調(diào)度管理又是構(gòu)建智能輔助運(yùn)輸一體化管控體系的關(guān)鍵[4]。為了實(shí)現(xiàn)礦井車輛網(wǎng)絡(luò)化調(diào)度管理，首要任務(wù)是在井下運(yùn)輸作業(yè)過(guò)程中充分保證交通運(yùn)輸?shù)陌踩?。在井下運(yùn)輸作業(yè)過(guò)程中，采用上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)井下運(yùn)輸進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，會(huì)造成車輛在路口盲區(qū)候車無(wú)序、錯(cuò)車?yán)щy，且易發(fā)生碰撞事故，導(dǎo)致運(yùn)輸效率低、運(yùn)輸安全得不到可靠的保障[5]。而保證安全運(yùn)輸?shù)淖罴咽侄尉褪窃O(shè)置井下交通燈就地控制系統(tǒng)，對(duì)復(fù)雜路段、視野盲區(qū)等區(qū)域進(jìn)行交通區(qū)域管控[6]。

許多學(xué)者對(duì)井下交通燈控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了研究。吳畏等[7]采用無(wú)線信號(hào)飛行時(shí)間定位對(duì)井下車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，通過(guò)定位位置信息控制交通燈，但該系統(tǒng)功能較為單一，缺少完整的車輛放行機(jī)制。郭海軍等[8]采用射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)實(shí)現(xiàn)井下車輛定位跟蹤，通過(guò)定位位置信息控制區(qū)間路段交通燈。該系統(tǒng)著重解決了狹窄巷道區(qū)間內(nèi)車輛調(diào)度問(wèn)題，但缺少路口控制邏輯，無(wú)法滿足井下大流量的多岔路口的管控需求。佘九華等[9]提出采用位置傳感器判斷車輛位置，實(shí)現(xiàn)交通燈控制。但受井下其他物體、人員的干擾，傳感器易誤觸發(fā)控制指令，且傳感器設(shè)備安裝條件較為苛刻，設(shè)備損耗度高、維護(hù)困難。且采用傳感器定位的交通燈控制系統(tǒng)與車輛精確定位系統(tǒng)的結(jié)合度不高，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控每臺(tái)車輛的行駛數(shù)據(jù)和駕駛行為[10-12]。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種基于超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）精確定位的輔助運(yùn)輸交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)邏輯控制器實(shí)時(shí)讀取定位基站存儲(chǔ)的車輛數(shù)據(jù)，解析成管控信息，控制交通燈執(zhí)行控制指令，指揮運(yùn)輸車輛有序通行。邏輯控制器與上位機(jī)通過(guò)環(huán)網(wǎng)連接，上位機(jī)可下發(fā)控制指令遠(yuǎn)程變燈，邏輯控制器實(shí)時(shí)地將井下車輛的行駛數(shù)據(jù)、異常駕駛行為、交通燈狀態(tài)等多種信息上傳至上位機(jī)礦井車輛調(diào)度系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)就地控制與遠(yuǎn)程輔控相結(jié)合。

1 定位基站的技術(shù)特征

定位基站采取UWB超寬帶定位技術(shù)與車輛定位卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)時(shí)讀取2根定位天線關(guān)于車輛定位卡的距離信息。定位基站的靜態(tài)定位誤差小于0.3 m，數(shù)據(jù)接收范圍達(dá)400 m。在封閉的巷道中，定位基站安裝正負(fù)2根全向定位天線（圖1），其中紅色代表正天線，安裝在巷道下行方向，藍(lán)色代表負(fù)天線，安裝在巷道上行方向。

圖1 定位基站Fig. 1 Positioning base station

定位基站通過(guò)用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）將車輛定位卡的距離信息封包存儲(chǔ)，等待邏輯控制器主動(dòng)請(qǐng)求定位基站傳輸數(shù)據(jù)報(bào)文。每一幀數(shù)據(jù)報(bào)文都包含若干條車輛數(shù)據(jù)[13]。每一條車輛數(shù)據(jù)均包含當(dāng)前車輛卡號(hào)、車輛定位卡到一條定位天線的距離值和該定位天線的屬性。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)由定位基站、車輛定位卡、邏輯控制器、交通燈和上位機(jī)組成。定位基站獲取車輛定位卡的定位數(shù)據(jù)，邏輯控制器讀取定位基站獲取到的車輛定位數(shù)據(jù)。在上位機(jī)上配置路口信息，并下發(fā)給邏輯控制器。邏輯控制器會(huì)根據(jù)路口信息和車輛定位卡的定位數(shù)據(jù)求解出當(dāng)前路口內(nèi)車輛定位卡的控制參數(shù)。邏輯控制器會(huì)根據(jù)各個(gè)車輛定位卡的控制參數(shù)執(zhí)行放行控制或區(qū)域管控策略，改變交通燈的信號(hào)狀態(tài)并放行車輛。交通燈的信號(hào)狀態(tài)和車輛定位卡的位置信息會(huì)在上位機(jī)的圖形界面中實(shí)時(shí)顯示。

依據(jù)定位基站的技術(shù)特征，設(shè)計(jì)了交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制參數(shù)，確定了定位基站在一些典型路口處的分布要求，規(guī)定了岔口排序的原則和岔口優(yōu)先級(jí)。

2.1 控制參數(shù)

車輛控制參數(shù)有位置信息與行駛狀態(tài)2種，二者與車輛卡號(hào)綁定并實(shí)時(shí)更新。

首先，依據(jù)定位基站的安裝位置劃分路口正負(fù)區(qū)域（圖2）。以路口中心為基準(zhǔn)線，定位基站所在岔口是負(fù)區(qū)域，對(duì)向岔口是正區(qū)域。車輛在負(fù)區(qū)域時(shí)，車輛的位置信息為負(fù)；車輛在正區(qū)域時(shí)，車輛的位置信息為正。在路口中心處，車輛的位置信息為零。車輛由負(fù)區(qū)域駛向正區(qū)域時(shí)，位置信息不斷增大；車輛由正區(qū)域駛向負(fù)區(qū)域時(shí)，位置信息不斷減小。

圖2 路口正負(fù)區(qū)域Fig. 2 Intersection positive and negative area

2.1.1 位置信息

定位天線與車輛定位卡的距離值為一對(duì)特征值。比較定位天線與車輛定位卡距離值的大小，可實(shí)時(shí)判斷車輛定位卡關(guān)于定位基站的方位，并求解出車輛與路口的位置關(guān)系St。

由于定位基站的天線排布存在一定自由度，正負(fù)天線相對(duì)路口的安裝位置有所變化，因此，正負(fù)天線和路口的遠(yuǎn)近關(guān)系會(huì)隨天線距車輛定位卡的距離改變。將距離當(dāng)前路口較近的天線設(shè)為近天線，距離當(dāng)前路口較遠(yuǎn)的天線設(shè)為遠(yuǎn)天線。路口位置信息如圖3所示，其中距離路口較近的天線與車輛定位卡的距離數(shù)據(jù)為近天線距離Sc，距離路口較遠(yuǎn)的天線與車輛定位卡的距離數(shù)據(jù)為遠(yuǎn)天線距離Sr。2根天線相距5 m安裝，Scr為兩天線距離的一半，即2.5 m。定位基站中心到路口的距離用S0表示。

圖3 路口位置信息Fig. 3 Intersection location information

車輛到路口的位置信息分3種情況，如圖4所示。

圖4 車輛的3種位置區(qū)域Fig. 4 Three location areas of vehicles

（1） 當(dāng)車輛在定位基站近天線左側(cè)位置區(qū)域中，車輛所處的位置存在2種情況：① 近天線到車輛的距離較遠(yuǎn)，即Sc＞Sr；② 近天線到車輛的距離較近且遠(yuǎn)天線到車輛的距離小于2根天線之間的距離，即Sc＜Sr且Sr＜2Scr。此時(shí)車輛到路口的距離等于近天線到路口的距離加上近天線到車輛的距離。位置關(guān)系為

（2） 當(dāng)車輛在定位基站近天線右側(cè)、路口中心左側(cè)位置區(qū)域中，近天線距離車輛較近且近天線到車輛的距離小于近天線到路口的距離，即Sc＜Sr且S0-Scr＞Sc。此時(shí)車輛到路口的距離等于近天線到路口的距離減去近天線到車輛的距離。車輛此時(shí)在負(fù)區(qū)域內(nèi)。位置關(guān)系為

（3） 當(dāng)車輛在路口中心右側(cè)位置區(qū)域中，近天線距離車輛較近，且近天線到車輛的距離大于近天線到路口的距離，即Sc＜Sr且S0-Scr＜Sc。此時(shí)車輛到路口的距離等于近天線到車輛的距離減去近天線到路口的距離。車輛此時(shí)在正區(qū)域內(nèi)。位置關(guān)系為

2.1.2 行駛狀態(tài)

車輛的行駛狀態(tài)用數(shù)值表征：“9”表示初始狀態(tài)，“0”表示停止?fàn)顟B(tài)，“1”表示正向行駛狀態(tài)，“2”表示負(fù)向行駛狀態(tài)。正負(fù)向行駛狀態(tài)如圖5所示。

圖5 正負(fù)向行駛狀態(tài)Fig. 5 Positive and negative driving state

邏輯控制器通過(guò)比較當(dāng)前位置信息與上一時(shí)刻位置信息，判定車輛當(dāng)前的行駛狀態(tài)。具體判定流程如圖6所示。

圖6 行駛狀態(tài)判定流程Fig. 6 Determination process of driving state

每個(gè)任務(wù)周期內(nèi)，邏輯控制器采集每輛車當(dāng)前的行駛狀態(tài)屬性，包括車輛當(dāng)前位置信息、上一時(shí)刻位置信息和連續(xù)掃描次數(shù)（表征車輛被連續(xù)判定為有進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)趨勢(shì)的次數(shù)）。若滿足任一種條件（① 上一時(shí)刻位置信息為0；② 上一時(shí)刻位置信息在正區(qū)域，當(dāng)前位置信息在負(fù)區(qū)域；③ 上一時(shí)刻位置信息在負(fù)區(qū)域，當(dāng)前位置信息在正區(qū)域），則判定車輛進(jìn)入初始狀態(tài)，更新上一時(shí)刻的位置信息，并清零掃描次數(shù)。若當(dāng)前位置信息減去上一時(shí)刻位置信息的差值≤-3 m，則判定車輛為負(fù)向行駛狀態(tài)，更新上一時(shí)刻的位置信息，并清零掃描次數(shù)。若當(dāng)前位置信息減去上一時(shí)刻位置信息的差值≥3 m，則判定車輛為正向行駛狀態(tài)，更新上一時(shí)刻的位置信息，并清零掃描次數(shù)。

若不滿足初始狀態(tài)、負(fù)向行駛狀態(tài)和正向行駛狀態(tài)中的一種，則判斷是否有進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)的趨勢(shì)。若當(dāng)前位置信息與上一時(shí)刻位置信息的差值絕對(duì)值＜3 m，表明車輛當(dāng)前有進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)的趨勢(shì)。若當(dāng)前連續(xù)掃描次數(shù)＜100次，則將連續(xù)掃描次數(shù)加1，并跳轉(zhuǎn)至下一循環(huán)。若當(dāng)前連續(xù)掃描次數(shù)=100次，則判定車輛進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)會(huì)獲取最新的行駛狀態(tài)屬性，并再次執(zhí)行條件判斷，直至輸出當(dāng)前行駛狀態(tài)，結(jié)束當(dāng)前任務(wù)周期。

2.2 定位基站的分布要求

使用定位基站獲取路口區(qū)域內(nèi)的定位卡信息時(shí)，需要考慮全向定位天線接收信號(hào)的無(wú)向性。定位天線接收定位卡信息的無(wú)向性使得每一根定位天線都能獲取路口各個(gè)方向的定位卡信息。以三岔路口為例（圖7）對(duì)定位基站的分布要求進(jìn)行分析。在圖7（a）中，路口只安裝了1號(hào)定位基站。1號(hào)定位基站能同時(shí)掃描到白色和灰色2個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)，灰色區(qū)域處數(shù)據(jù)滿足正天線距離＜負(fù)天線距離。以灰色區(qū)域的2個(gè)標(biāo)記點(diǎn)×為例，2處接收的定位天線的數(shù)據(jù)完全相同，導(dǎo)致1號(hào)定位基站無(wú)法判定車輛定位卡處于②號(hào)岔口還是③號(hào)岔口。

圖7 掃描三岔路口Fig. 7 Scan three intersections

為了區(qū)分車輛定位卡在②號(hào)岔口還是③號(hào)岔口，需在②號(hào)岔口增加2號(hào)定位基站（圖7（b））。2號(hào)定位基站所在的②號(hào)岔口為該定位基站在路口內(nèi)唯一的負(fù)區(qū)域。此時(shí)路口被有效劃分為4個(gè)獨(dú)立的區(qū)域：①號(hào)岔口對(duì)應(yīng)1號(hào)定位基站在該路口唯一的負(fù)區(qū)域；②號(hào)岔口對(duì)應(yīng)2號(hào)定位基站在該路口唯一的負(fù)區(qū)域；③號(hào)岔口對(duì)應(yīng)1號(hào)定位基站在該路口唯一的正區(qū)域；路口中心對(duì)應(yīng)1號(hào)定位基站在該路口唯一的零區(qū)域。這樣每個(gè)路口區(qū)域才能完全區(qū)分開(kāi)，邏輯控制器才能執(zhí)行正確的控制邏輯。

以此類推，基站數(shù)量至少應(yīng)該是岔口數(shù)量減1，單路口最多只有1個(gè)基站能同時(shí)掃描2個(gè)岔口，而其他岔口必須由不同的定位基站單獨(dú)掃描。將同時(shí)掃描一條直線上一組對(duì)向岔口的定位基站稱為共用定位基站。共用定位基站安裝地點(diǎn)所在的岔口是該共用定位基站的負(fù)區(qū)域，對(duì)向岔口是該共用定位基站的正區(qū)域。其他岔口內(nèi)的定位基站只掃描自身的負(fù)區(qū)域。如果基站數(shù)量和岔口數(shù)量相當(dāng)，那么所有定位基站都只掃描自身的負(fù)區(qū)域。依據(jù)該結(jié)論，歸納出井下5種典型路口的定位基站配置，如圖8所示。

圖8 典型路口定位基站配置Fig. 8 Positioning base station configurations of typical regular intersections

2.3 區(qū)域控制門限

各個(gè)具體路口對(duì)控制區(qū)域的大小有不同的要求，對(duì)車輛出入路口時(shí)交通燈放行和解除放行的門限距離要求也各不相同，因此需要設(shè)置具體的區(qū)域控制門限，實(shí)現(xiàn)交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)區(qū)域控制門限的靈活配置。交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)置了入列門限、閉鎖門限和解鎖門限3個(gè)控制門限。當(dāng)車輛進(jìn)入路口，距離路口＜入列門限，則認(rèn)為該車輛已經(jīng)由當(dāng)前岔口駛向路口。當(dāng)車輛繼續(xù)行駛，距離路口＜閉鎖門限，則認(rèn)為該車輛已經(jīng)向路口中心靠近，此時(shí)需要控制交通燈發(fā)出指令，放行當(dāng)前岔口車輛。當(dāng)車輛駛出路口，超出解鎖門限，車輛觸發(fā)解鎖邏輯，視為該車輛已駛離路口。設(shè)置控制門限時(shí)，入列門限、閉鎖門限和解鎖門限的值應(yīng)依次減小。以三岔口為例，控制門限設(shè)置如圖9所示。

圖9 控制門限Fig. 9 Control threshold

2.4 岔口排序與優(yōu)先級(jí)

在交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)中，單個(gè)邏輯控制器控制單個(gè)路口。因?yàn)閱蝹€(gè)路口包含若干個(gè)岔口，所以需要對(duì)每個(gè)岔口進(jìn)行排序，定義每個(gè)岔口在邏輯控制器中的序號(hào)，從而控制相應(yīng)序號(hào)的交通燈。岔口的排序規(guī)則如圖10所示。若當(dāng)前路口的定位基站數(shù)量等于岔口數(shù)量（圖10（a）），則以主巷道下行方向所在的岔口為①號(hào)岔口，順時(shí)針?lè)较蜻f增，定義其他岔口的序號(hào)。若當(dāng)前路口的定位基站數(shù)量等于岔口數(shù)量減1（圖10（b）），存在共用定位基站。則將共用定位基站安裝位置所在的那條岔口作為①號(hào)岔口，順時(shí)針?lè)较蜻f增，定義其他岔口的序號(hào)。

圖10 岔口排序Fig. 10 Sorting of forks

岔口放行規(guī)則：每個(gè)岔口都設(shè)置一個(gè)入列車輛列表。如果當(dāng)前岔口的入列車輛列表為空，代表該岔口內(nèi)沒(méi)有車等待放行。如果當(dāng)前岔口內(nèi)有車輛進(jìn)入時(shí)，會(huì)依據(jù)先后順序?qū)④囕v卡號(hào)排入對(duì)應(yīng)岔口的入列車輛列表中。任意岔口的入列車輛列表非空時(shí)，說(shuō)明該岔口內(nèi)車輛需要放行。此時(shí)邏輯控制器會(huì)對(duì)需要放行的有入列車輛的岔口進(jìn)行排序，得到一個(gè)待放行的岔口序號(hào)的列表。得到該列表后，會(huì)立即放行當(dāng)前排在第1位的岔口。

為規(guī)定岔口的優(yōu)先放行次序、實(shí)現(xiàn)多個(gè)岔口同時(shí)放行，控制系統(tǒng)引入了岔口優(yōu)先級(jí)。A為最高優(yōu)先級(jí)，用戶需逐級(jí)定義各岔口優(yōu)先級(jí)，允許多個(gè)岔口優(yōu)先級(jí)相同。其中首優(yōu)先級(jí)表示當(dāng)前正在放行的優(yōu)先級(jí)，活躍優(yōu)先級(jí)表示當(dāng)前正在參與優(yōu)先級(jí)排序的優(yōu)先級(jí)，不活躍優(yōu)先級(jí)表示當(dāng)前優(yōu)先級(jí)循環(huán)內(nèi)已經(jīng)放行過(guò)的優(yōu)先級(jí)，且當(dāng)前優(yōu)先級(jí)循環(huán)內(nèi)不再參與優(yōu)先級(jí)排序。當(dāng)岔口存在優(yōu)先級(jí)時(shí)，岔口優(yōu)先級(jí)排序規(guī)則如下：將活躍優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序，選有入列車輛的最高優(yōu)先級(jí)作為首優(yōu)先級(jí)執(zhí)行放行，放行結(jié)束后，該優(yōu)先級(jí)轉(zhuǎn)為不活躍優(yōu)先級(jí)。如果當(dāng)前活躍優(yōu)先級(jí)數(shù)量為零或除了不活躍優(yōu)先級(jí)外的所有優(yōu)先級(jí)均沒(méi)有入列車輛，那么當(dāng)前優(yōu)先級(jí)排序循環(huán)結(jié)束。此時(shí)將所有優(yōu)先級(jí)全部轉(zhuǎn)為活躍狀態(tài)并重新排序，選出新的首優(yōu)先級(jí)執(zhí)行放行。一個(gè)典型的五岔口排序循環(huán)如圖11所示，所有優(yōu)先級(jí)由小到大排序，實(shí)線框代表活躍優(yōu)先級(jí)，點(diǎn)線框代表首優(yōu)先級(jí)，虛線框代表非活躍優(yōu)先級(jí)。

圖11 五岔口優(yōu)先級(jí)排序循環(huán)Fig. 11 Five fork prioritization cycle

3 軟件功能與通信模塊

3.1 控制模式

控制系統(tǒng)包括自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和定時(shí)切換3種控制模式，只有當(dāng)所有配置在路口的定位基站與邏輯控制器的通信正常時(shí)才能啟用自動(dòng)控制，定時(shí)切換和手動(dòng)控制隨時(shí)可以啟用。

3.1.1 定時(shí)切換

定時(shí)切換的輪流放行時(shí)間不小于30 s，切換順序由岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)的排序決定，相同優(yōu)先級(jí)的岔口應(yīng)同時(shí)放行。除了當(dāng)前正在放行的岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)，其他岔口禁行。到達(dá)最大放行時(shí)間，切換下一個(gè)岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)放行。

3.1.2 手動(dòng)控制

當(dāng)交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)處于自動(dòng)控制或定時(shí)切換時(shí)，在上位機(jī)上直接修改交通燈的指示狀態(tài)，交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)立即進(jìn)入手動(dòng)控制狀態(tài)。若取消交通燈的手動(dòng)控制狀態(tài)，則交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)立即恢復(fù)自動(dòng)控制或定時(shí)切換。如果手動(dòng)控制執(zhí)行的指令是放行路口內(nèi)某一岔口，則該路口內(nèi)其他岔口會(huì)自動(dòng)禁行，避免多路口同時(shí)放行。

3.1.3 自動(dòng)控制

系統(tǒng)默認(rèn)為自動(dòng)控制模式，規(guī)定通行時(shí)間不小于30 s。路口控制區(qū)間內(nèi)無(wú)車，所有岔口交通燈亮綠燈；路口控制區(qū)間內(nèi)有車，則執(zhí)行自動(dòng)控制的放行邏輯判斷。放行邏輯判斷順序?yàn)槿肓信袛唷⒌艟€判斷、優(yōu)先放行、超時(shí)放行、出列判斷、闖紅燈判斷、列表更新、狀態(tài)發(fā)布。

（1） 入列判斷。根據(jù)車輛位置信息和行駛狀態(tài)，及路口控制門限，判斷當(dāng)前岔口中入列、閉鎖的車輛，更新入列車輛列表，并對(duì)岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序。

（2） 掉線判斷。對(duì)當(dāng)前正在放行的車輛啟動(dòng)掉線計(jì)時(shí)器。如果正在放行的車輛超過(guò)15 s無(wú)定位卡數(shù)據(jù)，則判定為掉線。如果重新獲取到車輛定位卡的數(shù)據(jù)，則解除掉線狀態(tài)，掉線計(jì)時(shí)器重新計(jì)時(shí)。如果放行車輛掉線超過(guò)10 s未恢復(fù)，將掉線車輛從入列車輛列表中移除。

（3） 優(yōu)先放行。一個(gè)岔口放行時(shí)間超過(guò)30 s，開(kāi)始判定優(yōu)先放行。當(dāng)入列車輛達(dá)到一定數(shù)量，立即優(yōu)先放行該岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)。同時(shí)有多個(gè)岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)滿足優(yōu)先放行條件時(shí)，選取入列車輛最多的岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)放行。每個(gè)岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)最多可以連續(xù)執(zhí)行2次優(yōu)先放行。如果下次循環(huán)依然是該岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)滿足優(yōu)先放行條件，則直接跳過(guò)優(yōu)先放行判斷，進(jìn)入超時(shí)放行判斷。

（4） 超時(shí)放行。滿足超時(shí)放行的條件：① 正在放行的岔口內(nèi)的所有車輛均為停止?fàn)顟B(tài)，且超過(guò)了最大停止時(shí)間。② 正在放行的岔口達(dá)到了最大放行時(shí)間，放行仍未結(jié)束且未觸發(fā)優(yōu)先放行。滿足以上任意一個(gè)條件，立即結(jié)束當(dāng)前岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)的放行，巡檢下一個(gè)需要放行的岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)。如果僅有一個(gè)岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)有車，則繼續(xù)放行該岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)；如果存在2個(gè)及以上的岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)有車，則放行排在次位的岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)。一旦執(zhí)行超時(shí)放行判斷，正在放行的路口的時(shí)間歸零并重新計(jì)時(shí)。

（5） 出列判斷。獲取各岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)的車輛信息，將車輛列表中大于出列門限且正在遠(yuǎn)離路口的車輛記為出列狀態(tài)。

（6） 闖紅燈判斷。車輛入列岔口為綠燈放行狀態(tài)，則記錄車輛在各自入列岔口內(nèi)最小位置信息。當(dāng)車輛離開(kāi)入列岔口，停止更新最小位置信息。車輛入列岔口為紅燈狀態(tài)，則更新車輛在入列岔口內(nèi)的實(shí)時(shí)位置信息。當(dāng)車輛離開(kāi)入列岔口，停止更新實(shí)時(shí)位置信息。由綠燈切換為紅燈的岔口，若在此入列車輛的最后位置信息已經(jīng)小于20 m，則視為未闖紅燈，否則以紅燈等待狀態(tài)進(jìn)行判定。所有當(dāng)前為紅燈等待狀態(tài)的車輛，如果車輛距離路口5 m以內(nèi)或已經(jīng)進(jìn)入其他岔口，則認(rèn)為該車輛已經(jīng)闖紅燈。闖紅燈列表遵循先入先出原則。上位機(jī)讀取闖紅燈信息后，闖紅燈列表立即清空。

（7） 列表更新。首先，更新各個(gè)岔口的入列車輛列表，將出列狀態(tài)的車輛清除，重新排序其他在列車輛。然后，更新岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)列表，將車輛數(shù)為零的岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)清除，重新排序其他岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)。最后，更新當(dāng)前正在放行的岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)。

（8） 狀態(tài)發(fā)布。路口信號(hào)設(shè)備包括交通燈和路口聲光報(bào)警器，最大數(shù)量均設(shè)為3，用于控制規(guī)定數(shù)量的交通燈和報(bào)警器切換狀態(tài)。正在放行的岔口序號(hào)/優(yōu)先級(jí)亮綠燈，其他亮紅燈。

3.1.4 區(qū)間控制

自動(dòng)控制存在單路口控制和區(qū)間控制2種控制邏輯。單路口控制時(shí)，當(dāng)前路口的邏輯控制器與其他路口的邏輯控制器不關(guān)聯(lián)。若相鄰路口的2個(gè)岔口之間配置成關(guān)聯(lián)岔口，則需要判定是否滿足區(qū)間控制邏輯。在區(qū)間控制的控制邏輯中，2個(gè)關(guān)聯(lián)岔口之間是一段控制區(qū)間。相鄰岔口的控制區(qū)間如圖12所示。路口1的岔口③與路口2的岔口①相互關(guān)聯(lián)，中間陰影部分為控制區(qū)間。

圖12 相鄰岔口的控制區(qū)間Fig. 12 Control section of adjacent fork

區(qū)間控制的控制策略包含敵對(duì)閉鎖和區(qū)間閉鎖2種策略，分別對(duì)應(yīng)敵對(duì)閉鎖區(qū)域和區(qū)間閉鎖區(qū)域2種控制區(qū)間。當(dāng)邏輯控制器執(zhí)行完單路口控制邏輯后，需要判斷是否觸發(fā)區(qū)間控制策略，并優(yōu)先執(zhí)行區(qū)間控制的控制指令。

（1） 敵對(duì)閉鎖區(qū)域。如果某段巷道在同一時(shí)刻只允許單向通行，此時(shí)有車輛從一側(cè)路口駛?cè)朐摱蜗锏溃瑒t巷道另一側(cè)路口需開(kāi)啟敵對(duì)閉鎖，避免對(duì)向會(huì)車。敵對(duì)閉鎖控制邏輯如圖13所示。狀態(tài)1：車輛駛?cè)胱髠?cè)①號(hào)岔路口的“閉鎖門限”時(shí)，左側(cè)①號(hào)岔口綠燈通行，左側(cè)②號(hào)、③號(hào)岔口紅燈禁行；右側(cè)岔口全部綠燈通行。狀態(tài)2：車輛駛出左側(cè)③號(hào)岔口的“解鎖門限”時(shí)，觸發(fā)敵對(duì)閉鎖邏輯，右側(cè)②號(hào)、③號(hào)岔口紅燈禁行，其他岔口綠燈通行。狀態(tài)3：車輛駛出右側(cè)路口，結(jié)束右側(cè)路口的敵對(duì)閉鎖。

圖13 敵對(duì)閉鎖控制邏輯Fig. 13 Hostile lock control logic

（2） 區(qū)間閉鎖區(qū)域。如果某段巷道易發(fā)生擁堵，則開(kāi)啟區(qū)間閉鎖，限制該段巷道內(nèi)同一時(shí)刻的車輛數(shù)。區(qū)間閉鎖控制邏輯如圖14所示。狀態(tài)1：車輛同時(shí)從左側(cè)①號(hào)、③號(hào)岔口接近區(qū)間閉鎖區(qū)域，且尚未進(jìn)入兩側(cè)路口的閉鎖區(qū)間時(shí)，2個(gè)路口全部為綠燈通行狀態(tài)。狀態(tài)2：車輛駛?cè)雰蓚?cè)路口的閉鎖區(qū)間時(shí)，此時(shí)車輛未超過(guò)規(guī)定數(shù)量，左側(cè)①號(hào)岔口和右側(cè)③號(hào)岔口綠燈通行，其他岔口紅燈禁行。狀態(tài)3：當(dāng)區(qū)間閉鎖區(qū)域內(nèi)車輛數(shù)超過(guò)一定數(shù)量時(shí)，觸發(fā)區(qū)間閉鎖，左側(cè)①號(hào)、左側(cè)②號(hào)、右側(cè)②號(hào)、右側(cè)③號(hào)岔口紅燈禁行；左側(cè)③號(hào)、右側(cè)①號(hào)岔口綠燈放行。狀態(tài)4：當(dāng)區(qū)間閉鎖區(qū)域內(nèi)車輛數(shù)減少到一定數(shù)量時(shí)，結(jié)束區(qū)間閉鎖，執(zhí)行單路口控制。

圖14 區(qū)間閉鎖控制邏輯Fig. 14 Section lock control logic

3.2 通信模塊

控制系統(tǒng)的通信模塊主要包括交通燈和聲光報(bào)警器的串口協(xié)議信息傳輸模塊、邏輯控制器與定位基站之間車輛信息傳遞的UDP協(xié)議傳輸模塊、相鄰邏輯控制器、邏輯控制器與上位機(jī)之間的Modbus TCP協(xié)議傳輸模塊。通信模塊的軟件代碼基于IEC61131-3規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)了通用的UDP協(xié)議模塊、串口協(xié)議信息傳輸模塊及Modbus TCP客戶端與服務(wù)器模塊。

3.2.1 串口協(xié)議信息傳輸模塊

控制系統(tǒng)以信息發(fā)布形式向交通燈和聲光報(bào)警器發(fā)布指令信息。串口協(xié)議信息傳輸模塊有Modbus RTU和私有協(xié)議2種，支持不同串口并行發(fā)送，相同串口順序發(fā)布。Modbus RTU協(xié)議為通用Modbus協(xié)議。私有協(xié)議執(zhí)行GB2312-1980《信息交換用 漢字編碼字符集》標(biāo)準(zhǔn)，聲光報(bào)警器可自定義文字播報(bào)內(nèi)容。邏輯控制器自動(dòng)判斷當(dāng)前串口通信設(shè)備的數(shù)量、協(xié)議長(zhǎng)度及協(xié)議下發(fā)次數(shù)，將接收到的指令發(fā)送給串口通信設(shè)備。串口協(xié)議信息傳輸模塊會(huì)實(shí)時(shí)判斷當(dāng)前在線設(shè)備的收發(fā)狀態(tài)、輸出設(shè)備的故障碼列表。

3.2.2 UDP協(xié)議傳輸模塊

UDP協(xié)議數(shù)據(jù)不可復(fù)用，所以在1個(gè)射頻接收周期內(nèi)，僅有1個(gè)邏輯控制器能請(qǐng)求到有效數(shù)據(jù)報(bào)文，其他邏輯控制器只能請(qǐng)求到空數(shù)據(jù)報(bào)文。煤礦井下短距離內(nèi)分布多個(gè)路口，1個(gè)邏輯控制器控制1個(gè)路口時(shí)需要獲取多個(gè)定位基站的UDP數(shù)據(jù)。如果不對(duì)UDP協(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)用，會(huì)導(dǎo)致每個(gè)路口都需要重復(fù)加設(shè)多個(gè)基站，大大降低交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力。因此，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了定位基站的主動(dòng)輪詢、輪詢轉(zhuǎn)發(fā)、被動(dòng)接收3種數(shù)據(jù)獲取策略。如果邏輯控制器配置的當(dāng)前定位基站的數(shù)據(jù)獲取策略是主動(dòng)輪詢，那么邏輯控制器會(huì)主動(dòng)請(qǐng)求該定位基站發(fā)送UDP數(shù)據(jù)。如果邏輯控制器配置的當(dāng)前定位基站的數(shù)據(jù)獲取策略是被動(dòng)接收，那么邏輯控制器不會(huì)主動(dòng)請(qǐng)求該定位基站發(fā)送UDP數(shù)據(jù)，而是等待其他配置為輪詢轉(zhuǎn)發(fā)的邏輯控制器將請(qǐng)求到的UDP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給自己。如果邏輯控制器配置的當(dāng)前定位基站的數(shù)據(jù)獲取策略是輪詢轉(zhuǎn)發(fā)，那么邏輯控制器會(huì)主動(dòng)請(qǐng)求定位基站發(fā)送UDP數(shù)據(jù)，并將接收到的UDP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給指定的配置為被動(dòng)接收的邏輯控制器。通過(guò)采用帶有轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的數(shù)據(jù)獲取策略，能夠大幅減少基站的安裝數(shù)量，從而提高交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，降低定位基站的施工與維護(hù)成本。

UDP協(xié)議的收發(fā)之間不需要建立連接。因此，將UDP數(shù)據(jù)的接收模塊和發(fā)送模塊獨(dú)立進(jìn)行管理，從而實(shí)現(xiàn)UDP數(shù)據(jù)的瞬時(shí)批量發(fā)送和隨機(jī)無(wú)序讀取[14]。發(fā)送模塊會(huì)判斷邏輯控制器配置的每一個(gè)定位基站的數(shù)據(jù)獲取策略，如果是被動(dòng)接收策略，則直接跳過(guò)該定位基站，如果是主動(dòng)輪詢或輪詢轉(zhuǎn)發(fā)策略，則立即發(fā)送請(qǐng)求指令向?qū)?yīng)的定位基站獲取UDP數(shù)據(jù)。接收模塊循環(huán)接收每一條收到的UDP數(shù)據(jù)報(bào)文。通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)文中包含的定位基站站號(hào)，判斷當(dāng)前UDP數(shù)據(jù)來(lái)源于哪個(gè)定位基站，并存入相應(yīng)的定位基站數(shù)據(jù)集。如果當(dāng)前UDP數(shù)據(jù)報(bào)文需要轉(zhuǎn)發(fā)給另一個(gè)邏輯控制器，則立即給該邏輯控制器發(fā)送獲取到的UDP數(shù)據(jù)報(bào)文。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的指令執(zhí)行完畢后，才會(huì)接收下一條UDP數(shù)據(jù)報(bào)文。

3.2.3 Modbus TCP協(xié)議傳輸模塊

Modbus TCP協(xié)議傳輸模塊分為服務(wù)端和客戶端2個(gè)模塊。1個(gè)邏輯控制器啟動(dòng)1個(gè)Modbus TCP服務(wù)端。上位機(jī)主動(dòng)連接該服務(wù)端，向當(dāng)前邏輯控制器傳輸配置信息，并實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前邏輯控制器的各種設(shè)備狀態(tài)。除了交通燈和路口聲光報(bào)警器，其他連接邏輯控制器的串口設(shè)備的控制指令均通過(guò)該服務(wù)端下發(fā)給對(duì)應(yīng)的邏輯控制器。服務(wù)端中規(guī)劃了區(qū)域關(guān)聯(lián)控制點(diǎn)表，相鄰邏輯控制器能夠主動(dòng)打開(kāi)Modbus TCP客戶端，與當(dāng)前邏輯控制器的服務(wù)端建立通信連接，讀取當(dāng)前邏輯控制器服務(wù)端中的區(qū)域關(guān)聯(lián)控制信息。區(qū)域關(guān)聯(lián)控制信息主要包括相鄰路口處關(guān)聯(lián)岔口的出列車輛列表、歷史入列車輛列表等。區(qū)域關(guān)聯(lián)控制信息主要用于執(zhí)行區(qū)域控制相關(guān)的邏輯判斷。

4 系統(tǒng)調(diào)試與應(yīng)用

4.1 模擬巷道測(cè)試

模擬巷道內(nèi)部共4條巷道，組成2個(gè)三岔路口和1個(gè)U形彎路口。根據(jù)該巷道的路口特征，設(shè)計(jì)搭建了交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)。交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)包含3臺(tái)KDW56B礦用隔爆電源，3個(gè)KXH18（D）本安型邏輯控制器，10個(gè)DXH15L（A）型本安交通燈，4 個(gè)KJ69J-D2礦用本安定位基站及1個(gè)KXB18A聲光報(bào)警器。3個(gè)邏輯控制器分別控制3個(gè)路口。各岔口均布置有一定數(shù)量的交通燈。路口Ⅰ布置3個(gè)交通燈，路口Ⅱ兩邊各布置2個(gè)交通燈，路口Ⅲ布置3個(gè)交通燈。每個(gè)交通燈均引出一路信號(hào)線和一路供電線，在邏輯控制器內(nèi)部進(jìn)行串接。信號(hào)線接在各自邏輯控制器的RS485-2上。交通燈和邏輯控制器均由可輸出6路18 V的礦用隔爆電源進(jìn)行獨(dú)立供電。邏輯控制器內(nèi)部集成以太網(wǎng)交換機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)與4個(gè)定位基站進(jìn)行UDP通信。彎道報(bào)警器串接在路口Ⅱ邏輯控制器的RS485-3上。交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)布置如圖15所示。

圖15 模擬巷道交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)布置Fig. 15 Layout of traffic light automatic control system of simulated roadway

4.1.1 路口及彎道設(shè)置

模擬巷道共布置3個(gè)路口/4個(gè)基站。路口Ⅰ和路口Ⅲ為標(biāo)準(zhǔn)三岔口，路口Ⅱ?yàn)閁型路口。在路口Ⅰ設(shè)置優(yōu)先級(jí)，岔口①優(yōu)先級(jí)為3，岔口②優(yōu)先級(jí)為2，岔口③優(yōu)先級(jí)為1。路口Ⅱ和路口Ⅲ不設(shè)置優(yōu)先級(jí)。U型路口Ⅱ每側(cè)布置2個(gè)交通燈，其他路口每個(gè)岔口布置1個(gè)交通燈。所有路口的入列門限均設(shè)為15 m，閉鎖門限設(shè)為10 m，解鎖門限設(shè)為6 m，車輛最大停車時(shí)間為15 s，岔口最大放行時(shí)間為60 s，最大放行車輛數(shù)為3輛。

為測(cè)試交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)的信息發(fā)布功能，在上位機(jī)圖形界面的西南角框取電子圍欄，安裝彎道報(bào)警器。彎道報(bào)警器接在路口Ⅱ邏輯控制器，由上位機(jī)發(fā)布報(bào)警信息。

4.1.2 UDP數(shù)據(jù)獲取策略設(shè)置

路口Ⅰ各岔口均采用被動(dòng)接收的方式獲取基站數(shù)據(jù)。岔口①和岔口③接收路口Ⅲ處邏輯控制器轉(zhuǎn)發(fā)的4號(hào)定位基站的數(shù)據(jù)，岔口②接收路口Ⅱ處邏輯控制器轉(zhuǎn)發(fā)的1號(hào)定位基站的數(shù)據(jù)。

路口Ⅱ各岔口均采用輪詢轉(zhuǎn)發(fā)的方式獲取基站數(shù)據(jù)。岔口①獲取1號(hào)定位基站的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給路口Ⅰ邏輯控制器，岔口②獲取3號(hào)定位基站的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給路口Ⅲ邏輯控制器。

路口Ⅲ的岔口①和岔口②采用輪詢轉(zhuǎn)發(fā)方式獲取4號(hào)定位基站的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給路口Ⅰ邏輯控制器，岔口③采用被動(dòng)接收的方式接收路口Ⅱ處邏輯控制器轉(zhuǎn)發(fā)的3號(hào)定位基站的數(shù)據(jù)。

4.1.3 測(cè)試流程

首先，在路口Ⅰ和路口Ⅲ測(cè)試單路口邏輯。隨機(jī)進(jìn)行放行閉鎖、解鎖、闖紅燈、優(yōu)先放行、超時(shí)放行的測(cè)試，驗(yàn)證邏輯代碼的正確性。

然后，進(jìn)行連續(xù)路線交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)性能測(cè)試。邏輯控制器內(nèi)部設(shè)定的任務(wù)周期循環(huán)時(shí)間為200 ms，記錄下每次觸發(fā)自動(dòng)控制的放行邏輯時(shí)邏輯控制器的任務(wù)執(zhí)行時(shí)間與交通燈狀態(tài)切換的時(shí)間，測(cè)試流程如下：

（1） 車輛從西口駛?cè)胂锏纼?nèi)，進(jìn)入路口Ⅰ。向南拐進(jìn)西巷道，觸發(fā)放行邏輯時(shí)系統(tǒng)的周期時(shí)間為5 146 μs，交通燈切換狀態(tài)耗時(shí)0.88 s。

（2） 車輛繼續(xù)向南行駛，進(jìn)入路口Ⅱ。標(biāo)志卡進(jìn)入電子圍欄，上位機(jī)發(fā)送報(bào)警指令，報(bào)警器閃爍紅燈并連續(xù)播報(bào)“車輛進(jìn)入彎道，請(qǐng)注意避讓”。車輛繼續(xù)行駛拐入南巷道。標(biāo)志卡從另一側(cè)走出電子圍欄，上位機(jī)發(fā)送停止指令，報(bào)警器立即停止閃爍和報(bào)警。到頭拐入東巷道，觸發(fā)放行邏輯時(shí)系統(tǒng)的周期時(shí)間為5 580 μs，交通燈切換狀態(tài)耗時(shí)0.91 s。

（3） 車輛沿東巷道向北行駛，進(jìn)入路口Ⅲ。向東拐出至東門，觸發(fā)放行邏輯時(shí)系統(tǒng)的周期時(shí)間為5 240 μs，交通燈切換狀態(tài)耗時(shí)0.92 s。

（4） 車輛沿原路線返回，經(jīng)過(guò)路口Ⅲ、路口Ⅱ、路口Ⅰ。此時(shí)沿線交通燈狀態(tài)相反。觸發(fā)放行邏輯時(shí)系統(tǒng)的周期時(shí)間分別為5 412 ，6 041和5 880 μs，交通燈切換狀態(tài)耗時(shí)分別為0.91，0.87和0.89 s。

測(cè)試結(jié)果表明：交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)相關(guān)控制邏輯均正確。邏輯判定響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)小于系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)周期（200 ms），交通燈狀態(tài)切換延遲小于1 s。彎道報(bào)警器正確報(bào)警，信息發(fā)布系統(tǒng)運(yùn)行正常。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

中煤陜西榆林大海則煤業(yè)有限公司大海則煤礦使用無(wú)軌車輛執(zhí)行井下運(yùn)輸任務(wù)，在錄車輛約140輛，運(yùn)輸線路不固定且運(yùn)輸任務(wù)繁重，重要路口流量大。

大海則煤礦交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)布置如圖16所示。交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)在該現(xiàn)場(chǎng)已安裝運(yùn)行6個(gè)月，重點(diǎn)布置管控4個(gè)路口。1號(hào)邏輯控制器布置在聯(lián)絡(luò)巷三岔路口，處于副立井升井通道附近，各向車流量較大，車輛在路口聯(lián)巷內(nèi)無(wú)序停車，缺乏有效的路口管控機(jī)制。2號(hào)邏輯控制器布置在北翼輔運(yùn)聯(lián)巷三岔口處，此處為北翼交通要道，存在路口視野盲區(qū)。3號(hào)邏輯控制器布置在南翼入口，控制四岔路口。4號(hào)邏輯控制器布置在南翼輔助運(yùn)輸大巷入口處，該處設(shè)置有風(fēng)門，存在會(huì)車盲區(qū)。3號(hào)和4號(hào)路口間距較短，中間僅設(shè)置1個(gè)定位基站，減少短距離相鄰路口處定位基站的安裝數(shù)量。

觀察一段時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)果顯示：

1號(hào)邏輯控制器連續(xù)放行一側(cè)車輛后正確切換另一側(cè)車輛放行，執(zhí)行優(yōu)先放行。實(shí)現(xiàn)車流均衡放行，不在某一側(cè)堆積擁堵。配置停車時(shí)間門限為15 s，防止放行岔口內(nèi)車輛長(zhǎng)時(shí)間停車影響其他岔口放行。由于運(yùn)行流量較大，后續(xù)又適當(dāng)增大了入列門限、閉鎖門限和解鎖門限的距離，擴(kuò)大路口控制區(qū)域。

2號(hào)邏輯控制器一側(cè)車輛接近路口，交通燈狀態(tài)提示另一側(cè)禁行，能夠提高盲區(qū)錯(cuò)車效率與安全性。實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，右側(cè)岔口無(wú)車進(jìn)入，因此直接通過(guò)上位機(jī)將當(dāng)前路口配置為一個(gè)直角路口，減少設(shè)備配置數(shù)量。

3號(hào)與4號(hào)邏輯控制器共用相同基站的UDP數(shù)據(jù)，分別采用輪詢轉(zhuǎn)發(fā)和被動(dòng)接收的方式共用關(guān)聯(lián)路段內(nèi)基站的UDP數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，最大數(shù)據(jù)接收延遲小于300 ms，符合邏輯判斷實(shí)時(shí)性要求。驗(yàn)證了UDP收發(fā)模塊的穩(wěn)定性。

3號(hào)邏輯控制器所在路口為一個(gè)四岔口，有一側(cè)岔口未開(kāi)放通行。經(jīng)觀察，將當(dāng)前上位機(jī)配置為四岔口，不影響實(shí)際三岔口的運(yùn)行，驗(yàn)證了當(dāng)前系統(tǒng)配置的廣泛適配性。

4號(hào)邏輯控制器發(fā)布的交通燈狀態(tài)能夠?qū)崟r(shí)指示風(fēng)門兩側(cè)車輛執(zhí)行直接通過(guò)或等待放行，優(yōu)化了風(fēng)門盲區(qū)處的通過(guò)機(jī)制。

邏輯控制器存儲(chǔ)的闖紅燈信息能實(shí)時(shí)發(fā)布在上位機(jī)系統(tǒng)上。邏輯控制器配置有控制異常報(bào)警機(jī)制，出現(xiàn)基站故障，所有交通燈顯示故障狀態(tài)。通過(guò)上位機(jī)發(fā)布定時(shí)切換或PC控制指令，邏輯控制器切換交通燈狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

5 結(jié)論

（1） 交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)UWB精確定位分站獲取車輛定位卡數(shù)據(jù)信息。依據(jù)UWB精確定位基站的技術(shù)特征，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了位置信息和行駛狀態(tài)2個(gè)控制參數(shù)，確定了定位基站在典型路口處的分布要求，規(guī)定了岔口的排序原則和優(yōu)先級(jí)。

（2） 交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)集成了自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和定時(shí)切換3種控制模式，設(shè)置了多種放行機(jī)制和區(qū)間管控策略。結(jié)合控制系統(tǒng)具體的通信需求，交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)通信模塊進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)計(jì)了通用的UDP協(xié)議傳輸模塊、串口協(xié)議信息傳輸模塊及Modbus TCP客戶端與服務(wù)器模塊。

（3） 交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)在模擬巷道的測(cè)試表明：交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)的邏輯代碼運(yùn)行正常，邏輯響應(yīng)時(shí)間小于200 ms，交通燈狀態(tài)切換的響應(yīng)時(shí)間小于1 s。信息發(fā)布系統(tǒng)運(yùn)行正常，彎道報(bào)警器能正確執(zhí)行報(bào)警指令?？刂葡到y(tǒng)的控制性能穩(wěn)定，控制時(shí)效性高。

（4） 交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)在大海則煤礦現(xiàn)場(chǎng)的使用狀況良好，車輛管控效果顯著，進(jìn)一步驗(yàn)證了交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)的管控性能。路口信息配置靈活，能夠高度適配現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)形式的路口，滿足具體的路口管控需求；通過(guò)調(diào)整控制門限，控制系統(tǒng)能夠調(diào)整路口控制區(qū)域的大小，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸流量的變化；定位基站采用不同的數(shù)據(jù)獲取策略，減少了精確定位分站的安裝數(shù)量，降低了交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)的施工成本；交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)整體接入輔助運(yùn)輸上位機(jī)，真正實(shí)現(xiàn)了信息監(jiān)測(cè)、信息發(fā)布和遠(yuǎn)程輔控；上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)井下車輛的交通調(diào)度狀態(tài)，監(jiān)控車輛的駕駛行為，實(shí)現(xiàn)了交通燈的遠(yuǎn)程管控，提高了輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的集成化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化水平。