利用射频识别技术实现岩土剥离自动计量

摘　要：岩土剥离计量是困扰我矿的一大难题，计量的准确与否直接关系到驾驶员的切身利益，也直接影响我矿部的成本核算。因此我矿决定与昆明恒瑞通经贸有限公司合作，开发岩土剥离计量项目，该系统将自动记录车辆的运输情况，实现了岩土剥离自动计量，做到准确无误。

关键词：射频技术 ；岩土剥离； 自动计量

1. 引言
　　岩土剥离计量是困扰我矿的一大难题。多年来，我矿一直采用人工进行计量，由于剥离运输车流量过大，而车辆在经过计量房时并不停下，只是通过人工来数过往车辆并记录下来，有时难免出现差错，甚至出现虚报的现象，而驾驶员的工资是直接与产量挂钩的。因此，计量的准确性直接关系到驾驶员的切身利益，也直接影响我矿部的成本核算。针对这一现象，我矿决定与昆明恒瑞通经贸有限公司合作，开发岩土剥离计量项目。该项目将我矿正在使用的4个排土场作为管理试点，建立4座车辆过往数据采集基站，在每辆运输车辆上安装RFIC卡。只要装有RFIC卡的车辆经过数据采集站，系统将自动记录该车辆的情况，实现了岩土剥离自动计量，做到准确无误。

2. 场地主要情况：
     多尘、雷区、震动、场地多变、路径多变。
    
3. 技术简介
　　针对上述需求和设计目标，我们认为将涉及以下几方面的技术手段，并使用这些技术来实现本项目的设计目标：
（1） RFID射频识别技术；
（2） 计算机软件和数据库；
（3） WLAN无线局域网；
这些技术目前的实际应用情况已经能够满足目前的应用需求。
　　①、RFID是射频识别技术的英文(Radio Frequency Identification)的缩写。射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术。该技术在世界范围内正被广泛的应用，这种技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。?射频识别系统通常由电子标签(射频标签)和阅读器组成。电子标签内存有一定格式的电子数据，常以此作为待识别物品的标识性信息。应用中将电子标签附着在待识别物品上，作为待识别物品的电子标记。阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，通常的情况是由阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据收到的阅读器的命令，将内存的标识性数据回传给阅读器。这种通信是在无接触方式下，利用交变磁场或电磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现的。射频识别系统的另一主要性能指标是阅读距离，也称为作用距离，它表示在最远为多远的距离上，阅读器能够可靠地与电子标签交换信息，即阅读器能读取标签中的数据。这里我们采用能在3~100m范围内可调的读写系统，可以在现场根据道路的实际情况来调节。
　　②、工业级网络数字相机，随着数码相机的日益普及，工业方面的应用产品也在市面上出现，它具有以太网络接口，高分辨率，直接连入企业网络中就能够使用，可将拍摄到的高清照片传递到指点位置。
　　③、计算机软件和数据库技术，目前的应用已经非常普遍，无论从操作界面，数据处理和存储能力已经非常强大，对于一般的应用通常都是过剩的
　　④、WLAN就是指的无线局域网，使用IEEE802.11协议的无线数字通讯方式，目前常用的有11Mbps的802.11b，54Mbps的802.11g以及300Mbps的802.11n几种速率方案，其中54Mbps的方式最常见。由于其覆盖范围较小，通常在300米的视距范围以内，一般用于有线网络的末端进行小范围的信号覆盖，比如家庭或公共热点地段使用。大功率无线局域网络设备通常是网桥,用于定向无线数据通讯。

4. 设计方案
　　在装载设备和排土场的关键路径上建立独立运行的基站，采集过往运载设备的识别信息和装载量图片。采用人工携带便携计算机到基站附近连接基站，将基站中采集到的数据下载到便携计算机中，带回企业网络中进行进一步的处理。
　　基站由远距离读卡器、网络数码相机、工控计算机、无线路由器和把这些设备连接在一起的基站交换机构成。当然，还有不间断电源、放置这些设备的机箱、以及将相机和读卡器安置到足够高度位置的支撑架。
　　在每台运载设备的合适位置安放一张电子标签，用于基站识别每一辆安装了电子标签的车辆。
　　按照项目要求，需要建设4座这样的基站，对不同排土场的过往车辆进行检测。当有安放了电子标签的车辆经过基站的检测范围时，会被基站内的读卡器检测到，工控机将读卡器读到的卡号信息，以及发生的时间等数据编成一组数据保存。
　　基站内的无线路由器，采用小功率设备，主要用于将基站内采集，编好的数据组下载到便携计算机中。基站数据采集人员定期携带便携计算机到基站附近，通过无线局域网的链接方式，连接到基站内网，将数据下载。基站内的系统在工控机操作系统没有崩溃的情况下，也可以通过wlan连接到基站服务器，采用仿真终端模式进行维护，避免在基站内部放置显示器、鼠标、键盘等设备。
　　本系统从物理情况来看分为后台信息处理系统，数据传输系统以及基站系统3个部分构成。
（1）后台信息处理系统。
　　后台信息处理是各基站数据的汇总点，是一套常见的带数据库应用的专用MIS系统，如图2所示的流程结构。各基站下载来的数据，通过便携计算机上的数据传输系统将数据导入到系统中。与调度的排班表进行合并处理以后，保存到数据库服务器上，同时，该服务器与企业局域网交换设备相互连接，将采集到的数据发布到企业协同平台上去。
　　系统中保存有运载设备，运载设备和电子标签的对照关系，驾驶员等基本信息，这些作为基础数据保存于服务器中。
　　日常通过输入排班表，结合车辆和电子标签的对照关系，后台处理系统就可以将基站传过来的数据进行处理，能够计算自动每个驾驶员、每车的作业往返次数。这是本项目的最终目的。
　　所生成的统计数据可以通过企业内局域网，在企业协同管理平台上使用，有关权限和数据安全，遵从协同平台上的对权限的设置。
（2） 数据传递系统。
　　由于目前采场范围内建立固定的通信通道存在一定的难度，因此，不得不采取人工获取基站数据的方式维持系统的正常运作。
　　由人工携带便携计算机，到达需要采集数据的基站附近，通过便携计算机上的无线网卡联通基站内网，下载基站内自上次采集以后的数据。之后，将采集了数据的便携计算机带回企业局域网内，上传到后台信息管理系统中进一步处理。
　（3）基站系统
　　基站系统在野外运行，为 保证其可靠运行，采用工业控制用计算机作为中心控制设备和数据保存设备。用于采集读卡器检测到的电子标签信息，结合发生的时间，编成一组数据保存待取。
　　基站内系统无需取得后台信息管理系统的数据即可运行，这样可以使得两个基站的配置完全一致。
5. 结论：
    该项目实施后，每年可减少虚方量10-20万m?,若按5元/m?的成本计算，每年可为矿里节约成本50-100万元，同时可以杜绝虚报假报等现象，真正做到按劳分配。

参考文献：
[1] 昆阳磷矿岩土剥离计量项目设计方案
[2] 昆阳磷矿剥离运输统计报表
[3] 昆阳磷矿采剥车间排班表
作者简介：周幼明 （1968-）女，云南蒙自人，电子工程工程师，本科，研究方向：计算机