[0001] 本发明属于矿业工程领域，涉及自动化控制技术，具体是一种矿井扳道器控制系统及方法。

[0002] 在矿井中，铁路轨道系统是用于运送矿石、物料以及人员的重要设施，而扳道器则是这一系统中至关重要的组成部分。扳道器的作用是调整轨道的方向，确保列车能够顺利地行驶在正确的轨道上，特别是在岔道口或需要改变行驶方向的地方。传统上矿井扳道器需要工作人员现场手动进行，这不仅劳动强度大，而且在矿井这种高风险、高噪音、高温度和湿度环境下，人工操作容易疲劳，且效率低下，安全风险较高。随着自动化技术的不断发展，为了提高矿井运输效率、减轻工人劳动强度并确保安全，矿井扳道器的自动化控制成为一种迫切的需求。

[0003] 目前，大多数矿井扳道器控制系统及方法，在矿井扳道器控制中，只是机械地根据矿车和扳道器之间的距离对扳道器进行控制，忽视了矿车自身磨损情况、矿车所在位置、拉载矿物重量共同作用对到达时间的影响，忽视这种影响可能带来计算矿车的到达时间不准，甚至导致矿车相撞的事故发生；同时，大多数矿井扳道器控制系统及方法，当多台矿车可能同时到达扳道器时，难以提前对矿车进行先后调控，使矿车按照顺序通过扳道器处，未考虑这一情况会带来矿车短距离拥堵造成的安全隐患。

[0004] 因此，本发明公开了一种矿井扳道器控制系统及方法，用于解决以上技术问题。

[0025] 下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0026] 请参阅图1‑图2，本发明第一方面实施例提供了一种矿井扳道器控制系统，包括：智能控制模块，以及与其相连的信息收集模块、速度设计模块和数据库；
信息收集模块：用于获取预设区域内若干矿车的基础信息；其中，基础信息包括矿车编号、矿车所在位置、拉载矿物重量和目标线路；预设区域是通过矿车规定的最高时速得到；
其中，预设区域是通过矿车规定的最高时速得到，包括：
A1：从数据库中提取当前扳道器所在位置的规定的矿车通过时的最高时速ZGV；提取矿井设立的标准时速BV以及对应的标准识别距离BSL；基于公式QSL=(1+α×(exp((ZGV‑BV)/BV)‑1))×BSL获取当前扳道器的识别距离QSL；其中，α为比例调节系数；
A2：以扳道器为起点，使用距离测定装置沿着各轨道线路进行距离测定并记录测定长度，依次判断测定长度是否等于识别距离QSL；是，将测定长度对应的距离测定装置所在位置标记为预设区域界点；否，跳转至A3；
A3：判断测定长度是否小于识别距离QSL；是，继续进行距离测定；否，发出距离测定错误警报；
A4：将相邻轨道线路上的预设区域界点进行两两直线连接，将连线包围的区域标记为预设区域；
智能控制模块：用于通过矿车编号获取矿车的目标信息，对目标信息进行识别得到矿车的磨损影响因子；基于矿车所在位置、拉载矿物重量得到矿车的条件因子；通过对磨损影响因子和条件因子进行分析得到各矿车的到达时间；基于各矿车的到达时间对扳道器进行调控；其中，目标信息包括矿车使用时长、矿车损坏次数、矿车运载次数；
速度设计模块：用于通过到达时间对各矿车进行速度设定。

[0027] 本申请中智能控制模块分别与信息收集模块、速度设计模块和数据库通信和/或电气连接；数据库分别与信息收集模块和智能控制模块通信和/或电气连接。

[0028] 示例性的，本实施例中，当前时间SJ=15:00:00，当前扳道器所在位置的规定的矿车通过时的最高时速ZGV=25km/h、矿井设立的标准时速BV=30km/h、对应的标准识别距离BSL=360m；基于公式QSL=(1+α×(exp((ZGV‑BV)/BV)‑1))×BSL=(1+0.9×(exp((25‑30)/
30)‑1))×360=310，因此当前扳道器的识别距离QSL=310m；
基于当前扳道器的识别距离QSL建立预设区域，识别得到预设区域内存在3台矿车：
矿车一：矿车编号C1、位于距离扳道器200m处、拉载矿物重量为2吨；
矿车二：矿车编号D2、位于距离扳道器100m处、拉载矿物重量为1.8吨；
矿车三：矿车编号E1、位于距离扳道器300m处、拉载矿物重量为2.2吨；
通过矿车编号C1、D2和E1获取矿车的矿车使用时长、矿车损坏次数、矿车运载次数，通过矿车编号C1、D2和E1的历史数据建立磨损计算模型，分别将3台矿车的矿车使用时长、矿车损坏次数、矿车运载次数输入至对应矿车的磨损计算模型得到对应矿车本次运载的磨损影响因子；其中：C1的磨损影响因子MYZ3=6、D2的磨损影响因子MYZ3=5、E1的磨损影响因子MYZ3=8；
获取当前矿车所在位置与下一扳道器之间的轨道路线长度DLCn，其中，C1的轨道路线长度DLC3=200m、D2的轨道路线长度DLC3=100m和E1的轨道路线长度DLC3=300m；提取当前在预设区域内所有矿车的轨道路线长度的平均值，并将平均值标记为平均路线长度PLC=
200m；
获取当前矿车的拉载矿物重量ZLn，其中，C1的拉载矿物重量ZL3=2吨、D2的拉载矿物重量ZL3=1.8吨和E1的拉载矿物重量ZL3=2.2吨；提取当前在预设区域内所有矿车的拉载矿物重量，将所有矿车的拉载矿物重量进行平均值计算得到平均拉载重量PZL=2吨；
获得C1、D2和E1矿车的条件因子TYZ3：
C1：TYZ3=β×exp((DLC3‑PLC)/PLC)+δ×(ln((ZL3‑PZL)/PZL+1)+1)=0.6×exp((200‑200)/200)+0.4×(ln((2‑2)/2+1)+1)=1；
D2：TYZ3=β×exp((DLC3‑PLC)/PLC)+δ×(ln((ZL3‑PZL)/PZL+1)+1)=0.6×exp((100‑200)/200)+0.4×(ln((1.8‑2)/2+1)+1)=0.7218；
E1：TYZ3=β×exp((DLC3‑PLC)/PLC)+δ×(ln((ZL3‑PZL)/PZL+1)+1)=0.6×exp((300‑200)/200)+0.4×(ln((2.2‑2)/2+1)+1)=1.4273；
其中，在本实施例中β设置为0.6，δ设置为0.4；
提取C1、D2和E1矿车的磨损影响因子MYZ3和条件因子TYZ3，获取C1、D2和E1的对比因子DYZ3：
C1：DYZ3=θ×MYZ3+μ×TYZ3=0.4×6+0.6×1=2.90；
D2：DYZ3=θ×MYZ3+μ×TYZ3=0.4×5+0.6×0.7218=2.36；
E1：DYZ3=θ×MYZ3+μ×TYZ3=0.4×8+0.6×1.4273=3.91；
其中，在本实施例中θ设置为0.4，μ设置为0.6；
因D2矿车的对比因子DYZ3最小，所以将D2矿车标记为参考矿车，最小对比因子ZDYZ3=2.36；获取参考矿车当前的时速20km/h=5.6m/s，以及与下一扳道器之间的轨道路线距离100m，基于公式YS=100/5.6=17.8s得到参考矿车到达下一扳道器的运行时间YS=
17.8s，因此，参考时间CH=17.8s；
提取参考时间CH和C1、D2和E1的对比因子DYZ3，获取C1、D2和E1的预到达时间YDS3：
C1：YDS3=CH×DYZ3/ZDYZ3+SJ=17.8s×2.90/2.36+15:00:00=15:00:22；
D2：YDS3=CH×DYZ3/ZDYZ3+SJ=17.8s×2.36/2.36+15:00:00=15:00:18；
E1：YDS3=CH×DYZ3/ZDYZ3+SJ=17.8s×3.91/2.36+15:00:00=15:00:29；
其中，SJ为当前时间，SJ=15:00:00；
将预到达时间YDS3由小到大对矿车进行排序，并建立排序表，3台矿车排序为：
序号1：D2；
序号2：C1；
序号3：E1；
因此，D2为1号矿车、C1为2号矿车、E1为3号矿车；
本实施例中，设立的安全间隔时间为10s；
提取排序表中2号矿车的预到达时间YDS3=15:00:22，因2号矿车的预到达时间YDS3=15:00:22小于1号矿车的预到达时间YDS3=15:00:18和安全间隔时间相加的总值为
15:00:28，因此将2号矿车的预到达时间YDS3更新为15:00:28；
提取排序表中3号矿车的预到达时间YDS3=15:00:29，因3号矿车的预到达时间YDS3=15:00:29小于2号矿车的预到达时间YDS3=15:00:28和安全间隔时间相加的总值为
15:00:38，因此将3号矿车的预到达时间YDS3更新为15:00:38；
将各矿车更新后的预到达时间YDS3标记为对应矿车到达下一扳道器的到达时间；
提取各矿车到达下一扳道器的到达时间，基于到达时间的先后依次提取对应矿车的矿车编号，提取矿车编号对应的目标线路；
当矿车通过后，基于下一矿车的目标线路在对应到达时间之前对扳道器进行调控。

[0029] 提取各矿车到达下一扳道器的到达时间DS3，提取各矿车到达下一扳道器的轨道路线距离DL3，基于公式YV3=DL3/(DS3‑SJ)获得各矿车在当前位置与下一扳道器之间的行驶速度YV3：C1：YV3=DL3/(DS3‑SJ)=200/28=7.1m/s；
D2：YV3=DL3/(DS3‑SJ)=100/18=5.6m/s；
E1：YV3=DL3/(DS3‑SJ)=300/38=7.9m/s。

[0030] 需要说明的是，本申请中设置了A3步骤对测定长度进行了判断，这一步判断是在A2的基础上进行的，也就是说需要判断测定长度，是小于识别距离QSL还是大于识别距离QSL，测定长度小于识别距离QSL可以很好地理解为当前位置的测定长度不符合，而测定长度大于识别距离QSL，是为了应对矿井信号忽好忽坏的时候，当测定长度等于识别距离QSL的时候信号未传输导致的测量故障的情况。

[0031] 需要说明的是，本申请所设的预设区域是用来对矿车速度进行调控的缓冲区域。

[0032] 需要说明的是，本申请设定的预设区域是根据扳道器所在位置的设定的矿车最高时速进行分析的，通过矿车最高时速能够间接体现扳道器所在位置的路线环境，例如当路线差、坡度陡时设定的矿车最高时速必然不会太高，当最高时速ZGV较小时，到达扳道器的时间也就会相应地变高，系统可以调控的时间也就越高，因此设置的预设区域也就不需要太大。

[0033] 本申请中获取预设区域内若干矿车的基础信息，包括：当矿车进入预设区域时，通过车载的信号传感器发送矿车设定的信号至信息收集模块，信息收集模块识别当前矿车的矿车编号与矿车所在位置；通过设置于矿车启动位置的压力传感器获取矿车的运载重量，并将运载重量存入数据库；通过当前矿车的矿车编号获取当前矿车的目标线路。

[0034] 需要说明的是，目标线路为当前矿车通过下一扳道器所在位置后的行驶路线。

[0035] 本申请中对目标信息进行识别得到矿车的磨损影响因子，包括：从数据库中提取对应矿车编号每次运载矿物时记录的历史矿车使用时长、历史矿车损坏次数、历史矿车运载次数；
将历史矿车使用时长、历史矿车损坏次数、历史矿车运载次数作为训练数据，将对应的每次运载矿物的磨损影响因子作为检验数据；使用训练数据对人工智能模型进行训练，使用检验数据对训练后的人工智能模型进行检验，根据检验结果对人工智能模型的参数进行调整，得到输入为当次运载的矿车使用时长、矿车损坏次数、矿车运载次数，输出为磨损影响因子的磨损计算模型；其中，人工智能模型包括BP神经网络或深度置信网络；
将本次运载的矿车使用时长、矿车损坏次数、矿车运载次数输入至磨损计算模型得到对应矿车本次运载的磨损影响因子。

[0036] 需要说明的是，训练数据是采集当前矿车的历史数据；训练数据对应的检验数据是由人工识别得到。

[0037] 需要说明的是，矿车使用时长或历史矿车使用时长为从矿车投入使用开始到记录时间点的使用时长。

[0038] 需要说明的是，当前矿车的磨损影响因子越小，表明当前矿车在行驶的时候受到矿车自身磨损情况带来的速度阻碍影响越小，能够更快地到达目标位置。

[0039] 本申请中基于矿车所在位置、拉载矿物重量得到矿车的条件因子，包括：获取当前矿车所在位置与下一扳道器之间的轨道路线长度DLCn，提取当前在预设区域内所有矿车的轨道路线长度的平均值，并将平均值标记为平均路线长度PLC；获取当前矿车的拉载矿物重量ZLn，提取当前在预设区域内所有矿车的拉载矿物重量，将所有矿车的拉载矿物重量进行平均值计算得到平均拉载重量PZL；其中，n为处于预设区域内矿车的数量；
基于公式TYZn=β×exp((DLCn‑PLC)/PLC)+δ×(ln((ZLn‑PZL)/PZL+1)+1)获得当前矿车的条件因子TYZn；其中，β和δ为比例调节因子，且β+δ=1。

[0040] 需要说明的是，条件因子越小证明当前矿车在当前位置、当前载重的情况下能够越快到达扳道器所在位置。

[0041] 请参阅图3，本申请中通过对磨损影响因子和条件因子进行分析得到各矿车的到达时间，包括：提取处于预设区域内矿车的磨损影响因子MYZn和条件因子TYZn，基于公式DYZn=θ×MYZn+μ×TYZn获取各矿车的对比因子DYZn，将各对比因子DYZn中最小值标记为最小对比因子ZDYZn，将最小对比因子ZDYZn对应的矿车标记为参考矿车；获取参考矿车当前的时速DV，以及与下一扳道器之间的轨道路线距离DL，基于公式YS=DL/DV得到参考矿车到达下一扳道器的运行时间YS，将运行时间YS标记为参考时间CH；其中，θ和μ为比例调节因子，且θ+μ=1；
提取参考时间CH和各矿车的对比因子DYZn，基于公式YDSn=CH×DYZn/ZDYZn+SJ获取各矿车的预到达时间YDSn，将预到达时间YDSn由小到大对矿车进行排序，并建立排序表；
其中，SJ为当前时间；
提取排序表中2号矿车的预到达时间YDSn，判断2号矿车的预到达时间YDSn是否小于1号矿车的预到达时间YDSn和安全间隔时间相加的总值；是，使用1号矿车的预到达时间YDSn和安全间隔时间相加的总值对2号矿车的预到达时间YDSn进行更新；否，对2号矿车的预到达时间YDSn通过加零运算进行更新；
依次提取排序表中后续序号矿车的预到达时间YDSn，判断m号矿车的预到达时间YDSn是否小于m‑1号矿车更新后的预到达时间YDSn和安全间隔时间相加的总值；是，使用m‑
1号矿车的预到达时间YDSn和安全间隔时间相加的总值对m号矿车的预到达时间YDSn进行更新；否，对m号矿车的预到达时间YDSn通过加零运算进行更新；其中，m为提取的序号数，且
2＜m≤n；
将各矿车更新后的预到达时间YDSn标记为对应矿车到达下一扳道器的到达时间。

[0042] 需要说明的是，本步骤选取的参考时间CH为区域内所有矿车中能够最先到达扳道器的所需时间；在另一个实施例中，参考时间CH可以通过设定的标准对比因子ZDYZn、标准时速DV和标准轨道路线距离DL得到。

[0043] 需要说明的是，本步骤中基于公式YDSn=DYZn×CH+SJ获取各矿车的预到达时间YDSn，预到达时间YDSn由小到大对矿车进行排序，并建立排序表，这个时候的排序表中已经包含了参考矿车，并且因参考矿车的对比因子DYZn在区域内所有矿车中最小，所以得到的预到达时间YDSn也最小，所以参考矿车在排序表的序号为1。

[0044] 需要说明的是，本申请获取的预到达时间YDSn不是最终的矿车到达时间，而是可以作为一个排序值为矿车进行排序。

[0045] 需要说明的是，2号矿车表明的是在排序表中序号为2的矿车，同理m号矿车表明的是在排序表中序号为m的矿车。

[0046] 需要说明的是，因矿车之间需要保持一定的安全车距，本申请设立的安全间隔时间是用来防止前后矿车距离过近的一个保障，提高了系统在控制扳道器时带来的安全性。

[0047] 本申请中基于各矿车的到达时间对扳道器进行调控，包括：提取各矿车到达下一扳道器的到达时间，基于到达时间的先后依次提取对应矿车的矿车编号，提取矿车编号对应的目标线路；
当矿车通过后，基于下一矿车的目标线路在对应到达时间之前对扳道器进行调控。

[0048] 本申请中通过到达时间对各矿车进行速度设定，包括：提取各矿车到达下一扳道器的到达时间DSn，提取各矿车到达下一扳道器的轨道路线距离DLn，基于公式YVn=DLn/(DSn‑SJ)获得各矿车在当前位置与下一扳道器之间的行驶速度YVn；
各矿车基于对应的行驶速度进行行驶。

[0049] 需要说明的是，在基于公式YVn=DLn/(DSn‑SJ)获得各矿车在当前位置与下一扳道器之间的行驶速度中，不会出现矿车需要提速的情况，因为以公式YDSn=CH×DYZn/ZDYZn+SJ为基础获得的到达时间DSn，已经在对比因子DYZn的影响下将到达时间DSn向后推迟，将对应矿车的运行时间拉长导致矿车速度降低。

[0050] 本发明第二方面提供了一种矿井扳道器控制方法，包括以下步骤：S1：用于获取预设区域内若干矿车的基础信息；
S2：通过矿车编号获取矿车的目标信息，对目标信息进行识别得到矿车的磨损影响因子；基于矿车所在位置、拉载矿物重量得到矿车的条件因子；通过对磨损影响因子和条件因子进行分析得到各矿车的到达时间；基于各矿车的到达时间对扳道器进行调控；
S3：通过到达时间对各矿车进行速度设定。

[0051] 上述公式中的部分数据是去除量纲取其数值计算，公式是由采集的大量数据经过软件模拟得到最接近真实情况的一个公式；公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获得。

[0052] 本发明的工作原理：获取预设区域内若干矿车的矿车编号、矿车所在位置、拉载矿物重量和目标线路；
通过矿车编号获取矿车的目标信息，对目标信息进行识别得到矿车的磨损影响因子；获取当前矿车所在位置与下一扳道器之间的轨道路线长度，提取当前在预设区域内所有矿车的轨道路线长度的平均值，并将平均值标记为平均路线长度；获取当前矿车的拉载矿物重量，提取当前在预设区域内所有矿车的拉载矿物重量，将所有矿车的拉载矿物重量进行平均值计算得到平均拉载重量，通过公式计算获得当前矿车的条件因子；通过对磨损影响因子和条件因子进行分析得到各矿车的到达时间；基于各矿车的到达时间对扳道器进行调控；通过到达时间对各矿车进行速度设定。

[0053] 以上实施例仅用以说明本申请的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方法的精神和范围。