CN116248773B - 地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法,该方法包括以下步骤:根据地采矿山井下的环境建立5G核心网单元;建立地采矿山有轨电车控制单元;建立井下轨道交通管控单元控制室;基于建立的5G核心网单元实现地采矿山有轨电车控制单元与井下轨道交通管控单元的连接。本发明通过利用协议转换以及5G技术,保证数据传输的高带宽和实时性能,解决了地采矿山有轨电车运动过程中的有轨电车与井下交通管控单元的通讯问题,实现了二者之间的数据交互,丰富了井下交通管控系统的显示和保护内容,提高了井下矿山运行的安全程度,提升井下交通管控系统安全保护级别,提高人员及设备安全保护程度。
Description
技术领域
本发明涉及地采矿山通信技术领域,具体来说,涉及地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法。
背景技术
地采矿山的轨道交通管控单元,可以实现对转辙机和信号机的控制,地采矿山有轨电车配套安装了控制系统,采用CAN总线模式的车载控制器作为控制单元。地采矿山有轨电车与轨道交通管控单元如果能实现通讯,可以将机车位置、电流、电压等关键性指标进行实时显示,丰富轨道交通管控单元的连锁闭锁管控内容,提高地采矿山的安全性。
地采矿山有轨电车控制系统采用CAN总线通讯方式,轨道交通管控单元不支持CAN总线,采用以太网通讯方式,地采矿山有轨电车是随时运动的,不能通过有线的方式与固定点位的轨道交通管控单元通讯,同时二者通讯方式及通讯协议不兼容,不能直接通讯。
由于地采矿山有轨电车是运动的,如果实现与固定点位的轨道交通管控单元通讯,需要借助于无线信号,采用5G无线,利用其高带宽低延时的优势,可以保证机车控制信号实时稳定传输,因此地采矿山有轨电车与轨道交通管控单元实现基于5G方式的通讯具有独特的优势
而现有的地采矿山有轨电车通讯模式中,地采矿山有轨电车与轨道交通管控单元无法直接通讯,主要受限于:1、二者通讯方式及通讯协议不兼容;2、地采矿山有轨电车是运动的,二者无法通过有线的方式进行通讯,需要应用无线通讯方式。
针对相关技术中的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题,本发明提出地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法,以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此,本发明采用的具体技术方案如下:
地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法,该方法包括以下步骤:
S1、根据地采矿山井下的环境建立5G核心网单元;
S2、建立地采矿山有轨电车控制单元;
S3、建立井下轨道交通管控单元控制室;
S4、基于建立的5G核心网单元实现所述地采矿山有轨电车控制单元与所述井下轨道交通管控单元的连接。
进一步的,所述根据地采矿山井下的环境建立5G通讯基站包括以下步骤:
S11、获取地采矿山井下的环境信息,确定有轨电车的运行区域,并将运行区域划分为多个需求场景切片;
S12、基于需求场景切片规划建立满足覆盖需求的5G基站;
S13、获取信号覆盖所述地采矿山井下的5G基站位置及系统容量,并初步计算地采矿山井下无遮挡条件下的5G带宽分布,并得到信号在空气中传播时的无遮挡空间损失值;
S14、获取地采矿山井下的地理信息,并确定出信号受影响的分布,计算出信号的地面干扰损失;所述地面干扰损失包括地面损失值和地面障碍物损失值;
S15、将无遮挡空间损失值分别与所述地面损失值和所述地面障碍物损失值进行相减计算;
S16、根据地采矿山井下信号覆盖内有轨电车对带宽的需求,生成各个信号的带宽形势,得到带宽需求参数;
S17、将带宽需求参数与步骤S15中得到的数值进行相减,得到信号带供需形势,并计算出总信号供需形势;
S18、按照5分钟执行一轮步骤S13至步骤S17来保证信号覆盖区域内有轨电车的带宽需求及时响应。
进一步的,所述获取信号覆盖所述地采矿山井下的5G基站位置及系统容量,并初步计算地采矿山井下无遮挡条件下的5G带宽分布,并得到信号在空气中传播时的无遮挡空间损失值的计算公式为:
其中,RFS表示无遮挡空间损失值;
λ表示信号波长;
d表示信号传播距离。
进一步的,所述地面损失值的计算公式为:
其中,RFE表示地面损失值;
a表示归一化地弹振幅,取值为1;
Δd表示d带入用查表法查出的反射路径差;
λ表示信号波长;
d表示信号传播距离;
所述地面障碍物损失值的计算公式为:
其中,Rbs表示地面障碍物损失值;
Rbsaverage表示用查表法查出的障碍物的平均障碍物损失值;
do表示信号传播路径方向直线和障碍物的垂直距离。
进一步的,所述建立地采矿山有轨电车控制单元包括以下步骤:
S21、在地铁矿山有轨电车内配置车载控制器、CAN转Profinet协议网关、路由器A以及5G-CPE;
S21、通过CAN总线的方式将车载控制器与CAN转Profinet协议网关进行实时通讯连接;
S23、通过有线的方式将地铁矿山有轨电车内的路由器A分别与CAN转Profinet协议网关及5G-CPE进行通讯连接。
进一步的,所述CAN转Profinet协议网关的硬件电路包括通信主板及通信子板;
其中,所述通信主板包括主CPU系统、电源抗电磁干扰保护电路、电源管理电路、滤波电路、调试接口电路、CAN驱动器电路、复位电路及LED指示电路;
所述通信子板包括Profinet协议芯片电路、电源管理电路、滤波电路、串行调试接口电路、复位电路及LED指示电路及EEPROM固件存储电路。
进一步的,所述CAN转Profinet协议网关的软件包括CAN通信数据的收发及解析、Profinet通信数据的收发与解析、应用对象的映射及应用服务的映射。
进一步的,所述5G-CPE通过无线的方式与地采矿山井下的5G基站及5G核心网单元建立连接。
进一步的,所述井下轨道交通管控单元控制室包括路由器B及轨道交通管控单元;
其中,所述5G核心网单元通过光纤的方式与所述井下轨道交通管控单元控制室内的路由器B建立通讯连接。
进一步的,所述路由器A与所述路由器B通过有线及无线的方式建立L2TP协议隧道。
本发明的有益效果为:
1、本发明通过利用协议转换以及5G技术,可保证数据传输的高带宽和实时性能,解决了地采矿山有轨电车运动过程中的有轨电车与井下交通管控单元的通讯问题,实现了二者之间的数据交互,丰富了井下交通管控系统的显示和保护内容,提高了井下矿山运行的安全程度,提升井下交通管控系统安全保护级别,提高人员及设备安全保护程度。
2、本发明通过配置CAN转Profinet协议网关,可实现有轨电车车载控制器与协议网关之间的CAN通讯数据转换为Profinet协议数据,且该CAN转Profinet协议网关具有性能好;可靠性高的特点,能够满足地采矿山井下的通信需求。
3、本发明通过在有轨电车内的路由器A与井下交通管控单元控制室内的路由器B开启L2TP协议隧道模式,可实现有轨电车内的Profinet协议数据与井下交通管控单元在二层模式下的数据交换功能,避免了有轨电车内的IP网段在5G核心网未注册所导致的无法找到目标路径问题。
4、本发明通过配置5G-CPE,从而能够实现CPE与井下5G基站及核心网建立通讯连接,能够实现地采矿山有轨电车与井下交通管控单元的数据交互,实现定位、电流、电压等信息实施传输到井下交通管控单元。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法的流程图;
图2是根据本发明实施例的地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法中有轨电车、5G通信机房及井下轨道交通管控单元控制室的结构示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例,本发明提供有附图,这些附图为本发明揭露内容的一部分,其主要用以说明实施例,并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理,配合参考这些内容,本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点,图中的组件并未按比例绘制,而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例,提供了地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明,如图1-图2所示,根据本发明实施例的地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法,该方法包括以下步骤:
S1、根据地采矿山井下的环境建立5G核心网单元;5G核心网单元设置在5G通信机房内。
具体的,所述根据地采矿山井下的环境建立5G通讯基站包括以下步骤:
S11、获取地采矿山井下的环境信息,确定有轨电车的运行区域,并将运行区域划分为多个需求场景切片;
S12、基于需求场景切片规划建立满足覆盖需求的5G基站;
S13、获取信号覆盖所述地采矿山井下的5G基站位置及系统容量,并初步计算地采矿山井下无遮挡条件下的5G带宽分布,并得到信号在空气中传播时的无遮挡空间损失值;
具体的,所述获取信号覆盖所述地采矿山井下的5G基站位置及系统容量,并初步计算地采矿山井下无遮挡条件下的5G带宽分布,并得到信号在空气中传播时的无遮挡空间损失值的计算公式为:
其中,RFS表示无遮挡空间损失值;
λ表示信号波长;
d表示信号传播距离。
S14、获取地采矿山井下的地理信息,并确定出信号受影响的分布,计算出信号的地面干扰损失;所述地面干扰损失包括地面损失值和地面障碍物损失值;
具体的,所述地面损失值的计算公式为:
其中,RFE表示地面损失值;
a表示归一化地弹振幅,取值为1;
Δd表示d带入用查表法查出的反射路径差;
λ表示信号波长;
d表示信号传播距离;
所述地面障碍物损失值的计算公式为:
其中,Rbs表示地面障碍物损失值;
Rbsaverage表示用查表法查出的障碍物的平均障碍物损失值;
do表示信号传播路径方向直线和障碍物的垂直距离。
S15、将无遮挡空间损失值分别与所述地面损失值和所述地面障碍物损失值进行相减计算;
S16、根据地采矿山井下信号覆盖内有轨电车对带宽的需求,生成各个信号的带宽形势,得到带宽需求参数;
S17、将带宽需求参数与步骤S15中得到的数值进行相减,得到信号带供需形势,并计算出总信号供需形势;
S18、按照5分钟执行一轮步骤S13至步骤S17来保证信号覆盖区域内有轨电车的带宽需求及时响应。
S2、建立地采矿山有轨电车控制单元;
具体的,所述建立地采矿山有轨电车控制单元包括以下步骤:
S21、在地铁矿山有轨电车内配置车载控制器、CAN转Profinet协议网关、路由器A以及5G-CPE;
其中,车载控制器,用于操作命令的解析,运营计划的存储,操作记录的存储,电子标签读取、数据的采集等工作;
CAN转Profinet协议网关,用于将CAN通讯协议数据转换为Profinet协议数据;
5G-CPE是能够把5G信号转化为wi-fi信号并供给用户连接的设备;
具体的,所述CAN转Profinet协议网关的硬件电路包括通信主板及通信子板;
其中,通信主板可直接用于其它如CAN-Profinet、CAN-Profibus,CAN-Modbus协议转换网关的设计中,通信子板为Profinet相关的专用通信电路。
其中,所述通信主板包括主CPU系统、电源抗电磁干扰保护电路、电源管理电路、滤波电路、调试接口电路、CAN驱动器电路、复位电路及LED指示电路;
所述通信子板包括Profinet协议芯片电路、电源管理电路、滤波电路、串行调试接口电路、复位电路及LED指示电路及EEPROM固件存储电路。
具体的,串行调试接口电路采用标准的RS232通信接口,通信模式支持115200波特率;
其中,所述CAN转Profinet协议网关的软件包括CAN通信数据的收发及解析、Profinet通信数据的收发与解析、应用对象的映射及应用服务的映射。
具体的,CAN通信数据的收发及解析,主CPU通过运行CANOpen软协议栈,以及调用CANOpenAPI,获取CAN应用对象;
Profinet通信数据的收发与解析,主CPU通过调用Profinet API将Profinet协议芯片接收到的通信报文,解析为Profinet应用对象;
应用对象的映射,应用对象即周期数据对象和非周期数据对象,CAN应用对象和Profinet应用对象存在映射关系;例如CANOpen中一个PDO最多传输8字节应用数据,因此Profinet中30字节的周期输入数据,可映射为CANOpen中4个输入PDO的应用数据;Profinet中2字节的周期输出数据,可映射为CANOpen中1个输入PDO的应用数据。
应用服务的映射,应用服务为Profinet及CAN通信提供的各种通信服务,应用服务的映射具体是将一种通信协议的服务映射为另一种通信协议的服务,前提是映射的这一对应用服务具有相似性。
对于协议转换网关设备,能够将一种通信协议的应用服务和应用数据映射为另一种通信协议的应用服务和应用数据。
具体的,通过配置CAN转Profinet协议网关,可实现有轨电车车载控制器与协议网关之间的CAN通讯数据转换为Profinet协议数据,且该CAN转Profinet协议网关具有性能好;可靠性高的特点,能够满足地采矿山井下的通信需求。
S21、通过CAN总线的方式将车载控制器与CAN转Profinet协议网关进行实时通讯连接;
S23、通过有线的方式将地铁矿山有轨电车内的路由器A分别与CAN转Profinet协议网关及5G-CPE进行通讯连接。
具体的,所述5G-CPE通过无线的方式与地采矿山井下的5G基站及5G核心网单元建立连接。
S3、建立井下轨道交通管控单元控制室;
其中,所述井下轨道交通管控单元控制室包括路由器B及轨道交通管控单元;
其中,所述5G核心网单元通过光纤的方式与所述井下轨道交通管控单元控制室内的路由器B建立通讯连接。
S4、基于建立的5G核心网单元实现所述地采矿山有轨电车控制单元与所述井下轨道交通管控单元的连接;
具体的,所述路由器A与所述路由器B通过有线及无线的方式建立L2TP协议隧道。
综上所述,借助于本发明的上述技术方案,本发明通过利用协议转换以及5G技术,可保证数据传输的高带宽和实时性能,解决了地采矿山有轨电车运动过程中的有轨电车与井下交通管控单元的通讯问题,实现了二者之间的数据交互,丰富了井下交通管控系统的显示和保护内容,提高了井下矿山运行的安全程度,提升井下交通管控系统安全保护级别,提高人员及设备安全保护程度;本发明通过配置CAN转Profinet协议网关,可实现有轨电车车载控制器与协议网关之间的CAN通讯数据转换为Profinet协议数据,且该CAN转Profinet协议网关具有性能好。可靠性高的特点,能够满足地采矿山井下的通信需求;本发明通过在有轨电车内的路由器A与井下交通管控单元控制室内的路由器B开启L2TP协议隧道模式,可实现有轨电车内的Profinet协议数据与井下交通管控单元在二层模式下的数据交换功能,避免了有轨电车内的IP网段在5G核心网未注册所导致的无法找到目标路径问题;本发明通过配置5G-CPE,从而能够实现CPE与井下5G基站及核心网建立通讯连接,能够实现地采矿山有轨电车与井下交通管控单元的数据交互,实现定位、电流、电压等信息实施传输到井下交通管控单元。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
S1、根据地采矿山井下的环境建立5G核心网单元;
S2、建立地采矿山有轨电车控制单元;
S3、建立井下轨道交通管控单元控制室;
S4、基于建立的5G核心网单元实现所述地采矿山有轨电车控制单元与所述井下轨道交通管控单元的连接;
所述根据地采矿山井下的环境建立5G通讯基站包括以下步骤:
S11、获取地采矿山井下的环境信息,确定有轨电车的运行区域,并将运行区域划分为多个需求场景切片;
S12、基于需求场景切片规划建立满足覆盖需求的5G基站;
S13、获取信号覆盖所述地采矿山井下的5G基站位置及系统容量,并初步计算地采矿山井下无遮挡条件下的5G带宽分布,并得到信号在空气中传播时的无遮挡空间损失值;
S14、获取地采矿山井下的地理信息,并确定出信号受影响的分布,计算出信号的地面干扰损失;所述地面干扰损失包括地面损失值和地面障碍物损失值;
S15、将无遮挡空间损失值分别与所述地面损失值和所述地面障碍物损失值进行相减计算;
S16、根据地采矿山井下信号覆盖内有轨电车对带宽的需求,生成各个信号的带宽形势,得到带宽需求参数;
S17、将带宽需求参数与步骤S15中得到的数值进行相减,得到信号带供需形势,并计算出总信号供需形势;
S18、按照5分钟执行一轮步骤S13至步骤S17来保证信号覆盖区域内有轨电车的带宽需求及时响应;
所述获取信号覆盖所述地采矿山井下的5G基站位置及系统容量,并初步计算地采矿山井下无遮挡条件下的5G带宽分布,并得到信号在空气中传播时的无遮挡空间损失值的计算公式为:
其中,RFS表示无遮挡空间损失值;
λ表示信号波长;
d表示信号传播距离;
所述地面损失值的计算公式为:
其中,RFE表示地面损失值;
a表示归一化地弹振幅,取值为1;
Δd表示d带入用查表法查出的反射路径差;
λ表示信号波长;
d表示信号传播距离;
所述地面障碍物损失值的计算公式为:
其中,Rbs表示地面障碍物损失值;
Rbsaverage表示用查表法查出的障碍物的平均障碍物损失值;
do表示信号传播路径方向直线和障碍物的垂直距离;
所述建立地采矿山有轨电车控制单元包括以下步骤:
S21、在地铁矿山有轨电车内配置车载控制器、CAN转Profinet协议网关、路由器A以及5G-CPE;
S21、通过CAN总线的方式将车载控制器与CAN转Profinet协议网关进行实时通讯连接;
S23、通过有线的方式将地铁矿山有轨电车内的路由器A分别与CAN转Profinet协议网关及5G-CPE进行通讯连接。
2.根据权利要求1所述的地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法,其特征在于,所述CAN转Profinet协议网关的硬件电路包括通信主板及通信子板;
其中,所述通信主板包括主CPU系统、电源抗电磁干扰保护电路、电源管理电路、滤波电路、调试接口电路、CAN驱动器电路、复位电路及LED指示电路;
所述通信子板包括Profinet协议芯片电路、电源管理电路、滤波电路、串行调试接口电路、复位电路及LED指示电路及EEPROM固件存储电路。
3.根据权利要求2所述的地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法,其特征在于,所述CAN转Profinet协议网关的软件包括CAN通信数据的收发及解析、Profinet通信数据的收发与解析、应用对象的映射及应用服务的映射。
4.根据权利要求3所述的地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法,其特征在于,所述5G-CPE通过无线的方式与地采矿山井下的5G基站及5G核心网单元建立连接。
5.根据权利要求4所述的地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法,其特征在于,所述井下轨道交通管控单元控制室包括路由器B及轨道交通管控单元;
其中,所述5G核心网单元通过光纤的方式与所述井下轨道交通管控单元控制室内的路由器B建立通讯连接。
6.根据权利要求5所述的地采矿山有轨电车与井下交通管控单元通讯实现方法,其特征在于,所述路由器A与所述路由器B通过有线及无线的方式建立L2TP协议隧道。
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