SE527936C2 - Förfarande och system för övervakning av ett gruvfordons position - Google Patents

Description

20 25 30 35 527 936 2 nets position bestäms i det andra gruvavsnittet med hjälp av åtminstone en mätanordning anordnad i gruvfordonet, och positionsdata förmedlas till gru- vans styrsystem via det trådlösa nätet.

Systemet enligt uppfinningen är kännetecknat av att gruvan omfattar åtminstone ett första avsnitt med åtminstone ett trådlöst nät, vilket gruvfordon är inom åtminstone en basstations täckningsområde i det första gruvavsnittet; gruvan omfattar åtminstone ett andra avsnitt med åtminstone en basstation för att bilda en datakommunikationsförbindelse mellan gruvfordonets styrenhet och gruvans styrsystem; gruvfordonets position i det första gruvavsnittet är an- ordnad att bestämmas genom användning av positionering som utförs i det trådlösa nätet; gruvfordonets position i det andra gruvavsnittet är anordnad att bestämmas med hjälp av åtminstone en mätanordning i gruvfordonet, och po- sitionsdata är anordnade att förmedlas i det andra gruvavsnittet via det trådlö- sa nätet från gruvfordonet till gruvans styrsystem.

Idén som ligger till grund för uppfinningen är att åtminstone ett gruv- avsnitt är utrustat med ett trådlöst nät. Det trådlösa nätet används vid data- överföring mellan en terminal i ett gruvfordon och gruvans styrsystem, och vi- dare vid bestämning av gruvfordonets position. Åtminstone när gruvfordonet är inom en eller flera basstationers täckningsområde i det trådlösa nätet, kan gruvfordonets position bestämmas med tillräcklig exakthet för övervakning. inte alla avsnitt av en gruva är utrustade med ett omfattande trådlöst nät, som lämpar sig för positionsbestämning, utan ett avsnitt av gruvan är utrustat en- dast med ett nät för att upprätthålla en datakommunikationsförbindelse mellan gruvans styrsystem och gruvfordonet. I avsnitten utanför det omfattande nätet används medel anordnade i gruvfordonet för bestämning av dess position. Po- sitionsdata som erhålls med medlen förmedlas till gruvans styrsystem via da- takommunikationsförbindelsen. Gruvans styrsystem kan använda positions- data som den har mottagit för övervakning av gruvfordon och för styrning av deras funktion.

En fördel med uppfinningen är att gruvans styrsystem kan övervaka gruvfordonet så att styrsystemet väsentligen kontinuerligt känner till åtminstone den ungefärliga positionen för gruvfordonet. Eftersom positionen för gruvfordo- nen som arbetar i gruvan kan övervakas, kan uppgifterna som utförs i gruvan styras mera effektivt och förverkligandet av planer i anslutning till gruvan över- vakas. Ytterligareïen fördel är att systemet enligt uppfinningen minskar beho- vet av att bygga en fast infrastruktur i gruvan. Ett trådlöst nät kan skapas i de 'IO 15 20 25 30 35 527 936 3 gruvavsnitt där förhållandena för placering av basstationer är goda och mäng- den fordonstrafik är stor. Till sådana platser räknas avlastningsstationer, för- bindelsetunnlar och andra huvudpassager. I stället utrustas gruvavsnitten med de svåraste förhållandena inte med ett omfattande trådlöst nät, utan utrustas med basstationer endast för upprättande av en datakommunikationsförbindel- se. Således kan ett gruvfordons position i produktionstunnlar och liknande övervakas genom positionsbestämning baserad på bestick, dvs. avstånd och riktning till exempel. Med andra ord utnyttjar uppfinningen två olika arrange- mang för bestämning av ett gruvfordons position på ett flexibelt sätt. Vidare ef- tersom avsikten med uppfinningen är att övervaka ett gruvfordons position och rörelser i en gruva, behöver positionsbestämningen inte vara så exakt som till exempel vid styrning av ett gruvfordon i en gruva. ldén bakom en utföringsform av uppfinningen är att gruvfordonet omfattar medel för "bestick". Medlen omfattar åtminstone medel för mätning av färdsträckan och för bestämning av fordonets riktning. Mätmedlen som krävs av besticket är relativt enkla, tillförlitliga och tillräckligt exakta. ldén bakom en utföringsform av uppfinningen är att det trådlösa nä- tet är ett radionät. ldén bakom en utföringsform av uppfinningen är att det trådlösa nä- tet är ett trådlöst lokalnät, till exempel WLAN (Wireless Local Area Network).

Andra lokalnätsmetoder kan även tillämpas.

Idén bakom en utföringsform av uppfinningen är att radionätet är ett mobilkommunikationsnät. ldén bakom en utföringsform av uppfinningen är att gruvfordonet är ett bemannat fordon som styrs av en operatör. Gruvans styrsystem eller gru- vans övervakningspersonal kan vara anvisade att ge operatören arbetsinstruk- tioner på basis av övervakning. ldén bakom en utföringsform av uppfinningen är att gruvfordonets position bestäms kontinuerligt med åtminstone en mätanordning som är an- ordnad i gruvfordonet. I det första gruvavsnittet uppdateras gruvfordonets posi- tion att motsvara positionen som bestämts med hjälp av det trådlösa nätet, i vilket fall eventuella mätfel som har förekommit i det andra gruvavsnittet kan elimineras.

KORT BESKRIVNING AV FIGURERNA Uppfinningen kommer att beskrivas mera detaljerat på de bifogade ritningarna, där 10 15 20 25 30 35 527 936 4 figur 1 åren schematisk sidovy av ett gruvfordon, figur 2 är en schematisk planvy av en lösning för att bestämma ett gruvfordons position i ett trådlöst nät, figur 3 är en schematisk planvy av en annan lösning för bestämning av ett gruvfordons position i ett trådlöst nät, och figur 4 är en schematisk planvy av ett gruvavsnitt utrustat med ett övervakningssystem enligt uppfinningen.

Figurerna visar uppfinningen på ett förenklat sätt för tydlighetens skull. I figurerna identifierar samma hänvisningssiffror samma element.

DETALJERAD BESVKRIVNING AV UPPFINNINGEN Figur 1 visar ett gruvfordon 1, i detta fall en lastfordon, vars framän- da omfattar en skopa för transport och lastning av utvunnet material. Alternativt kan gruvfordonet 1 vara till exempel en bergborrningsrigg eller ett transportfor- don försett med en plattform. Gruvfordonet 1 omfattar ett rörligt chassi 2 med ett flertal hjul 3, av vilka åtminstone ett är ett draghjul som drivs av en motor 4 genom kraftöverföring 5. Kraftöverföringen 5 omfattar typiskt en växellåda 6 och nödvändiga kardanaxlar7, differentialer och andra kraftöverföringsmedel för överföring av rotationsmomentet från motorn 4 till draghjulen. Vidare är gruvfordonet 1 utrustat med ett styrsystem som omfattar åtminstone en första styrenhet 8 anordnad att styra manövreringsorganen i gruvfordonet 1 för styr- ning och användning av fordonet. Gruvfordonet 1 kan vidare omfatta en data- överföringsenhet 9 eller en terminal, med hjälp av vilken den första styrenheten 8 kan upprätta en dataförbindelse 9a till ett trådlöst nät 10 i gruvan och vidare använda det trådlösa nätet 10 för att kommunicera med en andra styrenhet 12 som ingår i gruvans styrsystem 11. När flera gruvfordon arbetar samtidigt i en gruva 17, kan nätet 10 vara anordnat att identifiera en identifierare eller kod som sänts av gruvfordonet 1, varigenom möjliggörs identifiering av varje gruv- fordon 1 som arbetar i gruvan 17 vid alla tidpunkter. Det trådlösa nätet 10 om- fattar ett flertal basstationer 13, som kan kommunicera med varandra och med i enheter utanför nätet. Förbindelsen mellan det trådlösa nätet 10 och gruvans styrsystem 11 kan vara trådlös eller trådbunden. Gruvans styrsystem 11 och den andra styrenheten 12 som ingår i den kan vara belägna i en styrhytt 14, som kan vara anordnad utanför gruvan. Styrenheterna 8 och 12 kan vara dato- rer eller liknande.

Gruvfordonet 1 kan vara bemannat, i vilket fall det omfattar en styr- hytt 15 för en operatör 16. Operatören 16 är ansvarig för styrningen av det 10 15 20 25 30 35 527 936 5 bemannade gruvfordonet 1, och således krävs ingen exakt position nödvän- digtvis för styrning av ett sådant gruvfordon 1. Å andra sidan kan gruvfordonet 1 också vara obemannat. Ett obemannat gruvfordon kan styras med fjärrstyr- ning från en separat styrhytt baserat på exempelvis en videobild, eller det kan vara ett självständigt styrt gruvfordon utrustat med ett navigeringssystem.

Gruvfordonet 1 kan omfatta medel för att bestämma dess position.

Gruvfordonets 1 position kan bestämmas när fordonets färdsträcka och rikt- ning är kända. Man kan få reda på gruvfordonets riktning till exempel med hjälp av ett gyroskop 12 eller liknande. Färdsträckan kan beräknas i fordonets styrenhet 8 efter att lämpliga sensorer 30 först har mätt rotationsdata direkt från ett hjul 3 ifordonet 1, eller alternativt indirekt från kraftöverföringen 5 eller motorn 4. Hjulets 3 rotationsrörelse kan beräknas i styrsystemet, förutsatt att överföringsförhållandena är kända. Vidare förmår styrenheten 8 beräkna stor- leken på fordonets 1 färdsträcka på basis av hjulets 3 rotationsrörelse och di- ameter. Positionsdata kan förmedlas genom användning av det trådlösa nätet 10 till den andra styrenheten 12 som hör till gruvans styrsystem 11. Genom att använda positionsdata kan gruvans styrsystem 11 övervaka gruvfordonets 1 rörelse i gruvan enligt uppfinningsidén. Gruvans styrsystem 11 kan vara försett med ett användargränssnitt för manuell övervakning av gruvfordons 1 drift i gruvan 17. Vidare kan gruvans styrsystem 11 föra register över gruvfordonens 1 rörelser i gruvan och därtill åstadkomma olika rapporter och meddelande om övervakningsresultat. Dessutom kan styrsystemet 11 vara anordnat att ge nya arbetsinstruktioner till gruvfordonets operatör på basis av övervakning.

Då positionen bestäms med mätanordningarna anordnade i gruv- fordonet 1, kan den vara felaktig. Till exempel kan slirning hos hjul och oregel- bundenheter på körytan förorsaka fel, som kan korrlgeras genom positions- bestämning baserad på det trådlösa nätet 10.

Förutom ovan nämnda anordningar kan gruvfordonet 1 omfatta and- ra anordningar för bestämning av positionen. Exempel på dylika anordningar är olika laserskannrar 19, ultraljudsanordningar och liknande Figur 2 åskådliggör ett sätt för bestämning av gruvfordonets 1 posi- tion i det trådlösa nätet 10. Gruvan har ett första gruvavsnitt 18, som innehåller åtminstone ett trådlöst nät 10. Det trådlösa nätet kan omfatta ett flertal bassta- tioner 13a-13c. När gruvfordonet 1 rör sig inom det trådlösa nätets 10 täck- ningsområde, kan en dataöverföringsenhet 9 som är anordnad i gruvfordonet 1 upprätta en förbindelse till en basstation 13a-13c åt gången på basis av förut- 10 15 20 25 30 35 527 936 6 bestämda kriterier. Förbindelsen kan upprättas till basstationen närmast gruv- fordonet 1 vid en viss tidpunkt, i detta fall till basstation 13a, vars signalnivå är den högsta. l detta fall är täckningen mellan basstationen 13a och fordonets 1 dataöverföringsenhet 9 bra. Då gruvfordonet 1 rör sig framåt i gruvan 17 till nästa basstations 13b täckningsområde, kan dataöverföringsförbindelsen kopplas till basstation 13b. Detta val av basstationer 13a-13 i nätet 10 är en del av konventionell telekommunikationsteknik. Koppling till basstationen 13a-13c kan också användas vid bestämning av gruvfordonets 1 position. l detta fall är det enklaste sättet att välja positionen för den basstation 13a-13c med vilken gruvfordonet 1 kommunicerar i ett visst ögonblick som den ungefärliga positio- nen för gruvfordonet 1. Alla basstationers 13 positioner är kända för styrsyste- met, vilket möjliggör övervakning av gruvfordonets 1 rörelser i gruvan med till- räcklig exakthet. En fördel med positionsbestämningen baserad på valet av basstationer 13 är att den är enkel att förverkliga och tillräckligt exakt för över- vakning. Vid behov är ett enkelt sätt att förbättra exaktheten för positionsbe- stämningen som utförs i nätet 10 att öka antalet basstationer 13, dvs. att för- bättra nättätheten. Vidare kan basstationerna 13 placeras i gruvan 17 på stäl- len som är kritiska för övervakning. Dylika ställen kan vara till exempel avlast- nings- och lastningsställen.

Figur 3 åskådliggör en annan lösning för bestämning av positionen i det trådlösa nätet 10. Gruvfordonets 1 position kan bestämmas genom beräk- ning av dess position inom två eller flera basstationers täckningsområde på basis av nivån för signalerna som sänts av basstationerna 13. Detta möjliggör bestämning av relativt exakta koordinater för gruvfordonet 1.

Till exempel metoden som beskrevs i WO 02/054813 för bestäm- ning av positionen i ett trådlöst nät kan tillämpas på uppfinningen. _ Systemet enligt uppfinningen kan vidare utnyttja vilket trådlöst nät 10 som helst baserat på basstationer och lämpligt både för sändning av data och för bestämning av positionen. Dylika nät innehåller ett radionät, till exem- pel ett mobilkommunikationsnät. Exemplen på mobilkommunikationsnät är GSM- (Global System for Mobile Communication), GPRS- (General Packet Radio Service) och UMTS- (Universal Mobile Telecommunications System) nät. Det trådlösa nätet kan också vara ett WLAN-nät (Wireless Local Area Network). Vid behov kan andra trådlösa lokalnätsmetoder som beskrivs i IEEE 802.11 standard också tillämpas. Andra exempel på trådlösa lokalnät omfattar 10 15 20 25 30 35 s27 956 7 HiperLAN-nät (High Performance Radio Local Area Network) och BRAN-nät (Broadband Radio Access Network).

Figur 4 åskådliggör en del av en underjordisk gruva 17. Gruvan 17 kan också vara en dagbrottsgruva eller liknande. Gruvan 17 kan omfatta en el- ler flera förbindelsetunnlar 20 och en eller flera produktionstunnlar 21. Egentlig bergbrytning, till exempel genom sprängning eller brytning, äger rum i produk- tionstunneln 21. Bergmaterialet som brutits från berget kan transporteras med ett transportfordon 1a från produktionstunneln 21 till förbindelsetunneln 20 och vidare till avlastningsplatsen 22, såsom ett transportschakt eller en lämplig transportör. Flera produktionstunnlar 21 kan kopplas till förbindelsetunneln 20, och å andra sidan kan förbindelsetunneln 20 ha flera avlastningsställen 22, såsom visas i figur 4. Produktionstunnlarna 21 kan vara mycket långa, upp till flera hundra meter långa. Dessutom är förhållandena i produktionstunnlarna svåra till exempel på grund av borrning och sprängning, av vilken orsak det är svårt att konstruera ett fullständigt trådlöst nät i produktionstunnlarna 21. Den främre ändan av varje produktionstunnel 21 kan emellertid vara utrustad med en basstation 13d, med hjälp av vilken transportfordonet 1a som arbetar i pro- duktionstunneln 21, bergborrningsriggen 1b eller något annat gruvfordon kan upprätta en datakommunikationsförbindelse 9a till gruvans styrsystem 11. Pro- duktionstunneln 21 kan uppvisa ett eller flera kritiska ställen 23, där gruvfordo- net 1a, 1b borde arbeta. Dylika kritiska ställen 23 kan omfatta förutbestämda borrningsställen, lastningsställen, etc. Gruvfordonens 1a, 1b drift på sådana kritiska ställen 23 övervakas av gruvans styrsystem 11. Produktionstunneln 21 där varje gruvfordon 1a, 1b arbetar vid en viss tidpunkt är känd på basis av da- takommunikationsförbindelsen 9a. Mera exakt information kan inte erhållas om gruvfordonens 1a, 1b position i produktionstunneln 21 med hjälp av det trådlö- sa nätet 10, eftersom det trådlösa nätet 10 som är konstruerat i produktions- tunnlarna 21 inte är tillräckligt omfattande för användning vid positionsbestäm- ning. Således används det trådlösa nätet 10 i produktionstunnlarna 21 huvud- sakligen för dataöverföring mellan terminalen 9 i gruvfordonet 1 och gruvans styrsystem 11. När gruvfordonet 1 "är i produktionstunneln 21 kan en exaktare position bestämmas med medlen anordnade i gruvfordonet 1. Positionen kan bestämmas genom mätning av färdsträckan M och bestämning av färdrikt- ningen S. Positionen som sålunda erhålls är tillräckligt exakt åtminstone för att ta reda på om gruvfordonet 1 har arbetat på ett på förhand planerat sätt på det förutbestämda kritiska stället 23. 10 15 20 527 936 8 l gruvan enligt figur 4 bildas ett trådlöst nät 10 för ett avsnitt 18 av förbindelsetunneln 20. För det första kan nätet 10 användas för dataöverföring mellan gruvfordonen 1 och gruvans styrsystem 11. För det andra kan nätet 10 användas för bestämning av gruvfordonens 1 position inom dess täcknings- område. Gruvfordonen i gruvavsnittet 18 är följaktligen kontinuerligt inom åt- minstone två basstationers 13 täckningsområde, vilket möjliggör positions- bestämning i nätet 10 på basis av till exempel signalnivån. Vidare kan en eller flera extra basstationer 13a anordnas nära de kritiska ställena, såsom avlast- ningsställena 22, i gruvavsnittet 18. Följaktligen kan positionsbestämningen och övervakningen vara relativt exakta på lastningsstållena 22. Besök inom den extra basstationens 13e täckningsområde kan registreras.

Det är också möjligt att medel anordnade i gruvfordonet 1 bestäm- mer positionsdata kontinuerligt, dvs. också under drift i gruvavsnittet 18, och sänder dem till gruvans styrsystem 11. Varje gång gruvfordonet anländer från produktionstunneln 21 i gruvavsnittet 18, kan positionen kontrolleras av nätet 10. l detta fall kan bestickbaserad positionsbestämning korrigeras om den in- nehåller fel. l denna lösning utförs således bestämningen av gruvfordonets 1 position alltid på basis av positionsbestämningen i gruvfordonet 1, och nätet 10 används endast för att förbättra exaktheten.

Ritnlngarna och beskrivningen i anslutning till dessa är endast av- sedda att åskådliggöra uppfinningsidén. Uppfinningens detaljer kan variera inom ramen för patentkraven.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 527 936 Patentkrav

1. Förfarande för övervakning av ett gruvfordons position i en gruva, i vilket förfarande: data definieras om åtminstone ett gruvfordons (1, 1a, 1b) position i gruvan (17); nämnda positionsdata förmedlas till gruvans styrsystem (11), samt erhållna positionsdata används i gruvans styrsystem (11) för över- vakning av gruvfordonets (1, 1a, 1b) funktion, kännetecknat av att i gruvan (17) bildas åtminstone ett första avsnitt (18, 20) och åt- minstone ett andra avsnitt (21); att för det första gruvavsnittet (18, 20) bildas åtminstone ett trådlöst nät (10), som står i förbindelse med gruvans styrsystem (11) och omfattar åt- minstone en basstation (13, 13a-13c) för att bilda en datakommunikationsför- bindelse mellan gruvfordonet (1, 1a, 1b) och det trådlösa nätet (10), vilket gruvfordon (1, 1a, 1b) är inom åtminstone en basstations (13, 13a-13c) täck- ningsområde i det första gruvavsnittet (18, 20); att i det andra gruvavsnittet (21) anordnas åtminstone en basstation (13d) för att bilda en datakommunikationsförbindelse mellan gruvfordonet (1, 1a,1b) och det trådlösa nätet (10); att gruvfordonets (1, 1a, 1b) position bestäms i det första gruvavsnit- tet (18, 20) med hjälp av positionering som utförs i det trådlösa nätet (10); och att gruvfordonets (1, 1a, 1b) position bestäms i det andra gruvav- snittet (21) med hjälp av åtminstone en mätanordning anordnad i gruvfordonet (1, 1a, 1b), och positionsdata förmedlas till gruvans styrsystem (11) via det trådlösa nätet (10).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att gruvfordonets (1, 1a, 1b) position bestäms i det andra gruvav- snittet (21) genom beräkning av färdsträckan (M) och genom bestämning av färdriktningen (S).

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n at av att ett bemannat gruvfordons (1, 1a, 1b) position övervakas i gruvan (17), och _ att instruktioner förmedlas till gruvfordonets (1, 1a, 1b) operatör (16) på basis av den utförda övervakningen.

4. Förfarande enligt något av de föregående patentkraven, k ä n - 10 15 20 25 30 35 527 936 10 netecknrat av _ att det första gruvavsnittet bildas i en förbindelsetunnel (20), och att det andra gruvavsnittet bildas i en produktionstunnel (21 ).

5. Förfarande enligt något av de föregående patentkraven, k ä n - n e t e c k n at av att gruvfordonets (1, 1a, 1b) position bestäms kontinuerligt med hjälp av åtminstone en mätanordning anordnad i gruvfordonet, att positionen som bestämts med mätanordningen jämförs med den position som bestämts med hjälp av det trådlösa nätet (10), när man befinner sig i det första gruvavsnittet (18, 20), och att gruvfordonets (1, 1a, 1b) position uppdateras att motsvara posi- i tionen som bestämts med hjälp av det trådlösa nätet (10).

6. Förfarande enligt något av de föregående patentkraven, k ä n - n e t e c k n at av att i gruvan (17) placeras på förutbestämda kritiska ställen (22) extra basstationer (13e) som hör till det trådlösa nätet (1 O), och att i gruvans styrsystem (11) registreras gruvfordonets (1, 1a, 1b) vistelser inom nämnda extra basstationers (13e) täckningsområde.

7. System för övervakning av ett gruvfordons position i en gruva, vil- ket system omfattar: medel för att bestämma gruvfordonets (1, 1a, 1b) position; gruvans styrsystem (11); åtminstone en i gruvfordonet anordnad styrenhet (8); åtminstone ett trådlöst nät (10) för dataöverföring mellan gruvfordo- nets styrenhet (8) och gruvans styrsystem (11); samt åtminstone en basstation (13, 13a-13c) för att bilda ett trådlöst nät (10), kännetecknat avatt gruvan (17) omfattar åtminstone ett första avsnitt (18, 20) med åt- minstone ett trådlöst nät (10). vilket gruvfordon (1, 1a, 1b) är inom åtminstone en basstations (13, 13a-13c) täckningsområde i det första gruvavsnittet (18, 20); gruvan (17) omfattar åtminstone ett andra avsnitt (21) med åtmin- stone en basstation (13d) för att bilda en datakommunikationsförbindelse mel- lan gruvfordonets styrenhet (8) och gruvans styrsystem (11); gruvfordonets (1, 1a, 1b) position i det första gruvavsnittet (18, 20) 10 15 20 527 936 11 är anordnad att bestämmas genom användning av positionering som utförs i det trådlösa nätet (10); gruvfordonets (1, 1a, 1b) position i det andra gruvavsnittet (21) är anordnad att bestämmas med hjälp av åtminstone en mätanordning i gruvfor- donet (1, 1a, 1b), och positionsdata är anordnade att förmedlas i det andra gruvavsnittet (21) via det trådlösa nätet (10) från gruvfordonet (1, 1a, 1b) till gruvans styr- system (11). »

8. System enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n at av att det trådlösa nätet (1 O) är ett radiotelefonnät.

9. System enligt patentkrav 7 eller 8, k ä n n e t e c k n at av att gruvfordonet (1, 1a, 1b) uppvisar åtminstone en mätanordning för bestämning av färdsträckan (M) samt åtminstone en mätanordning för be- stämning av riktningen (S).

10. System enligt patentkrav 7-9, k ä n n e t e c k n at av att det första gruvavsnittet (18, 20) uppvisar åtminstone ett förutbe- stämt kritiskt ställe (22), och i omedelbar närhet av nämnda kritiska ställe (22) är åtminstone en extra basstation (13e) anordnad.

11. . System enligt något av de föregående patentkraven 7 - 10, kännetecknat avatt lokaliseringen som skall utföras i det trådlösa nätet (10) är anordnad att utföras på basis av basstationens (13, 13a-13e) position.