白春妮 盧才武 顧清華

(西安建筑科技大學(xué)管理學(xué)院，陜西 西安 710055)

·機(jī)電與自動化·

基于GIS/BDS/GPRS的露天礦爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

白春妮 盧才武 顧清華

(西安建筑科技大學(xué)管理學(xué)院，陜西 西安 710055)

為了滿足礦山企業(yè)信息化管理數(shù)據(jù)的需求，對欒川礦的采礦生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)來源多樣、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)獲取不同步等現(xiàn)實(shí)情況，研究提出了一個爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在應(yīng)用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)和通用無線分組傳輸(GPRS)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位(BDS)技術(shù)來對爆堆系列數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、可視化和描述，同時也實(shí)現(xiàn)了對駕駛員和車輛的動態(tài)監(jiān)控。著重介紹了系統(tǒng)的整體架構(gòu)、數(shù)據(jù)處理、功能實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)部署及綜合管理功能。實(shí)例證明該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)可以使礦山工作人員實(shí)時動態(tài)地對爆堆數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化管理。與以往的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有易用性、實(shí)時性、數(shù)據(jù)共享、可擴(kuò)展性及智能化等優(yōu)勢。

露天礦 GIS/BDS/GPRS 爆堆數(shù)據(jù) 管理系統(tǒng)

三道莊露天礦區(qū)位于河南省欒川縣的境內(nèi)，礦區(qū)礦體厚大且集中，走向長1 500 m，厚度80～150 m，平均厚度125 m，開采條件好，適宜露天開采[1]。由于礦區(qū)規(guī)模大，加之采礦生產(chǎn)不同于其他生產(chǎn)工藝，有其特點(diǎn)及復(fù)雜性，從鉆孔數(shù)據(jù)的獲取、經(jīng)化驗(yàn)得出炮孔品位數(shù)據(jù)、調(diào)度人員制定配礦計(jì)劃、爆破工藝流程、電鏟開挖、礦石運(yùn)輸?shù)阶罱K的成礦，每一個環(huán)節(jié)都涉及大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有顯著的多源、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，所以需要在一個統(tǒng)一的環(huán)境下來對它們進(jìn)行管理。

從1980年起，一些礦山與科研院所及高校開始合作探索計(jì)算機(jī)技術(shù)在礦山設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的應(yīng)用，并開發(fā)出了一些礦山應(yīng)用軟件系統(tǒng)，如礦山資源儲量計(jì)算軟件、礦井通風(fēng)系統(tǒng)軟件等等[2]，但對采礦工程的過程控制及管理還有所欠缺，隨著高科技的發(fā)展，其對相關(guān)技術(shù)的使用也不夠先進(jìn)，故本文針對欒川礦的礦區(qū)實(shí)際情況，利用地理信息系統(tǒng)所具有的集中存儲、操作、和顯示地理參考信息的特點(diǎn)和我國自主研發(fā)的北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)的定位功能，以及通用無線分組傳輸技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，從而使礦山工作人員可以實(shí)時地了解到礦產(chǎn)資源的儲量和開采情況并對礦區(qū)進(jìn)行可視化調(diào)度管理。

1 系統(tǒng)簡介

1.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)組成包括4部分，分別是北斗定位車載終端、通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和客戶端控制中心，如圖1所示。在此系統(tǒng)中，北斗定位車載終端分別由接收模塊、控制模塊和通信模塊組成，負(fù)責(zé)接收北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)的信號，從而計(jì)算出車輛所在的經(jīng)緯度、高度和速度等位置信息；根據(jù)車載終端與控制中心的通信協(xié)議將數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝；封裝好的數(shù)據(jù)經(jīng)由 GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)及Internet網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將北斗定位終端的所有數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心，通過服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和解析，而后存入中心數(shù)據(jù)庫中。終端通過軟件對定位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在客戶端控制中心的 LED多媒體顯示屏及監(jiān)控終端的電子地圖上對車輛的位置、當(dāng)前工作狀態(tài)等有關(guān)信息進(jìn)行集中顯示，從而進(jìn)行綜合管理和控制。

圖1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

1.2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，將爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)共分為3個層次，分別是應(yīng)用層、數(shù)據(jù)訪問及數(shù)據(jù)層，如圖2所示。應(yīng)用層主要是負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互的界面，在應(yīng)用層界面中，用戶需要設(shè)置各種系統(tǒng)參數(shù)，例如初始界面的連接參數(shù)設(shè)置、等位線的參數(shù)設(shè)置等；數(shù)據(jù)訪問層進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取和處理，而數(shù)據(jù)層則進(jìn)行具體的操作。

2 軟件功能分析

本系統(tǒng)是基于GIS/BDS/GPRS的爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)合了衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、地理信息技術(shù)以及GPRS無線通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對于卡車和鏟車車輛的實(shí)時監(jiān)控和有效管理。系統(tǒng)包括了車載終端系統(tǒng)、服務(wù)器處理系統(tǒng)以及調(diào)度終端系統(tǒng)。

圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2.1 車載終端的功能

(1)北斗定位:通過衛(wèi)星接收機(jī),接收北斗衛(wèi)星信號,獲取經(jīng)緯度、角度、高度和速度等位置信息。

(2)數(shù)據(jù)處理:對接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行處理,提取出北斗衛(wèi)星的定位信息。按照一定的通信協(xié)議對提取出的定位信息進(jìn)行封裝。同時，解析來自控制中心的控制命令。

(3)遠(yuǎn)程通信:利用GPRS網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

(4)車輛控制:根據(jù)控制中心發(fā)送的控制命令,完成對車輛的遠(yuǎn)程控制操作。

2.2 服務(wù)器處理系統(tǒng)的功能

(1)數(shù)據(jù)存儲:把接收到的定位數(shù)據(jù)信息和控制命令存入數(shù)據(jù)庫中。

(2)數(shù)據(jù)庫管理:執(zhí)行對爆堆數(shù)據(jù)庫中的爆堆數(shù)據(jù)進(jìn)行插入、刪除、查詢、更新等操作。

(3)數(shù)據(jù)處理:對接收到的車輛定位信息進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析和提取。

(4)數(shù)據(jù)通信:接收并且發(fā)送車載終端和控制中心之間的通信數(shù)據(jù)。

2.3 調(diào)度終端的功能

(1) 地圖顯示:可以在客戶端顯示屏中顯示電子礦區(qū)地圖,實(shí)現(xiàn)地圖放大、縮小、漫游等基本功能。

(2)實(shí)時監(jiān)控：在電子礦區(qū)地圖上實(shí)時顯示車輛行駛狀態(tài)，如位置信息、駕駛員信息、速度、方向等；能夠?qū)囕v進(jìn)行跟蹤監(jiān)控；可以查詢車輛的歷史信息。

(3) 數(shù)據(jù)管理：能夠有效地對車輛、監(jiān)控人員、駕駛員信息等進(jìn)行管理；能夠查詢車輛在行駛過程中速度的變化情況以及危險(xiǎn)報(bào)警情況等信息。

(4) 遠(yuǎn)程控制：客戶端可以對所要監(jiān)控的任何車輛下達(dá)控制命令,完成對某個車輛的控制操作。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 軟件系統(tǒng)構(gòu)成

3.1.1 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要完成控制中心對電鏟、爆堆和炮孔數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時的觀測和操控。主要功能：

(1)可以對礦區(qū)地圖進(jìn)行各種操作，如放大、縮小、查看全圖、進(jìn)行圖層操作等。

(2)能夠?qū)崿F(xiàn)對礦區(qū)2點(diǎn)之間長度的測量以及任意圈選礦區(qū)的面積和礦量的計(jì)算。

(3)能夠通過導(dǎo)入制式的excel文件來更新炮孔、爆堆的數(shù)據(jù)并根據(jù)需要選擇刪除歷史數(shù)據(jù)、查詢歷史爆堆信息和歷史炮孔數(shù)據(jù)。

(4)可以查看數(shù)據(jù)庫中的電鏟、炮孔和爆堆的數(shù)據(jù)信息并根據(jù)其經(jīng)緯度可以實(shí)現(xiàn)在地圖上的定位并展示，當(dāng)鼠標(biāo)停靠其上時，可以顯示它的詳細(xì)信息，主要是礦量和品位值的顯示。

(5)此系統(tǒng)設(shè)置不同的用戶類別，并對每種用戶都設(shè)置了不同的權(quán)限。

(6)其他功能：系統(tǒng)預(yù)留可擴(kuò)展接口，可以方便以后系統(tǒng)功能的擴(kuò)展，例如增加生產(chǎn)配礦功能以及其他更深入的功能操作。

3.1.2 車輛運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)

在采礦生產(chǎn)過程中，卡車分布于整個露天礦區(qū)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對卡車的定位和調(diào)度管理也可以信息化。本系統(tǒng)采用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)來獲取卡車的實(shí)時位置信息，并結(jié)合GIS技術(shù)和GPRS技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了車輛運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對車輛的集中監(jiān)控和管理采礦運(yùn)輸設(shè)備。本系統(tǒng)為露天礦建立一套快速、高效、實(shí)用的地面運(yùn)輸自動化系統(tǒng)提供了一個良好的平臺。利用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車輛設(shè)備的24 h定位監(jiān)控,實(shí)時傳輸車輛設(shè)備的位置信息及狀態(tài)數(shù)據(jù),可以準(zhǔn)確定位車輛設(shè)備的經(jīng)緯度、速度、方向等各項(xiàng)參數(shù)?；谕ㄓ脽o線分組技術(shù)(GPRS)網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸方式實(shí)現(xiàn)了任務(wù)的實(shí)時下發(fā)和信息回傳。

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用部署

(1)北斗二代車載終端：車載部分，在試用階段，首先選擇15臺電鏟安裝北斗定位終端。車輛終端的安裝主要包括高性能主機(jī)、天線、主機(jī)顯示屏、紅色指示燈以及耳機(jī)等。在安裝完成之后，需要進(jìn)行調(diào)試工作，主要是設(shè)置主機(jī)參數(shù)。

(2)軟件環(huán)境部署：數(shù)據(jù)通信控制服務(wù)器是通過TCP/IP進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集與發(fā)送，以及監(jiān)控、調(diào)度等業(yè)務(wù)處理和定位信息、設(shè)備數(shù)據(jù)的更新信息等數(shù)據(jù)接口功能。它安裝在公司的WEB通信服務(wù)器上。設(shè)備數(shù)據(jù)管理服務(wù)器是利用數(shù)據(jù)庫對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改查，它安裝在公司數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上。爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)安裝在礦山公司控制中心。

(3)電子地圖的校準(zhǔn)：首先獲取三道莊露天礦的礦區(qū)圖，應(yīng)用AutoCAD將圖片的DWG格式轉(zhuǎn)化成DXF格式，然后把DXF格式的圖在Mapinfo 11.0的環(huán)境下進(jìn)行坐標(biāo)校準(zhǔn)，選用longitude/latitude(wgs84)坐標(biāo)系，選取兩個坐標(biāo)點(diǎn)對電子地圖進(jìn)行校準(zhǔn)。在得到tab格式的電子地圖后，再利用MapX5.0將地圖另存為Geoset的電子地圖。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用

三道莊露天礦爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的主要操作界面如圖3所示，包括所有的功能，當(dāng)連接成功并登陸成功后就顯示此主界面，其他所有的功能，包括炮孔管理、爆堆管理、電鏟管理、地圖展示、等位線功能、用戶管理等信息都在此界面完成。通過此界面的操作控制，就可以完成對礦區(qū)的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控和調(diào)度。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化界面

4.2 數(shù)據(jù)的收集與處理實(shí)例

系統(tǒng)展示三道莊露天礦的大量爆堆數(shù)據(jù)、車輛信息(如圖4)、設(shè)備定位數(shù)據(jù)等，系統(tǒng)設(shè)計(jì)多張表來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如爆堆數(shù)據(jù)、炮孔數(shù)據(jù)表等(從略)。針對這些數(shù)據(jù)可以分析總結(jié)三道莊露天礦的生產(chǎn)動態(tài)和實(shí)時生產(chǎn)狀況。

圖4 車輛信息

5 結(jié) 語

(1)三道莊露天礦爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對礦區(qū)當(dāng)前開采爆堆的詳細(xì)信息進(jìn)行管理與實(shí)時操控。具有一定的實(shí)際意義。

(2)系統(tǒng)結(jié)合GIS、GPRS、北斗衛(wèi)星和計(jì)算機(jī)技術(shù)，使用了我國自主研發(fā)的北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)。

(3) 系統(tǒng)具有靈活且完善的權(quán)限控制結(jié)構(gòu)來保障對礦區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)的安全管理，該權(quán)限控制結(jié)構(gòu)采用獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫的方法。

(4)該系統(tǒng)利用軟件技術(shù)中的分層結(jié)構(gòu)和接口技術(shù)，完成了系統(tǒng)的開發(fā)；該系統(tǒng)預(yù)留了部分接口，可以擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，為以后軟件的不斷升級提供了條件。

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(責(zé)任編輯 徐志宏)

Open Pit Muckpiles Data Management System based on GIS/BDS/GPRS

Bai Chunni Lu Caiwu Gu Qinghua

(SchoolofManagement，Xi'anUniversityofArchitectureandTechnology，Xi'an710055，China)

In order to meet the needs of data information management in mine enterprise，the mining production data in Luanchuan Mine is analyzed.It is found that there are such situations in these data as diversity of data sources，large amount of data，and un-synchronized data acquisition.In view of these，a muckpile data management system was presented.This system adopted the geographic information system (GIS) technology，and the general packet radio service (GPRS).Together with the Beidou satellite positioning (BDS) developed by China，the muckpile data were processed by collection，storage，management，display and description.The dynamic monitoring on drivers and vehicles also has been realized.The overall architecture of the system，and its data processing，function realization and system deployment and integrated management capabilities were mainly introduced.The practice approved that this system realized real-time and dynamic visualization of muckpile data.Compared with previous data management system，this system has advantages of easy of use，real-time，data sharing，extensibility and intelligence etc.

Open-pit mine，GIS/BDS/GPRS，Muckpiles data，Management system

2014-12-01

國家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目(編號：51404182)，榆林市科技計(jì)劃項(xiàng)目，陜西省重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(編號：E08001)。

白春妮(1990—),女，碩士研究生。通訊作者 盧才武(1965—),男,博士,教授。

TD679

A

1001-1250(2015)-03-148-04