皖北煤電集團(tuán)恒源煤礦 朱建斌

露天礦車輛監(jiān)測與智能調(diào)度系統(tǒng)

皖北煤電集團(tuán)恒源煤礦 朱建斌

本文設(shè)計(jì)的露天礦車輛監(jiān)測與智能調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對車輛生產(chǎn)的監(jiān)測監(jiān)控、智能調(diào)度控制功能。該系統(tǒng)可以極大提高生產(chǎn)運(yùn)輸車輛運(yùn)輸效率；優(yōu)化調(diào)度使車輛和設(shè)備能得到合理分配，運(yùn)行線路最優(yōu)；系統(tǒng)對車輛和設(shè)備使用情況實(shí)時(shí)監(jiān)測，提供調(diào)度策略。通過對系統(tǒng)效益的分析，證明了露天礦車輛監(jiān)測與智能調(diào)度系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用推廣價(jià)值。

露天礦；路徑規(guī)劃；智能調(diào)度；移動終端

0 引言

本系統(tǒng)旨在通過發(fā)掘電動輪自卸卡車的運(yùn)輸能力，優(yōu)化并完善運(yùn)輸車的運(yùn)輸路線、配礦方案以及維檢管理平臺，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀況；從而做到運(yùn)輸效率與設(shè)備利用率的提高，設(shè)備損耗的減少，故障設(shè)備反應(yīng)速度的提高，以及出礦品位的穩(wěn)定。利用這項(xiàng)技術(shù)，礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益會著大幅度地提高；在提高企業(yè)管理水平的同時(shí)，帶動了礦山綜合自動化生產(chǎn)能力以及企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益的提升。本系統(tǒng)是基于智能控制理論和優(yōu)化理論以及GPS、GIS等尖端技術(shù)，

車輛調(diào)度的理論是基于優(yōu)化系統(tǒng)調(diào)度算法、優(yōu)化礦山車流規(guī)劃、運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)模擬、實(shí)時(shí)調(diào)度準(zhǔn)則等理論的深層發(fā)掘而來。與此同時(shí)，隨著理論的不斷發(fā)展，越來越多的實(shí)際運(yùn)輸生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)采用了與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的智能調(diào)度系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

智能調(diào)度系統(tǒng)由通信差分系統(tǒng)、移動車載終端、調(diào)度中心系統(tǒng)組成，如圖1所示。通信差分系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)移動終端與調(diào)度中心通信任務(wù)，并由差分計(jì)算精確定位；移動終端用來向調(diào)度中心傳送采集到的設(shè)備位置、運(yùn)行狀態(tài)等信息，同時(shí)向司機(jī)指示接收到的調(diào)度中心指令；調(diào)度中心系統(tǒng)具有設(shè)備信息采集、設(shè)備狀態(tài)在線跟蹤顯示、指令收發(fā)、歷史信息查詢、報(bào)表生成等功能。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)智能調(diào)度功能包括電鏟生產(chǎn)能力的自動統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)需車數(shù)的自動統(tǒng)計(jì)、故障排除后重型車輛指派、車流規(guī)劃發(fā)生變化時(shí)實(shí)時(shí)車輛的最優(yōu)化調(diào)度等。

2 車輛優(yōu)化調(diào)度

系統(tǒng)在軟件方面設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于優(yōu)化調(diào)度算法。車輛狀態(tài)信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，調(diào)度中心從中提取所需數(shù)據(jù)，能夠自動判斷車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)，并能利用優(yōu)化調(diào)度算法動態(tài)分配車輛。采用優(yōu)化調(diào)度算法是為了提高生產(chǎn)效率，即在已有車輛資源一定的情況下，能夠調(diào)用更少的車輛，并能最大數(shù)量運(yùn)輸?shù)V巖。對于系統(tǒng)調(diào)度軟件設(shè)計(jì)，路徑的選擇和車流規(guī)劃是關(guān)鍵。

2.1 車流規(guī)劃

車流規(guī)劃是目前車輛調(diào)度的常用手段。利用車流規(guī)劃實(shí)現(xiàn)調(diào)用盡可能少的車輛而產(chǎn)量最大化，這需要滿足一些實(shí)際的約束條件。通過計(jì)算得出排卸點(diǎn)和電鏟之間每條路線的目標(biāo)流量，將車輛調(diào)用配比最優(yōu)化。

2.2 路徑選擇算法

隨著露天礦規(guī)模越來越大，露天礦道路以及礦用車輛繁多，極容易出現(xiàn)道路交通擁塞的狀況，車輛如果能夠合理選擇行進(jìn)路線避免擁塞，就能極大提高效率。露天礦各線路擁塞動態(tài)變化情況下的應(yīng)能擇優(yōu)選擇從給定起點(diǎn)到目的地的最佳路徑。

在傳統(tǒng)算法中，迪杰斯特拉（Dijkstra）的最短路徑算法是相當(dāng)?shù)湫偷摹Ｔ撀窂竭x擇算法是一種靜態(tài)算法，只能應(yīng)用帶靜態(tài)道路情況。它僅根據(jù)線路長度作為優(yōu)劣評判唯一標(biāo)準(zhǔn)，對某一區(qū)域的交通道路給出計(jì)算分析。

通過改進(jìn)，我們給出這樣一種路徑選擇算法，根據(jù)監(jiān)測獲得的實(shí)時(shí)路況信息，判斷某一時(shí)刻各線路的運(yùn)行情況，結(jié)合車輛本身的運(yùn)行信息（速度），計(jì)算到達(dá)預(yù)期路段的時(shí)間，給出路況信息。通過加權(quán)得出的路線權(quán)值更能體現(xiàn)路段的實(shí)際情況。路徑信息實(shí)時(shí)更新，防止意外事故產(chǎn)生的影響。

改進(jìn)的算法建立在實(shí)時(shí)監(jiān)測路段信息的基礎(chǔ)之上。為了進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測路段信息，在每個(gè)關(guān)鍵路口、節(jié)點(diǎn)安裝攝像頭和傳感器，通過分析計(jì)算得到路況的擁塞程度和車流量。該數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一上傳到中心數(shù)據(jù)庫，供導(dǎo)航系統(tǒng)調(diào)用計(jì)算。路況信息需要完整保存，加以備份，用來進(jìn)行歷史查詢操作。隨著技術(shù)的提高，監(jiān)測、導(dǎo)航設(shè)備成本下降，無線網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋，這為實(shí)時(shí)最優(yōu)線路選擇提供極大便利。

2.3 線性規(guī)劃

考慮實(shí)際車輛與設(shè)備的工作能力以及配置信息，并利用路徑選擇算法給出的最優(yōu)路徑等相關(guān)信息，如已就緒設(shè)備和車輛、設(shè)備的裝卸周期、設(shè)備優(yōu)先權(quán)等，生成系統(tǒng)車流規(guī)劃的具體約束條件。各路線的最優(yōu)運(yùn)輸流量由車流規(guī)劃方法求得，將預(yù)定任務(wù)的工作時(shí)間縮短至最短。

2.4 動態(tài)規(guī)劃

根據(jù)線性規(guī)劃得出線路最優(yōu)運(yùn)輸流量，結(jié)合等待分派大型車輛和設(shè)備的運(yùn)行周期以及距目的地距離，通過動態(tài)規(guī)劃生成最優(yōu)設(shè)備和車輛任務(wù)分配表。該表用于將已知路線運(yùn)輸流量和待命車輛優(yōu)化匹配。

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通過GPS技術(shù)車輛進(jìn)行運(yùn)行定位監(jiān)測，通過車載終端將與衛(wèi)星信號交互情況傳回調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)度系統(tǒng)自動運(yùn)算位置數(shù)據(jù)并在礦山地理信息圖上精確定位車輛實(shí)時(shí)位置和行進(jìn)路線。

3 車載移動終端設(shè)計(jì)

將所有的移動車載終端主機(jī)設(shè)計(jì)成統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)和款式便于系統(tǒng)的中設(shè)備的整體使用、維護(hù)和安裝。針對不同的車輛設(shè)計(jì)不同的顯示器，不同的設(shè)備開發(fā)針對性的軟件，軟件的功能是獨(dú)立的，所有的終端都事先預(yù)裝所有軟件，使用時(shí)針對特定的功能，利用密鑰去開啟針對設(shè)備的軟件。圖2為車載通信平臺設(shè)計(jì)框圖。

圖2 車載通信平臺設(shè)計(jì)框圖

移動車載終端的主要組成部分：主機(jī)、顯示器、定位天線、通訊天線、電源、數(shù)據(jù)連接的傳感器組件[33]。

設(shè)計(jì)特定的軟件實(shí)現(xiàn)車載終端的智能化。這里設(shè)計(jì)的車載終端軟件主要適用于露天礦常用大型車輛及相關(guān)設(shè)備。車載終端主要安裝在各類車輛以及電鏟上。智能終端包括定位和無線數(shù)據(jù)收發(fā)天線、觸摸屏、各類接口、供電電源及嵌入工控機(jī)等部分。車載終端的工作原理如圖3所示。

圖3 車載終端工作原理圖

車載終端的軟件由幾個(gè)單元構(gòu)成，包括人機(jī)界面設(shè)計(jì)、觸摸屏顯示處理、車輛狀態(tài)判斷處理、差分電文處理、通信實(shí)時(shí)控制、定位數(shù)據(jù)處理、容錯處理、數(shù)據(jù)編解碼處理、數(shù)據(jù)加解密處理等。

圖4 車載終端界面

4 系統(tǒng)應(yīng)用綜合效益分析

本系統(tǒng)是適應(yīng)露天煤礦生產(chǎn)過程中情況的變化，在充分利用優(yōu)化理論和各種現(xiàn)代知識以及GPS、GIS等先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，廣泛吸收國內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)，本著高起點(diǎn)、低投資的原則，以構(gòu)建“最佳車鏟配比，最大經(jīng)濟(jì)價(jià)值”的智能調(diào)度效益觀為核心，在露天礦設(shè)備數(shù)量和工藝一定的情況下，實(shí)現(xiàn)對卡車、電鏟等設(shè)備的位置及工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)跟蹤、判斷、顯示，優(yōu)化調(diào)度卡車運(yùn)行，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握礦山的生產(chǎn)運(yùn)行情況，達(dá)到優(yōu)化管理礦山生產(chǎn)過程、提高產(chǎn)量，節(jié)省費(fèi)用、取得較高經(jīng)濟(jì)效益之目的，在實(shí)際企業(yè)應(yīng)用后生產(chǎn)率提高8%～15%，成本降低12%的，管理人員減少10%，利潤增加4%～20%。

除此之外，還提升了其他綜合收益，具體如下：

（1）實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的配車方案優(yōu)化車鏟配比，使當(dāng)班的卡車和電鏟的生產(chǎn)力增加；

（2）對產(chǎn)量要求，減少了所需要的卡車和電鏟的數(shù)量；

（3）合理布置鏟位完成配礦目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制；

（4）優(yōu)化的運(yùn)輸路徑，減少輪胎磨損及油耗；

（5）對設(shè)備的生產(chǎn)等作業(yè)工作進(jìn)行合理的安排，提高工作效率。

（6）優(yōu)化生產(chǎn)、智能調(diào)度，減少車鏟相互等待、減少錯誤行駛減少調(diào)度人員；

（7）故障及時(shí)通報(bào)，調(diào)度及時(shí)安排維修和采取措施保障生產(chǎn)，提高設(shè)備利用率。

這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，不但可以為礦山企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可以提高企業(yè)的科學(xué)管理水平，繼而提高礦山綜合生產(chǎn)能力和企業(yè)總體經(jīng)濟(jì)效益，最終使得露天礦的生產(chǎn)管理提高到一個(gè)新的水平。

5 結(jié)語

系統(tǒng)的成功應(yīng)用，不僅對企業(yè)生產(chǎn)率、成本、利潤及管理人員數(shù)量等量化指標(biāo)上上體系處較好的經(jīng)濟(jì)效益，而且對煤炭企業(yè)生產(chǎn)管理其他方面也起到了極大的規(guī)范和促進(jìn)作用。

本文詳細(xì)闡述了如何通過信息化和自動化技術(shù)構(gòu)建一套先進(jìn)實(shí)用的現(xiàn)代企業(yè)露天煤礦車輛監(jiān)測和智能調(diào)度系統(tǒng)的全過程。通過在實(shí)際企業(yè)使用實(shí)際情況表明，對露天煤礦安全高產(chǎn)高效開采及綜合經(jīng)濟(jì)效益的提升效果顯著，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]戈建君．基于GIS/GPS/GPRS城市公交智能調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．西安電子科技大學(xué),2011．

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Opencast Vehicle Monitoring and Intelligent Dispatching System

Zhu Jian-bin
（Wanbei Coal Group Hengyuan coal mine）

In this paper, the design of the opencast vehicle monitoring and intelligent dispatching system to achieve the monitoring and control of vehicle production, intelligent scheduling control function. Actual use of the system can greatly improve the efficiency of production and transport vehicle transport ; vehicles and equipment can get a reasonable allocation , utilization greatly improved , the optimal operation of the line ; vehicles and equipment for the use of real-time monitoring , convenient scheduling. Through the analysis of the system benefi t, the economic value and application value of the vehicle monitoring and intelligent dispatching system in the open pit mine are proved.

Opencast mine；Path planning；Intelligent scheduling；Mobile terminal