李博

（中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧沈陽110015）

HJ70A工業(yè)汽運GPS調(diào)度指揮系統(tǒng)在露天煤礦中的應(yīng)用

李博

（中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧沈陽110015）

結(jié)合露天煤礦道路特點和行車環(huán)境，對露天煤礦車輛事故發(fā)生的原因進(jìn)行了分析，并介紹了HJ70A工業(yè)汽運GPS調(diào)度指揮系統(tǒng)在國投哈密一礦一分區(qū)安全隱患治理工程的卡車，大型挖裝機械設(shè)備，道路養(yǎng)護輔助機械設(shè)備上的應(yīng)用，提高了露天煤礦采坑內(nèi)車輛通行的安全可靠性，有效保障了人員及設(shè)備的安全。

露天煤礦；汽運；調(diào)度指揮系統(tǒng)；GPS

0 引言

露天煤礦因生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域面積大、道路環(huán)境復(fù)雜容易產(chǎn)生瓶頸；作業(yè)車輛種類、數(shù)量多，設(shè)備管理復(fù)雜；生產(chǎn)環(huán)境惡劣、通訊條件不良；導(dǎo)致煤礦生產(chǎn)管理難度大，綜合調(diào)度能力弱。管控上的松弛，常致作業(yè)區(qū)各單元相互配合差，生產(chǎn)效率低下。

長期以來各大廠商都在積極地尋找適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案來提升露天煤礦運輸管理調(diào)度的績效，但始終無法突破作業(yè)車輛跟蹤不易的關(guān)鍵問題。普通的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和基于RFID定位等其他的方案都曾被引用，但由于定位精度誤差較大和投資條件的限制使得這些方案無法在現(xiàn)場得到真正的應(yīng)用。本工程中將采用工大高科公司的HJ70A工業(yè)汽運GPS調(diào)度指揮系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)。DGPS高精度定位系統(tǒng)與3G DTU通訊系統(tǒng)相結(jié)合的架構(gòu)，使得本方案具有投資少，定位精度高，可靠性穩(wěn)定行高等特點，是目前解決露天煤礦實時調(diào)度監(jiān)控的較好途徑。

1 工程概況

國投哈密一礦一分區(qū)安全隱患治理工程（以下簡稱“本工程”）涵蓋基建和生產(chǎn)運營。設(shè)計服務(wù)年限為9年，工程境界內(nèi)剝離量10 987萬m3，可采煤量2 448萬t，平均剝采比4.5 m3/t。最大的年出煤量為4.4 Mt/a，剝離采用單斗－卡車間斷開采工藝，采煤采用輪斗挖掘機－卡車半連續(xù)開采工藝。目前安全隱患治理區(qū)采剝關(guān)系正常，采掘、運輸、排土系統(tǒng)匹配合理，現(xiàn)有大型剝離車輛81臺，運煤車輛30臺，挖機23臺，灑水車6臺前裝機12臺，養(yǎng)路設(shè)備3臺（平地機）。

2 HJ70A工業(yè)汽運GPS調(diào)度指揮系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要有5個單元構(gòu)成，分別為①車載終端單元；②差分基準(zhǔn)站單元；③通信代理單元；④系統(tǒng)監(jiān)控管理單元；⑤調(diào)度單元。以上5個單元（預(yù)留大屏幕接口系統(tǒng)）與企業(yè)的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、3G網(wǎng)絡(luò)一起構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，系統(tǒng)組成示意圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)組成示意圖

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

系統(tǒng)指標(biāo)：

DGPS實時定位精度：≤1.0 m

GPS定位數(shù)據(jù)刷新時間：≤1.5 s

車輛數(shù)量：＜300輛

作用范圍：車輛作業(yè)區(qū)域（具有無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域）

JC16A車載數(shù)據(jù)終端指標(biāo)：

工作電壓：9VDC－36VDC 13W；

工作溫度：－20～60℃；

額定音頻功率：5V 2W（負(fù)載8Ω）；

顯示屏尺寸：7寸液晶彩色觸摸屏。

無線通信模式：GPRS、TD－SCDMA、WCDMA、CDMA2000

2.2 DGPS工作原理

差分基準(zhǔn)站單元的GPS接收天線架設(shè)于廠區(qū)已知坐標(biāo)的基準(zhǔn)點上，根據(jù)接收到的GPS信號及預(yù)先測定的基準(zhǔn)點坐標(biāo)計算出修正參數(shù)，并實時地將修正參數(shù)通過3G無線網(wǎng)絡(luò)向車載移動終端播發(fā)，移動端對當(dāng)前的單點定位的坐標(biāo)進(jìn)行修正，實現(xiàn)精確定位[1]。

2.3 系統(tǒng)工作流程

2.3.1 定位流程

差分基準(zhǔn)站單元每5 s將修正參數(shù)通過通信代理單元3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到車載終端單元,車載終端單元將經(jīng)過修正后的位置、速度、方向等信息通過3G網(wǎng)絡(luò)上傳到系統(tǒng)監(jiān)控管理單元,系統(tǒng)監(jiān)控管理單元將所有車輛信息處理并顯示到GIS地圖上。

2.3.2 調(diào)度命令下發(fā)流程

調(diào)度單元通過調(diào)度軟件觀察到當(dāng)前廠區(qū)車輛的工作狀態(tài)，當(dāng)有調(diào)度需求時，通過調(diào)度軟件將工作計劃轉(zhuǎn)發(fā)到系統(tǒng)監(jiān)控管理單元,系統(tǒng)管理單元接收到調(diào)度單元信息后，通過通信代理單元轉(zhuǎn)發(fā)工作計劃[2]。車載終端單元判斷是否為本車信息，若判斷正確，則語音提示駕駛?cè)藛T（若車載終端配置液晶屏，則可以顯示信息）。

2.3.3 危險報警流程

監(jiān)控管理單元接收所有車輛的位置、速度和方向信息。

1）安全行車。在廠區(qū)不同路段設(shè)定限速值，當(dāng)?shù)V車行駛到相關(guān)區(qū)段并超過該區(qū)段限速值時，監(jiān)控管理單元同時向車載終端和調(diào)度單元發(fā)送超速信號。

2）防碰撞。當(dāng)A車與B車距離在50 m（可調(diào)整）內(nèi)，監(jiān)控管理單元開始計算兩車之間接近速度，接近狀態(tài)如圖2。

圖2 接近狀態(tài)

若A與B接近速度（V1+V2）超10 m/s（可調(diào)整），開始報警。若A與B接近速度低于10 m/s，但是距離在5 m（可調(diào)整）內(nèi)，并處于接近狀態(tài)，開始報警。

處于分離狀態(tài)（如圖3）或兩車處于停止?fàn)顟B(tài)則停止報警。監(jiān)控管理單元同時向車載終端和調(diào)度單元發(fā)送報警信號和來車方向、位置信息。車載終端單元收到危險報警信息后語音提示駕駛?cè)藛T，若配置屏幕則顯示來車方向位置。調(diào)度收到危險報警命令后可通過集中調(diào)度平臺提醒駕駛?cè)藛T，注意安全駕駛。

2.4 各單元功能

2.4.1 車載終端單元

車載終端單元由3部分組成：①3G通訊模塊；②GPS定位模塊；③車載數(shù)據(jù)處理平臺。

3G通訊模塊為車載平臺對外通訊的接口，其負(fù)責(zé)接收修正信息和監(jiān)控管理單元發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，發(fā)送車載數(shù)據(jù)處理平臺的數(shù)據(jù)。本單元上報位置信息的速率為1 s/次。

圖3 分離狀態(tài)

2.4.2 差分基準(zhǔn)站單元

差分基準(zhǔn)站單元由2部分組成：①GPS定位模塊；②差分改正數(shù)據(jù)下發(fā)平臺，平臺使用工控機加服務(wù)軟件實現(xiàn)。本單元每5 s發(fā)送1次修正值。

2.4.3 通信代理單元

本單元主要由3G DTU中心服務(wù)軟件構(gòu)成，該單元硬件服務(wù)器需配置雙網(wǎng)卡，內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)卡連接礦用工控局域網(wǎng)，用于和差分基準(zhǔn)站單元、系統(tǒng)監(jiān)控管理單元交互數(shù)據(jù)[3]。外網(wǎng)網(wǎng)卡連接互聯(lián)網(wǎng)，需配置公網(wǎng)IP地址，用于同3G DTU設(shè)備通信。本單元需要定制一套軟件用于同3G DTU中心服務(wù)軟件交互數(shù)據(jù)。

2.4.4 監(jiān)控管理單元

監(jiān)控管理單元對廠區(qū)所有移動終端的GPS信息進(jìn)行處理，在有需求時可下發(fā)調(diào)度單元的指令。

2.4.5 調(diào)度單元

實時顯示工作區(qū)內(nèi)的礦車運行狀態(tài)。有需求時可下發(fā)相關(guān)指令。

2.5 無線帶寬需求

下行帶寬：礦區(qū)約有礦車數(shù)量160臺，差分基準(zhǔn)站單元發(fā)送的修正值包長約為200 Byte，所以每次下發(fā)的修正值數(shù)據(jù)量約為32 kB。修正值下發(fā)頻率為5 s/次，所以下行速率約為6.4 kB/s。

上行帶寬：車輛160臺，車載終端單元上報的位置信息每包約為100 Byte，位置上報頻率為1 s/次。所以上行速率約為16 kB/s。

2.6 系統(tǒng)主要設(shè)備

系統(tǒng)主要設(shè)備見表1。

表1 主要設(shè)備統(tǒng)計

3 系統(tǒng)功能與效益

3.1 系統(tǒng)功能分析

1）行車安全管理：實時監(jiān)控礦車的行進(jìn)速度和車距，如車速超出安全運行速度或者與前后車安全距離不足時，系統(tǒng)將及時在車載單元和調(diào)度單元進(jìn)行提示[4]。為安全生產(chǎn)把關(guān)。

2）下發(fā)工作計劃：在集中調(diào)度系統(tǒng)通訊不暢的情況下，可以使用車載單元接收并顯示調(diào)度單元發(fā)出的工作計劃。

3）礦車實時監(jiān)控，電子圍欄報警：在調(diào)度終端軟件的GIS圖和控制行車指揮的線路示意圖上可以監(jiān)控礦車的實時位置，運動狀態(tài)，速度大小。當(dāng)?shù)V車駛出設(shè)定的工作區(qū)域，立即在調(diào)度單元報警提示。

4）礦車動態(tài)軌跡記錄及回放：指定任意一輛礦車，選定時間段，回放該段時間內(nèi)的歷史軌跡。使用該數(shù)據(jù)可優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度。

3.2 系統(tǒng)效益分析

1）優(yōu)化調(diào)度、保障生產(chǎn)：準(zhǔn)確的礦車定位能協(xié)助調(diào)度人員達(dá)成最佳的作業(yè)計劃和現(xiàn)場指揮調(diào)度，順利協(xié)調(diào)生產(chǎn)、合理運用資源生產(chǎn)領(lǐng)域子系統(tǒng)[5]?？煽客〞车闹噶钕掳l(fā)通道，保證計劃及時下發(fā)。避免因集中調(diào)度平臺失效時無法指揮生產(chǎn)的情況。

2）提高效率、降低成本：利用系統(tǒng)所提供的充分?jǐn)?shù)據(jù)和實時信息，調(diào)度人員可以進(jìn)一步優(yōu)化投入車輛和設(shè)備資源的使用效率，避免閑置和調(diào)度失誤、提高車輛周轉(zhuǎn)率[6]。對每輛礦車運輸作業(yè)進(jìn)行完整的記錄，可加強管理、促進(jìn)人員規(guī)范工作，同時提供充分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，為優(yōu)化運輸生產(chǎn)提供依據(jù)。

3）保障安全、避免事故：系統(tǒng)及時的反應(yīng)完整的礦車運輸運作狀況，對可能的危險狀況（車輛過于靠近、超速…）提出預(yù)警，及早排除隱患以避免事故。

4 問題與對策

4.1 終端無法通過語音對車輛進(jìn)行指揮與提示

由于DTU通信模塊的工作機制，無法通過現(xiàn)有的車載數(shù)據(jù)終端通信模塊傳輸實時語音[7]。只能預(yù)先定義好常用的調(diào)度指令，并錄制好語音提示文件預(yù)存到車載數(shù)據(jù)終端中，當(dāng)調(diào)度室選擇下發(fā)預(yù)定義好的指令時，將預(yù)定義指令的編號或者指令的語音文件名稱發(fā)送到車載數(shù)據(jù)終端，車載數(shù)據(jù)終端在接收到相應(yīng)的信息后，自動播放所接收到的調(diào)度指令所對應(yīng)的語言文件，并將信息內(nèi)容在文本框中進(jìn)行顯示。對于調(diào)度人員自行輸入的調(diào)度指令，由于沒有預(yù)先錄制好的語音文件，則只在車載數(shù)據(jù)終端中播放接收到指令的提示音，并將文字內(nèi)容在文本框中進(jìn)行顯示。

4.2 終端無法顯示車距信息

此功能在前期的軟件開發(fā)中未實現(xiàn)，只能通過軟件開發(fā)人員增加此功能，完成后可在客戶端程序中實現(xiàn)：①在圖形界面中實時顯示出選定的任意兩輛車之間的距離；②在車輛距離過近時在預(yù)警的同時將車輛之間的車距以列表的形式進(jìn)行顯示。

4.3 終端無法收到車輛的信息

由于在采坑內(nèi)由于坑壁的遮擋，在部分區(qū)域信號差，導(dǎo)致車載數(shù)據(jù)終端無法正確收發(fā)數(shù)據(jù)。

現(xiàn)已經(jīng)聯(lián)系當(dāng)?shù)匾苿庸镜募夹g(shù)人員到現(xiàn)場實地勘測了信號情況，在采區(qū)確實存在信號不好的區(qū)域，由于采區(qū)在不斷的變化中，隨著采坑向東不斷的推進(jìn)，信號不好的區(qū)域也會隨之發(fā)生變化，為了避免以后頻繁的挪動天線，移動公司需要討論一個可行的增設(shè)天線的方案，增加若干臺信號發(fā)射塔。同時也采購了一批帶增益的外置天線用于更換車載數(shù)據(jù)終端原配的無增益的膠棒天線[8]，用來增強車載數(shù)據(jù)終端的移動信號接收能力。

5 結(jié)語

本工程采坑內(nèi)彎道坡道路段較多，采煤區(qū)域道路起伏較大，夏季高溫氣候干燥，剝離工作面采煤工作面揚塵較大，夜間運輸作業(yè)能見度較差，上述客觀因素均對行車安全構(gòu)成了威脅；礦用大型寬體卡車車身較高，盲區(qū)較大，駕駛員視線不好，在行車中極易發(fā)生交通事故。本工程引進(jìn)HJ70A工業(yè)汽運GPS調(diào)度指揮系統(tǒng)，在礦區(qū)內(nèi)所有的移動車輛及大型挖裝設(shè)備上予以安裝應(yīng)用，對運行中發(fā)現(xiàn)的問題及時反饋，通過技術(shù)改造升級后，整套HJ70A工業(yè)汽運GPS調(diào)度指揮系統(tǒng)能夠正常運轉(zhuǎn)，確?？觾?nèi)作業(yè)車輛信號全覆蓋，及時有效地傳達(dá)了各項指令，消除了生產(chǎn)運輸車輛在采坑內(nèi)發(fā)生刮碰、碾壓重大安全隱患，提高了露天煤礦采坑內(nèi)車輛通行的安全可靠性，有效保障了人員及設(shè)備的安全，最終實現(xiàn)本工程的安全生產(chǎn)。

［1］王東昌，崔曉峰.金屬礦山汽運調(diào)度優(yōu)化決策系統(tǒng)的探討［J］.中國礦業(yè)，2013，7（7）：29-31.

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【責(zé)任編輯：解連江】

Application of HJ70A industrial trucks GPS dispatching and controlling system in open-pit coal mine

LI Bo
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design＆Research Institute,Shenyang 110015,China)

The article analyzes the cause of the vehicle accident in the open－pit mine combining with the characteristics of openpit coal mine road and traffic environment,and introduces the application of HJ70A industrial trucks GPS dispatching and controlling system of Hami mine security risk management project on trucks,large dig machinery equipment,road maintenance auxiliary machinery,which improves traffic safety and reliability in open－pit coal mine mining pit and effectively ensures the safety of personnel and equipment.

open－pit coal mine;truck transpertation;dispatching and controlling system;GPS

TD561

B

1671－9816（2017）02－0061－04

李博.HJ70A工業(yè)汽運GPS調(diào)度指揮系統(tǒng)在露天煤礦中的應(yīng)用［J］.露天采礦技術(shù)，2016，32（2）：61－64.

2016－07－16

李博（1982—），男，黑龍江伊春人，工程師，注冊一級建造師，注冊咨詢工程師，注冊監(jiān)理工程師。畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)土木工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，主要從事煤礦安全管理工作。

DOI∶10.13235/j.cnki.ltcm.2017.02.017