宮春剛

（中煤平朔集團安太堡露天礦，山西 朔州 036006）

基于GPS 的卡車調(diào)度計量系統(tǒng)研究

宮春剛

（中煤平朔集團安太堡露天礦，山西 朔州 036006）

通過GPS定位技術(shù)收集設(shè)備的各種狀態(tài)信息（重運，空運），將采集到數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)秸{(diào)度監(jiān)控中心，經(jīng)過最佳路徑算法，再將調(diào)度指令發(fā)送給各個鏟車，以達到智能調(diào)度的目的。設(shè)計的卡車智能調(diào)度系統(tǒng)，可以提高卡車電鏟的利用率、加油管理、生成報表、還可以實現(xiàn)自動交接班以及卡車按指令停放等功能。

露天礦；計量系統(tǒng)；GPS；車輛調(diào)度

0 引 言

安太堡露天煤礦剝離采用單斗－卡車間斷工藝，采煤為半連續(xù)工藝。采掘使用斗容為25～58 m3的電鏟；運輸使用154～290 t的大型礦用卡車；穿孔采用孔徑150～250 mm的牙輪鉆機；爆破采用非電導(dǎo)爆管逐孔微差爆破工藝。排土及道路工程使用大功率推土機及平路機。

卡車智能調(diào)度系統(tǒng)是由調(diào)度中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、移動車載終端3個部分組成[2]。調(diào)度中心是GPS系統(tǒng)的大腦，負責(zé)指揮、調(diào)度和管理生產(chǎn)。無線通信是采用無線GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，組建了生產(chǎn)調(diào)度中心和采場內(nèi)部的無線通訊系統(tǒng)。車載終端是安裝在車載移動設(shè)備上的工業(yè)級微型電腦，顯示調(diào)度信息，將調(diào)度指令下達到移動終端。該系統(tǒng)2011年7月開始安裝，截止2011年12月末，安裝工作全部結(jié)束，包括架設(shè)無線通訊基站11套，生產(chǎn)設(shè)備終端132套（其中卡車108套、電鏟16套、前裝機8套），輔助設(shè)備終端175套（其中鉆機12套、履帶式推土機27套、輪式推土機20套、其他輔助設(shè)備116套）。2012年1月進入試運行階段。GPS卡調(diào)系統(tǒng)試運行階段，系統(tǒng)功能基本實現(xiàn)，運行效果良好。

露天礦是以挖掘為核心，以運輸為系帶的大型生產(chǎn)礦山。在礦山企業(yè)中運輸占有舉足輕重的地位。礦山企業(yè)正常運行，企業(yè)內(nèi)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)同外部形成一個統(tǒng)一的整體，是建立在卡車運輸?shù)幕A(chǔ)上。露天礦運輸過程是將巖石運到廢石場，將礦石運到轉(zhuǎn)載站或外運裝車站。露天礦運輸工作的特點就是具有大量的上、下坡工作，線路的位置和裝、卸地點不固定，運輸車輛的行駛密度和強度很高。

露天礦生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益的高低取決于，車輛調(diào)度是否合理，而車輛的合理分配，又是生產(chǎn)計劃和任務(wù)完成的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)調(diào)度方式主要存在以下問題：①管理難度大；②調(diào)度指揮難；③生產(chǎn)效率低；④人員溝通困難；⑤瞬息萬變的生產(chǎn)情況，讓企業(yè)管理者難以了解和掌握；⑥生產(chǎn)部分分散；⑦安全管理難。

為了解決這些問題，露天礦卡車智能調(diào)度管理系統(tǒng)（Intelligent Dispatch System）應(yīng)運而生，簡稱IDS系統(tǒng)。

1 露天礦卡車智能調(diào)度管理系統(tǒng)

1.1 車輛調(diào)度系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)主要由GPS衛(wèi)星網(wǎng)、車載終端、無線MESH通訊網(wǎng)絡(luò)以及調(diào)度監(jiān)控中心4部分構(gòu)成[3]。如圖1所示。

圖1 露天礦車輛調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 車載智能終端設(shè)計原理

1.2.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

車載計算機包括計算機、導(dǎo)航、地圖等功能，它是整個調(diào)度系統(tǒng)的核心，其設(shè)計符合工業(yè)用件標準[2]。車載終端硬件結(jié)構(gòu)組成包括：

1）車載計算機終端組成：工業(yè)計算機主板[8]、7.0英寸彩色液晶顯示屏、五線電阻式壓力屏、3M電子盤、恒溫電熱膜和相應(yīng)控制電路、GPS衛(wèi)星信號接收機、無線通訊解調(diào)器、高壓電源模塊、穩(wěn)壓模塊、亮度調(diào)節(jié)模塊、信號轉(zhuǎn)換板等單元部件。

2）車載電源終端構(gòu)成：大功率隔離電源模塊、抗干擾模塊、穩(wěn)壓模塊。

3）通訊天線系統(tǒng)：采用Garvin系列GPS接收天線。

4）通訊電臺結(jié)構(gòu)：通訊電臺、計算機終端外殼、支架、GPS天線支架、

5）車載電氣連接線組成:電瓶電源線、GPS天線、電源線等。

1.2.2 硬件系統(tǒng)性能指標

1）因為車載終端工作環(huán)境比較惡劣，要求車載系統(tǒng)硬件設(shè)計上要三防，即防塵、防水、防顛簸。

2）采礦場處于山西地區(qū)，冬夏溫差大，要求車載系統(tǒng)硬件要有良好的散熱，還有保溫性。

3）電氣設(shè)計上要考慮有過壓、過流，過熱保護電路，以及防輻射、抗干擾。

4）軟件設(shè)計要求界面簡捷，操作簡單.

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計原理

2.1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

車輛調(diào)度系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，如圖2所示。公用數(shù)據(jù)庫[3]存放在服務(wù)器主機中，包括以下幾類數(shù)據(jù)庫：

圖2 調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1）采集信息數(shù)據(jù)庫。該庫是由各車載終端傳來的數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理，而形成的數(shù)據(jù)。

2）車鏟狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。該庫是根據(jù)采集信息數(shù)據(jù)及車鏟原狀態(tài)綜合分析后形成的各設(shè)備作業(yè)狀態(tài)、位置等信息。

3）生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)庫。該庫由每班生產(chǎn)計劃出動設(shè)備等組成，由人工輸入形成.

4）道路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。該庫由礦山道路網(wǎng)絡(luò)描述形成，由地圖生成系統(tǒng)及圖形編輯方式輸入。

5）調(diào)度指令數(shù)據(jù)庫。該庫由調(diào)度優(yōu)化軟件形成，存放發(fā)往各移動終端的調(diào)度指令數(shù)據(jù)。

6）統(tǒng)計資料數(shù)據(jù)庫。該庫由各移動終端的工作數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析而成，存放各終端工作情況統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

專用數(shù)據(jù)庫[4]分布在網(wǎng)絡(luò)的其它主機中，用以完成各自相關(guān)的任務(wù)，與公用數(shù)據(jù)庫一起，通過分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成有機整體，協(xié)調(diào)完成調(diào)度中心軟件功能。具體包括：①數(shù)據(jù)采集管理專用數(shù)據(jù)庫；②狀態(tài)分析專用數(shù)據(jù)庫；③動態(tài)圖專用數(shù)據(jù)庫；④優(yōu)化調(diào)度專用數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用C/S結(jié)構(gòu)，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2008，操作系統(tǒng)采用Windows NT，客戶端操作系統(tǒng)采用Windows2010，開發(fā)語言選用Power Builder和VC++。系統(tǒng)適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）與文件系統(tǒng)（File System）及網(wǎng)絡(luò)公用功能，取得優(yōu)化設(shè)計[5]。

2.2 軟件系統(tǒng)功能模塊

根據(jù)軟件系統(tǒng)功能的要求，決定調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)主要由3個子功能系統(tǒng)[6]實現(xiàn):系統(tǒng)跟蹤功能、系統(tǒng)管理功能、系統(tǒng)調(diào)度功能。

1）系統(tǒng)跟蹤功能：①數(shù)據(jù)跟蹤功能；②二維圖跟蹤顯示功能；電子圖可以隨意放大縮小，還可以定車觀察；③三維圖上跟蹤顯示功能；④多種呼叫跟蹤功能；⑤設(shè)備監(jiān)測與狀態(tài)識別功能

2）系統(tǒng)管理功能：①基本功能②移動目標管理可以給車輛發(fā)送調(diào)度指令；③移動目標的查詢可以看到車輛司機的個人信息；④車輛終端狀態(tài)記錄；可以查詢到調(diào)度中心曾經(jīng)給卡車終端下達過的調(diào)度指令；⑤數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表、查詢功能；⑥卡車加油管理；⑦設(shè)備維修管理；⑧自動計量；⑨鉆機布孔和導(dǎo)航系統(tǒng)。

3）系統(tǒng)調(diào)度功能[7]：①實時優(yōu)化調(diào)度指揮；②回放顯示功能[8]；③人工調(diào)度功能。

3 車輛智能調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 安太堡2016全年生產(chǎn)計劃完成量

2016年安太堡全年完成計劃情況見表1，數(shù)據(jù)來源卡車智能計量系統(tǒng)統(tǒng)計。

表1 2016年主要生產(chǎn)計劃完成情況

3.2 主要設(shè)備完成情況

2016年P(guān)＆H2800XP電鏟累計臺年能力386萬m3，同比降低23萬m3/（臺·a）；P＆H4100XPC電鏟累計臺年能力750萬m3，同比降低17萬m3/（臺·a）。生產(chǎn)班卡車累計臺年能力62萬m3，同比增加2萬m3/（臺·a）；930E卡車累計臺年能力81萬m3，同比降低1萬m3/（臺·a），見表2。

1）運輸設(shè)備分析。2016年克服運距和高差增加、卡車循環(huán)周期長、長距離大坡道運行、設(shè)備故障頻繁發(fā)生以及設(shè)備老化等困難，運輸設(shè)備較計劃及同比略有增加。

2）采裝設(shè)備分析。2016年礦坑的不斷延深，增加了拉溝工程量，且拉溝位置不斷涌水。加之為提高卡車效率，增加了電鏟的能力，最終導(dǎo)致電鏟效率下降。

3）鉆機分析。2016年DML鉆機長期處于大修狀態(tài)。同時由于4#煤頂砂巖裂隙含水層的存在，給穿孔作業(yè)帶來很多困難，成孔率低，二次投補孔增多。數(shù)據(jù)顯示該系統(tǒng)應(yīng)用效果可行，能基本完成礦山要求。

4 結(jié)語

露天礦車輛調(diào)度系統(tǒng)模型成功應(yīng)用于平朔安太堡露天礦，得到了較好的實踐效果。

1）分析了當(dāng)前車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工作原理[9]，并結(jié)合中煤平朔安太堡莊露天礦的實際情況提出了基于GPS/IMESH/GIS的卡車智能調(diào)度系統(tǒng)。

2）設(shè)計了安太堡露天礦車載智能終端，實現(xiàn)了實時采集礦車鏟車等生產(chǎn)設(shè)備的位置、運行狀態(tài)、鏟點產(chǎn)量和油耗信息等，使調(diào)度員可以直觀的觀察到整個生產(chǎn)運輸過程，并且能夠輔助生產(chǎn)使用者完成生產(chǎn)任務(wù)。它能極大的提高露天礦山的生產(chǎn)效率和安全性，同時節(jié)約生產(chǎn)成本，保證礦山調(diào)度系統(tǒng)順利運行。

3）完成并實現(xiàn)了電子地圖功能、鷹眼功能、信息管理功能、車輛調(diào)度功能、車載智能終端功能等，系統(tǒng)軟件具有良好的可靠性、實用性和實時性，符合露天礦山生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)要求具備良好的可實施性。

［1］李磊.露天礦自卸汽車整車提升系統(tǒng)的研究與分析［D］．沈陽：東北大學(xué)，2004．

［2］煤炭科學(xué)研究總院撫順分院．露天礦卡車電鏟優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)研究報告［R］．撫順：煤炭科學(xué)研究總院撫順分院，1998.

［3］煤炭科學(xué)研究總院撫順分院.冬天礦卡車電鏟優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)工作總結(jié)［R］．撫順：煤炭科學(xué)研究總院撫順分院，2002.

［4］中國礦業(yè)大學(xué)．卡車一電鏟優(yōu)化調(diào)度理論及其應(yīng)用［R］．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，1993．

［5］The Modular Dispatcher Volume IV number，1994．

［6］李軍才.BISPATCH系統(tǒng)在我國大型露天礦山中的應(yīng)用［J］．中國礦業(yè)，2000（S1）：4.

［7］劉忠衛(wèi)，陳榮健.GPS自動調(diào)度系統(tǒng)在齊大山鐵礦的應(yīng)用［J］．礦業(yè)工程，2005（4）：43-44.

［8］盧滿懷.基于GPS的車輛調(diào)度系統(tǒng)研究［D］．沈陽：東北大學(xué)，2003.

［9］王保利.車輛導(dǎo)航和監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［D］.北京：北京郵電大學(xué)，2003.

Study on the measurement system of truck dispatching based on GPS

GONG Chungang

(Antaibao Open-pit Mine,China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036006,China)

Through GPS positioning technology to collect the information of equipment(heavy transport,air transport),the collected data is transmitted to the monitoring center.Through the optimal path algorithm,dispatch instructions are sent to the forklift,in order to achieve the purpose of intelligent scheduling.The truck intelligent scheduling system can improve the utilization rate of the fuel truck shovel,management,report generation,and also realize the automatic shift and truck parked according to the instruction and other functions.

open－pit mine;metering system;GPS;vehicle scheduling

TD672

B

1671－9816（2017）11－0064－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.018

宮春剛.基于 GPS 的卡車調(diào)度計量系統(tǒng)研究［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（11）：64－67.

2017－06－26

宮春剛（1986—），山西忻州人，在職研究生，畢業(yè)于武漢科技大學(xué)礦業(yè)工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中煤平朔安太堡礦。

【責(zé)任編輯：陳 毓】