曾啟瑞，邵建峰，錢偉民，萬連環(huán)，姚金根

(1.湖州新開元碎石有限公司， 浙江 湖州市 313000； 2.南京工業(yè)大學， 江蘇 南京 211816)

0 前 言

GPS定位中，通過衛(wèi)星可以獲得衛(wèi)星到設備間的距離，利用3顆衛(wèi)星，可解出觀測點的位置(x,y,z)。考慮衛(wèi)星的時鐘與接收機間的誤差，還有一個未知數(shù)為時鐘，需引入第4顆衛(wèi)星，構成4個方程式求解，從而得到觀測點的經(jīng)度、緯度和高度[1-2]。

每臺移動設備安裝現(xiàn)場采集站，讀取設備位置坐標和工作狀態(tài)，并與中心站以同頻段數(shù)據(jù)通信，中心站將采集站數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，可實時定位各臺移動設備的作業(yè)位置[3]。

設備數(shù)據(jù)采集裝置得到的位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心[4]，中心可將各設備位置信息實時顯示在地形圖或衛(wèi)星圖上[5]。另外，將設備的位置信息通過數(shù)據(jù)傳輸渠道反饋傳輸至設備終端，調度中心根據(jù)設備位置情況和生產安排可對設備進行調度[6]。設備防碰撞系統(tǒng)統(tǒng)計各車位置信息，計算各設備間的距離和方位，所有設備位置情況顯示于設備屏幕，當兩臺設備間的距離小于規(guī)定值時，設備終端將發(fā)出警報，告知設備駕駛員注意作業(yè)距離。

1 智能監(jiān)管關鍵技術和設備

系統(tǒng)(工藝流程見圖1)主要針對礦區(qū)所有移動作業(yè)設備進行管理調度，首先對礦山采區(qū)地理、地質地形進行實地勘測，通過專業(yè)地圖繪制軟件繪制采區(qū)地質地形圖，將地質地形圖或衛(wèi)星圖導入系統(tǒng)，顯示各設備具體位置。礦山對采區(qū)地質地形圖定期進行測量和更新，得到最新的開采現(xiàn)狀圖，使設備位置信息和平臺臺階位置更加準確。

使用不同的圖標對汽車、挖掘機、破碎錘和鉆機等設備進行區(qū)分，同類設備使用不同數(shù)字編號對設備予以區(qū)分，在顯示屏地圖上清晰顯示出所有設備位置和工作狀態(tài)(見圖2)。

圖1 工藝流程

圖2 設備實時定位監(jiān)控

1.1 運輸汽車速度監(jiān)測

通過對汽車的實時定位，系統(tǒng)計算并記錄汽車的實時速度，當車速大于規(guī)定值時，汽車上安裝的超速報警裝置將報警提示，汽車駕駛員第一時間就能知曉汽車超速，以規(guī)范汽車駕駛。

1.2 作業(yè)設備軌跡查詢

系統(tǒng)存儲設備移動軌跡，以供后續(xù)查看。以采剝工程位置圖、開采現(xiàn)狀圖或總平面圖為基礎，準確真實的顯示出設備的位置和狀態(tài)，為管理調度人員提供相應的監(jiān)控和處罰依據(jù)，可以對違規(guī)現(xiàn)象或事故進行調查取證。

1.3 防碰撞預警

通過系統(tǒng)對設備定位，確定各個設備的實際位置，計算不同設備間的作業(yè)距離。當設備作業(yè)距離過近小于規(guī)定值時，設備上安裝的警報裝置將發(fā)出危險報警提示。避免采區(qū)危險或潛在危險路段由于盲區(qū)造成的安全事故，另外也可以防止汽車駕駛員疲勞或注意力不集中造成的設備間的碰撞事故。

1.4 怠工預警

對于汽車停車超時的情況，根據(jù)系統(tǒng)對每臺設備的時間管理程序，當出現(xiàn)異常情況如怠工或車輛故障等情況，系統(tǒng)將自動轉入異常處理程序，異常處理程序將發(fā)送命令至車載終端對駕駛員進行語音提示，并提醒調度人員，調度人員從而可以第一時間知曉情況，并根據(jù)實際情況作出調度安排。

1.5 RDID無線射頻技術和產量信息自動統(tǒng)計

(1) RDID無線射頻技術。RDID無線射頻技術已經(jīng)廣泛使用于社會和我們的生活當中。在預識別的目標上加載特有的信息，使用無線電訊號識別目標，讀取目標特有的屬性和相關信息，自動識別和統(tǒng)計需要記錄的信息和數(shù)據(jù)。

(2) 產量信息自動統(tǒng)計。通過ID卡和汽車信編自動獲取記錄汽車配屬挖掘情況、汽車裝載位置、汽車運輸量和值班人信息。自動統(tǒng)計每臺汽車日工作量、月工作量和年工作量并進行內部存儲，另外系統(tǒng)可根據(jù)汽車配屬挖掘機情況自動統(tǒng)計挖掘機工作產量。管理人員可通過內部局域網(wǎng)實現(xiàn)遠程生產數(shù)據(jù)查詢和打印，對產量和成本進行自動統(tǒng)計(見圖3)。

2 典型實例及成效

2.1 研究基本情況

2007年，湖州新開元碎石有限公司開始研究建設礦區(qū)車輛GPS定位監(jiān)控調度系統(tǒng)和露天礦產量信息自動統(tǒng)計系統(tǒng)。公司根據(jù)采場實際情況和開采設計、開采程序、設備工作能力和設備數(shù)量制定了詳細的計劃和系統(tǒng)設計，在系統(tǒng)研究結束后立即投入現(xiàn)場使用。系統(tǒng)初期存在不穩(wěn)定情況，經(jīng)過幾年時間的反饋和升級，根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行系統(tǒng)硬件軟件和功能模塊的整改，使系統(tǒng)更加貼合現(xiàn)場、更加便于使用。到目前為止，技術已經(jīng)成熟，公司管理已經(jīng)非常流暢。

開采精細化、統(tǒng)計信息化系統(tǒng)設計研究服務于礦山日常生產，對設備進行調度作業(yè)、對礦山設備作業(yè)安全有很好的管控作用，目前，信息化系統(tǒng)設計研究運行情況良好，大大減少了礦山生產作業(yè)設備的安全事故，提高了設備作業(yè)效率，提高了產量記錄統(tǒng)計的準確性和效率、真正落實了“機器換人”的宗旨(見圖4)。

圖3 產量信息數(shù)據(jù)自動記載和統(tǒng)計原理

圖4 現(xiàn)場使用情況

2.2 效益評價

通過對新開元系統(tǒng)實施前后2年的成本經(jīng)濟對比，研究后生產設備調度更加合理，設備調度時移動路線更合理，移動距離更短，設備作業(yè)效率更高，較研究前設備工作效率提高了4.7個百分點。

汽車行駛更加規(guī)范，行駛速度和路線更合理、調動距離減少，柴油消耗量降低68 t/a，計58萬元/a。汽車輪胎磨損更小，輪胎消耗減少24萬元/a；移動設備(挖掘機、汽車、鉆機、破碎錘等)維修費減少6.3萬元/a。另外減少了采場生產產量統(tǒng)計人員3人。

綜合對比，節(jié)約了人力物力、保證了礦山更加高效安全的生產。

3 結 論

通過該研究，可以大幅度減少原產量統(tǒng)計工人的勞動強度，提高產量統(tǒng)計準確性，有效提高產量統(tǒng)計記錄效率?？梢约訌娨苿釉O備管理，節(jié)約人力物力、降低移動設備安全風險，保證礦山安全高效地進行移動設備調度。研究有助于提高礦山數(shù)字化、精細化管理水平，提高效率、降低安全風險。

(1) 可以解決露天礦調度問題：車輛GPS定位可以使管理人員時刻掌握每輛移動設備具體位置情況，方便根據(jù)工作任務情況就近調度設備。

(2) 移動設備調度更合理，減少設備調度過程中的移動距離和時間，提高設備作業(yè)效率。

(3) 避免汽車違章作業(yè)：通過GPS監(jiān)控系統(tǒng)可以時刻掌握每輛設備的移動速度，調度人員可以及時指揮，避免汽車超速運輸，減少移動設備事故。

(4) 降低安全風險：在視線不好、路況不好路段通過預警系統(tǒng)降低設備碰撞風險。

(5) 露天礦車輛自動稱重系統(tǒng)替代了原先的人工統(tǒng)計和制作生產報表，減少了人工。

(6) 生產報表和設備產量統(tǒng)計記錄更加準確，提高了生產報表的制作效率，便于查詢前期各個設備的工作產量情況。