馮治東，顧清華，阮順領(lǐng) ，張雪飛

(1.洛陽(yáng)欒川鉬業(yè)集團(tuán)股份有限公司 博士后工作站，河南 洛陽(yáng) 471500l；2.西安建筑科技大學(xué) 資源工程學(xué)院，陜西 西安 710055； 3.榆林學(xué)院 信息工程學(xué)院,陜西 榆林 719000；4.內(nèi)蒙古廣納煤業(yè)集團(tuán) 信息科技有限公司，內(nèi)蒙古 烏海 016000)

我國(guó)煤炭、冶金、化工、有色金屬等行業(yè)有數(shù)量眾多的大型汽車運(yùn)輸?shù)V山，在此過(guò)程中車輛的運(yùn)輸量統(tǒng)計(jì)是礦山日常工作的重要內(nèi)容之一，直接影響著礦巖采玻量計(jì)算，短期質(zhì)量控制反饋，及工作量考勤核算等重要環(huán)節(jié)，但人工統(tǒng)計(jì)方式不僅工作量巨大，且由于人工本身不具有客觀性，導(dǎo)致誤差較大。

在礦山生產(chǎn)過(guò)程中，人們將定位終端安裝于運(yùn)輸車輛，車輛的歷史運(yùn)輸過(guò)程及軌跡數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)之中，通過(guò)將車輛的歷史軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化顯示，統(tǒng)計(jì)人員便可獲知車輛的總運(yùn)輸次數(shù)，以便核算各車輛的工作量。

目前，人們主要通過(guò)人工觀察軌跡線，在地圖上逐個(gè)記錄軌跡線的方法統(tǒng)計(jì)車輛運(yùn)輸次數(shù)，這種方法工作效率低下，隨著軌跡數(shù)量的增多，人工統(tǒng)計(jì)的難度、速度和誤差率無(wú)法被礦山企業(yè)統(tǒng)計(jì)工作要求所接受。

深部開采、綠色開采和智能開采已成為我國(guó)甚至國(guó)際礦業(yè)開采的關(guān)鍵主攻方向，其中智能開采理論和方法逐漸成為礦業(yè)系統(tǒng)工程領(lǐng)域的關(guān)鍵內(nèi)容[1，2]。信息或數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能開始成為促進(jìn)安全生產(chǎn)、提高管理效益和推動(dòng)智能開采發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分,信息化管理及自動(dòng)統(tǒng)計(jì)成為礦山車輛運(yùn)輸統(tǒng)計(jì)工作的主要趨勢(shì)之一[3-7]。有學(xué)者提出借助RFID技術(shù)[8]，在關(guān)鍵收礦點(diǎn)安裝射頻讀卡器，車輛端通過(guò)刷卡自動(dòng)記錄次數(shù)，該方法可靠性較強(qiáng)，但無(wú)法應(yīng)對(duì)換卡作弊現(xiàn)象。也有學(xué)者通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘及GPS自動(dòng)統(tǒng)計(jì)方法[9，10]，計(jì)算車輛運(yùn)輸次數(shù)，但由于定位漂移或數(shù)據(jù)丟失等情景，在沒(méi)有人工核實(shí)確認(rèn)情況下，該方法準(zhǔn)確率較差，誤差率較高。礦山地磅系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和可靠性，但其成本巨大，眾多礦山無(wú)法接受。

為此，作者提出了一種基于軌跡矢量圖的礦山車輛運(yùn)輸次數(shù)自動(dòng)提取方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算次數(shù)，解決了現(xiàn)有的車輛運(yùn)輸次數(shù)統(tǒng)計(jì)工作效率低的問(wèn)題。

1 自動(dòng)次數(shù)提取的基本原理及步驟

基本思路：如圖1所示，首先回放車輛所有軌跡，繪制出歷史軌跡矢量圖S-E，其次，繪制輔助線P1P2，求出S-E與P1P2的交點(diǎn)個(gè)數(shù)，最后，車輛運(yùn)輸次數(shù)即為交點(diǎn)數(shù)的二分之一。

圖1 次數(shù)提取基本示意圖

如圖2所示，具體包括以下步驟：

步驟1，設(shè)定起點(diǎn)至終點(diǎn)之間的軌跡線包括有n條線段，分別為l1,l2,l3,l4,l5，…ln；設(shè)定輔助線P1P2，所述輔助線的兩個(gè)端點(diǎn)P1、P2分別置于該條軌跡線的兩側(cè)，且該起點(diǎn)和終點(diǎn)分別置于該輔助線P1P2的兩側(cè)；

步驟2，判斷輔助線與線段li是否有交點(diǎn)，并統(tǒng)計(jì)輔助線與n條線段之間的總的交點(diǎn)個(gè)數(shù)，將統(tǒng)計(jì)得到的總交點(diǎn)個(gè)數(shù)作為車輛的單程運(yùn)輸次數(shù)。

步驟2中，判斷輔助線與n條線段是否有交點(diǎn)的具體方法是，利用向量叉乘法判斷輔助線與線段是否有交點(diǎn)。

如圖3所示，給出關(guān)鍵推論：輔助線P1P2與線段li有交點(diǎn)當(dāng)且僅當(dāng)點(diǎn)P1P2在線段li 兩側(cè)且點(diǎn)P3P4在線段P1P2兩側(cè)。因此，利用向量叉乘法判斷輔助線與n條線段是否有交點(diǎn)的具體方法是：

Step1：設(shè)定線段兩端點(diǎn)為P3(x3，y3)、P4(x4，y4)，輔助線段的兩個(gè)端點(diǎn)為P1(x1；y1)、P2(x2，y2)；

Step2：分別計(jì)算P3P1所在向量v1：

v={x1-x3,y1-y3}

(1)

P3P2向量v2：

v2={x2-x3,y2-y3}

(2)

P3P4向量v3：

v3={x4-x3,y4-y3}

(3)

P1P3向量v4：

v4={x3-x1,y4-y1}

(4)

p1p4向量v5：

v5={x4-x1,y4-y1}

(5)

p1p2向量v6：

v6={x2-x1,y2-y1}

(6)

Step3:分別計(jì)算

v1,v2向量叉乘：

=v1xv2y-v1yv2x

(7)

向量叉乘：

crossMul(v2,v3)

=v2xv3y-v2yv3x

(8)

向量叉乘：crossMul(v4,v6)

=v4xv6y-v4yv6x

(9)

向量叉乘：crossMul(v5,v6)

=v5xv6y-v5yv6x

(10)

Step4：若 且，則認(rèn)為輔助線和線段有交點(diǎn)。所述車輛的總運(yùn)輸次數(shù)為車輛單程運(yùn)輸次數(shù)的二分之一。

圖2 次數(shù)提取流程圖

圖3 輔助線和軌跡線段交線原理圖

2 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)

作者借助java script對(duì)上述自動(dòng)提取算法進(jìn)行了計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，其中判斷是否相交邏輯如下：

function is Cross(p1,p2,p3,p4)

{

var v1={x:p1.x-p3.x,y:p1.y-p3.y},

v2={x:p2.x-p3.x,y:p2.y-p3.y},

v3={x:p4.x-p3.x,y:p4.y-p3.y},

//負(fù)->在兩側(cè)，可能相交；正->同側(cè)，不可能相交

v=crossMul(v1,v3)*crossMul(v2,v3); v1={x:p3.x-p1.x,y:p3.y-p1.y};

v2={x:p4.x-p1.x,y:p4.y-p1.y};

v3={x:p2.x-p1.x,y:p2.y-p1.y};

return (v<=0&&crossMul(v1,v3)

*crossMul(v2,v3)<=0)?true:false;

}

在此基礎(chǔ)上，首先提取軌跡圖上的所有點(diǎn)，如表1所示。

最后，以上述點(diǎn)為關(guān)鍵點(diǎn)，形成一個(gè)多段線(polyline)，并根據(jù)該文所述方法，在地圖上繪制輔助線，并求出輔助線與該多段線的總交點(diǎn)次數(shù)即可。

var count = 0;

for(var i = 1;i

var p1 = thePoly.getAt(i-1);

var p2 = thePoly.getAt(i);if(isCross({x:p1.lat(),y:p1.lng()},{x:p2.lat(),y:p2.lng()},{x:p3.lat(),y:p3.lng()},{x:p4.lat(),y:p4.lng()}))

count += 1;

}

表1 矢量圖上提取到的軌跡點(diǎn)

3 應(yīng)用案例

內(nèi)蒙古廣納煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，成立于2010年1月13日，注冊(cè)資本15億元人民幣，是一家大型非公企業(yè)，現(xiàn)有員工6000余名。其中集團(tuán)下屬煤礦共有13座，除一座為井工開采外，其余均為露天開采，保有資源儲(chǔ)量1.67億噸，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為960萬(wàn)噸/年。現(xiàn)有重介洗煤廠五座，其中在建洗煤廠一座，建成后廣納集團(tuán)各洗煤廠年總洗選能力可達(dá)1350萬(wàn)噸。集團(tuán)下屬焦化廠兩座，均采用JT5555D型下噴雙聯(lián)火道廢氣循環(huán)型復(fù)熱式先進(jìn)搗固煉焦工藝?？赡戤a(chǎn)焦炭210萬(wàn)噸、焦油8萬(wàn)噸、粗苯2.6萬(wàn)噸、硫銨2.6萬(wàn)噸、硫磺0.4萬(wàn)噸、煤氣4億立方米。

該模塊被無(wú)縫集成到廣納煤業(yè)集團(tuán)十多個(gè)露天礦山的GPS車輛調(diào)度系統(tǒng)中。

在該方法之前，每個(gè)車輛安裝了GPS車載終端，能夠?qū)⒆陨碥壽E實(shí)時(shí)上傳到云服務(wù)器，統(tǒng)計(jì)人員通過(guò)歷史軌跡回放逐個(gè)核對(duì)車輛運(yùn)輸次數(shù)，從而核算工作量及考勤績(jī)效。

然而，當(dāng)軌跡較多時(shí)，人工核對(duì)不僅工作量較大且誤差率偏高，引進(jìn)該方法后，統(tǒng)計(jì)人員可直接通過(guò)繪制輔助性的方式自動(dòng)提取，工作效率和準(zhǔn)確性有了大幅度的提高。應(yīng)用效果如圖4所示。

圖4 應(yīng)用效果圖

4 結(jié)論

基于軌跡矢量圖的礦山車輛運(yùn)輸次數(shù)計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取方法，借助輔助線，利用向量叉乘的基本原理和技巧，計(jì)算輔助線與所有軌跡線的交點(diǎn)數(shù)，而交點(diǎn)數(shù)即是軌跡總數(shù)，統(tǒng)計(jì)人員僅需在計(jì)算機(jī)屏幕上畫出輔助線，計(jì)算機(jī)便可自動(dòng)提取與該條輔助線相交的軌跡線數(shù)量和總運(yùn)輸次數(shù)。

該方法在車輛歷史軌跡矢量圖基礎(chǔ)上，借助輔助線，利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取運(yùn)輸次數(shù)，克服傳統(tǒng)人工記錄工作量大、誤差高和速度慢等缺點(diǎn)，從而提高統(tǒng)計(jì)人員工作效率。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，該方法的提取速度是人工的十二倍，準(zhǔn)確率提高百分之九。是礦山車輛運(yùn)輸量統(tǒng)計(jì)，礦巖采玻量計(jì)算，短期質(zhì)量控制反饋，及工作量考勤核算等工作的強(qiáng)有力智力支持工具，具有較大的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。