程鯤鵬 CHENG Kun-peng；吳翔 WU Xiang

（安徽海博智能科技有限責任公司，蕪湖 241000）

0 引言

經數據調查顯示，國內目前大部分的露天開采礦山是基于傳統(tǒng)人工調度的方式組織生產，生產效率低、安全風險高、設備損耗高[1]；基本通過人工采用對講機、電話對礦車、挖機進行調度。隨著科技的發(fā)展，這種生產模式逐漸不適應現在的生產需求，由于對現場實時情況掌握不夠完整，對現場車輛調度不完全，使得排隊等車的情況出現比較頻繁，生產效率不高。且一個班次生產結束后，是由礦車司機、鏟裝司機和卸料點局控人員進行產量匯報，由調度人員進行統(tǒng)計，對于一些小型礦山，在班結束后人工錄入的工作量相對較小，但對于大型礦山來說，是一個很大的工作量，那如何解決這一問題，讓企業(yè)管理者能夠實時了解產量，并且實現產量的自動錄入，減少人工錄入的工作量和錯誤，顯得十分重要[2]。

而國內大力推行露天礦山開采無人化發(fā)展，其核心主要為兩部分：一是要實現礦車的無人駕駛；二是要實現調度系統(tǒng)的智能化、無人化。目前來說無人化的進展相對緩慢，在未來一段時間內國內露天礦山的生產模式必定是“信息化有人調度+有人礦車”和“信息化有人調度+無人礦車”并存的，并且逐步達成“信息化無人調度+無人礦車”的目標?；谏鲜龅囊恍﹩栴}，信息化有人調度系統(tǒng)（簡稱有人調度系統(tǒng)）的應用是十分有必要的。本文對現有的有人調度系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行分析，基于露天無人駕駛技術，提出對有人調度系統(tǒng)的優(yōu)化意見。

1 有人調度系統(tǒng)簡介及優(yōu)缺點分析

1.1 系統(tǒng)組成

典型的有人調度系統(tǒng)主要包括智能車載終端、調度指揮中心和通訊網絡三個子系統(tǒng)[3]（圖1）。車載終端安裝在每輛工程車上，能接收調度指令并將位置和狀態(tài)數據發(fā)送給中心。調度中心通過網絡控制指揮車輛，還具有調度計算和數據統(tǒng)計功能。三個子系統(tǒng)通過無線通訊網絡進行信息交互。

圖1 有人調度系統(tǒng)組成示意圖

1.2 工作原理

在具體調度過程中，系統(tǒng)首先根據生產計劃和設備狀態(tài)等數據制定礦區(qū)車輛調度模型。調度指揮系統(tǒng)根據模型，下發(fā)裝載任務給待令礦車，指定其前往相應挖機裝料；同時在挖機的終端上會顯示礦車列表。礦車到達后通過車載終端的按鈕通知挖機司機，司機完成裝載后再通知礦車司機。確認完成裝載后，調度系統(tǒng)指示其前往指定的卸載地點，卸載過程與裝載類似，需要司機操作進行確認。整個運輸任務完成后，車輛狀態(tài)和運量數據被反饋到調度系統(tǒng)。

1.3 有人調度系統(tǒng)的調度模式

有人調度系統(tǒng)的調度模式，大致為調度系統(tǒng)通過調度算法，執(zhí)行配礦計劃，依次向每臺車下發(fā)任務。司機接受任務后，執(zhí)行相應的任務，到達鏟裝點后，向挖機司機發(fā)送裝料信號。挖機司機執(zhí)行裝料任務，在裝料完成后，給礦車司機發(fā)送裝料完成的信號。礦車司機在接收到裝料完成信號后，其任務狀態(tài)也會改變，車載智能終端會提示司機前往哪個卸料口進行卸料，司機繼續(xù)執(zhí)行任務，在卸料完成后，任務狀態(tài)再轉變成裝料任務，至此一整套流程結束。

1.4 有人調度系統(tǒng)優(yōu)點及不足

在系統(tǒng)運行期間，用戶也針對性地提出了意見。此階段的調度系統(tǒng)仍需要司機進行相關操作，對于礦山的鏟裝司機以及礦車駕駛員來說。此種調度模式在一定程度上不是很便捷。但是此種調度模式，很大程度上可以解決原有的計數不準確以及司機不聽從調度指令等問題。相比較于傳統(tǒng)的調度模式，在數據統(tǒng)計方面是比較方便的。此外調度人員可以通過系統(tǒng)，掌握當前車輛的運行情況以及配礦計劃完成情況，對相關的變動進行調整。在持續(xù)的運行中，也暴露出系統(tǒng)的不足，后續(xù)我們從無人駕駛項目中，對此階段的調度系統(tǒng)進行了優(yōu)化，以符合用戶的期望，并加以改進，具體從三個方面來敘述。

2 無人駕駛技術的優(yōu)點以及對有人調度系統(tǒng)的優(yōu)化

2.1 完善的地圖引擎

對比單純的“有人調度系統(tǒng)+有人礦車”，無人駕駛在發(fā)展過程中，其配套的信息化有人調度系統(tǒng)越發(fā)完善，相比較有人礦車的信息化調度系統(tǒng)來說，適配于無人車的系統(tǒng)擁有較為完整電子地圖引擎。目前的無人駕駛技術，依靠的是成熟的地圖引擎技術，將調度路線提前預置，無人車根據任務路線，以及車載的感知系統(tǒng)，通過智能調度指揮中心下發(fā)相應的任務，從而執(zhí)行相關指令，實現車輛的調度。無人駕駛在調度模式以及調度邏輯上并沒有太大的改變，但是因為是無人車，相關的指令都是通過智能系統(tǒng)對自身位置的判斷，從而進行指令的交互，相比較而言，適配于無人車的調度系統(tǒng)更加的智能化。此外，無人駕駛技術在地圖引擎上也有所突破，通過設置相應的管控區(qū)，通過車載的GPS 定位模塊以及調度指揮中心的相關指令，限制無人車的行動，并且在地圖上，可以清楚地顯示無人車前進路線以及方向；從而實時掌控車輛的任務狀態(tài)、分布是否均勻以及車輛的安全監(jiān)控。

對于有人調度系統(tǒng)的優(yōu)化，可通過無人機航拍，進行高精度地圖的數據采集，通過相關地圖的軟件編輯，展示礦區(qū)的面貌，再通過車載GPS 定位系統(tǒng)以及電子地圖引擎，將礦區(qū)作業(yè)設備顯示在地圖上，如圖2。

圖2 高精度地圖顯示

可以通過電子地圖上繪制路線，將礦車前往的目標以及所在的位置在控制臺以及車載終端上進行顯示，以便調度人員和駕駛員查看，并且在車載終端上顯示任務狀態(tài)，礦車司機可以通過車載終端，查看礦車前往挖機的路線及其他礦車的位置，挖機司機則可以看到目前作業(yè)的平臺以及來裝料礦車的數量及順序。缺點是露天礦山開采進度快，地貌變化較快，不過可以通過后期運維，定期更新地圖來解決；并且后期可以通過無人機獲取礦山的三維數據，進行三維模型的構建，來更好地模擬礦山實際的生產運輸環(huán)境。

2.2 高度自動化

除此之外，相比較于有人礦車的調度系統(tǒng)，無人的調度系統(tǒng)在自動化方面更加的全面；通過調度員在控制中心下發(fā)的指令，通過裝載的GPS 定位以及地圖引擎，判斷礦車的位置；從而實現指令下發(fā)的時機，精準實現裝料、卸料時的指令交互，完成任務的變更以及車輛運輸記錄的統(tǒng)計；為此我們可以將這種模式實行在有人調度系統(tǒng)中，減少目前在裝卸料任務中司機的操作，實現自動計數以及任務變更，優(yōu)化業(yè)務流程。

對于有人調度模式方面，可以通過改變原有的，需要通過司機操作（點擊按鈕）來達到指令交互的模式，從而實現裝卸料過程中的運輸量統(tǒng)計。通過電子地圖，以及車載GPS 定位終端，以卸料點或者挖機為中心點，繪制相應的區(qū)域半徑以及庫位半徑，通過車載GPS 定位終端來判斷車輛與區(qū)域半徑的位置關系，從而改變車輛的狀態(tài)。

具體情形如下：通過以挖機或卸料點為中心設置區(qū)域半徑和庫位半徑，礦車每隔1 秒上報一次位置信息，系統(tǒng)根據礦車所在位置、挖機或卸料點的區(qū)域半徑和庫位半徑以及礦車的任務狀態(tài)來判斷是否完成裝料流程以及卸料卸料，并且通過流程的完成來實現自動計數，具體示意圖如圖3。

圖3 卸料點及挖機判定區(qū)域示意圖

2.3 完善的監(jiān)控系統(tǒng)

無人車在整個的運行過程中，運維人員通過大量的監(jiān)控設備，對車體以及車輛運行環(huán)境進行監(jiān)控，保障車輛的運行，因此目前我們也可以在有人調度方面進行優(yōu)化，通過在工程器械上安裝相關的設備，對駕駛員的駕駛行為進行監(jiān)測，監(jiān)督駕駛員不規(guī)范的駕駛行為，及時地提醒，降低因駕駛行為不規(guī)范可能導致事故發(fā)生的可能性；也可以通過車身周圍的攝像頭，實時地觀察車輛的運行情況以及挖機的作業(yè)情況，排除車輛行駛過程中遇到突發(fā)情況導致安全問題的隱患；還可以通過在礦區(qū)以及道路上安裝高清攝像頭，來監(jiān)測車輛運行環(huán)境、裝載區(qū)是否存在等車的情況或者裝載區(qū)的礦石開采難度等等，幫調度人員更好地掌握生產現場的實際情況，并及時作出調整。

通過上述三個方面的優(yōu)化，在后續(xù)運行中，極大地提升了用戶的體驗感受，人工操作步驟減少，減少了鏟裝與礦車司機的操作負擔；車輛以及鏟裝設備分布情況明確，鏟裝區(qū)開采情況實時更新，極大程度降低了調度人員實地觀察的頻率，同時提高了調度人員的調度效率。相比較于原有的調度系統(tǒng)，在一定程度上提高了生產效率，極大程度地提升了用戶體驗。

3 案例分析

以安徽某礦山為例，在引進信息化智能調度系統(tǒng)之前，采用的是用人工進行調度，大致情況為，每天由質量處人員告知調度人員今日礦石的品位要求，調度人員根據采礦區(qū)礦石品位，安排相應的挖機到相應的位置進行開采，并且設定不同鏟裝區(qū)礦石開采的比例；運輸人員則是由班組長安排進行相應的運輸任務。在一個班次的生產過程中，調度人員需要多次去采場進行觀察并結合質量處的數據，以確保開采過程中礦石品位的穩(wěn)定，這往往要求調度人員具有豐富的開采經驗，以便于對礦山礦石品位的了解。而且在生產過程中，遇到礦石品味變化較大，調度需要頻繁通過手機或者對講機進行調度，并且效率不高。由于采用人工調度，在一個班次生產結束后，需要礦車司機、鏟裝司機和局控人員進行產量匯報，由調度人員進行統(tǒng)計，對于一些小型礦山，在班結束后人工錄入的工作量相對較小，但對于大型礦山來說，是一個很大的工作量。那如何解決這一問題，讓企業(yè)管理者能夠實時了解產量，并且實現產量的自動錄入，減少人工錄入的工作量和錯誤，顯得十分重要。

該礦山日常生產過程中，出車數為14-16 臺車，本次統(tǒng)計以14 臺車為例；單車單趟運輸量為42 噸左右，往返一次最長需15 分鐘，最短為8 分鐘，鏟裝設備裝料時間為4 分鐘。按原有通過人工調度的方式生產，排除礦車以及鏟裝設備加油的時間，理論14 臺車單日產量在13000 噸左右，而采用傳統(tǒng)人工調度，實際單日產量在9000 噸左右，在采用信息化有人調度系統(tǒng)后，同樣14 臺車，單日運輸量在10000 噸左右，相比較傳統(tǒng)人工調度，單日產量提高了10%左右。由于信息化有人調度系統(tǒng)相比較于傳統(tǒng)人工調度，能夠做到派車相對及時，減少壓車情況的出現，從而提高生產調度的效率，但在運行初期，該調度系統(tǒng)需要人工進行操作的地方較多，系統(tǒng)對于礦車以及挖機在地圖上的位置顯示不完善，系統(tǒng)缺少對于礦車運行環(huán)境以及采礦區(qū)的監(jiān)控，在一定程度上限制了效率提升的上限。

在對其信息化有人調度系統(tǒng)進行優(yōu)化后，通過對接數字采礦軟件，該系統(tǒng)可以根據采礦軟件推送的配礦計劃進行生產調度。此期間駕駛員無需進行裝卸料操作，調度人員可通過該系統(tǒng)對礦車運行環(huán)境、采礦點具體情況以及駕駛員駕駛狀態(tài)進行監(jiān)測，從而根據實際情況進行相關調整，提高生產效率，極大程度地減少壓車情況，極大程度地達到“車不等鏟，鏟不等車”的狀態(tài)。在系統(tǒng)運行期間，單班產量在11000-12000 噸，相比較原有系統(tǒng)提升約10%的產量。取該礦山同一卸料口三種情況的產量對比如表1（二線卸料口產量對比表），為礦山某卸料口，采用原有人工調度與現有系統(tǒng)調度的數據對比，由此可看出，運用調度系統(tǒng)后，相比較原有人工調度，提高約10%左右的產量，由此可以體現有人調度系統(tǒng)的優(yōu)勢；相比較原有調度系統(tǒng)，單日該卸料口產量提高約8%左右，由此可見相應的優(yōu)化是必要的。

表1 二線卸料口產量對比表

4 結束語

本文主要以露天礦山現狀為切入點，分析原有人工調度的弊端，以安徽某礦山為例，展現出有人調度系統(tǒng)的優(yōu)勢，并且從系統(tǒng)應用過程中，針對用戶提出的需求以及實際情況，結合現有的無人駕駛技術，基于今后露天礦山的發(fā)展趨勢——“信息化有人調度+有人礦車”和“信息化有人調度+無人礦車”混合模式以及無人駕駛技術的部分優(yōu)勢，對現有的適配于有人礦車的調度系統(tǒng)進行優(yōu)化，分別從控制端以及車端的地圖模塊、便捷的調度模式以及完善的監(jiān)測系統(tǒng)三個方面進行優(yōu)化，使現有的調度系統(tǒng)更加地便捷、智能、全面，從而進一步地提高生產效率，減少能源消耗。