宮春剛

（中煤平朔集團(tuán)安太堡露天礦，山西 朔州 036006）

基于GPS 的卡車(chē)調(diào)度計(jì)量系統(tǒng)研究

宮春剛

（中煤平朔集團(tuán)安太堡露天礦，山西 朔州 036006）

通過(guò)GPS定位技術(shù)收集設(shè)備的各種狀態(tài)信息（重運(yùn)，空運(yùn)），將采集到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)秸{(diào)度監(jiān)控中心，經(jīng)過(guò)最佳路徑算法，再將調(diào)度指令發(fā)送給各個(gè)鏟車(chē)，以達(dá)到智能調(diào)度的目的。設(shè)計(jì)的卡車(chē)智能調(diào)度系統(tǒng)，可以提高卡車(chē)電鏟的利用率、加油管理、生成報(bào)表、還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)交接班以及卡車(chē)按指令停放等功能。

露天礦；計(jì)量系統(tǒng)；GPS；車(chē)輛調(diào)度

0 引 言

安太堡露天煤礦剝離采用單斗－卡車(chē)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(yùn)輸使用154～290 t的大型礦用卡車(chē)；穿孔采用孔徑150～250 mm的牙輪鉆機(jī)；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(jī)及平路機(jī)。

卡車(chē)智能調(diào)度系統(tǒng)是由調(diào)度中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)車(chē)載終端3個(gè)部分組成[2]。調(diào)度中心是GPS系統(tǒng)的大腦，負(fù)責(zé)指揮、調(diào)度和管理生產(chǎn)。無(wú)線通信是采用無(wú)線GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，組建了生產(chǎn)調(diào)度中心和采場(chǎng)內(nèi)部的無(wú)線通訊系統(tǒng)。車(chē)載終端是安裝在車(chē)載移動(dòng)設(shè)備上的工業(yè)級(jí)微型電腦，顯示調(diào)度信息，將調(diào)度指令下達(dá)到移動(dòng)終端。該系統(tǒng)2011年7月開(kāi)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(wú)線通訊基站11套，生產(chǎn)設(shè)備終端132套（其中卡車(chē)108套、電鏟16套、前裝機(jī)8套），輔助設(shè)備終端175套（其中鉆機(jī)12套、履帶式推土機(jī)27套、輪式推土機(jī)20套、其他輔助設(shè)備116套）。2012年1月進(jìn)入試運(yùn)行階段。GPS卡調(diào)系統(tǒng)試運(yùn)行階段，系統(tǒng)功能基本實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行效果良好。

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

露天礦生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的高低取決于，車(chē)輛調(diào)度是否合理，而車(chē)輛的合理分配，又是生產(chǎn)計(jì)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(wèn)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(wàn)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(wèn)題，露天礦卡車(chē)智能調(diào)度管理系統(tǒng)（Intelligent Dispatch System）應(yīng)運(yùn)而生，簡(jiǎn)稱(chēng)IDS系統(tǒng)。

1 露天礦卡車(chē)智能調(diào)度管理系統(tǒng)

1.1 車(chē)輛調(diào)度系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)主要由GPS衛(wèi)星網(wǎng)、車(chē)載終端、無(wú)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(chē)輛調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 車(chē)載智能終端設(shè)計(jì)原理

1.2.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

車(chē)載計(jì)算機(jī)包括計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航、地圖等功能，它是整個(gè)調(diào)度系統(tǒng)的核心，其設(shè)計(jì)符合工業(yè)用件標(biāo)準(zhǔn)[2]。車(chē)載終端硬件結(jié)構(gòu)組成包括：

1）車(chē)載計(jì)算機(jī)終端組成：工業(yè)計(jì)算機(jī)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(pán)、恒溫電熱膜和相應(yīng)控制電路、GPS衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)、無(wú)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(hào)轉(zhuǎn)換板等單元部件。

2）車(chē)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(tái)結(jié)構(gòu)：通訊電臺(tái)、計(jì)算機(jī)終端外殼、支架、GPS天線支架、

5）車(chē)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(biāo)

1）因?yàn)檐?chē)載終端工作環(huán)境比較惡劣，要求車(chē)載系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)上要三防，即防塵、防水、防顛簸。

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

3）電氣設(shè)計(jì)上要考慮有過(guò)壓、過(guò)流，過(guò)熱保護(hù)電路，以及防輻射、抗干擾。

4）軟件設(shè)計(jì)要求界面簡(jiǎn)捷，操作簡(jiǎn)單.

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

2.1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

車(chē)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(kù)[3]存放在服務(wù)器主機(jī)中，包括以下幾類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)：

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(kù)。該庫(kù)是由各車(chē)載終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理，而形成的數(shù)據(jù)。

2）車(chē)鏟狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。該庫(kù)是根據(jù)采集信息數(shù)據(jù)及車(chē)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(jì)劃數(shù)據(jù)庫(kù)。該庫(kù)由每班生產(chǎn)計(jì)劃出動(dòng)設(shè)備等組成，由人工輸入形成.

4）道路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)。該庫(kù)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(kù)。該庫(kù)由調(diào)度優(yōu)化軟件形成，存放發(fā)往各移動(dòng)終端的調(diào)度指令數(shù)據(jù)。

6）統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù)庫(kù)。該庫(kù)由各移動(dòng)終端的工作數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析而成，存放各終端工作情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

專(zhuān)用數(shù)據(jù)庫(kù)[4]分布在網(wǎng)絡(luò)的其它主機(jī)中，用以完成各自相關(guān)的任務(wù)，與公用數(shù)據(jù)庫(kù)一起，通過(guò)分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成有機(jī)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(zhuān)用數(shù)據(jù)庫(kù)；②狀態(tài)分析專(zhuān)用數(shù)據(jù)庫(kù)；③動(dòng)態(tài)圖專(zhuān)用數(shù)據(jù)庫(kù)；④優(yōu)化調(diào)度專(zhuān)用數(shù)據(jù)庫(kù)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用C/S結(jié)構(gòu)，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server2008，操作系統(tǒng)采用Windows NT，客戶(hù)端操作系統(tǒng)采用Windows2010，開(kāi)發(fā)語(yǔ)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(kù)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(jì)[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(gè)子功能系統(tǒng)[6]實(shí)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(chē)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(cè)與狀態(tài)識(shí)別功能

2）系統(tǒng)管理功能：①基本功能②移動(dòng)目標(biāo)管理可以給車(chē)輛發(fā)送調(diào)度指令；③移動(dòng)目標(biāo)的查詢(xún)可以看到車(chē)輛司機(jī)的個(gè)人信息；④車(chē)輛終端狀態(tài)記錄；可以查詢(xún)到調(diào)度中心曾經(jīng)給卡車(chē)終端下達(dá)過(guò)的調(diào)度指令；⑤數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、查詢(xún)功能；⑥卡車(chē)加油管理；⑦設(shè)備維修管理；⑧自動(dòng)計(jì)量；⑨鉆機(jī)布孔和導(dǎo)航系統(tǒng)。

3）系統(tǒng)調(diào)度功能[7]：①實(shí)時(shí)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(chē)輛智能調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 安太堡2016全年生產(chǎn)計(jì)劃完成量

2016年安太堡全年完成計(jì)劃情況見(jiàn)表1，數(shù)據(jù)來(lái)源卡車(chē)智能計(jì)量系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)。

表1 2016年主要生產(chǎn)計(jì)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(jì)臺(tái)年能力386萬(wàn)m3，同比降低23萬(wàn)m3/（臺(tái)·a）；P＆H4100XPC電鏟累計(jì)臺(tái)年能力750萬(wàn)m3，同比降低17萬(wàn)m3/（臺(tái)·a）。生產(chǎn)班卡車(chē)?yán)塾?jì)臺(tái)年能力62萬(wàn)m3，同比增加2萬(wàn)m3/（臺(tái)·a）；930E卡車(chē)?yán)塾?jì)臺(tái)年能力81萬(wàn)m3，同比降低1萬(wàn)m3/（臺(tái)·a），見(jiàn)表2。

1）運(yùn)輸設(shè)備分析。2016年克服運(yùn)距和高差增加、卡車(chē)循環(huán)周期長(zhǎng)、長(zhǎng)距離大坡道運(yùn)行、設(shè)備故障頻繁發(fā)生以及設(shè)備老化等困難，運(yùn)輸設(shè)備較計(jì)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(chē)效率，增加了電鏟的能力，最終導(dǎo)致電鏟效率下降。

3）鉆機(jī)分析。2016年DML鉆機(jī)長(zhǎng)期處于大修狀態(tài)。同時(shí)由于4#煤頂砂巖裂隙含水層的存在，給穿孔作業(yè)帶來(lái)很多困難，成孔率低，二次投補(bǔ)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(yǔ)

露天礦車(chē)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(shí)踐效果。

1）分析了當(dāng)前車(chē)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(shí)際情況提出了基于GPS/IMESH/GIS的卡車(chē)智能調(diào)度系統(tǒng)。

2）設(shè)計(jì)了安太堡露天礦車(chē)載智能終端，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)采集礦車(chē)鏟車(chē)等生產(chǎn)設(shè)備的位置、運(yùn)行狀態(tài)、鏟點(diǎn)產(chǎn)量和油耗信息等，使調(diào)度員可以直觀的觀察到整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)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(shí)節(jié)約生產(chǎn)成本，保證礦山調(diào)度系統(tǒng)順利運(yùn)行。

3）完成并實(shí)現(xiàn)了電子地圖功能、鷹眼功能、信息管理功能、車(chē)輛調(diào)度功能、車(chē)載智能終端功能等，系統(tǒng)軟件具有良好的可靠性、實(shí)用性和實(shí)時(shí)性，符合露天礦山生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)要求具備良好的可實(shí)施性。

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

［2］煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷海短斓V卡車(chē)電鏟優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)研究報(bào)告［R］．撫順：煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷海?998.

［3］煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷?冬天礦卡車(chē)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?lè)衷海?002.

［4］中國(guó)礦業(yè)大學(xué)．卡車(chē)一電鏟優(yōu)化調(diào)度理論及其應(yīng)用［R］．徐州：中國(guó)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(guó)大型露天礦山中的應(yīng)用［J］．中國(guó)礦業(yè)，2000（S1）：4.

［7］劉忠衛(wèi)，陳榮健.GPS自動(dòng)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(mǎn)懷.基于GPS的車(chē)輛調(diào)度系統(tǒng)研究［D］．沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2003.

［9］王保利.車(chē)輛導(dǎo)航和監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)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(chē)調(diào)度計(jì)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(zhuān)業(yè)，現(xiàn)就職于中煤平朔安太堡礦。

【責(zé)任編輯：陳 毓】