基于GIS/BDS/GPRS的露天矿爆堆数据管理系统

白春妮 卢才武 顾清华

(西安建筑科技大学管理学院，陕西 西安 710055)

·机电与自动化·

基于GIS/BDS/GPRS的露天矿爆堆数据管理系统

白春妮 卢才武 顾清华

(西安建筑科技大学管理学院，陕西 西安 710055)

为了满足矿山企业信息化管理数据的需求，对栾川矿的采矿生产数据进行分析，发现这些数据存在数据来源多样、数据量大、数据获取不同步等现实情况，研究提出了一个爆堆数据管理系统。该系统在应用地理信息系统(GIS)技术和通用无线分组传输(GPRS)技术的基础上，结合我国自主研发的北斗卫星定位(BDS)技术来对爆堆系列数据进行采集、储存、管理、可视化和描述，同时也实现了对驾驶员和车辆的动态监控。着重介绍了系统的整体架构、数据处理、功能实现、系统部署及综合管理功能。实例证明该系统的设计开发可以使矿山工作人员实时动态地对爆堆数据进行可视化管理。与以往的数据管理系统相比，该系统具有易用性、实时性、数据共享、可扩展性及智能化等优势。

露天矿 GIS/BDS/GPRS 爆堆数据 管理系统

三道庄露天矿区位于河南省栾川县的境内，矿区矿体厚大且集中，走向长1 500 m，厚度80～150 m，平均厚度125 m，开采条件好，适宜露天开采[1]。由于矿区规模大，加之采矿生产不同于其他生产工艺，有其特点及复杂性，从钻孔数据的获取、经化验得出炮孔品位数据、调度人员制定配矿计划、爆破工艺流程、电铲开挖、矿石运输到最终的成矿，每一个环节都涉及大量的数据，这些数据具有显著的多源、数据量大的特点，所以需要在一个统一的环境下来对它们进行管理。

从1980年起，一些矿山与科研院所及高校开始合作探索计算机技术在矿山设计和生产中的应用，并开发出了一些矿山应用软件系统，如矿山资源储量计算软件、矿井通风系统软件等等[2]，但对采矿工程的过程控制及管理还有所欠缺，随着高科技的发展，其对相关技术的使用也不够先进，故本文针对栾川矿的矿区实际情况，利用地理信息系统所具有的集中存储、操作、和显示地理参考信息的特点和我国自主研发的北斗定位导航系统的定位功能，以及通用无线分组传输技术，设计了一个爆堆数据管理系统，从而使矿山工作人员可以实时地了解到矿产资源的储量和开采情况并对矿区进行可视化调度管理。

1 系统简介

1.1 系统基本结构

系统组成包括4部分，分别是北斗定位车载终端、通信网络、互联网系统和客户端控制中心，如图1所示。在此系统中，北斗定位车载终端分别由接收模块、控制模块和通信模块组成，负责接收北斗二代导航系统的信号，从而计算出车辆所在的经纬度、高度和速度等位置信息；根据车载终端与控制中心的通信协议将数据进行封装；封装好的数据经由 GPRS无线通信网络及Internet网络负责将北斗定位终端的所有数据发送至控制中心，通过服务器对数据进行接收和解析，而后存入中心数据库中。终端通过软件对定位数据进行处理，在客户端控制中心的 LED多媒体显示屏及监控终端的电子地图上对车辆的位置、当前工作状态等有关信息进行集中显示，从而进行综合管理和控制。

图1 系统基本结构

1.2 数据管理系统结构

本系统采用分层结构设计原理，将爆堆数据管理系统共分为3个层次，分别是应用层、数据访问及数据层，如图2所示。应用层主要是负责与用户进行交互的界面，在应用层界面中，用户需要设置各种系统参数，例如初始界面的连接参数设置、等位线的参数设置等；数据访问层进行数据的存取和处理，而数据层则进行具体的操作。

2 软件功能分析

本系统是基于GIS/BDS/GPRS的爆堆数据管理系统，系统结合了卫星导航技术、地理信息技术以及GPRS无线通讯技术，实现了对于卡车和铲车车辆的实时监控和有效管理。系统包括了车载终端系统、服务器处理系统以及调度终端系统。

图2 系统体系结构

2.1 车载终端的功能

(1)北斗定位:通过卫星接收机,接收北斗卫星信号,获取经纬度、角度、高度和速度等位置信息。

(2)数据处理:对接收到的卫星导航信号进行处理,提取出北斗卫星的定位信息。按照一定的通信协议对提取出的定位信息进行封装。同时，解析来自控制中心的控制命令。

(3)远程通信:利用GPRS网络与远程监控中心进行数据交换。

(4)车辆控制:根据控制中心发送的控制命令,完成对车辆的远程控制操作。

2.2 服务器处理系统的功能

(1)数据存储:把接收到的定位数据信息和控制命令存入数据库中。

(2)数据库管理:执行对爆堆数据库中的爆堆数据进行插入、删除、查询、更新等操作。

(3)数据处理:对接收到的车辆定位信息进行数据的解析和提取。

(4)数据通信:接收并且发送车载终端和控制中心之间的通信数据。

2.3 调度终端的功能

(1) 地图显示:可以在客户端显示屏中显示电子矿区地图,实现地图放大、缩小、漫游等基本功能。

(2)实时监控：在电子矿区地图上实时显示车辆行驶状态，如位置信息、驾驶员信息、速度、方向等；能够对车辆进行跟踪监控；可以查询车辆的历史信息。

(3) 数据管理：能够有效地对车辆、监控人员、驾驶员信息等进行管理；能够查询车辆在行驶过程中速度的变化情况以及危险报警情况等信息。

(4) 远程控制：客户端可以对所要监控的任何车辆下达控制命令,完成对某个车辆的控制操作。

3 系统设计

3.1 软件系统构成

3.1.1 数据管理系统

数据管理系统主要完成控制中心对电铲、爆堆和炮孔数据进行实时的观测和操控。主要功能：

(1)可以对矿区地图进行各种操作，如放大、缩小、查看全图、进行图层操作等。

(2)能够实现对矿区2点之间长度的测量以及任意圈选矿区的面积和矿量的计算。

(3)能够通过导入制式的excel文件来更新炮孔、爆堆的数据并根据需要选择删除历史数据、查询历史爆堆信息和历史炮孔数据。

(4)可以查看数据库中的电铲、炮孔和爆堆的数据信息并根据其经纬度可以实现在地图上的定位并展示，当鼠标停靠其上时，可以显示它的详细信息，主要是矿量和品位值的显示。

(5)此系统设置不同的用户类别，并对每种用户都设置了不同的权限。

(6)其他功能：系统预留可扩展接口，可以方便以后系统功能的扩展，例如增加生产配矿功能以及其他更深入的功能操作。

3.1.2 车辆运输监控系统

在采矿生产过程中，卡车分布于整个露天矿区，随着物联网技术的发展，对卡车的定位和调度管理也可以信息化。本系统采用北斗卫星定位系统来获取卡车的实时位置信息，并结合GIS技术和GPRS技术，设计并实现了车辆运输监控系统，实现对车辆的集中监控和管理采矿运输设备。本系统为露天矿建立一套快速、高效、实用的地面运输自动化系统提供了一个良好的平台。利用北斗卫星定位系统，实现了车辆设备的24 h定位监控,实时传输车辆设备的位置信息及状态数据,可以准确定位车辆设备的经纬度、速度、方向等各项参数。基于通用无线分组技术(GPRS)网络的信息传输方式实现了任务的实时下发和信息回传。

3.2 系统应用部署

(1)北斗二代车载终端：车载部分，在试用阶段，首先选择15台电铲安装北斗定位终端。车辆终端的安装主要包括高性能主机、天线、主机显示屏、红色指示灯以及耳机等。在安装完成之后，需要进行调试工作，主要是设置主机参数。

(2)软件环境部署：数据通信控制服务器是通过TCP/IP进行数据的收集与发送，以及监控、调度等业务处理和定位信息、设备数据的更新信息等数据接口功能。它安装在公司的WEB通信服务器上。设备数据管理服务器是利用数据库对各类数据进行增删改查，它安装在公司数据库服务器上。爆堆数据管理系统安装在矿山公司控制中心。

(3)电子地图的校准：首先获取三道庄露天矿的矿区图，应用AutoCAD将图片的DWG格式转化成DXF格式，然后把DXF格式的图在Mapinfo 11.0的环境下进行坐标校准，选用longitude/latitude(wgs84)坐标系，选取两个坐标点对电子地图进行校准。在得到tab格式的电子地图后，再利用MapX5.0将地图另存为Geoset的电子地图。

4 应用实例

4.1 数据可视化的应用

三道庄露天矿爆堆数据管理系统的主要操作界面如图3所示，包括所有的功能，当连接成功并登陆成功后就显示此主界面，其他所有的功能，包括炮孔管理、爆堆管理、电铲管理、地图展示、等位线功能、用户管理等信息都在此界面完成。通过此界面的操作控制，就可以完成对矿区的远程实时监控和调度。

图3 系统数据可视化界面

4.2 数据的收集与处理实例

系统展示三道庄露天矿的大量爆堆数据、车辆信息(如图4)、设备定位数据等，系统设计多张表来进行统计，如爆堆数据、炮孔数据表等(从略)。针对这些数据可以分析总结三道庄露天矿的生产动态和实时生产状况。

图4 车辆信息

5 结 语

(1)三道庄露天矿爆堆数据管理系统实现了对矿区当前开采爆堆的详细信息进行管理与实时操控。具有一定的实际意义。

(2)系统结合GIS、GPRS、北斗卫星和计算机技术，使用了我国自主研发的北斗定位导航系统。

(3) 系统具有灵活且完善的权限控制结构来保障对矿区相关数据的安全管理，该权限控制结构采用独立于数据库的方法。

(4)该系统利用软件技术中的分层结构和接口技术，完成了系统的开发；该系统预留了部分接口，可以扩展系统的功能，为以后软件的不断升级提供了条件。

[1] 高建敏,张新光.信息技术在三道庄露天矿中的应用[J].有色金属，2010,62(3):55-58. Gao Jianmin，Zhang Xinguang.Application of information technology in the Sandaozhuang Open Pit Mine[J].Non-ferrous Metals.2010,62(3):55-58.

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[5] 周小将.三道庄露天矿钼钨综合配矿工作浅析[J].现代矿业，2011(12):5-8. Zhou Xiaojiang.Analysis of molybdenum and tungsten comprehensive ore blending of Sandaozhuang Open-pit Mine[J].Modern Mining，2011(12):5-8.

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(责任编辑 徐志宏)

Open Pit Muckpiles Data Management System based on GIS/BDS/GPRS

Bai Chunni Lu Caiwu Gu Qinghua

(SchoolofManagement，Xi'anUniversityofArchitectureandTechnology，Xi'an710055，China)

In order to meet the needs of data information management in mine enterprise，the mining production data in Luanchuan Mine is analyzed.It is found that there are such situations in these data as diversity of data sources，large amount of data，and un-synchronized data acquisition.In view of these，a muckpile data management system was presented.This system adopted the geographic information system (GIS) technology，and the general packet radio service (GPRS).Together with the Beidou satellite positioning (BDS) developed by China，the muckpile data were processed by collection，storage，management，display and description.The dynamic monitoring on drivers and vehicles also has been realized.The overall architecture of the system，and its data processing，function realization and system deployment and integrated management capabilities were mainly introduced.The practice approved that this system realized real-time and dynamic visualization of muckpile data.Compared with previous data management system，this system has advantages of easy of use，real-time，data sharing，extensibility and intelligence etc.

Open-pit mine，GIS/BDS/GPRS，Muckpiles data，Management system

2014-12-01

国家自然科学青年基金项目(编号：51404182)，榆林市科技计划项目，陕西省重点学科建设专项资金项目(编号：E08001)。

白春妮(1990—),女，硕士研究生。通讯作者 卢才武(1965—),男,博士,教授。

TD679

A

1001-1250(2015)-03-148-04