露天矿车辆监测与智能调度系统

皖北煤电集团恒源煤矿 朱建斌

露天矿车辆监测与智能调度系统

皖北煤电集团恒源煤矿 朱建斌

本文设计的露天矿车辆监测与智能调度系统实现了对车辆生产的监测监控、智能调度控制功能。该系统可以极大提高生产运输车辆运输效率；优化调度使车辆和设备能得到合理分配，运行线路最优；系统对车辆和设备使用情况实时监测，提供调度策略。通过对系统效益的分析，证明了露天矿车辆监测与智能调度系统的经济价值和应用推广价值。

露天矿；路径规划；智能调度；移动终端

0 引言

本系统旨在通过发掘电动轮自卸卡车的运输能力，优化并完善运输车的运输路线、配矿方案以及维检管理平台，实时在线监测设备运行状况；从而做到运输效率与设备利用率的提高，设备损耗的减少，故障设备反应速度的提高，以及出矿品位的稳定。利用这项技术，矿山企业的经济效益会着大幅度地提高；在提高企业管理水平的同时，带动了矿山综合自动化生产能力以及企业整体经济效益的提升。本系统是基于智能控制理论和优化理论以及GPS、GIS等尖端技术，

车辆调度的理论是基于优化系统调度算法、优化矿山车流规划、运输调度系统模拟、实时调度准则等理论的深层发掘而来。与此同时，随着理论的不断发展，越来越多的实际运输生产调度系统采用了与计算机相结合的智能调度系统。

1 系统结构与功能设计

智能调度系统由通信差分系统、移动车载终端、调度中心系统组成，如图1所示。通信差分系统能够实现移动终端与调度中心通信任务，并由差分计算精确定位；移动终端用来向调度中心传送采集到的设备位置、运行状态等信息，同时向司机指示接收到的调度中心指令；调度中心系统具有设备信息采集、设备状态在线跟踪显示、指令收发、历史信息查询、报表生成等功能。

图1 系统结构图

该系统智能调度功能包括电铲生产能力的自动统计、系统需车数的自动统计、故障排除后重型车辆指派、车流规划发生变化时实时车辆的最优化调度等。

2 车辆优化调度

系统在软件方面设计的重点在于优化调度算法。车辆状态信息存储在数据库中，调度中心从中提取所需数据，能够自动判断车辆实时状态，并能利用优化调度算法动态分配车辆。采用优化调度算法是为了提高生产效率，即在已有车辆资源一定的情况下，能够调用更少的车辆，并能最大数量运输矿岩。对于系统调度软件设计，路径的选择和车流规划是关键。

2.1 车流规划

车流规划是目前车辆调度的常用手段。利用车流规划实现调用尽可能少的车辆而产量最大化，这需要满足一些实际的约束条件。通过计算得出排卸点和电铲之间每条路线的目标流量，将车辆调用配比最优化。

2.2 路径选择算法

随着露天矿规模越来越大，露天矿道路以及矿用车辆繁多，极容易出现道路交通拥塞的状况，车辆如果能够合理选择行进路线避免拥塞，就能极大提高效率。露天矿各线路拥塞动态变化情况下的应能择优选择从给定起点到目的地的最佳路径。

在传统算法中，迪杰斯特拉（Dijkstra）的最短路径算法是相当典型的。该路径选择算法是一种静态算法，只能应用带静态道路情况。它仅根据线路长度作为优劣评判唯一标准，对某一区域的交通道路给出计算分析。

通过改进，我们给出这样一种路径选择算法，根据监测获得的实时路况信息，判断某一时刻各线路的运行情况，结合车辆本身的运行信息（速度），计算到达预期路段的时间，给出路况信息。通过加权得出的路线权值更能体现路段的实际情况。路径信息实时更新，防止意外事故产生的影响。

改进的算法建立在实时监测路段信息的基础之上。为了进行实时监测路段信息，在每个关键路口、节点安装摄像头和传感器，通过分析计算得到路况的拥塞程度和车流量。该数据通过无线网络统一上传到中心数据库，供导航系统调用计算。路况信息需要完整保存，加以备份，用来进行历史查询操作。随着技术的提高，监测、导航设备成本下降，无线网络全面覆盖，这为实时最优线路选择提供极大便利。

2.3 线性规划

考虑实际车辆与设备的工作能力以及配置信息，并利用路径选择算法给出的最优路径等相关信息，如已就绪设备和车辆、设备的装卸周期、设备优先权等，生成系统车流规划的具体约束条件。各路线的最优运输流量由车流规划方法求得，将预定任务的工作时间缩短至最短。

2.4 动态规划

根据线性规划得出线路最优运输流量，结合等待分派大型车辆和设备的运行周期以及距目的地距离，通过动态规划生成最优设备和车辆任务分配表。该表用于将已知路线运输流量和待命车辆优化匹配。

本文设计的系统通过GPS技术车辆进行运行定位监测，通过车载终端将与卫星信号交互情况传回调度系统，调度系统自动运算位置数据并在矿山地理信息图上精确定位车辆实时位置和行进路线。

3 车载移动终端设计

将所有的移动车载终端主机设计成统一的结构和款式便于系统的中设备的整体使用、维护和安装。针对不同的车辆设计不同的显示器，不同的设备开发针对性的软件，软件的功能是独立的，所有的终端都事先预装所有软件，使用时针对特定的功能，利用密钥去开启针对设备的软件。图2为车载通信平台设计框图。

图2 车载通信平台设计框图

移动车载终端的主要组成部分：主机、显示器、定位天线、通讯天线、电源、数据连接的传感器组件[33]。

设计特定的软件实现车载终端的智能化。这里设计的车载终端软件主要适用于露天矿常用大型车辆及相关设备。车载终端主要安装在各类车辆以及电铲上。智能终端包括定位和无线数据收发天线、触摸屏、各类接口、供电电源及嵌入工控机等部分。车载终端的工作原理如图3所示。

图3 车载终端工作原理图

车载终端的软件由几个单元构成，包括人机界面设计、触摸屏显示处理、车辆状态判断处理、差分电文处理、通信实时控制、定位数据处理、容错处理、数据编解码处理、数据加解密处理等。

图4 车载终端界面

4 系统应用综合效益分析

本系统是适应露天煤矿生产过程中情况的变化，在充分利用优化理论和各种现代知识以及GPS、GIS等先进技术的基础上，广泛吸收国内外成功经验，本着高起点、低投资的原则，以构建“最佳车铲配比，最大经济价值”的智能调度效益观为核心，在露天矿设备数量和工艺一定的情况下，实现对卡车、电铲等设备的位置及工作状态的实时跟踪、判断、显示，优化调度卡车运行，及时准确地掌握矿山的生产运行情况，达到优化管理矿山生产过程、提高产量，节省费用、取得较高经济效益之目的，在实际企业应用后生产率提高8%～15%，成本降低12%的，管理人员减少10%，利润增加4%～20%。

除此之外，还提升了其他综合收益，具体如下：

（1）实现最优的配车方案优化车铲配比，使当班的卡车和电铲的生产力增加；

（2）对产量要求，减少了所需要的卡车和电铲的数量；

（3）合理布置铲位完成配矿目标，实现质量控制；

（4）优化的运输路径，减少轮胎磨损及油耗；

（5）对设备的生产等作业工作进行合理的安排，提高工作效率。

（6）优化生产、智能调度，减少车铲相互等待、减少错误行驶减少调度人员；

（7）故障及时通报，调度及时安排维修和采取措施保障生产，提高设备利用率。

这项技术的应用，不但可以为矿山企业带来可观的经济效益，而且还可以提高企业的科学管理水平，继而提高矿山综合生产能力和企业总体经济效益，最终使得露天矿的生产管理提高到一个新的水平。

5 结语

系统的成功应用，不仅对企业生产率、成本、利润及管理人员数量等量化指标上上体系处较好的经济效益，而且对煤炭企业生产管理其他方面也起到了极大的规范和促进作用。

本文详细阐述了如何通过信息化和自动化技术构建一套先进实用的现代企业露天煤矿车辆监测和智能调度系统的全过程。通过在实际企业使用实际情况表明，对露天煤矿安全高产高效开采及综合经济效益的提升效果显著，具有很好的推广应用价值。

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Opencast Vehicle Monitoring and Intelligent Dispatching System

Zhu Jian-bin
（Wanbei Coal Group Hengyuan coal mine）

In this paper, the design of the opencast vehicle monitoring and intelligent dispatching system to achieve the monitoring and control of vehicle production, intelligent scheduling control function. Actual use of the system can greatly improve the efficiency of production and transport vehicle transport ; vehicles and equipment can get a reasonable allocation , utilization greatly improved , the optimal operation of the line ; vehicles and equipment for the use of real-time monitoring , convenient scheduling. Through the analysis of the system benefi t, the economic value and application value of the vehicle monitoring and intelligent dispatching system in the open pit mine are proved.

Opencast mine；Path planning；Intelligent scheduling；Mobile terminal