基于GPS 的卡车调度计量系统研究

宫春刚

（中煤平朔集团安太堡露天矿，山西 朔州 036006）

基于GPS 的卡车调度计量系统研究

宫春刚

（中煤平朔集团安太堡露天矿，山西 朔州 036006）

通过GPS定位技术收集设备的各种状态信息（重运，空运），将采集到数据实时传输到调度监控中心，经过最佳路径算法，再将调度指令发送给各个铲车，以达到智能调度的目的。设计的卡车智能调度系统，可以提高卡车电铲的利用率、加油管理、生成报表、还可以实现自动交接班以及卡车按指令停放等功能。

露天矿；计量系统；GPS；车辆调度

0 引 言

安太堡露天煤矿剥离采用单斗－卡车间断工艺，采煤为半连续工艺。采掘使用斗容为25～58 m3的电铲；运输使用154～290 t的大型矿用卡车；穿孔采用孔径150～250 mm的牙轮钻机；爆破采用非电导爆管逐孔微差爆破工艺。排土及道路工程使用大功率推土机及平路机。

卡车智能调度系统是由调度中心、通讯网络、移动车载终端3个部分组成[2]。调度中心是GPS系统的大脑，负责指挥、调度和管理生产。无线通信是采用无线GPRS网络技术，组建了生产调度中心和采场内部的无线通讯系统。车载终端是安装在车载移动设备上的工业级微型电脑，显示调度信息，将调度指令下达到移动终端。该系统2011年7月开始安装，截止2011年12月末，安装工作全部结束，包括架设无线通讯基站11套，生产设备终端132套（其中卡车108套、电铲16套、前装机8套），辅助设备终端175套（其中钻机12套、履带式推土机27套、轮式推土机20套、其他辅助设备116套）。2012年1月进入试运行阶段。GPS卡调系统试运行阶段，系统功能基本实现，运行效果良好。

露天矿是以挖掘为核心，以运输为系带的大型生产矿山。在矿山企业中运输占有举足轻重的地位。矿山企业正常运行，企业内各个生产环节同外部形成一个统一的整体，是建立在卡车运输的基础上。露天矿运输过程是将岩石运到废石场，将矿石运到转载站或外运装车站。露天矿运输工作的特点就是具有大量的上、下坡工作，线路的位置和装、卸地点不固定，运输车辆的行驶密度和强度很高。

露天矿生产系统的生产效率和经济效益的高低取决于，车辆调度是否合理，而车辆的合理分配，又是生产计划和任务完成的关键因素。传统调度方式主要存在以下问题：①管理难度大；②调度指挥难；③生产效率低；④人员沟通困难；⑤瞬息万变的生产情况，让企业管理者难以了解和掌握；⑥生产部分分散；⑦安全管理难。

为了解决这些问题，露天矿卡车智能调度管理系统（Intelligent Dispatch System）应运而生，简称IDS系统。

1 露天矿卡车智能调度管理系统

1.1 车辆调度系统的组成

系统主要由GPS卫星网、车载终端、无线MESH通讯网络以及调度监控中心4部分构成[3]。如图1所示。

图1 露天矿车辆调度系统结构图

1.2 车载智能终端设计原理

1.2.1 硬件系统结构

车载计算机包括计算机、导航、地图等功能，它是整个调度系统的核心，其设计符合工业用件标准[2]。车载终端硬件结构组成包括：

1）车载计算机终端组成：工业计算机主板[8]、7.0英寸彩色液晶显示屏、五线电阻式压力屏、3M电子盘、恒温电热膜和相应控制电路、GPS卫星信号接收机、无线通讯解调器、高压电源模块、稳压模块、亮度调节模块、信号转换板等单元部件。

2）车载电源终端构成：大功率隔离电源模块、抗干扰模块、稳压模块。

3）通讯天线系统：采用Garvin系列GPS接收天线。

4）通讯电台结构：通讯电台、计算机终端外壳、支架、GPS天线支架、

5）车载电气连接线组成:电瓶电源线、GPS天线、电源线等。

1.2.2 硬件系统性能指标

1）因为车载终端工作环境比较恶劣，要求车载系统硬件设计上要三防，即防尘、防水、防颠簸。

2）采矿场处于山西地区，冬夏温差大，要求车载系统硬件要有良好的散热，还有保温性。

3）电气设计上要考虑有过压、过流，过热保护电路，以及防辐射、抗干扰。

4）软件设计要求界面简捷，操作简单.

2 软件系统设计原理

2.1 软件系统结构

车辆调度系统的软件结构，如图2所示。公用数据库[3]存放在服务器主机中，包括以下几类数据库：

图2 调度监控系统软件系统结构图

1）采集信息数据库。该库是由各车载终端传来的数据经分析处理，而形成的数据。

2）车铲状态数据库。该库是根据采集信息数据及车铲原状态综合分析后形成的各设备作业状态、位置等信息。

3）生产计划数据库。该库由每班生产计划出动设备等组成，由人工输入形成.

4）道路网数据库。该库由矿山道路网络描述形成，由地图生成系统及图形编辑方式输入。

5）调度指令数据库。该库由调度优化软件形成，存放发往各移动终端的调度指令数据。

6）统计资料数据库。该库由各移动终端的工作数据统计分析而成，存放各终端工作情况统计数据。

专用数据库[4]分布在网络的其它主机中，用以完成各自相关的任务，与公用数据库一起，通过分布式网络结构构成有机整体，协调完成调度中心软件功能。具体包括：①数据采集管理专用数据库；②状态分析专用数据库；③动态图专用数据库；④优化调度专用数据库。

系统结构采用C/S结构，服务器数据库采用SQL Server2008，操作系统采用Windows NT，客户端操作系统采用Windows2010，开发语言选用Power Builder和VC++。系统适当地结合关系数据库管理系统（RDBMS）与文件系统（File System）及网络公用功能，取得优化设计[5]。

2.2 软件系统功能模块

根据软件系统功能的要求，决定调度监控系统主要由3个子功能系统[6]实现:系统跟踪功能、系统管理功能、系统调度功能。

1）系统跟踪功能：①数据跟踪功能；②二维图跟踪显示功能；电子图可以随意放大缩小，还可以定车观察；③三维图上跟踪显示功能；④多种呼叫跟踪功能；⑤设备监测与状态识别功能

2）系统管理功能：①基本功能②移动目标管理可以给车辆发送调度指令；③移动目标的查询可以看到车辆司机的个人信息；④车辆终端状态记录；可以查询到调度中心曾经给卡车终端下达过的调度指令；⑤数据统计、报表、查询功能；⑥卡车加油管理；⑦设备维修管理；⑧自动计量；⑨钻机布孔和导航系统。

3）系统调度功能[7]：①实时优化调度指挥；②回放显示功能[8]；③人工调度功能。

3 车辆智能调度系统应用

3.1 安太堡2016全年生产计划完成量

2016年安太堡全年完成计划情况见表1，数据来源卡车智能计量系统统计。

表1 2016年主要生产计划完成情况

3.2 主要设备完成情况

2016年P＆H2800XP电铲累计台年能力386万m3，同比降低23万m3/（台·a）；P＆H4100XPC电铲累计台年能力750万m3，同比降低17万m3/（台·a）。生产班卡车累计台年能力62万m3，同比增加2万m3/（台·a）；930E卡车累计台年能力81万m3，同比降低1万m3/（台·a），见表2。

1）运输设备分析。2016年克服运距和高差增加、卡车循环周期长、长距离大坡道运行、设备故障频繁发生以及设备老化等困难，运输设备较计划及同比略有增加。

2）采装设备分析。2016年矿坑的不断延深，增加了拉沟工程量，且拉沟位置不断涌水。加之为提高卡车效率，增加了电铲的能力，最终导致电铲效率下降。

3）钻机分析。2016年DML钻机长期处于大修状态。同时由于4#煤顶砂岩裂隙含水层的存在，给穿孔作业带来很多困难，成孔率低，二次投补孔增多。数据显示该系统应用效果可行，能基本完成矿山要求。

4 结语

露天矿车辆调度系统模型成功应用于平朔安太堡露天矿，得到了较好的实践效果。

1）分析了当前车辆定位监控系统的组成结构及工作原理[9]，并结合中煤平朔安太堡庄露天矿的实际情况提出了基于GPS/IMESH/GIS的卡车智能调度系统。

2）设计了安太堡露天矿车载智能终端，实现了实时采集矿车铲车等生产设备的位置、运行状态、铲点产量和油耗信息等，使调度员可以直观的观察到整个生产运输过程，并且能够辅助生产使用者完成生产任务。它能极大的提高露天矿山的生产效率和安全性，同时节约生产成本，保证矿山调度系统顺利运行。

3）完成并实现了电子地图功能、鹰眼功能、信息管理功能、车辆调度功能、车载智能终端功能等，系统软件具有良好的可靠性、实用性和实时性，符合露天矿山生产现场的生产要求具备良好的可实施性。

［1］李磊.露天矿自卸汽车整车提升系统的研究与分析［D］．沈阳：东北大学，2004．

［2］煤炭科学研究总院抚顺分院．露天矿卡车电铲优化调度系统研究报告［R］．抚顺：煤炭科学研究总院抚顺分院，1998.

［3］煤炭科学研究总院抚顺分院.冬天矿卡车电铲优化调度系统工作总结［R］．抚顺：煤炭科学研究总院抚顺分院，2002.

［4］中国矿业大学．卡车一电铲优化调度理论及其应用［R］．徐州：中国矿业大学，1993．

［5］The Modular Dispatcher Volume IV number，1994．

［6］李军才.BISPATCH系统在我国大型露天矿山中的应用［J］．中国矿业，2000（S1）：4.

［7］刘忠卫，陈荣健.GPS自动调度系统在齐大山铁矿的应用［J］．矿业工程，2005（4）：43-44.

［8］卢满怀.基于GPS的车辆调度系统研究［D］．沈阳：东北大学，2003.

［9］王保利.车辆导航和监控系统的研究与实现［D］.北京：北京邮电大学，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

宫春刚.基于 GPS 的卡车调度计量系统研究［J］.露天采矿技术，2017，32（11）：64－67.

2017－06－26

宫春刚（1986—），山西忻州人，在职研究生，毕业于武汉科技大学矿业工程专业，现就职于中煤平朔安太堡矿。

【责任编辑：陈 毓】