电动轮汽车监控系统的集成化及大数据分析

童宪华

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

1 引言

电动轮汽车是目前在露天矿山开采中最主要的生产运输设备。近年来，随着加强安全保障、加大成本控制、提高管理水平和生产效率的客观需要，信息技术的应用更加广泛，多项监控系统陆续安装使用在电动轮汽车上，如卡车调度系统、称重系统、油耗监测系统、胎温胎压监测系统、行驶监控系统，加上随机安装的发动机、液压系统等设备性能参数的监控系统。由于设计公司不同、技术标准不一，造成集成化不足、设备过多，甚至一个驾驶室内三个监控屏，很大程度上影响了驾驶操作；数据的互联互通性差，监控数据重复冗余的现象突出；采集数据多，数据分析少，数据利用率低。因此，集成各项监控管理系统，充分使用大数据分析，对于进一步提高生产效率、保障安全、降低成本具有重要作用。

2 电动轮汽车的监控系统组成

2.1 称重系统

系统由1个有效载重量测量器、驾驶员室显示仪表、安装于左右平台的装载灯、安装于左右前后悬挂上的压力传感器和1个倾斜仪（即平衡仪）组成。配合控制系统中辅助输入的翻斗举升信号、制动锁定信号和卡车速度信号，用于监控装载质量、道路平整度和过载限速［4］。见图1。

图1 电动轮汽车称重系统

2.2 油耗监测系统

油耗监测系统主要由油耗监测设备、油耗通讯终端、车辆定位终端、数据中心平台以及客户端（PC、手机）组成［2］。油耗监测设备是计量发动机工作时的燃油消耗量；车辆定位终端是通过GPS模块对被监测车辆进行实时定位跟踪；油耗通讯终端是与油耗监测设备连接，配有数据流量卡以实现油耗数据和车辆定位信息的远程传输；数据平台中心是对油耗通讯终端上传的油耗数据和汽车位置数据进行解析、运算及 存储等，并接收客户端指令；监控客户端是用户实现对目标车辆油耗远程实时监控管理的软件平台 包括有更新显示、数据统计等功能。电动轮汽车的油耗监测设备可采用超声波微传感技术、电子技术和RFID无线通讯技术。图2采用的是超声波微传感技术的油耗监测设备。

图2 油耗监测设备

2.3 行驶监控系统

通过安装在电动轮汽车四周及驾驶室内部的高清摄像头采集视频，显示在驾驶室内监控屏并以GPRS、3G/4G网络无线传输存储在监控调度管理平台的存储服务器上。行驶监控系统可实现大车盲区监控、大车行驶状态预警、防疲劳驾驶预警、行驶数据监测等功能。

2.4 胎温胎压监测系统

在轮胎内安装压力和温度传感器，通过中央控制单元对轮胎内部的压力、温度值进行实时采集和处理后，经过无线通讯的方式将数据发送给驾驶室内安装的主机接收器内［1］，中央控制器收到送来的轮胎数据，进行采集分析，把压力值和温度值实时显示在显示屏上，当出现异常情况时会及时发出报警信号，使司机及时采取制动措施，来避免事故的发生，并把所得到的数据通过无线网络上传到服务器平台保存以便查看纪录。

2.5 卡车调度系统

卡车调度系统由硬件和软件组成。硬件主要包括中央计算机系统、车载计算机系统、无线通讯系统和全球卫星定位系统。软件是调度员用于监控、管理的操作平台［5］。

3 集成化设计及大数据分析的探讨

3.1 集成化设计的目的及组成

减少数据、设备的冗余，统一标准，实现设备的位置及工作状态的实时跟踪、判断、显示，监控与调度，及时准确地掌握设备的生产运行情况，达到优化管理生产过程、提高产量，提升安全管理水平，节能增效的目的。

集成化设计组成部分见图3。

图3 电动轮汽车监控系统集成化设计组成部分

3.2 集成化设计的原则和依据

系统的设计必须具备行业技术先进性、安全性、扩展性与开放性、软硬件稳定性，要有人性化的设计和科学合理的布局，达到安全、可靠、运行稳定［6］。

3.2.1 技术先进性

系统设计应采用世界先进的主流技术，包括GPS定位技术、4G等无线通讯技术、优化运筹学算法等3.2.2安全性系统软件稳定、可靠、高效，具备完善的系统日志和容错功能，满足企业级安全等级；提供灵活、完善的授权管理机制，可根据需要自主设定各种类型的用户，并可对用户提供不同的操作权限，对操作者的操作进行跟踪并记录，形成相应的系统日志和操作记录；无线通讯网络具备极强的稳定性和抗干扰特性；计算机网络系统，服务器、调度使用计算机安装防火墙、防病毒软件，具备抗病毒、抗攻击、防篡改以及安全审计功能。

3.2.2 扩展性与开放性

系统运行阶段新增加设备等用户可自己操作，无需依赖开发商；软件系统采用开放式数据源，支持数据源的开放式连接；提供快捷方便的数据导入与数据导出手段或工具，例如以表格、图形、曲线等多种方式和JPEG、EXCEL等多种文件格式进行数据导出导入 ；可通过互联网远程分析故障、系统升级、定期维护、应急处理，保证系统处于正常运行状态；提供与公司信息化系统（例如：全面预算系统、ERP、设备管理等系统）的接口工具。

3.2.3 软硬件稳定性

集成系统除进行必要的维护而关闭外，能7*24h持续工作；集成系统中的某项功能或某一设备出错应不会影响整个系统出错；硬件设备有高度可靠的防尘、抗震、耐低温、防电磁干扰功能，防尘、防水达到IP65标准以上，抗震需满足露天矿山生产设备强烈震动的工作环境，低温环境可达到-45℃。

3.2.4 集成设计依据

集成设备的设计、制造、检查、试验及特性应遵照适用的最新版中国国家标准（GB）以及国际单位制（SI）。应遵循的标准至少包括：电子、机械、矿山、通讯等行业国家标准。如：实时数据通信应用层协议、网络传输控制协议和接口程序、电子产品基本环境试验规程、综合布线系统工程设计规范GB 50311-2007、电子信息系统机房设计规范GB 50174-2008、调度自动化设计技术规程、计算机软件单元测试标准等。

3.3 大数据分析的方向和方法

通过集成监控系统各数据源收集存储大量的数据，有效地利用数据来发现、诊断、预测，优化资源配置提升效益，简单地“让数据说话”是偏颇的［3］。首先应确定分析的方向，确定要解决问题。分析以问题为导向，而问题应紧紧围绕“关键绩效指标”（KPI）展开［3］。电动轮汽车的关键绩效指标如台时效率、柴油单耗、可开动率、轮胎寿命、周转量、安全指标（事故发生率）等，围绕这些指标的分析方向例如：影响台时效率的因素分析（铲车配置、道路质量、车速等）；柴油单耗的影响因素（装车质量、周转量、道路质量、车速等）；安全指标分析（车速、道路质量、驾驶员开车习惯分析等）。通过“关键绩效指标”（KPI）确定数据分析的方向可以更高效、更有指导性。

大数据分析首先是数据的“抽取-转换-加载”，即数据处理三部曲。不可来源的数据可能存在重合、格式不一、类型不同，需要抽取出来，进行转换，然后加载到统一数据库中，成为联机处理、数据挖掘的基础。

大数据分析目前没有适合所有场所的分析软件与工具。由于不同公司不同的需要，处理的数据规模和种类不同，具体使用什么软件与工具也是不同的。目前电动轮汽车的数据分析仍以较简单的电子表格为主。随着数据量的增加与分析的深入，逐步引入在线分析处理工具、数据挖掘工具、模拟工具等。

4 结语

有色金属工业“十三五”发展规划明确提出，智能化是矿业发展的必由之路，是提高矿企核心竞争力、实现可持续发展的必然选择。突破标准缺失、数据集成、互联互通等关键瓶颈问题，也是建设智能矿山的需要。电动轮汽车以自身的各类监控系统为基础，与大数据、互联网等新技术交叉融合，加强集成应用、数据分析，构建智能化数字平台，形成数据互通、实现整体管控，可以提高矿山的劳动生产率、保障安全生产，降低成本，同时带动传统矿业的转型和升级。