露天礦車輛監(jiān)測與智能調度系統(tǒng)

皖北煤電集團恒源煤礦 朱建斌

露天礦車輛監(jiān)測與智能調度系統(tǒng)

皖北煤電集團恒源煤礦 朱建斌

本文設計的露天礦車輛監(jiān)測與智能調度系統(tǒng)實現(xiàn)了對車輛生產(chǎn)的監(jiān)測監(jiān)控、智能調度控制功能。該系統(tǒng)可以極大提高生產(chǎn)運輸車輛運輸效率；優(yōu)化調度使車輛和設備能得到合理分配，運行線路最優(yōu)；系統(tǒng)對車輛和設備使用情況實時監(jiān)測，提供調度策略。通過對系統(tǒng)效益的分析，證明了露天礦車輛監(jiān)測與智能調度系統(tǒng)的經(jīng)濟價值和應用推廣價值。

露天礦；路徑規(guī)劃；智能調度；移動終端

0 引言

本系統(tǒng)旨在通過發(fā)掘電動輪自卸卡車的運輸能力，優(yōu)化并完善運輸車的運輸路線、配礦方案以及維檢管理平臺，實時在線監(jiān)測設備運行狀況；從而做到運輸效率與設備利用率的提高，設備損耗的減少，故障設備反應速度的提高，以及出礦品位的穩(wěn)定。利用這項技術，礦山企業(yè)的經(jīng)濟效益會著大幅度地提高；在提高企業(yè)管理水平的同時，帶動了礦山綜合自動化生產(chǎn)能力以及企業(yè)整體經(jīng)濟效益的提升。本系統(tǒng)是基于智能控制理論和優(yōu)化理論以及GPS、GIS等尖端技術，

車輛調度的理論是基于優(yōu)化系統(tǒng)調度算法、優(yōu)化礦山車流規(guī)劃、運輸調度系統(tǒng)模擬、實時調度準則等理論的深層發(fā)掘而來。與此同時，隨著理論的不斷發(fā)展，越來越多的實際運輸生產(chǎn)調度系統(tǒng)采用了與計算機相結合的智能調度系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結構與功能設計

智能調度系統(tǒng)由通信差分系統(tǒng)、移動車載終端、調度中心系統(tǒng)組成，如圖1所示。通信差分系統(tǒng)能夠實現(xiàn)移動終端與調度中心通信任務，并由差分計算精確定位；移動終端用來向調度中心傳送采集到的設備位置、運行狀態(tài)等信息，同時向司機指示接收到的調度中心指令；調度中心系統(tǒng)具有設備信息采集、設備狀態(tài)在線跟蹤顯示、指令收發(fā)、歷史信息查詢、報表生成等功能。

圖1 系統(tǒng)結構圖

該系統(tǒng)智能調度功能包括電鏟生產(chǎn)能力的自動統(tǒng)計、系統(tǒng)需車數(shù)的自動統(tǒng)計、故障排除后重型車輛指派、車流規(guī)劃發(fā)生變化時實時車輛的最優(yōu)化調度等。

2 車輛優(yōu)化調度

系統(tǒng)在軟件方面設計的重點在于優(yōu)化調度算法。車輛狀態(tài)信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，調度中心從中提取所需數(shù)據(jù)，能夠自動判斷車輛實時狀態(tài)，并能利用優(yōu)化調度算法動態(tài)分配車輛。采用優(yōu)化調度算法是為了提高生產(chǎn)效率，即在已有車輛資源一定的情況下，能夠調用更少的車輛，并能最大數(shù)量運輸?shù)V巖。對于系統(tǒng)調度軟件設計，路徑的選擇和車流規(guī)劃是關鍵。

2.1 車流規(guī)劃

車流規(guī)劃是目前車輛調度的常用手段。利用車流規(guī)劃實現(xiàn)調用盡可能少的車輛而產(chǎn)量最大化，這需要滿足一些實際的約束條件。通過計算得出排卸點和電鏟之間每條路線的目標流量，將車輛調用配比最優(yōu)化。

2.2 路徑選擇算法

隨著露天礦規(guī)模越來越大，露天礦道路以及礦用車輛繁多，極容易出現(xiàn)道路交通擁塞的狀況，車輛如果能夠合理選擇行進路線避免擁塞，就能極大提高效率。露天礦各線路擁塞動態(tài)變化情況下的應能擇優(yōu)選擇從給定起點到目的地的最佳路徑。

在傳統(tǒng)算法中，迪杰斯特拉（Dijkstra）的最短路徑算法是相當?shù)湫偷?。該路徑選擇算法是一種靜態(tài)算法，只能應用帶靜態(tài)道路情況。它僅根據(jù)線路長度作為優(yōu)劣評判唯一標準，對某一區(qū)域的交通道路給出計算分析。

通過改進，我們給出這樣一種路徑選擇算法，根據(jù)監(jiān)測獲得的實時路況信息，判斷某一時刻各線路的運行情況，結合車輛本身的運行信息（速度），計算到達預期路段的時間，給出路況信息。通過加權得出的路線權值更能體現(xiàn)路段的實際情況。路徑信息實時更新，防止意外事故產(chǎn)生的影響。

改進的算法建立在實時監(jiān)測路段信息的基礎之上。為了進行實時監(jiān)測路段信息，在每個關鍵路口、節(jié)點安裝攝像頭和傳感器，通過分析計算得到路況的擁塞程度和車流量。該數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡統(tǒng)一上傳到中心數(shù)據(jù)庫，供導航系統(tǒng)調用計算。路況信息需要完整保存，加以備份，用來進行歷史查詢操作。隨著技術的提高，監(jiān)測、導航設備成本下降，無線網(wǎng)絡全面覆蓋，這為實時最優(yōu)線路選擇提供極大便利。

2.3 線性規(guī)劃

考慮實際車輛與設備的工作能力以及配置信息，并利用路徑選擇算法給出的最優(yōu)路徑等相關信息，如已就緒設備和車輛、設備的裝卸周期、設備優(yōu)先權等，生成系統(tǒng)車流規(guī)劃的具體約束條件。各路線的最優(yōu)運輸流量由車流規(guī)劃方法求得，將預定任務的工作時間縮短至最短。

2.4 動態(tài)規(guī)劃

根據(jù)線性規(guī)劃得出線路最優(yōu)運輸流量，結合等待分派大型車輛和設備的運行周期以及距目的地距離，通過動態(tài)規(guī)劃生成最優(yōu)設備和車輛任務分配表。該表用于將已知路線運輸流量和待命車輛優(yōu)化匹配。

本文設計的系統(tǒng)通過GPS技術車輛進行運行定位監(jiān)測，通過車載終端將與衛(wèi)星信號交互情況傳回調度系統(tǒng)，調度系統(tǒng)自動運算位置數(shù)據(jù)并在礦山地理信息圖上精確定位車輛實時位置和行進路線。

3 車載移動終端設計

將所有的移動車載終端主機設計成統(tǒng)一的結構和款式便于系統(tǒng)的中設備的整體使用、維護和安裝。針對不同的車輛設計不同的顯示器，不同的設備開發(fā)針對性的軟件，軟件的功能是獨立的，所有的終端都事先預裝所有軟件，使用時針對特定的功能，利用密鑰去開啟針對設備的軟件。圖2為車載通信平臺設計框圖。

圖2 車載通信平臺設計框圖

移動車載終端的主要組成部分：主機、顯示器、定位天線、通訊天線、電源、數(shù)據(jù)連接的傳感器組件[33]。

設計特定的軟件實現(xiàn)車載終端的智能化。這里設計的車載終端軟件主要適用于露天礦常用大型車輛及相關設備。車載終端主要安裝在各類車輛以及電鏟上。智能終端包括定位和無線數(shù)據(jù)收發(fā)天線、觸摸屏、各類接口、供電電源及嵌入工控機等部分。車載終端的工作原理如圖3所示。

圖3 車載終端工作原理圖

車載終端的軟件由幾個單元構成，包括人機界面設計、觸摸屏顯示處理、車輛狀態(tài)判斷處理、差分電文處理、通信實時控制、定位數(shù)據(jù)處理、容錯處理、數(shù)據(jù)編解碼處理、數(shù)據(jù)加解密處理等。

圖4 車載終端界面

4 系統(tǒng)應用綜合效益分析

本系統(tǒng)是適應露天煤礦生產(chǎn)過程中情況的變化，在充分利用優(yōu)化理論和各種現(xiàn)代知識以及GPS、GIS等先進技術的基礎上，廣泛吸收國內(nèi)外成功經(jīng)驗，本著高起點、低投資的原則，以構建“最佳車鏟配比，最大經(jīng)濟價值”的智能調度效益觀為核心，在露天礦設備數(shù)量和工藝一定的情況下，實現(xiàn)對卡車、電鏟等設備的位置及工作狀態(tài)的實時跟蹤、判斷、顯示，優(yōu)化調度卡車運行，及時準確地掌握礦山的生產(chǎn)運行情況，達到優(yōu)化管理礦山生產(chǎn)過程、提高產(chǎn)量，節(jié)省費用、取得較高經(jīng)濟效益之目的，在實際企業(yè)應用后生產(chǎn)率提高8%～15%，成本降低12%的，管理人員減少10%，利潤增加4%～20%。

除此之外，還提升了其他綜合收益，具體如下：

（1）實現(xiàn)最優(yōu)的配車方案優(yōu)化車鏟配比，使當班的卡車和電鏟的生產(chǎn)力增加；

（2）對產(chǎn)量要求，減少了所需要的卡車和電鏟的數(shù)量；

（3）合理布置鏟位完成配礦目標，實現(xiàn)質量控制；

（4）優(yōu)化的運輸路徑，減少輪胎磨損及油耗；

（5）對設備的生產(chǎn)等作業(yè)工作進行合理的安排，提高工作效率。

（6）優(yōu)化生產(chǎn)、智能調度，減少車鏟相互等待、減少錯誤行駛減少調度人員；

（7）故障及時通報，調度及時安排維修和采取措施保障生產(chǎn)，提高設備利用率。

這項技術的應用，不但可以為礦山企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益，而且還可以提高企業(yè)的科學管理水平，繼而提高礦山綜合生產(chǎn)能力和企業(yè)總體經(jīng)濟效益，最終使得露天礦的生產(chǎn)管理提高到一個新的水平。

5 結語

系統(tǒng)的成功應用，不僅對企業(yè)生產(chǎn)率、成本、利潤及管理人員數(shù)量等量化指標上上體系處較好的經(jīng)濟效益，而且對煤炭企業(yè)生產(chǎn)管理其他方面也起到了極大的規(guī)范和促進作用。

本文詳細闡述了如何通過信息化和自動化技術構建一套先進實用的現(xiàn)代企業(yè)露天煤礦車輛監(jiān)測和智能調度系統(tǒng)的全過程。通過在實際企業(yè)使用實際情況表明，對露天煤礦安全高產(chǎn)高效開采及綜合經(jīng)濟效益的提升效果顯著，具有很好的推廣應用價值。

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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