撫順西露天礦GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)技術(shù)改造

楊志勇

（煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧撫順113122）

撫順西露天礦GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)技術(shù)改造

楊志勇

（煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧撫順113122）

結(jié)合卡車調(diào)度系統(tǒng)的特點及礦山應(yīng)用環(huán)境的特殊性，沈陽研究院針對撫順西露天礦原有車載終端進行了整體技術(shù)改造升級，研制出了一種高可靠、高性能的完全符合正在軍品要求的新一代車載終端，并在撫順西露天礦成功應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。

GPS；嵌入式；卡車調(diào)度；4G

0 引言

撫順礦業(yè)集團有限責任公司西露天礦是建國初期建設(shè)的國內(nèi)大型露天煤礦，作為當時國內(nèi)5大露天煤礦之一，為國民經(jīng)濟的發(fā)展作出了巨大貢獻。為了提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，2004年撫順西露天礦與煤炭科學(xué)研究總院撫順分院（現(xiàn)更名為“煤科集團沈陽研究院有限公司”）合作開發(fā)了露天礦GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)，并成功應(yīng)用。隨著采礦活動的進行，礦坑的逐漸深部推進，無線通訊系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)了覆蓋盲區(qū)，受限于原有通訊技術(shù)及通訊容量的制約，通訊系統(tǒng)已經(jīng)無法繼續(xù)滿足卡車調(diào)度系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的需要。而車載終端，受限于當時的技術(shù)水平，使用壽命、運行速度、性能指標等也顯得落后，因此煤科集團沈陽研究院有限公司受撫順西露天礦的委托，對原卡車調(diào)度系統(tǒng)進行整體技術(shù)升級。

1 GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)

卡車調(diào)度系統(tǒng)[1]用于在汽車運輸露天礦中對卡車、電鏟等生產(chǎn)設(shè)備進行實時優(yōu)化調(diào)度，系統(tǒng)的主要功能就是通過對露天礦卡車、電鏟等設(shè)備信息的采集，實現(xiàn)對卡車、電鏟等設(shè)備位置及工作狀態(tài)的實時跟蹤、顯示，優(yōu)化調(diào)度卡車運行，及時準確查詢統(tǒng)計生產(chǎn)情況，起到優(yōu)化車隊運行、準確執(zhí)行生產(chǎn)計劃等作用，以此達到提高礦山產(chǎn)量、節(jié)省費用、取得較高經(jīng)濟效益之目的?？ㄜ噧?yōu)化調(diào)度系統(tǒng)是露天礦提高生產(chǎn)能力、節(jié)省投資、降低生產(chǎn)成本費用、提高礦山管理效率的有效手段，是汽車運輸露天礦達到世界先進水平的關(guān)鍵技術(shù)之一[2]。

GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)由智能移動車載終端系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、調(diào)度中心系統(tǒng)3部分組成[3]，其中：

1）智能移動車載終端：主要實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的實時運行狀態(tài)信息的采集及顯示調(diào)度中心發(fā)布的調(diào)度指令，移動車載終端利用GPS模塊接收GPS信息實時解算自己的坐標位置，通過無線通訊模塊發(fā)送到調(diào)度指揮中心。

2）無線通訊系統(tǒng)：負責整個調(diào)度系統(tǒng)的信息交互，信息的上傳、下達，作為系統(tǒng)組成不可或缺的一部分，數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?、傳輸?shù)耐暾裕苯佑绊懴到y(tǒng)運行效果。

3）調(diào)度指揮中心系統(tǒng)，為系統(tǒng)的核心，接收來自智能移動車載終端實時采集到的信息，根據(jù)專用的通訊協(xié)議進行解析，實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備作業(yè)狀態(tài)的解算，并根據(jù)生產(chǎn)計劃情況、實時生產(chǎn)完成情況、生產(chǎn)設(shè)備的運行狀況等綜合信息進行優(yōu)化計算，自動產(chǎn)生優(yōu)化調(diào)度指令，并下發(fā)給智能移動車載終端，實現(xiàn)實時指揮生產(chǎn)，班后根據(jù)運行匯總數(shù)據(jù)，自動形成產(chǎn)量統(tǒng)計報表及各種運行報表。

2 原有系統(tǒng)應(yīng)用狀況

撫順西露天礦GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)與2004年5月，運行至今系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)運轉(zhuǎn)10余年，主要實現(xiàn)功能如下：

1）實現(xiàn)了設(shè)備運行位置和狀態(tài)的實時監(jiān)控，對密切生產(chǎn)、維修、調(diào)度之間的配合，提高生產(chǎn)效率提供了保證。

2）實現(xiàn)了產(chǎn)量、運行里程、加油量的自動統(tǒng)計，計量結(jié)果與人工計量對比，產(chǎn)量誤差在1%左右，最大不超過3%。有效地避免了人情量、虛量現(xiàn)象的發(fā)生，為進行更為合理的司機計酬提供了有效保證。

3）按照撫順西露天礦的生產(chǎn)調(diào)度方法和管理經(jīng)驗，實現(xiàn)了電鏟、卡車等主要生產(chǎn)設(shè)備自動優(yōu)化調(diào)度和固定配車、人工調(diào)度的有效結(jié)合，提高了調(diào)度指揮的質(zhì)量和水平。

4）建立詳細準確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)查詢統(tǒng)計的自動化，查詢統(tǒng)計內(nèi)容全面、快速、準確，避免了人為統(tǒng)計的誤差，節(jié)約了大量的人工操作量，提高了工作效率，同時也為后期的數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)決策提供了數(shù)據(jù)支持。

通過建立專用的局域網(wǎng)絡(luò)，將卡車調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用范圍由坑下-188調(diào)度室擴展到了礦辦公大樓的總調(diào)度室及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和部門，進一步提高系統(tǒng)使用效果。

3 通訊方案選擇

通訊系統(tǒng)是整個卡調(diào)系統(tǒng)能否正常運行的重要保障，它決定了整個系統(tǒng)的采樣率、響應(yīng)速度、定位精度等多項指標。

3.1 原通訊系統(tǒng)組成

通訊系統(tǒng)由有線通訊系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)兩部分組成。其中有線通訊系統(tǒng)包括調(diào)制解調(diào)器、通訊控制器、通訊控制平臺組成。無線通訊系統(tǒng)由通訊控制系統(tǒng)、無線數(shù)傳電臺、無線差分系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等。

無線通訊系統(tǒng)中，通訊控制平臺為系統(tǒng)的核心，完成數(shù)據(jù)的融合與分發(fā)，采用TDMA及FDMA方式控制無線信道。通訊控制平臺接收調(diào)度中心的控制指令，GPS差分基站數(shù)據(jù)，并對接收數(shù)據(jù)進行融合，同時通過時隙控制，將數(shù)據(jù)包發(fā)送給無線數(shù)傳電臺傳輸。通訊平臺同時接收無線數(shù)傳電臺的數(shù)據(jù)，并進行融合，發(fā)送給調(diào)度中心。通訊控制平臺對無線通訊系統(tǒng)的設(shè)備進行再線監(jiān)控，實時向調(diào)度中心發(fā)送無線通訊系統(tǒng)狀態(tài)信息。

隨著露天礦采礦活動的推進，尤其是撫順西露天的實際情況，不斷的向深部采掘，礦坑覆蓋范圍及開采深度不斷擴大，造成現(xiàn)有無線通訊系統(tǒng)的覆蓋范圍逐漸出現(xiàn)通訊盲區(qū)，而隨著礦山的發(fā)展，投入的生產(chǎn)設(shè)備逐步增多，通訊系統(tǒng)容量、覆蓋范圍已經(jīng)不能滿足GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)的需求，因此升級換代迫在眉睫。

3.24 G通訊技術(shù)應(yīng)用

4G通訊技術(shù)[4]指的是第四代移動通訊技術(shù)。其特點在與信息傳輸?shù)母咚俾?，高靈活性、兼容性強、完全自治的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此能夠滿足大信息量的傳輸，可以達到10 M/s，完全能夠?qū)崿F(xiàn)資源的自適應(yīng)分配，在不同的環(huán)境中應(yīng)用信號控制技術(shù)處理。網(wǎng)絡(luò)標準定制實現(xiàn)了CDMMA／GSM 3大移動通訊標準的兼容，自動管理、智能動態(tài)改變，滿足現(xiàn)代通訊系統(tǒng)的發(fā)展要求。

GPS卡車自動調(diào)度系統(tǒng)對傳輸質(zhì)量、信號的穩(wěn)定性、抗干擾性以及信號源頻段兼容性要求較高，撫順西露天礦原有的無線網(wǎng)絡(luò)受限于設(shè)備能力及露天礦的復(fù)雜地理環(huán)境制約，如在原有網(wǎng)絡(luò)上進行改造擴容，工程投資大，后期維護難，隨著露天礦采礦活動的延續(xù)，覆蓋盲區(qū)的問題仍不可避免。4G通訊技術(shù)的出現(xiàn)，有效的改善了傳統(tǒng)無線信號傳輸?shù)木窒扌?。正交頻分復(fù)用（OFDM）[5]技術(shù)是一種多載波數(shù)字通訊技術(shù)，這種技術(shù)的出現(xiàn)為實現(xiàn)高效的抗干擾調(diào)制技術(shù)和提高頻帶利用率開辟了一條的新路徑。OFDM是4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心。OFDM的頻譜效率高，其信號的相鄰子載波相互重疊，這在頻譜資源有限的無線網(wǎng)絡(luò)中顯得至關(guān)重要。其次，其抗噪聲性能和抗衰落能力強。

4 智能移動車載終端升級

4.1 原系統(tǒng)車載終端

原系統(tǒng)移動車載終端為分體式設(shè)計，由終端主機和顯示屏2部分組成，并配有GPS天線、通訊天線、電纜連接線、舉斗開關(guān)（卡車）及電鏟電源等部分組成。終端主機基于ARM模式開發(fā)（內(nèi)嵌GPS定位模塊、通訊模塊、舉斗信息采集模塊等），NUCLUS嵌入式操作系統(tǒng)，采用1/4VGA彩色液晶顯示，通過按鍵實現(xiàn)人工交互操作。

4.2 新型智能移動車載終端研制

經(jīng)現(xiàn)場使用需求，設(shè)備駕駛室空間及安裝位置等多方面因素考慮，新型移動車載終端采用一體式設(shè)計，電子元器件高度集成化。經(jīng)多年研發(fā)、使用經(jīng)驗，露天礦使用環(huán)境惡劣，某些技術(shù)指標甚至高于軍品標準，因此其性能指標要求更加嚴苛，新型移動車載終端在抗震動、防水防塵、防干擾、防雷等進行了優(yōu)化設(shè)計，以適用于露天礦的惡劣環(huán)境，保證車載終端全天候連續(xù)運轉(zhuǎn)，并采用軍工級的寬溫設(shè)計，以適應(yīng)撫順市冬季的低溫環(huán)境。

配置參數(shù)：軍工級計算機主板，CPU主頻2.0 GMHZ，板載內(nèi)存4 GMB,硬盤32 G，8寸液晶觸摸屏，Win7嵌入式操作系統(tǒng)。無風扇、低功耗（2.8 W）設(shè)計，主板提供有標準的UART、USB、RJ45接口。

5 系統(tǒng)軟件升級

系統(tǒng)軟件升級主要包括車載終端軟件和調(diào)度控制平臺軟件2部分。

1）車載終端軟件升級。此次技術(shù)升級，車載終端采用Win7嵌入式操作系統(tǒng)，車載終端軟件采用C#開發(fā)，C#是微軟公司發(fā)布的一種面向?qū)ο蟮摹⑦\行于.NET Framework之上的高級程序設(shè)計語言，后期功能完善開發(fā)方便，實現(xiàn)了遠程在線升級，避免了原車載終端軟件升級需要每個終端單獨到所安裝設(shè)備上升級的問題。升級后的終端軟件界面更加簡潔，操作方便，并增加了語音播報功能，增強了與司機的交互性。

2）調(diào)度控制平臺軟件升級。調(diào)度控制平臺軟件主要升級數(shù)據(jù)采集分析處理模塊，通訊協(xié)議及通訊模式的變化，該模塊需全部重新設(shè)計，以便在保證目前調(diào)度平臺軟件的正常運行，保留現(xiàn)在調(diào)度員已經(jīng)熟練使用的系統(tǒng)不變，只是更新后臺處理部分，避免了系統(tǒng)升級給調(diào)度員造成的影響，實現(xiàn)了平穩(wěn)過渡。

6 結(jié)論

此次技術(shù)升級，以目前應(yīng)用廣泛、成熟的4G通訊技術(shù)為核心升級無線通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋死角問題得以解決，對于系統(tǒng)的擴容及隨著礦坑范圍的變化而引起的覆蓋范圍的變化等問題，得以徹底解決，礦方無法自己維護無線網(wǎng)絡(luò)，而轉(zhuǎn)由更專業(yè)的電信公司負責，節(jié)約礦山的投入資金及后期維護成本。車載終端采用目前最先進的嵌入式系統(tǒng)，使得系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定可靠，而且Windows操作系統(tǒng)為后期軟件的功能升級擴展，提供了技術(shù)支持。調(diào)度中心系統(tǒng)調(diào)度控制平臺軟件的底層升級，保留現(xiàn)有調(diào)度操作軟件界面，使得調(diào)度員能實現(xiàn)與新系統(tǒng)的無縫鏈接，無需改變其熟練的操作模式和習慣，避免了新系統(tǒng)不適應(yīng)引起的不便。經(jīng)現(xiàn)場的實際應(yīng)用，本次升級非常成功，平穩(wěn)過渡，解決了原系統(tǒng)中的弊端，在技術(shù)層面也實現(xiàn)了質(zhì)的跨越，更好的為撫順西露天礦服務(wù)。

［1］楊志勇．基于卡車調(diào)度系統(tǒng)的礦山道路網(wǎng)自動更新［C］∥中國煤炭學(xué)會.2008年全國煤礦安全學(xué)術(shù)年會論文集.北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008．

［2］陳海華．露天礦卡車調(diào)度中移動車載終端系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］．成都：電子科技大學(xué)，2011．

［3］陳彥方．卡車自動化調(diào)度系統(tǒng)在露天礦的應(yīng)用［J］．露天采礦技術(shù)，2012（2）：58-59．

［4］高華民．4G通訊技術(shù)及其在電力系統(tǒng)的應(yīng)用分析．信息通訊，2016（3）：252-253．

［5］李山，李娜.4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用［J］．計算機光盤軟件與應(yīng)用，2013（24）：305-306．

【責任編輯：陳毓】

Technical innovation of GPS truck dispatching system in Fushun West Open-pit Mine

YANG Zhiyong
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute,Fushun 113122,China)

Combining with the characteristics of truck dispatching system and special requirements of the mine application environment,based on the original vehicle terminal for technical upgrading,the mine develops a reliable and high performance fully meeting the new generation vehicle terminal,which successfully is applied in Fushun West Open-pit Mine and achieves good application effect.

GPS;flushbonading;truck dispatching;4G

TD672

B

1671-9816（2017）05-0065-05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.05.018

楊志勇.撫順西露天礦GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)技術(shù)改造［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（5）：65-67.

2017-03-04

楊志勇（1978—），男，滿族，遼寧錦州人，副研究員，本科，數(shù)字礦山研究所所長，2002年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)露天采礦專業(yè)，長期從事數(shù)字礦山建設(shè)、卡車自動化調(diào)度系統(tǒng)及露天開采安全技術(shù)研究工作。