智能卡車調(diào)度系統(tǒng)在紫金山露天礦的應(yīng)用

阮詩(shī)昆，黃玉錦，藍(lán)先靈

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建 上杭 364200)

紫金山露天礦采用汽車、汽車+溜井+平硐電機(jī)車、汽車+溜井+平硐膠帶等多種開拓運(yùn)輸方式，境界內(nèi)正常使用的溜礦井有10條，采場(chǎng)內(nèi)保有斗容(2.1～6 m3)挖機(jī)約50臺(tái)，50～70 t卡車約230臺(tái)，設(shè)備大型化、機(jī)械化程度較高。此外，采場(chǎng)采用高陡幫開采工藝，巖石裂隙發(fā)育，遇上南方多雨水天氣，霧大能見度低，采場(chǎng)安全管理、防洪壓力、礦石的調(diào)度運(yùn)輸及溜井供礦質(zhì)量保證面臨挑戰(zhàn)。與之不甚匹配的是，生產(chǎn)調(diào)度一直采用傳統(tǒng)的固定配車、人工跑現(xiàn)場(chǎng)、對(duì)講喊話的模式進(jìn)行，人工收集錄入數(shù)據(jù)的方式沿用多年，調(diào)度指揮的安全性、準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性難以有效保障，造成現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理人員和設(shè)備效率不高、生產(chǎn)成本較高，直接影響礦山的經(jīng)濟(jì)效益和綜合效益。

針對(duì)這一現(xiàn)狀，在露天礦卡車調(diào)度系統(tǒng)逐步廣泛應(yīng)用的大背景下，紫金山露天礦自2015年起籌劃建設(shè)方案，于2018年底正式啟用卡車調(diào)度系統(tǒng)。本文主要介紹該系統(tǒng)在該礦的成功應(yīng)用，并探索可供改進(jìn)的功能和板塊，提出進(jìn)一步完善卡調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理、提高露采數(shù)字化管控水平的措施，充分發(fā)揮卡調(diào)系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)的智能輔助，提升露天采礦安全管理、生產(chǎn)管理、資源管理及成本管理水平。

1 卡車調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度理論

卡車調(diào)度系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，依托GPS衛(wèi)星，以礦山數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，綜合利用無(wú)線傳輸技術(shù)，集成各個(gè)生產(chǎn)指揮環(huán)節(jié)，將GPS位置信息發(fā)送到內(nèi)置GPS接收模塊的終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)度，具有生產(chǎn)管理、監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)、決策、優(yōu)化等功能[1]。

通過對(duì)卡車調(diào)度理論研究成果分析，目前比較認(rèn)可的是，卡車調(diào)度理論包含確定最優(yōu)路線、車流規(guī)劃、實(shí)時(shí)調(diào)度三個(gè)方面。

1)確定最優(yōu)路線。最優(yōu)路線的確定旨在適應(yīng)礦山配置形態(tài)變化，它在龐大的采場(chǎng)道路網(wǎng)中解算出所有兩點(diǎn)間的最短路線。在圖論和運(yùn)籌學(xué)中，最短路徑算法通常用來(lái)求解最優(yōu)路徑。常用的算法有Dijkstra、Floyd、矩陣算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法等[2]。

2)車流規(guī)劃。車流規(guī)劃就是通過數(shù)學(xué)規(guī)劃，在滿足運(yùn)輸量、剝采比、車流連續(xù)性、產(chǎn)品質(zhì)量搭配等約束條件下，對(duì)發(fā)往各裝卸點(diǎn)的車流進(jìn)行優(yōu)化分配，其結(jié)果是對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)中卡車進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度的基礎(chǔ)。

3)實(shí)時(shí)調(diào)度。實(shí)時(shí)調(diào)度是在車流規(guī)劃的基礎(chǔ)上，應(yīng)用適當(dāng)?shù)膶?shí)時(shí)調(diào)度準(zhǔn)則，根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行情況，對(duì)卡車進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，給出每臺(tái)卡車優(yōu)化的運(yùn)行方向[3]。

2 卡車調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)組成

紫金山露天礦智能卡車調(diào)度系統(tǒng)，通常包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)[4-6]。從功能板塊來(lái)說，包括綜合管理平臺(tái)、生產(chǎn)與安全管理系統(tǒng)、設(shè)備輔助管理系統(tǒng)、系統(tǒng)輔助管理系統(tǒng)、地質(zhì)模塊管理系統(tǒng)和智能調(diào)度系統(tǒng)。從構(gòu)架來(lái)說，該系統(tǒng)通過GPS及北斗雙星定位，包含4G LTE通訊基站、車載終端、挖機(jī)終端、調(diào)度控制中心等硬件設(shè)施建設(shè)及調(diào)度控制軟件程序(如圖1、圖2)。

圖1 智能卡車調(diào)度系統(tǒng)硬件布設(shè)圖Fig.1 Hardware layout of intelligent truck dispatching system

圖2 智能卡車調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作圖Fig.2 Intelligent truck dispatching system network system diagram

3 卡車調(diào)度系統(tǒng)主要功能

3.1 車輛實(shí)時(shí)定位功能

系統(tǒng)通過GPS、北斗雙星定位模塊，對(duì)現(xiàn)有已安裝卡調(diào)終端設(shè)備的車輛、挖機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位、歷史回放、運(yùn)行軌跡查詢、速度顯示、超速定位及報(bào)警、離線定位及報(bào)警功能，可以有效減少人為管理盲區(qū)，提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的透明度(如圖3)。

圖3 車輛實(shí)時(shí)定位功能圖Fig.3 Vehicle real time positioning function diagram

3.2 車輛防碰撞功能

當(dāng)車輛之間距離相距10 m，速度在15 km/h以上時(shí)，終端設(shè)備會(huì)進(jìn)行互相提示和報(bào)警。在視線不良、雨霧天氣情況下，能夠起到對(duì)危險(xiǎn)和隱患的提前預(yù)警作用。

3.3 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)

調(diào)度管理人員能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)的監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)所有鏟裝、運(yùn)輸設(shè)備作業(yè)狀態(tài)，并進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度指令的下發(fā)，改變了以往通過電話、對(duì)講機(jī)等人工調(diào)度方式存在的調(diào)度指令滯后、錯(cuò)位等現(xiàn)象。同時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)調(diào)度(如圖4)。

圖4 自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)圖Fig.4 Automatic scheduling system diagram

3.4 智能配礦系統(tǒng)

利用現(xiàn)場(chǎng)巖粉取樣數(shù)據(jù)，通過SURPAC軟件，建立了采場(chǎng)實(shí)時(shí)的爆堆數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)選廠當(dāng)天或當(dāng)班的礦量和品位需求，自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的排產(chǎn)。該功能是礦山根據(jù)自身實(shí)際情況，協(xié)同軟件公司定制開發(fā)的特色功能(如圖5)。通過與SURPAC軟件結(jié)合，將二次圈礦后的爆堆數(shù)據(jù)庫(kù)按照標(biāo)準(zhǔn)格式導(dǎo)入卡調(diào)系統(tǒng)，卡調(diào)系統(tǒng)綜合各溜井礦量、品位、運(yùn)距等約束條件，在采場(chǎng)現(xiàn)有爆堆中計(jì)算出配礦計(jì)劃及建議設(shè)備配備，最后形成生產(chǎn)計(jì)劃表，經(jīng)審核后實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)指令的一鍵下發(fā)。

圖5 智能配礦系統(tǒng)圖Fig.5 Intelligent ore distribution system diagram

3.5 自動(dòng)計(jì)量及報(bào)表系統(tǒng)

系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)車載GPS的定位信息和相關(guān)判斷條件，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的自動(dòng)循環(huán)統(tǒng)計(jì)。自動(dòng)計(jì)量及報(bào)表系統(tǒng)，是卡調(diào)系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)來(lái)源，為后期的采礦、剝離成本的實(shí)時(shí)結(jié)算、資源有效控制、運(yùn)礦距離測(cè)算、提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)來(lái)源。

3.6 高精度挖機(jī)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)配置1臺(tái)高精度挖機(jī)終端，水平和垂直定位精度±5 cm，可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)礦巖鏟裝界線的精確控制，越界報(bào)警，有效控制礦石在鏟裝過程中的貧化和損失(如圖6)。

圖6 高精度挖機(jī)控制系統(tǒng)圖Fig.6 High precision excavator control system diagram

3.7 其他功能

此外，系統(tǒng)配備覆蓋全采場(chǎng)的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)管理人員使用的語(yǔ)音視頻實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)、車輛階段性油耗監(jiān)測(cè)、異常作業(yè)實(shí)時(shí)報(bào)警、通訊基站斷電報(bào)警系統(tǒng)等功能。

4 重要模塊運(yùn)行現(xiàn)狀及優(yōu)化探索

4.1 配礦運(yùn)行現(xiàn)狀及優(yōu)化探索

4.1.1 配礦運(yùn)行現(xiàn)狀

智能配礦是卡調(diào)系統(tǒng)的核心模塊之一，也是根據(jù)紫金山露采的工藝模式專門設(shè)計(jì)、定制開發(fā)的一套系統(tǒng)。在實(shí)現(xiàn)精確配礦的基礎(chǔ)上，還可以有效的全局考慮資源分布、優(yōu)化爆堆選擇、優(yōu)化運(yùn)輸路徑，提高計(jì)劃編制效率。目前露采在用的供礦溜井共10條，各溜井分別分布在采場(chǎng)的不同區(qū)域。爆破爆堆每月250～270個(gè)，為確保系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，配礦功能運(yùn)行必須滿足以下條件：作業(yè)爆堆必須是未完成、可用狀態(tài)，剩余量不能為零或者為負(fù)，同時(shí)必須有運(yùn)距(即從鏟裝點(diǎn)到卸點(diǎn)之間的路網(wǎng)暢通)。路網(wǎng)必須實(shí)時(shí)更新，確保路線暢通，中間連接無(wú)斷開，且與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際道路貼合。

4.1.2 主要存在問題

1)爆堆數(shù)據(jù)庫(kù)不準(zhǔn)，與實(shí)際生產(chǎn)備礦數(shù)據(jù)差距較大?，F(xiàn)存爆堆數(shù)據(jù)庫(kù)中較多爆堆剩余量為0或者負(fù)值很大仍未閉合，同時(shí)爆堆狀態(tài)為已完成或者不可用仍在生產(chǎn)。

2)紫金山生產(chǎn)調(diào)度受選廠運(yùn)行效率影響較大，挖機(jī)調(diào)動(dòng)頻繁，智能配礦計(jì)劃可執(zhí)行性降低，導(dǎo)致爆堆數(shù)據(jù)失準(zhǔn)。挖機(jī)生產(chǎn)安排調(diào)整時(shí)，由于未明確作業(yè)爆堆具體的第幾塊物料，人工錄入時(shí)會(huì)導(dǎo)致該爆堆數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。

3)配礦功能仍需進(jìn)一步優(yōu)化完善。如配礦程序不夠穩(wěn)定，會(huì)出現(xiàn)未經(jīng)處理的異常導(dǎo)致計(jì)算失敗，以及優(yōu)先路徑設(shè)置特定爆堆后，不能再生成計(jì)劃等問題。

4)路網(wǎng)更新不及時(shí)。鏟裝點(diǎn)至卸點(diǎn)間的路網(wǎng)在某一控制點(diǎn)中斷，未有效連接，導(dǎo)致路徑不通；系統(tǒng)內(nèi)存在多條路網(wǎng)時(shí)，當(dāng)有更優(yōu)路徑的爆堆，即運(yùn)距更短時(shí)，導(dǎo)致結(jié)算結(jié)果失準(zhǔn)。

4.1.3 優(yōu)化探索

綜合來(lái)說，配礦調(diào)度應(yīng)加強(qiáng)與選廠的溝通，利用指定生產(chǎn)交流平臺(tái)，第一時(shí)間掌握選廠的礦量品位情況及溜井的運(yùn)作情況，在出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)調(diào)整供礦，做出最及時(shí)有效的反應(yīng)，將影響降至最低，保證生產(chǎn)。在生產(chǎn)交流平臺(tái)，每班固定時(shí)段發(fā)布相關(guān)生產(chǎn)信息，提供各相關(guān)部門決策。具體措施如下：

1)地質(zhì)爆堆方面：卡調(diào)系統(tǒng)的爆堆數(shù)據(jù)應(yīng)作為生產(chǎn)備礦的唯一來(lái)源；爆堆信息導(dǎo)入系統(tǒng)同時(shí)向相關(guān)人員發(fā)布爆堆物料分布示意圖，且生產(chǎn)發(fā)函與卡調(diào)系統(tǒng)爆堆所有信息應(yīng)一致；爆堆余量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際每日校正，實(shí)時(shí)更新爆堆信息；炮孔樣數(shù)據(jù)提供不完整，嚴(yán)禁安排爆堆爆破作業(yè)。

2)調(diào)度方面：選擇1～2個(gè)溜井進(jìn)行智能配礦試運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)管理熟練掌握配礦操作，逐步轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)工作方式；出礦、排渣等紙質(zhì)表單與卡調(diào)系統(tǒng)中的排產(chǎn)計(jì)劃，均應(yīng)明確到爆堆的具體物料分塊；加強(qiáng)與選廠的溝通交流，確保溜井井存相對(duì)準(zhǔn)確，減少過程調(diào)整；嚴(yán)禁現(xiàn)場(chǎng)私自調(diào)動(dòng)生產(chǎn)安排。

3)軟件方面：后臺(tái)軟件測(cè)控不斷優(yōu)化智能配礦功能；實(shí)時(shí)更新路網(wǎng)，確保與采場(chǎng)實(shí)際吻合。

4.2 智能調(diào)度運(yùn)行現(xiàn)狀及優(yōu)化探索

4.2.1 智能調(diào)度運(yùn)行現(xiàn)狀

在給定生產(chǎn)調(diào)度指令后，系統(tǒng)可以根據(jù)作業(yè)起始點(diǎn)、終點(diǎn)，給車輛自動(dòng)優(yōu)化行駛路徑，并在車輛終端頁(yè)面、調(diào)度控制臺(tái)上實(shí)現(xiàn)路徑導(dǎo)航、顯示。同時(shí)，在設(shè)定的條件下，根據(jù)挖機(jī)的作業(yè)效率、車輛的運(yùn)輸效率，實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)車輛的自動(dòng)調(diào)度、智能調(diào)度，提高鏟裝、運(yùn)輸效率。

由于露采運(yùn)輸由三家工程公司負(fù)責(zé)，各自片區(qū)獨(dú)立調(diào)度，智能調(diào)度模式僅在同一家公司的多臺(tái)挖機(jī)供同一個(gè)溜井或者排土場(chǎng)的條件下使用。即同一家工程公司內(nèi)部，2臺(tái)以上挖機(jī)作業(yè)，爆堆臨近，卸點(diǎn)相同，避免運(yùn)距偏差太大，同時(shí)出礦物料必須一致，測(cè)試挖機(jī)組內(nèi)卡車5部以上。機(jī)械設(shè)備必須以終端顯示指令信息為準(zhǔn)并執(zhí)行，未經(jīng)調(diào)度中心同意不得隨意調(diào)整。

4.2.2 主要存在問題

智能調(diào)度進(jìn)程依賴機(jī)械設(shè)備是否安裝卡調(diào)終端，同時(shí)未經(jīng)過調(diào)度中心培訓(xùn)車載終端操作不熟或者擅自關(guān)閉操作系統(tǒng)的駕駛員和挖機(jī)手，易造成生產(chǎn)調(diào)度不便，影響生產(chǎn)指令執(zhí)行和作業(yè)結(jié)算。

4.2.3 優(yōu)化探索

1)智能調(diào)度測(cè)試方面。第一，分批次、分公司組織設(shè)備進(jìn)行智能調(diào)度功能測(cè)試，測(cè)試前提前告知工程公司相關(guān)人員和設(shè)備測(cè)試安排，明確當(dāng)日作業(yè)挖機(jī)和車輛(滿足數(shù)量要求)生產(chǎn)作業(yè)信息等；第二，做好測(cè)試期間終端操作、運(yùn)行故障、報(bào)警信息等問題的記錄，并對(duì)存在問題分析解決；第三，不同作業(yè)環(huán)境測(cè)試，分別在晴好天氣、雨霧天氣、夜間等多種礦山環(huán)境展開測(cè)試，提高智能調(diào)度功能實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，充分指導(dǎo)生產(chǎn)。

2)調(diào)度方面。第一，生產(chǎn)安排合理，確保滿足供礦溜井品位和礦量，避免過程中因計(jì)劃安排不合理、爆堆作業(yè)量不足、設(shè)備出勤量少再臨時(shí)調(diào)整，影響執(zhí)行；第二，通過卡調(diào)高清視頻監(jiān)控和VNC連接設(shè)備終端查看執(zhí)行情況，實(shí)時(shí)進(jìn)行設(shè)備管控和調(diào)整，確保指令落實(shí)到位。

3)軟件方面。第一，立足針紫金山生產(chǎn)作業(yè)模式，及時(shí)分析系統(tǒng)運(yùn)行存在問題，對(duì)接軟件開發(fā)人員進(jìn)行優(yōu)化；第二，經(jīng)過一段時(shí)間的智能調(diào)度功能測(cè)試，對(duì)運(yùn)行效果進(jìn)行對(duì)比分析和評(píng)價(jià)，重點(diǎn)分析在鏟裝運(yùn)輸效率提升方面的成果，運(yùn)用數(shù)據(jù)佐證；第三，針對(duì)運(yùn)行出現(xiàn)的信息異常、漏洞等專業(yè)技術(shù)層面問題，要求軟件人員進(jìn)行專業(yè)分析，盡快解決。

4)人員方面。第一，加強(qiáng)人員操作培訓(xùn)，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)人員智能調(diào)度設(shè)置和機(jī)手終端操作培訓(xùn)，降低操作失誤頻次；第二，對(duì)指令信息落實(shí)不到位、機(jī)械設(shè)備擅自調(diào)整、功能測(cè)試通知不到位等行為按制度進(jìn)行處罰，切實(shí)提高執(zhí)行力。

5 結(jié)論

紫金山露天礦山卡車智能調(diào)度系統(tǒng)，立足紫金山生產(chǎn)模式，通過現(xiàn)代高新技術(shù)，基本滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)

設(shè)備的動(dòng)態(tài)調(diào)度、準(zhǔn)確執(zhí)行生產(chǎn)計(jì)劃、及時(shí)查詢生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)情況、確定最優(yōu)路線等功能需求。目前紫金山露天礦正處在智能礦山將徹底替代傳統(tǒng)生產(chǎn)管理模式的發(fā)展過程中，其卡車智能調(diào)度系統(tǒng)仍有不斷優(yōu)化的空間，擬從綜合管理平臺(tái)、生產(chǎn)與安全管理系統(tǒng)、設(shè)備輔助管理系統(tǒng)、系統(tǒng)輔助管理系統(tǒng)、地質(zhì)模塊管理系統(tǒng)和智能調(diào)度系統(tǒng)六大板塊全面提升，達(dá)到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)設(shè)備狀況，及時(shí)應(yīng)對(duì)生產(chǎn)突發(fā)事件，科學(xué)、合理調(diào)度設(shè)備，提高管理水平，提高設(shè)備作業(yè)效率，減少設(shè)備運(yùn)行成本等目標(biāo)，從而建立一套高效安全的露天綜合生產(chǎn)管理調(diào)度系統(tǒng)，打造新時(shí)期智慧礦山建設(shè)新標(biāo)桿。