智慧礦山車輛人員綜合管理系統(tǒng)構(gòu)建

毛永祥，劉 冀，何 曄，童維學

（1.昆明理工大學，云南 昆明 650000；2.重慶銘信長興科技有限公司，重慶 400000；3.昆明煤炭設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明 650000；）

智慧礦山以數(shù)字化、信息化為前提，隨著互聯(lián)網(wǎng)＋興起，人工智能的應(yīng)用越來越廣泛，Software as a Service（SaaS）就是其中之一。用戶可根據(jù)自身管理需求，向SaaS 服務(wù)商購買有關(guān)軟件服務(wù)，打造全新的礦山動態(tài)智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)管理科學化、智能化和精細化。

當前不少學者對智慧礦山信息化建設(shè)和管理做了一些研究，龍新征等研究了搭建信息服務(wù)平臺的微服務(wù)框架，提出了分層結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)[1]；王鵬針對智慧礦山存在數(shù)據(jù)孤島及信息難以融合的問題，提出了智慧礦山安全管控大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)方案及架構(gòu)體系[2]；王雪妮等提出了智慧礦山安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)，分析了該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)、功能結(jié)構(gòu)[3]；孫世華提出了1 套建立在GPS、GIS 和現(xiàn)代通訊手段基礎(chǔ)上的車輛管理系統(tǒng)[4]；王丹介紹了車輛管理系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計理念[5]；李剛闡述了煤礦企業(yè)智能化信息系統(tǒng)建設(shè)方案[6]；張振對車輛信息管理系統(tǒng)的實際設(shè)計內(nèi)容進行了介紹，包括總體設(shè)計、用戶管理設(shè)計與實現(xiàn)、系統(tǒng)功能設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計4 項內(nèi)容[7]；孫嘉龍介紹了礦井人員定位監(jiān)測與管理系統(tǒng)在潞安集團公司的應(yīng)用[8]。

1 車輛人員綜合管理系統(tǒng)平臺架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)平臺原理

為了便于集中統(tǒng)一管理，將車輛系統(tǒng)、人員定位管理系統(tǒng)合并建設(shè)，使2 個系統(tǒng)在1 個平臺下運行。平臺總體架構(gòu)可以分為物理層、系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、接口層、傳輸層、組件層、應(yīng)用層等8 個部分。

1）物理層。提供支撐平臺所需的物理設(shè)備，如車載終端、PC、交換機、防火墻通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、WEB 服務(wù)器、磁盤陣列等。

2）系統(tǒng)層。配套提供相應(yīng)的服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫及客戶端操作系統(tǒng)。

3）數(shù)據(jù)層。采集、存儲從業(yè)人員、營運車輛等數(shù)據(jù)信息，并對它們進行分析、整理形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。它還需要采集衛(wèi)星定位平臺、駕駛員安全教育培訓、駕駛員行為規(guī)范系統(tǒng)、車輛安全技術(shù)設(shè)備等信息，形成主題數(shù)據(jù)庫。

4）服務(wù)層。綜合利用通信代理、通信數(shù)據(jù)解析服務(wù)、狀態(tài)適配服務(wù)、指令服務(wù)、數(shù)據(jù)派發(fā)服務(wù)、平臺接口服務(wù)等，為第三方監(jiān)測平臺提供信息通信服務(wù)。

5）接口層。利用WEB Service、Scoket、DCOM/COM＋等接口提供服務(wù)層和傳輸層之間的接口，為平臺的開發(fā)應(yīng)用提供統(tǒng)一的軟件接口支撐環(huán)境。

6）傳輸層。配套建設(shè)有線/無線互聯(lián)網(wǎng)、VPN 專線、企業(yè)內(nèi)網(wǎng)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

7）組件層。提供數(shù)據(jù)操作組件、GIS 管理組件、GPS 管理組件、多媒體引擎、網(wǎng)絡(luò)組件、接口管理容器、基礎(chǔ)UI 組件、基礎(chǔ)工具等組件服務(wù)。

8）應(yīng)用層。根據(jù)管理業(yè)務(wù)和服務(wù)需求，開發(fā)服務(wù)于企業(yè)車輛管理、人員管理的應(yīng)用系統(tǒng)。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)手段

提出1 種分層的微服務(wù)架構(gòu)，其主要關(guān)鍵技術(shù)包括了服務(wù)注冊及發(fā)現(xiàn)、負載均衡、請求熔斷、限流降級4 大項。微服務(wù)架構(gòu)圖如圖1。

圖1 微服務(wù)架構(gòu)圖

1）Eureka 服務(wù)注冊和服務(wù)流程。Eureka 是服務(wù)注冊和服務(wù)流程的組件分為服務(wù)器、消費者、提供者。服務(wù)消費者可向服務(wù)注冊中心訂閱需要的服務(wù)，經(jīng)服務(wù)器搜尋后，向消費者提供服務(wù)提供方的注冊信息，消費者與提供者通信并實現(xiàn)遠程調(diào)用所需要的服務(wù)。Eureka 服務(wù)注冊和服務(wù)流程如圖2。

圖2 Eureka 服務(wù)注冊和服務(wù)流程

2）Ribbon 負載均衡。主要提供客戶端負載均衡算法。若負載狀態(tài)超出了設(shè)定闕值，則會請求調(diào)整到其他未超過負載的組件。通過Ribbon 負載均衡，可大大緩解網(wǎng)絡(luò)壓力，提升系統(tǒng)的可用性和可靠性。

3）Hystrix 請求熔斷。請求熔斷機制是出于保障系統(tǒng)服務(wù)可靠性而設(shè)置，可有效解決交互請求超時等問題。當發(fā)出的請求失敗次數(shù)超過設(shè)定比例時，Hystrix 斷路器會切換到開路狀態(tài)，之后持續(xù)數(shù)秒鐘，自動切換到半開路狀態(tài)。這時會判斷下1 次請求的返回情況，如果請求成功，斷路器切回閉路狀態(tài)，否則重新切換到開路狀態(tài)。請求熔斷過程工作示意圖如圖3。

圖3 請求熔斷過程工作示意圖

4）限流降級。如果一段時間內(nèi)偵測到許多類似錯誤，防止應(yīng)用程序不斷嘗試執(zhí)行可能失敗的操作進而導致資源耗盡，這時會采用Hystrix 進行服務(wù)降級，通知后面的請求該服務(wù)暫時不可用，系統(tǒng)對應(yīng)用程序進行診斷，錯誤得到修正后會再次嘗試調(diào)用應(yīng)用程序。

1.3 系統(tǒng)價值

系統(tǒng)旨在幫助礦山企業(yè)對車輛、人員的精細化管理，以提升綜合管理水平，主要的系統(tǒng)功能為：

1）實時采集人車信息，合理進行調(diào)配。對人員、車輛實時監(jiān)控、掌握整個作業(yè)面的人員、車輛分布情況，方便管理人員進行合理調(diào)配，增強調(diào)度科學化、智能化。

2）確保車輛行車安全，保障安全生產(chǎn)?？蓪崿F(xiàn)車載終端實時監(jiān)控、對車輛超速行為自動報警，有效防止意外事故的發(fā)生，保證了運輸系統(tǒng)的安全可靠度。

3）建立健全安全駕駛評價體系。對車輛路線實現(xiàn)稽查，具備車輛行駛軌跡記錄回放，對司機的不規(guī)范行為監(jiān)督，并對安全駕駛行為評價打分，幫助司機矯正其違規(guī)行為。

4）建立車輛信息庫，提高決策能力。對于礦山企業(yè)而言，運輸統(tǒng)計數(shù)據(jù)對于公司精細化管理十分重要。使用系統(tǒng)的報表統(tǒng)計功能，采集車輛行駛數(shù)據(jù)，包括分段里程、總里程、平均車速、分段平均車速等，可為大數(shù)據(jù)分析打下基礎(chǔ)，大大提高企業(yè)的決策管理水平。

2 車輛管理系統(tǒng)功能目標

礦區(qū)車輛分為內(nèi)部車輛和外部車輛，車輛管理系統(tǒng)應(yīng)做到內(nèi)部車輛運力合理，外部車輛有效監(jiān)管。

2.1 內(nèi)部車輛管理

1）實現(xiàn)車輛實時定位監(jiān)控。能夠在一張電子地圖上同時顯示所有入網(wǎng)車輛的當前位置及狀態(tài)信息?？赏ㄟ^搜索車牌號針對某個車輛進行單獨監(jiān)控，查看該車的實時狀態(tài)、司機信息、車輛報警、主動安全、實時拍照、語音播報、基礎(chǔ)信息、終端信息、實時視頻等信息。

2）運行狀態(tài)圖監(jiān)控。路線運行監(jiān)控圖上顯示路線雙向各個車輛的運行軌跡，若運行車輛長時間滯留裝卸點或靠近危險區(qū)域，系統(tǒng)會自動向后臺調(diào)度人員報警。

3）實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通。實現(xiàn)信息互聯(lián)互通，如車輛動態(tài)信息、靜態(tài)信息的交換，具備下發(fā)通知、指令信息接入車載終端平臺的功能，具備標準數(shù)據(jù)共享接口，為企業(yè)其它橫向部門或主管部門提供數(shù)據(jù)共享接口服務(wù)。

4）規(guī)范駕駛行為。規(guī)范不良駕駛行為，增加疲勞駕駛提醒和強制休息，及時、準確地掌握車輛運行情況、駕駛員操作情況，做到“事前預(yù)防告警、事中實時監(jiān)控、事后取證分析”的全過程監(jiān)管。

5）采集車輛運營和保修信息?？梢绘I查詢車輛耗油量信息、車輛保修信息，耗材信息等，實現(xiàn)車輛的數(shù)據(jù)化管理。

6）車輛智能調(diào)度管理。支持線路規(guī)劃、語音播報、路徑導航、實時路況等功能，基于系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)車輛調(diào)度的智能化、科學化。

7）智能化數(shù)據(jù)分析?；谙到y(tǒng)內(nèi)車輛數(shù)據(jù)，綜合運用GIS、GPS、GPRS、寬帶多媒體網(wǎng)絡(luò)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對車輛日常數(shù)據(jù)分析處理，自動生成統(tǒng)計報表，監(jiān)管人員可分時段查看車輛報警統(tǒng)計、加油費用統(tǒng)計、行駛時長統(tǒng)計、維保情況、車輛利用率等。

2.2 外部車輛管理

外部車輛進入礦區(qū)需加裝可拆卸4G 車載終端，系統(tǒng)對車輛線路監(jiān)管（車輛超速、超時安全報警）、顯示出入坑記錄、稱重、自動統(tǒng)計、遠程實時數(shù)據(jù)查詢，實現(xiàn)人、車、貨匹配。車輛完成作業(yè)后，在出卡口的時候由工作人員回收臨時車輛設(shè)備，并核對工單與車輛終端的信息。

3 人員管理系統(tǒng)功能目標

人員管理系統(tǒng)的功能目標應(yīng)包括實時人員定位監(jiān)控、人員出入礦監(jiān)測、考勤管理、實時軌跡跟蹤、歷史軌跡查看、人員超時報警、人員限制區(qū)域報警、超員報警、應(yīng)急救援功能等。

1）實時精確監(jiān)控。人員攜帶定位手環(huán)，周期性與附近基站通信，上報位置信息，基站將這些位置信息上傳至管理平臺進行解析并呈現(xiàn)，管理員可實時查看到人員的位置，對攜卡人員出/入礦、出/入重點區(qū)域監(jiān)測統(tǒng)計。

2）考勤管理。對個人進行考勤統(tǒng)計，并以班組、部門為單位形成報表打印，接入企業(yè)其它辦公系統(tǒng)。

3）報警功能。形成電子圍欄，當人員無權(quán)限進入或者超過授權(quán)時間，會觸發(fā)自動報警，并傳達至管理人員，以便形成快速反應(yīng)，采取及時安全措施。當人體溫度超出安全范圍時會向后臺發(fā)出預(yù)警信息。

4）實時軌跡跟蹤?？蓪θ藛T活動路線進行跟蹤，實時記錄人員行動軌跡，掌握其詳細工作時間和路徑，有利于提升人力管理水平。該功能還可在應(yīng)急救援中提供關(guān)鍵的線索或證據(jù)。

5）應(yīng)急救援功能。當人員遇險時，可觸發(fā)“求救”按鈕，并可查詢顯示是誰、在什么時間、什么地點發(fā)出的報警，在某區(qū)域有危險需要撤離人員時，在地面調(diào)度人員或系統(tǒng)管理人員可向危險區(qū)域人員群發(fā)緊急撤離通知，人員即可通過定位卡聲音或指示燈及時收到“撤離”信號，能準確地統(tǒng)計全礦及某個區(qū)域（如：工作面）的人員數(shù)量。

4 平臺實現(xiàn)

基于微服務(wù)框架設(shè)計的露天煤礦車輛人員綜合管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了設(shè)備管理、車隊統(tǒng)計、產(chǎn)量統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、維護保養(yǎng)、人員管理6 大平臺板塊，每個功能模塊單獨微服務(wù)，并通過統(tǒng)一身份認證平臺認證。經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)測，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，對人員、車輛管理效率大幅提升。露天礦車輛人員綜合管理系統(tǒng)平臺功能如圖4。

圖4 露天礦車輛人員綜合管理系統(tǒng)平臺功能

5 結(jié)語

通過搭建智慧礦山車輛人員綜合管理系統(tǒng)，能夠采集人員、車輛的數(shù)據(jù)，自動形成報表，并通過存儲的歷史數(shù)據(jù)，與系統(tǒng)數(shù)據(jù)有效整合，實現(xiàn)相關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的綜合分析。該系統(tǒng)打破了現(xiàn)有管理模式的“信息孤島”，實現(xiàn)資源共享、數(shù)據(jù)互通，為煤礦運營管理層對安全生產(chǎn)、經(jīng)營決策提供了堅實的事實依據(jù)和支撐平臺。通過對人員、車輛運營狀況、安全事故進行統(tǒng)計，可為煤礦預(yù)防和處理各類突發(fā)事故和自然災(zāi)害提供有效手段，具有很好的推廣應(yīng)用價值。