基于GIS/GPS/GPRS的露天礦電鏟的卡車監控排程資訊系統

基于GIS/GPS/GPRS的露天礦電鏟的卡車監控排程資訊系統

翻譯人：潘文祥； 自動化1003； 學号： 201003120318

摘要：利用GIS，GPS和GPRS，設計和開發了卡車和鏟車在一個露天的智能監控和排程系統。該系統可以監視和排程露天礦卡車和鏟車和播放他們的曆史路徑。一種智能資料算法的實際應用。該算法可以指望卡車和負載英格斯鏟的傳遞的時間。在真實場景的實驗表明，該系統的性能是穩定的，并能滿足在露天礦坑的生産标準。

關鍵字：GIS;GPS;GPRS;排程;資料處理;露天礦

1． 介紹

迄今世界的卡車監控排程系統的發展，例如美國Module公司排程監控系統已經達到了一個高度成熟的水準，幾乎是普遍的。它已經發展成為一個決策平台的形式，由管理層在多向采礦生産的控制系統，稱為Intellimine。1998年，排程控制系統引入到中國江西德興銅礦[1]。這顯然加強了裝置的使用效率，在露天礦坑提高了管理水準和獲得更好的整體利益。2003年，丹東東方測控技術有限公司連同齊大山鐵礦已經制定了在露天礦坑的卡車排程管理系統。該系統在日常生産管理中已成為不可缺少的。必須指出的是這些系統最大的缺點是它們花費太多。必須強調指出，最大的缺點主要的原因是每一個露天礦都有一個獨立的通信網絡需要建立和維護。許多礦山無法承受這樣的系統。然而，利用GIS/ GPS / GPRS技術，就沒有必要在每一個露天礦網絡建立獨立的通信。該網絡可以由第三方維護和更新（例如，中國移動通信有限責任公司）。這樣可以大大降低成本，并為中，小型露天礦山提供了一個良好的平台，建立了快速，高效，實用的地面交通系統。這樣的系統在提高勞動生産率，降低開采成本，促進采礦技術上是非常重要的，在露天礦開采上達到了前所未有的水準。

2 GIS/GPS/GPRS

2.1GIS

地理資訊系統（GIS）是一種采集，存儲，管理，分析，示範和應用地理資訊計算機系統。它是可以分析和地理處理大量資料的一般技術。它需要一個地理空間資料庫為基礎，采用地理模型分析方法，以提供多種空間和動态的地理資訊，并作為一個地理再搜尋和決策工具。它有一些基本的功能，如電子地圖，空間資料管理和空間資訊分析。地理資訊系統已在許多領域得到了應用，建立各類空間資料庫和決策支援系統，每個都有不同的标準，并提供答案的許多不同形式的空間查詢，空間ANALY-SES和援助計劃和決策功能。地理資訊系統已在許多領域得到了應用，建立各類空間資料庫和決策支援系統，每個都有不同的标準，并提供答案的許多不同形式的空間查詢，空間ANALY-SES和援助計劃和決策功能。迄今為止，地理資訊系統已經逐漸應用露天采礦。卡車和鏟車在露天礦的監控排程資訊系統的任務是跟蹤，監控和管理的生産裝置，這在很大程度上依賴于地理空間資訊。是以，地理資訊系統中起着卡車，實時動态管理和決策分析援助的可視化監控系統的重要作用。

2.2GPS

全球定位系統（GPS）是由24顆衛星組成的網絡放置在軌道的基于衛星的導航系統。他們的地面站是由美國國防部管理系。一個GPS接收器必須被鎖定在至少三個衛星的信号來計算2D位置（緯度和經度）和跟蹤的運動。一旦卡車的位置已經确定，GPS單元可以計算其它資訊，如速度，軸承，軌道，行程距離，日出和日落的時間和更多資訊。全球定位系統每天24小時工作在各種天氣條件下，在世界任何地方。有沒有申購費或建立收費使用GPS。迄今為止，作為GPS裝置正變得更小，更便宜，露天礦的GPS應用有不斷擴大的趨勢。随着GPS，卡車和鏟車在露天礦的監測排程資訊系統提供精确的位置（緯度突地和經度），速度，方位，時間，跟蹤和卡車和鏟車的更多基本資訊。

2.3GPRS

通用分組無線業務（GPRS）是GSMPhase2+标準實作的内容之一，能提供快速的資料傳輸速度。理論上，這種服務在GSM網絡上比目前晶片交換資料快十倍。GPRS采用相同的頻率範圍，帶寬，銳緣結構，無線調制标準，跳頻規則以及TDMA幀結構如GSM。GPRS涉及覆寫在現有電路上的基于分組的空中接口交換的GSM網絡。它提供了端 - 端，廣域無線IP連接配接。GPRS采用完全共享無線信道，并提供更快的資料通過終端的IP 到 PPP的長距離連接配接。它提供了四種類型的QoS以及支援IP和X.25的協定。它可以與網際網路及其他公共資料網絡進行通信。作為一種過渡技術（2.5G）從GSM向第三代移動通信，GPRS具有顯着的優點是多方面的。卡車和露天礦電鏟的監控排程資訊系統主要采用GPRS的優點，如更快的速度和即時連接配接，在需要時通過的資料量收費。它可以提供實時無線傳輸，是沒有一個撥号數據機能非常快的連接配接到GPS裝置的位置資訊。這是非常重要的，因為GPS的位置資訊具有空間隻有少量的資料，并需要頻繁地發送。是以，該系統可以很好地利用GPRS來傳輸GPS位置資訊。

3 卡車和鏟車的監控排程系統的原理

3．1卡車和鏟車的監控排程系統

    監視排程系統是由通過車輛通信網絡和一個監控中心進行，如圖1中所示的移動終端。

在這個系統中的移動終端接收的GPS信号，然後計算出緯度，經度，角度，車輛的高度和速度。移動終端的擴充接口也能滿足多種檢查和控制線從車輛擷取的資訊。各種資訊通過GPRS和網際網路傳送到監測中心。GPRS，作為移動終端和監控中心之間的電信網絡，主要傳輸上的位置和在發生報警時的車輛和資訊的條件的資訊，向監測中心，這反過來又對車輛發送排程和控制指令。在監控中心，通信伺服器，資料庫伺服器和控制台是由一個100M的區域網路連接配接。軟體系統的控制中心下的監控中心接受和處理來自控制車輛的各種資訊。汽車的位置，路徑和其他資訊都被顯示在LED多媒體顯示屏上面和監控中心的電子地圖，是以這些汽車會被監控和排程。此外，該系統可建立其他中心在不同地區的監控和排程子系統。這個城市副中心具有獨立或相對獨立的監控排程功能，可以從中心控制。

圖1. 監控排程系統結構

3.2卡車和鏟車的資料處理系統

在第一資料處理卡車和鏟車的系統定位卡車通過GPS和GPRS的實時位置，然後确定裝載礦A位置（經度，緯度）通過通GPS裝置鏟和卸礦B位置（經度，緯度）的終端。卡車C（經度，緯度）的實時位置，可根據安裝在卡車的終端來确定，如圖.2所示。

                        圖.2資料算法示意圖

接下來的步驟需要一系列時間作為其基準。假定距離（C，X）是卡車C和每個鏟車之間的距離，R1是挖掘機的掃描距離A和R2破碎站B的掃描距離。R1和R2的值取決于實際情況露天礦和掃描區域的形狀。還假設這兩個掃描區域是圓形和它們的半徑R1和R2。F1和F2的兩個變量。該算法如下：

1）. 從掃描開始時間或上次掃描時間卡車的所有GPS資料。首先，過濾卡車的重複的GPS資料，并隻儲存的GPS資料的記錄，如果卡車在一個地方的GPS資料的許多類似的記錄。然後濾除不屬于該區域的掃描過程中的GPS資料交通。資料符合這兩個條件将按照以下三個步驟進行進一步過濾。F1和F2的初始值被故意設定為假。

2）.根據卡車的GPS資料時間，在相同的或者相近的時間的鏟車也被搜尋到了。然後，卡車和鏟車之間的距離（C，A）被提取。該算法決定是否距離（C,A）屬于根據露天礦的實際情況确定的鏟車掃描區域。決定是否距離（C，A）<R1。如果距離（C，A）<R 1，然後從鏟車及卡車（緯度，經度，數量，時間，方向采取了所有的資訊，速度等），在這一刻，并設定變量F1為真。

3）.在下一時刻，算法繼續按照第2步搜尋的資料）在鏟車的掃描區域并提取距離（C，A）。如果距離（C，A）是最小的在某個時刻，再次發生的資訊符合條件在前一時刻與目前資訊鏟車和卡車，循環步驟3），直到距離（C，A）> R1。

4).細碎站的坐标可以通過GPS進行檢驗，然後提取卡車和破碎站間的最小距離（C，B）。決定距離（C，B）是否屬于破碎站的掃描區域是根據公開的實際情況還确定坑。決定是否距離（C，B）<R2。如果距離（C，B）<R2，然後記錄卡車的全部資訊（緯度，經度，數字，時間，方向，速度等）在這個時刻，并設定标志F2為真。

5）. 在下一時刻，繼續按照步驟4來搜尋資料），并提取距離（C，B）。如果距離（C，B）是最小的在某個時刻，再次發生的資訊符合該條件在最後時刻與卡車的目前資訊。當距離（C，B）> R2，法官F1和F2。隻有當F1和F2都是真實的同時，記錄一次的卡車（C），根據該資訊鏟（A）和破碎站（B）。F1和F2的值必須被重置為假，算法繼續執行下一個循環。如果這些步驟都按正确的順序執行，系統可以計算鏟車和破碎站準确的時間。此外，用于确定卡車和鏟車的實時位置的位置資訊的回報時間通常為10秒。這種大規模的資料量需要一個高效的算法。在實際開發中，我們采取了一些優化方法定期自動過濾資料，這樣可以大大減少備援資料的數量和提高其效率。此外，該掃描區域可以根據實際情況被設定為一個不同的，随機的多邊形。它的原理是所描述類似的。

4.卡車和鏟車在三道莊露天礦的監控排程資訊系統。

三道莊露天礦是洛陽栾川钼業集團股份有限公司的一部分。其輸出為10萬噸。其長度為2350米，其寬度1350米及其開采标高為1114和1630.8米之間。采礦的高度516.8米和台階高度12米。旋挖機，鏟車和卡車都在此開采過程中使用。交通系統由許多卡車，破碎站，礦石溜井和電力機車。卡車和鏟車在這個露天的監控排程資訊系統主要包括終端和監控排程軟體。

4.1軟體構成及其功能

4.1.1地理資訊系統監控排程用戶端（GMDC）

    在GIS監控排程用戶端可以安裝在監控中心管理，排程和監控卡車和鏟車，其功能如下：

1） 地圖操作：放大，縮小，漫遊和顯示分層地圖；随機點在地圖上顯示坐标；計算出兩個随機點的距離；計算随機多邊形的面積; 查詢其他地理目标的資訊等。

2） 車輛展示：顯示幾輛卡車或鏟車的不同，例如，不同的顔色和不同的标記；根據給定的指令不顯示卡車和鏟車

3） 曆史路徑回放：在電子地圖上播放任何卡車在某些時候的行駛路徑。

4） 詢問卡車的位置：在任何時刻都可以查詢目前位置，速度，狀态和任何卡車的駕駛員。

5） 指令排程：監控中心可以發出排程指令的文本; 用卡車攜帶的終端将清楚地表明和顯示，用紅色光，在終端上的排程指令。

6） 語音排程：監控中心可以通過任何終端進行調用車輛排程，紅燈終端将清楚地表明指令并給出會響。

7） 終端資訊回報：用卡車攜帶的終端可以上傳終端的操作面的預制固定的資訊并傳回回報到監控中心可與及時的資訊處理。

4.1.2 GPS資料處理的用戶端（GDPC）

    GPS資料處理的功能是記錄由卡車和鏟車裝載傳遞的時間。具體功能是作為以下操：

1）卡車的計數：計數準确地鏟每輛卡車的傳遞時間，以一定的時間間隔内破碎站; 間隔可以由使用者設定; 根據使用者的需要，統計結果可以轉化按類，月份和季節彙報的形式。

2）鏟車的負荷計數: 每一鏟車的一段時間間隔内計算準确的加載時間, 其它功能與1是相同的。

4.1.3 GPS定位資料處理伺服器(GLDP)。

    GPS處理伺服器的主要功能是過濾，提取和處理的卡車和鏟車的定位資料，以提高準确度和統計效率的水準。

4.1.4 資料通信控制伺服器(DCCS)

    通信控制伺服器主要采集，傳輸和通過TCP/ IP路由的資料和分析的通信協定和分布資料; 這部分還負責交通的處理（監控，排程等）和其他資料連接配接（本地化資料輸入，條件，車輛更新等）。

4.1.5  資料庫管理系統（DBMS）

    資料庫管理系統主要用于管理資料庫和增加，删除，修改，需要從車輛，司機和營運商的資料，而是定期備份資料，然後将其删除。

4.2 系統應用程式部署

整個系統的部署的過程如下：

1）準備：露天礦的地形複雜，通信信号不好，有許多信号盲區。通信底座和一個轉發器是由中國移動建成。這些措施已經解決了信号問題。

2）終端裝置：終端的類型是由深圳華強控股有限公司提供的HQ60006-T10。在較早的時期GPS終端已經安裝在75卡車和鏟車。終端主要包括一個主機，一個GPS天線，一個GPRS天線，顯示器，一個紅色訓示燈，耳機，聲音箱以及一個麥克風。安裝完成後，終端需要調試。它主要設定使用操作搖桿的主架構（号碼，IP，端口等）的參數。

3）軟體部署：有五個子系統項目。結構部署圖如圖3所示。資料通信控制系統部署在公司的web伺服器。本地化資料處理系統和資料庫管理伺服器部署在公司的資料庫伺服器;資料處理的用戶端和卡車和鏟車的監控用戶端都部署在露天的監控中心。

                        圖.3 結構示意圖

4）坐标配準：在第一個執行個體中，目前的露天礦地形圖應換新。在AutoCAD2006下，我們可以從DWG格式轉換到DXF格式。然後我們就可以在目前坐标比對DXF地形圖。建立一個經度/緯度（WGS84）坐标系，并選擇幾個坐标：第一點的大地坐标為：(6755.3044, 4850.7990), 緯度/經度坐标：(111.506202,33.91905)；第二點是：(6459.1221, 5482.2094) 緯度/經度坐标(111.50295, 33.92468)。其比對如圖4所示。獲得的标簽格式電子地圖後，電子地圖是 通過MAPX5.0儲存為的Geoset。

圖.4   坐标配準圖

5）系統調試：許多參數需要合理化在該系統中，給定的真實情況。最重要的參數是在露天所有的掃描區域的劃界。目前有五個掃描區域，那些破碎站中的I，II，III​​，在南溝槽和儲備礦。他們主要采取了掃描由許多卡車制造傳回路徑，以确定區域的方法。此外，在一些特殊的地形，不規則形狀的掃描區域，可以通過點和直線的方法來确定。圖5是軟體系統的操作界面。

                    圖.5 軟體作業系統

4.3運作的系統

在三道莊露天礦的監控排程資訊系統自2007年3月，已被使用。出現一些問題從那時起，如漂移，高精度GPS的。這些已經解決了由系統軟體的優化。真實場景的實驗之後，該系統的性能是穩定的。它不僅可以跟蹤和定位車輛，回放曆史路徑，監測車自動，也可以通過語音和指令排程卡車，準确計數卡車和鏟車的工作量。圖6顯示了卡車的資料系統的一些結果。

                        圖6卡車的輸出資料

5結論

1）基于GIS/ GPS/ GPRS技術的卡車和鏟車在一個露天的監控排程資訊系統是一個集多方位，實時，高效的軟體系統。實際應用表明，該系統提高了勞動生産率和生産排程效率的大大的地雷，并節省投資和運輸成本。

2）從GPS的精确資料，該系統可以阻止，礦山卡車和鏟車的加載時間的交貨時間。其準确度水準是99％-100％。該系統大大節省了人力成本，減少了人為因素對生産計劃的影響，并提供了配套礦計劃提供準确依據。

3) 該系統是非常重要的自動化的實作卡車和資訊管理的露天礦坑，這絕對可以适用于其他露天礦坑。

緻謝

作者非常感謝了合作，其他的洛陽栾川钼業梧桐試集團股份有限公司和深圳華強集團有限公司。作者還感謝其他與會者的支援。

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