第34卷第1期2011年2月测绘与空间地理信息GEOMAT ICS &SPAT IAL I N FORMAT ION TEC HN OLOGYV o.l 34,N o .1F eb .,2011收稿日期:2010-03-11基金项目:白云鄂博铁矿滑坡灾害与边坡应力远程智能(01110701)资助作者简介:董红娟(1983-),女,辽宁葫芦岛人,助教,硕士,2008年毕业于辽宁工程技术大学大地测量学与测量工程专业,主要从事GPS 的应用研究工作。
露天矿卡车调度系统关键技术研究董红娟(内蒙古科技大学矿业工程学院,内蒙古包头014010)摘要:随着露天矿产量规模的不断扩大及设备大型化、机械化、自动化程度的不断提高,采运成本占矿山生产成本的比例也越来越高,优化车队运行、准确执行生产计划,以提高矿山产量,节约费用,取得较高经济效益显得尤为重要。
露天矿卡车调度系统是集GPS 定位技术、GPRS 通信技术、G I S 管理技术、运筹学以及优化理论于一身的综合系统。
本文主要研究了该系统的构成以及设计该系统所需要的关键性技术问题,并提出了相应的解决方法。
关键词:卡车调度系统;GPS ;GPRS ;G I S中图分类号:P208 文献标识码:B 文章编号:1672-5867(2011)01-0043-03Analysis the Key Technologies of t he Truck Dis patchi ngSyste m atOpen-P itM i nesDONG H ong-jua n(Depart m ent ofM in i ng Eng i neering ,N ei m enggu Un iver sity of Science and T echnology ,B aotou 014010,Ch ina)Abstrac t :A long w ith the ra i se o f production ,the i ncre m ent of m i n i ng equip m ent s i ze ,and the i m prove m ent of auto m ation and m echa n i zati on deg ree ,the transpo rting cost accounts f o rm o re and mo re portion of the t o ta l cost o f open-pitm i ne .T herefore ,it i s i m po rtant to opti m ize the truck dispa tch i ng and truck-shove lm atchi ng i n order t o accurately execute produc ti on p l an ,save cost ,and i ncrease pro duction and econom ical benefit .The truck dispatchi ng syste m a t open-p i t m i nes i s an i ntegrated syste m w hich i nc l udes GPS po siti o n i ng techno l ogy ,GPR S communicati on techno logy ,G IS m anagement technology ,opera ti ona l research and opti m izati on theory .In this pa per ,t he co m pos i tion o f open-pit m i ne truck d i spatching sy stem and the key technolog i es for design t h i s syste m has been m ai n l y stud ied and presented co rrespond i ng w ays t o so l ve it .K ey word s :truck d i spatching syste m;G PS ;GPRS ;G IS0 引 言大型露天矿是我国矿山资源主要生产地,大多数露天铁矿和高产量的煤矿都是露天开采,而矿山运输是露天矿的主要薄弱环节,是制约矿山生产能力和效益的重要因素。
对于汽车运输的露天矿,随着采场逐渐进入深凹,开采条件日趋恶化,运距增加,运输周期增长,使本来就占作业成本很高的运输作业成本进一步攀升。
国内外实践表明,只要能使产量提高3%~5%,就足以证明采用计算机控制卡车调度系统是经济合理的,事实上这种提高的幅度往往高达6%~32%[1]。
因此,露天矿卡车调度系统具有很强的生命力,发展迅速,而且大有推广前途。
1 露天矿卡车调度系统的构成通常露天矿卡车调度系统由车载智能终端、通讯系统、中心调度计算机系统组成。
车载智能终端完成车辆的定位及信息的发送,GP RS 通信链路完成信息的交互,监控中心信息管理系统完成车载终端发送的定位信息和状态信息的接收、存储,车辆信息、状态的显示以及监控指令的下达。
1.1 车载智能终端车载终端是由GPS 接收模块、GS M 通信模块和中心控制模块组成,可采用车辆的电瓶供电。
中心控制模块是整个车载终端工作的控制中心,完成GPS 定位信息和时间同步数据的提取、数据的打包,控制GS M 模块与车辆控制中心之间的通信应答响应,通过报警单元、防盗单元等接口对车辆实施控制[2]。
1.2 通信链路该系统通常采用GPRS /S M S 工作模式,通信方式以GPRS(General Packet R adio Service)为主,S M S (ShortM essagi ng Ser vice)最早的短消息业务为辅[3]。
当GPRS 信道发生问题时,车载终端自动转换为短信方式发送数据,并每30m i n 左右再尝试登陆GPRS 网络。
当GPRS 信道恢复时,监控中心可使用短信或拨打电话指示车载终端立即登陆GP RS 网。
1.3 调度中心系统调度中心微机网络系统由网络服务器、实时运行终端、后台服务终端、显示终端、显示屏幕、打印机、图形录入设备、集线器、不间断电源等部分组成。
其主要功能包括:车载终端信息采集、状态识别与显示、优化调度指令产生与发送、基础信息与生产计划管理、道路网管理、人工调度、查询统计等等。
调度中心是整个系统的核心,存有道路网、生产计划、设备配置、状态分析、图形显示、优化调度等数据库。
2 卡车调度系统关键技术2.1 提高车辆定位精度由于车载终端的GPS 接收机只能接收标准定位服务,其定位精度约在20~30m [4]。
无疑,如果将这种定位精度直接显示在调度中心的屏幕上,很难直接确定车辆具体的路线坐标,不能够满足调度的需求。
所以必须采取相应的差分技术来提高车辆的定位精度。
本人认为可采用集中差分GPS 技术,通过集中差分技术可使车辆定位精度在5m 左右。
集中差分过程如图1所示。
首先,初始化调度中心数据库,根据基准站接收的GPS 信号以及基准站的已知坐标,计算出差分改正数。
调度中心将接收到所有车载终端的GPS 数据转换成本地地理坐标,并将差分改正数加入到地理坐标上,集中差分处理,计算出车载终端的精确坐标,并将差分处理后的坐标数据存入预先定义好的数据库中,用于车载终端实时显示和轨迹回放等。
图1 集中差分GPS 处理过程Fig .1 The proce ssi ng flowchart of cen tralizati on DG PS采用集中差分GPS 定位系统具有如下优点[5]:1)简化车辆的设备,提高了工作的可靠性。
车辆只接收GPS 信号,不必考虑差分信号的接收。
调度室集中差分处理,易于显示、记录和存档。
2)数据通信可采用现有的车辆通讯设备,只增加通讯转换接口即可。
因而节省了设备,降低了成本。
3)只由车载终端发送一次车辆定位信息,大大节省了通讯费用。
2.2 GPS 数据的接收与处理GPS 数据接收程序大致可分为3个模块:串口通信模块、控制与数据处理模块和数据库模块。
各模块的关系如图2所示[6]。
图2 GPS 数据接收模块Fig .2 The receiving module of GPS dataGPS 数据经过差分处理、坐标转换地图匹配等过程,使车载终端精确显示在调度中心的大屏幕上。
2.3 路径优化如果没有特殊情况,所有车辆会按照每天的生产量有序运行,但是生产过程中不可避免地会有特殊情况发生,为了保障矿山的正常运作,提高生产效率,调度中心会实时对车辆进行调度。
调度过程中最优路径的选择可以是行程时间最短,也可以是距离最短,还可以是费用最少。
无论哪一种形式的最短路径,其原理都是一样的,只不过是约束条件不同而已。
就目前的理论成果而言,D ijkstra 算法可以有效解决这个问题[7]。
44测绘与空间地理信息2011年2.4 露天矿生产优化调度方法研究露天矿优化调度的目的就是用尽可能少的设备把尽可能多的矿岩从装载点运到卸载点;而调度工作的核心就是把需要调度的设备调到最需车辆的装载点或卸载点,从而实现优化调度的目的。
从总体上看或者从静态上看,由于设备的运行速度、装卸时间、装载能力等是一定的,因此这是一个车流规划问题;而从微观上看或者说从动态上看,由于设备的运行状态、位置等是随机的,因此这又是一个实时动态调车问题[8]。
本文认为:露天矿要实现优化调度的目的,实时调车必须以车流规划为基础,尽量实现车流规划之结果,从而实现整个系统的最优。
整个调度流程如图3所示,车流规划模型的建立要以上述D ijkstra 算法的最优路径为基础,以露天矿区的实际生产情况约束条件为依据,并且要根据系统中出现的随机情况按照不同的规则对车量进行实时调度。
实时调度之后必然导致车流规划结果的变动,所以要再一次更新车流规划程序,得出新的车流规划路线。
图3 卡车调度流程图F ig .3 T ruck d ispatch i ng f l owchar t对于这一问题,许多学者从车流规划和实时调度两方面做了大量工作,提出了许多方法,但车流规划多限于理论探讨或是简单规划一下矿岩的流向,实时调度与车流规划紧密结合程度不够。
从目前的发展趋势来看,车流规划不单单是笼统地规划一下物料或车流流向,而应成为计算机化卡车调度系统中应用软件的重要组成部分,是卡车实时调度的基础[2-3]。
因此,本文所研究的露天矿卡车调度系统决定采用两个阶段模型法进行。
首先,根据班计划及生产运行情况对通往各装、卸载点的车辆进行规划,求得从电铲到排卸点和从排卸点到电铲各路径所需的卡车数及运行次数;如果卡车需要调度,应根据生产实际情况尽量以车流规划为基础进行实时调度。