露天石矿采区移动设备智能化监管应用研究

曾启瑞，邵建峰，钱伟民，万连环，姚金根

(1.湖州新开元碎石有限公司， 浙江 湖州市 313000； 2.南京工业大学， 江苏 南京 211816)

0 前 言

GPS定位中，通过卫星可以获得卫星到设备间的距离，利用3颗卫星，可解出观测点的位置(x,y,z)。考虑卫星的时钟与接收机间的误差，还有一个未知数为时钟，需引入第4颗卫星，构成4个方程式求解，从而得到观测点的经度、纬度和高度[1-2]。

每台移动设备安装现场采集站，读取设备位置坐标和工作状态，并与中心站以同频段数据通信，中心站将采集站数据存入数据库，可实时定位各台移动设备的作业位置[3]。

设备数据采集装置得到的位置数据传输到监控中心[4]，中心可将各设备位置信息实时显示在地形图或卫星图上[5]。另外，将设备的位置信息通过数据传输渠道反馈传输至设备终端，调度中心根据设备位置情况和生产安排可对设备进行调度[6]。设备防碰撞系统统计各车位置信息，计算各设备间的距离和方位，所有设备位置情况显示于设备屏幕，当两台设备间的距离小于规定值时，设备终端将发出警报，告知设备驾驶员注意作业距离。

1 智能监管关键技术和设备

系统(工艺流程见图1)主要针对矿区所有移动作业设备进行管理调度，首先对矿山采区地理、地质地形进行实地勘测，通过专业地图绘制软件绘制采区地质地形图，将地质地形图或卫星图导入系统，显示各设备具体位置。矿山对采区地质地形图定期进行测量和更新，得到最新的开采现状图，使设备位置信息和平台台阶位置更加准确。

使用不同的图标对汽车、挖掘机、破碎锤和钻机等设备进行区分，同类设备使用不同数字编号对设备予以区分，在显示屏地图上清晰显示出所有设备位置和工作状态(见图2)。

图1 工艺流程

图2 设备实时定位监控

1.1 运输汽车速度监测

通过对汽车的实时定位，系统计算并记录汽车的实时速度，当车速大于规定值时，汽车上安装的超速报警装置将报警提示，汽车驾驶员第一时间就能知晓汽车超速，以规范汽车驾驶。

1.2 作业设备轨迹查询

系统存储设备移动轨迹，以供后续查看。以采剥工程位置图、开采现状图或总平面图为基础，准确真实的显示出设备的位置和状态，为管理调度人员提供相应的监控和处罚依据，可以对违规现象或事故进行调查取证。

1.3 防碰撞预警

通过系统对设备定位，确定各个设备的实际位置，计算不同设备间的作业距离。当设备作业距离过近小于规定值时，设备上安装的警报装置将发出危险报警提示。避免采区危险或潜在危险路段由于盲区造成的安全事故，另外也可以防止汽车驾驶员疲劳或注意力不集中造成的设备间的碰撞事故。

1.4 怠工预警

对于汽车停车超时的情况，根据系统对每台设备的时间管理程序，当出现异常情况如怠工或车辆故障等情况，系统将自动转入异常处理程序，异常处理程序将发送命令至车载终端对驾驶员进行语音提示，并提醒调度人员，调度人员从而可以第一时间知晓情况，并根据实际情况作出调度安排。

1.5 RDID无线射频技术和产量信息自动统计

(1) RDID无线射频技术。RDID无线射频技术已经广泛使用于社会和我们的生活当中。在预识别的目标上加载特有的信息，使用无线电讯号识别目标，读取目标特有的属性和相关信息，自动识别和统计需要记录的信息和数据。

(2) 产量信息自动统计。通过ID卡和汽车信编自动获取记录汽车配属挖掘情况、汽车装载位置、汽车运输量和值班人信息。自动统计每台汽车日工作量、月工作量和年工作量并进行内部存储，另外系统可根据汽车配属挖掘机情况自动统计挖掘机工作产量。管理人员可通过内部局域网实现远程生产数据查询和打印，对产量和成本进行自动统计(见图3)。

2 典型实例及成效

2.1 研究基本情况

2007年，湖州新开元碎石有限公司开始研究建设矿区车辆GPS定位监控调度系统和露天矿产量信息自动统计系统。公司根据采场实际情况和开采设计、开采程序、设备工作能力和设备数量制定了详细的计划和系统设计，在系统研究结束后立即投入现场使用。系统初期存在不稳定情况，经过几年时间的反馈和升级，根据现场实际情况进行系统硬件软件和功能模块的整改，使系统更加贴合现场、更加便于使用。到目前为止，技术已经成熟，公司管理已经非常流畅。

开采精细化、统计信息化系统设计研究服务于矿山日常生产，对设备进行调度作业、对矿山设备作业安全有很好的管控作用，目前，信息化系统设计研究运行情况良好，大大减少了矿山生产作业设备的安全事故，提高了设备作业效率，提高了产量记录统计的准确性和效率、真正落实了“机器换人”的宗旨(见图4)。

图3 产量信息数据自动记载和统计原理

图4 现场使用情况

2.2 效益评价

通过对新开元系统实施前后2年的成本经济对比，研究后生产设备调度更加合理，设备调度时移动路线更合理，移动距离更短，设备作业效率更高，较研究前设备工作效率提高了4.7个百分点。

汽车行驶更加规范，行驶速度和路线更合理、调动距离减少，柴油消耗量降低68 t/a，计58万元/a。汽车轮胎磨损更小，轮胎消耗减少24万元/a；移动设备(挖掘机、汽车、钻机、破碎锤等)维修费减少6.3万元/a。另外减少了采场生产产量统计人员3人。

综合对比，节约了人力物力、保证了矿山更加高效安全的生产。

3 结 论

通过该研究，可以大幅度减少原产量统计工人的劳动强度，提高产量统计准确性，有效提高产量统计记录效率。可以加强移动设备管理，节约人力物力、降低移动设备安全风险，保证矿山安全高效地进行移动设备调度。研究有助于提高矿山数字化、精细化管理水平，提高效率、降低安全风险。

(1) 可以解决露天矿调度问题：车辆GPS定位可以使管理人员时刻掌握每辆移动设备具体位置情况，方便根据工作任务情况就近调度设备。

(2) 移动设备调度更合理，减少设备调度过程中的移动距离和时间，提高设备作业效率。

(3) 避免汽车违章作业：通过GPS监控系统可以时刻掌握每辆设备的移动速度，调度人员可以及时指挥，避免汽车超速运输，减少移动设备事故。

(4) 降低安全风险：在视线不好、路况不好路段通过预警系统降低设备碰撞风险。

(5) 露天矿车辆自动称重系统替代了原先的人工统计和制作生产报表，减少了人工。

(6) 生产报表和设备产量统计记录更加准确，提高了生产报表的制作效率，便于查询前期各个设备的工作产量情况。