基于多数据源融合的露天矿卡车调度系统

杨克剑

（抚顺矿业集团有限责任公司 西露天矿，辽宁 抚顺 113001）

卡车调度系统已经成为提高露天矿经济效益、提高现代化管理水平的一个重要的技术发展方向。露天矿卡车调度理论与方法是系统发挥作用的依据和保证[1]。卡车调度系统作为智慧矿山的重要组成部分，能够采集到露天矿各种设备的运行情况，包括所处环境、地理位置、工作状态、采集物料、设备状态等基础数据。通过这些基础数据能够实时反映当前设备的运行状态和生产情况。当今大部分露天矿的卡车调度系统所采集的基础数据结构相对简单，只是单纯满足生产的需要，没有从环境、人员、设备自身寿命等角度进行有效信息采集，造成系统的联动效应差。在智慧化建设过程中应予以解决，将安全信息、人员状态信息、设备寿命信息、环境信息等多方面的数据进行融合，使系统内容更丰富。保证系统在人员，计划，实际生产调度，安全管理中能够自主协调、运行，以此达到矿山生产的高效、可持续发展。

1 卡车调度系统的现状

露天矿卡车调度系统是以卡车-电铲为主的间断生产工艺的矿山必不可少的信息化系统[2]，是以车载终端为信息采集源头，网络通信为桥梁，调度中心为大脑来实现记录和还原坑生产情况的系统，调度中心可以根据露天矿设备反映的现场情况对车辆进行调度工作。设备反映的情况主要包括设备类别（型号、编号）、司机信息（姓名、班次）、位置信息（x 坐标、y 坐标、高程）、调度目标、设备状态、产量等。系统的组成如图1。

图1 系统的组成

1）车载终端系统。车载终端系统主要搭载车载主机系统、数据接收模块、数据传输模块和车载终端软件。数据接收模块负责信号的采集，通过终端软件进行数据转换、分析、计算，把司机所需的简单数据直接反馈到卡车终端界面，再由数据传输模块将所有数据传输到调度中心系统进行二次处理。数据以这种模式融合汇总到调度中心进行筛选、分类、处理后下发给车载终端软件和卡车调度系统。

2）无线通讯系统。主要负责在通讯顺畅的情况下将复杂数据精准实时的传输到调度中心。目前露天矿的通讯网络建立主要为2 种模式：①以无线Mesh网络为基础的网络通讯，这种通讯模式虽然数据传输速度较快，网络安全性较高，其可开发拓展的功能较多，但为了实现通讯信号全覆盖需要的成本会相对较高，而且需要对基站进行常年维护；②基于运营商的通讯网络，通过通讯运营商所搭建基站平台，利用SIM 卡实现在GPRS、3G、4G 模式下的数据传输，其优势在于造价相对较低，只需每年对SIM 卡进行付费，对于通讯网络所需的硬件维护项少[3]。但相较于Mesh 网络的传输速度和网络安全型都较低一些。5G 网络的快速发展，万物互联的时代已经到来，作为要转型为智能、智慧的大型工业生产单位，露天矿运用5G 网络技术，实现无人驾驶、无人机群监控检测、无人爆破钻孔、大数据分析已是大势所趋。

3）调度中心系统。调度中心系统需要接收所有来自矿坑下设备的数据信息，通过对数据的分析监控设备的运行情况、矿坑的工作环境，对车辆设备进行调配和安排，和驾驶员及时沟通确保驾驶员的安全操作，保存并备份系统接受的一切数据源。

一个高度智能化的卡车调度系统应该能够将更全面的信息直接反馈给调度中心，包括设备自身的故障诊断，设备周围的安全隐患（人员，设备等），司机驾驶状态的监控等等。目前，卡车调度系统仅能够通过传感器及算法对装车、卸车等生产状态进行采集，在设备故障诊断由于车辆厂商基本数据接口和协议的限制，卡车终端识别传感器接口及处理能力的限制，采集的数据并不足以实现卡车调度系统在安全生产下达到智能化。随着各种传感器技术、终端制造技术、通信技术和信息处理技术飞速发展，面向复杂工作环境、矿用设备传感器系统的大量涌现[4]，使得卡车终端多渠道的信息获取、处理和融合成为可能。

2 多数据源融合信息

多数据融合技术包括对各种信息源给出的有用信息的采集、传输、综合、过滤、相关及合成，以便辅助人们进行态势/环境判定、规划、探测、验证、诊断[5]。卡车调度系统多数据源融合是组合设备和传感器的多源信息和数据，利用计算机对按时序获得的若干传感器所采集的数据信息，在程序规则内进行自动分析、综合，以完成设备运行、监测、状态评估等多方面、多层次的过程。

数据融合的过程主要有目标评估、态势评估、影响评估和过程评估。JDL 数据融合模型如图2。

图2 JDL 数据融合模型

露天矿卡车调度系统可以融合的数据源主要有设备运行信息，其中卡车包括GPS 定位信息（可用于车辆定位、超速报警、防碰撞预警等）、车辆健康系统信息（胎压、油温、发动机报警等信息）、油耗信息、升举斗信息、防碰撞预警信息、图像处理信息（可用作防疲劳驾驶、360 环影、行车记录、路面分析、无人驾驶等）；电铲包括电压监测信息、工况识别信息（运用角度传感器可用于电铲姿态识别，油压传感器可用于计算铲斗装载量）；钻机包括孔深信息、油耗信息（油钻）、电压监测（电钻）、岩性分析等信息。其次还可以融合矿坑内环境信息，主要包括边坡预警信息，地表降尘信息、电力监控等信息。

1）GPS 定位信息。GPS 已经非常广泛的运用在卡车调度系统中，主要是通过GPS 模块对现场设备的位置、速度信息的采集通过车载调度软件进行数据转换。

2）车辆健康信息。包括运载量、胎温、胎压、油量、发动机故障等信息。运载量可以判断车辆是否超载，预防超载对车辆造成损害。胎温、胎压可以在卡车轮胎接入胎压传感器获取轮胎的实时状况。油量信息的检测可以通过油量传感器监测瞬间耗油量、工况耗油量。通过数据分析柴油是否存在被偷现象。发动机等信息监测，由于目前国内矿用车辆厂商不愿对外开放设备的数据接口和协议，可以通过传感器接入卡车故障指示灯，当设备故障指示灯报警时，传感器会将报警信号发送至调度中心。

3）图像处理信息。通过在车辆上安装AI 智能摄像头，运用人脸识别、动作识别、视频图像分析等AI技术，建立对司机面部神态、动作的多维把控与主动提醒，实现针对驾驶员抽烟、打电话、疲劳驾驶、分心等危险驾驶行为的智能监测和预警提醒，预防因司机疲劳驾驶、分心驾驶导致的安全事故。AI 摄像头可以识别电铲装车信息，分别通过卡车和电铲识别彼此的车号标记给彼此计量，将计量信息汇总到调度中心，班后自动产量计算。另外AI 摄像头还可以分析路面情况、通过大数据处理分析工况、路面是否需要降尘处理等信息，将这些信息汇总到调度中心，由卡调软件对信息进行分类传达给调度人员或其他设备进行工作。另外通过图像处理功能还可以实现设备的360 环影技术、行车记录等功能。这些功能为露天矿安全生产提供重要保障、并且能够科学有效的提高生产力。

4）边坡预警信息。在开采过程中，边坡的稳定性保障生产的安全和效率，通过地基雷达和传感器对边坡进行监测，融入卡车调度系统中进行实时监测，防止在生产过程中发生滑坡，影响生产安全。

3 数据采集与传输方式

目前露天矿卡车调度系统下的每台运行设备都会有1 台独立运行的车载终端系统，在车载终端的支持下得以接收来自不同传感器发送的基础数据，通过终端软件对数据的采集、分类、分析、合成、计算来实现系统所需要的可用数据。

由于露天矿作业环境复杂，车辆种类多，人人交互、人机交互、设备之间交互的情况非常多。传感器所处的环境也非常复杂，数据采集的方式也必须符合现场作业情况。

1）防碰撞预警数据采集方式。露天矿防碰撞预警系统主要运用双GPS 等距差分定位技术[6]，双RF射频通讯建立短距离无线网络，通过车载终端系统IO 总线采集GPS 定位数据，将车辆定位数据从无线网络中互换给周边车辆并投放到彼此的终端显示屏幕上，在预先设定好的危险距离发出报警信号，以此来提示司机周边的车辆信息情况。

2）防疲劳系统数据采集方式。防疲劳的数据采集主要通过RTSP 实时流协议[7]把摄像头采集到的视频图像通过RS485 接口或CAN 接口等方式传输到设备终端，由设备终端将视频数据识别分类分别将报警信息以语音提醒的方式和声光报警的方式传递给司机和调度中心。

3）边坡预警系统数据采集方式。边坡预警系统则是通过网络由TCP/IP 协议将预警信息实时传输到调度中心，调度中心将预警信息分类标识，当信息超出报警阈值范围再把疏散车里信号分别下发给坑下卡车终端。

4）卡车健康诊断系统数据采集方式。卡车上的各种健康检测传感器则是把所有数据通过IO 总线发送到卡车终端上，卡车终端通过数据标识将信息分类，再通过终端系统中的算法和露天矿无线网络将车辆健康监测信息转为10 进制和文本发送到调度中心，由调度中心系统判别车辆健康状态并采取对应的维护手段。

4 多数据融合的露天矿卡车调度系统功能

1）实时状态。实时状态即实时设备详细信息列表，可以查询具体设备类别和设备型号的在线设备数量，司机信息、位置信息、油耗信息、胎压信息、司机疲劳度、产量信息、上线时间、设备运行状态、设备一周内可用率、故障率等信息。从根源上提高设备可用率、降低设备故障率，从而提高生产效率、增加生产效益。

2）疲劳驾驶分析。通过在驾驶室安装人脸动态分析识别摄像头并构建1 套基于DSP 人脸特征识别的司机疲劳驾驶预警系统。该算法采用“Harr 特征值+AdaBoost”的方法进行人脸识别，然后根据人脸图像的灰度分布定位眼睛和嘴巴的位置，利用Hough 变换，以及模板匹配技术判断出人眼的开闭状态，计算PERCOLS 值作为司机疲劳驾驶的一个判断指标。该系统还利用嘴巴的宽高比及打哈欠的持续时间来综合判定司机的疲劳状态[8]。通过对AI 摄像头采集到卡车司机驾驶状态的信息进行汇总分析，对每个司机1 个班次和多个班次的疲劳程度划分健康、良好、不健康3 个等级，当司机连续3 个班次低于良好状态对司机发出警告，由调度中心与司机沟通，建议合理安排工作和休息时间，以免发生安全事故。

3）司机评分系统。调度中心通过接收设备防碰撞警报信息对每个班次每台设备每个司机进行驾驶分析，收集司机触发碰撞预警次数，对超出合理触发次数的司机进行驾驶分析，综合超速预警和疲劳驾驶预警对司机驾驶进行评分。规范司机驾驶习惯。

4）边坡预警。卡车调度系统通过对边坡雷达和传感器数据进行计算分析，当边坡移动达到危险阈值，对调度中心和该边坡附近所有设备发出警报，通知相关部门对现场勘查调研，根据实际情况对该地区的设备和人员进行疏散和转移。

5）语音通话。调度中心可以运用此功能在紧急情况下通过通讯网络与某台设备互相拨打语音，可以省去调度台现有的对讲机模式，把调度中心一切调度功能都集中在卡车调度系统中，这样更方便系统的维护。

6）实时报警。实时报警的目的是在司机操作不规范的情况下由车辆终端系统采集数据对数据分析汇总，通过网络将报警信息传到调度中心，再由调度中心接收保存报警信息，调度人员通过信息下发的功能提示违规操作的司机注意行驶安全。

5 结语

多数据融合的卡车调度系统在大力发展智慧矿山建设的大环境下必然能突破现有技术壁垒。而融合了计划、生产、安全、环境数据于一体的调度系统能够更好地发挥其在露天矿安全生产中的作用，在提高设备生产效率的同时，有效避免安全事故的发生，使资源与环境协调发展，也将成为智慧矿山建设中的重要板块，为丰富无人驾驶理论，实现矿山真正的无人驾驶开阔思路。