摘要：露天矿往往开采规模较大，涉及到多个部门以及相关人员，因此实际调度情况始终难以满足需求。针对该问题，此次提出了基于GPS技术，结合通信网络、信息管理以及理论优化等多个学科知识，提出了相对高校的露天矿生产调度管理系统。基于该系统可以有效对移动设备实时数据采集与动态分析，该系统自带决策功能，可以依据综合实时数据模型制定动态管理方案，从而快速高效解决配矿等问题。此外基于该系统，可以大大提高GPS精度以及移动设备的位置等主要问题，并将其应用于实际中。基于该系统可以进一步实现露天矿的自动化管理。
关键词：露天矿；生产管理；GPS技术；
引言
上世纪五十年代，GPS技术开启民用。西方一些发达国家，包括美国、加拿大等逐渐将GPS技术与露天矿开采与管理相结合，从而实现了高效的矿产开采与管理模式。目前，GPS技术已经被广泛应用于矿山的勘测、采挖作业以及安全监管等多个方面。
对于整个矿区而言，露天矿的生产调度系统尤为关键，基于该系统可以有效实现对各个不同部门的生产管理，同时依据不同的数据信息快速做出决策并合理安排生产管理等。传统形式的管理方式主要以图纸为主，进行人员的安排，但实际涉及图文资料众多且相对分散，因此实际需要管理的内容也繁多，管理效率普遍不高，大都管理进行主要依据现场管理人员的以往经验以及个人主观判断，因此在定位、定量以及准确度等方面存在一定的偏差。不难看出，以往传统形式的生产管理模式已经无法有效与当下生产需求相匹配，急需一种更为先进、高效的管理方式。基于GPS 技术所研发的露天矿生产调度系统可以快速实现对移动设备的监控与定位，并动态显示当前生产情况以及相关生产数据，从而为决策者提供完善的生产调度以及信息分析能力，目前该技术已经在西方一些发达国家被广泛应用，具有非常好的应用价值。
1.GPS原理分析
GPS是由美国研发的一套全球定位系统。该系统可以全天候、多角度的实现对全球范围内的目标定位、速度测算以及位置管理等内容。整个GPS系统分为空间、地面控制以及用户三个不同部分。在空间层面，该系统主要由24颗不同的卫星互相协作构成，实际每颗GPS卫星都可以用于导航定位中。而地面控制则主要依据多个散布在各地的跟踪站组合而成监控系统。而用户端口则主要为GPS接收设备、数据分析处理软件等组成，其主要作用是为了更好的接收GPS卫星所发射出的信号，并基于该信号进行实时用户端导航定位需要。
用户端设备接收到来自卫星的传输数据后对其进行解码，从而得到当前导航以及时间信息。基于该GPS系统常规定位精度可以达到米级，通常可以将误差控制在15米范围内。而对于精度要求较高的则可以达到厘米或者毫米级别，这些大都应用于军事领域。而为了更好的普及民用，GPS技术不断精进，价格也不断下调，自上世纪50年代开始该技术被广泛应用于对个领域。GPS技术具有较高的定位精度，且不会受天气、气候以及昼夜温差等的影响，因此特别适合于在矿山等情况较为恶劣地区使用，可以为此次所研究的矿山生产调度系统提供必要的定位与其它服务。
2.系统架构及其功能
2.1系统构成分析
此次所研究的系统有效结合了GPS 技术，此外在数据接口部分还增加了一系列的基本模块。此类模块主要为GPS常用算法库，可以为整个系统提供必要的服务支持。常见的包括坐标转化库CordTrans DLL、用于矩阵计算的MatrixCal DLL等。依据该设计理念以及模块架构形式，系统可以将VB、MAPX、SQLServer等进行结合，从而得到基于GPS的露天矿生产调度系统。如下图所示为该系统的主要架构图：
图1露天矿生产调度系统设计架构
2.2功能概述
依据工程实际应用需求，该系统需要同时具备移动端用户的位置信息动态采集与传递，经过分析与处理，在中控计算机主界面采用动态动画演示的方式进行呈现此外基于该系统还可以对实施数据以及作业数据进行处理分析。由上图可以看出，该系统主要分为四个功能板块，分别为定位处理模块、状态分析模块、数据存储记录模块以及数据查询统计几个部分。
定位处理模块，指代当现场移动设备处于作业状态时，系统可以自动生成相关信息并在调度中心举行动态的呈现；状态分析模块，则指代在中控系统接收到来自移动端的实时动态参数信息后，对设备当前所处位置、运行工况、指令内容进行综合评测，最终将实际分析的结果作为调度计划的考量前提与基础。调度方案的确定与建立，首先应当对车流量进行规划设计。因此需要对车流规划构建合适的数学模型，充分结合剥采比、设备的连续性、运输量等要素，对发往各个装卸位置的车流进行合理的配置优化，并将配置结果传达至各个移动设备端，对其进行实时动态的调度管理。当对车流进行科学合理的规划后，再依据当前设备的运输工况，依据现行的某种实时调度设计，由中控系统向分散在各处的接收设备派发运行方向指令。数据记录模块，数据源一部分来自于各个调度系统对移动端设备的物理参数、人员运输情况、每班作业时间以及其它方面的数据信息；另一部分则主要为作业设备的具体计划、装卸点的计划、设备的作业计划等多个方面。而这些数据主要包括调度方案的优化配置以及管理决策的制定等；查询统计模块，基于该模块可以有效的生成不同班组、作业、人员的数据信息，包括具体某位员工在某段时间的任务执行情况、移动端接收设备的数据信息以及装卸点的装载量等数据。
3.关键问题分析
卡车调度系统是露天矿生产调度系统的重要组成部分，其主要由移动车载终端系统、调度中心系统 以及无线通讯系统几个部分组成。位于车载的移动终端，可以收到来自GPS的实时坐标数据信息，调度中心则通过不断的查看以及竞争的方式实时收集各个移动终端的相关数据信息，包括位置信息等；实际当车载终端接收到相关操作指令时，则会自动的将当前自身所处位置情况以及状态信息等传回调度中心。基于通讯网络技术可以有效实现设备快速切换、链路的备份以及自我组网等功效，从而为整个卡调系统创造良好的无线网络平台。对于卡车调度中心而言，其需要同时承担以下几方面功能：基础信息的录入、当前移动端信息的识别与显示、移动车载终端信息的收集、调度讯息的优化、安全告警、调度指令的产生与推送等等。对于整个露天矿生产调度系统而言，卡车调度模块承担着非常重要的作用。科学合理的卡调系统设计，对于提高当前露天矿的生产效率、满足社会日益增长的资源需求等具有重要意义。
如前文所述，民用GPS系统存在一定的误差，通常为15米左右。而实际在进行一些实地勘测时，受多方面因素的影响，该误差有时甚至可以达到100米，因此为了进一步提高该系统的高效性以及准确性，需要对该误差进行纠正处理，避免过大误差存在。相关资料记载，基于差分方式可以有效提高定位精度，故此次基于采用该方式进行误差的控制。差分纠正主要是基于两个甚至两个以上的GPD接受端设备实现的，主要原理为其中某一个点的位置已知情况下，设置1接受端作为主要基准站用于接受来自卫星的信号，随后在别处架设另外一个接受设备，基于前者可以明确知道微型信号中包含的认为干扰信号，而在后者所接收到的信号中将该部分干扰信号虑去，进而可以有效降低GPS存在的误差。针对线信息，此次露天矿生产调度系统采用计算机辅助的方式进行区域内调查，系统实际提供的相对定位方式避免随机误差，即基于未知点与已知点至今的相对关系来实现定位。而且，在采用该定位方式时，对于同一种地形环境中的定位更为精确有效。比如，可以将道路设定为已知信息，而当下得到一移动设备的移动信号，且该设备在运行轨迹上与道路有所偏差。为了避免该偏差，基于该矿山生产调控系统将会分析实际存在的偏差情况以及未来的偏差趋势，经过分析计算最终得到移动的运行轨迹优化方案，随即将该方案下派至移动端接收机内，做出相对应的移动调教。
移动端位置的确定对于整个矿山生产调控系统的高效稳定运行意义重大。因此需要对移动端的位置进行明确判断，同时这也是统计数据的主要数据源之一。此次提出的矿山生产调度系统可以基于图形学相关算法，解决该问题。首先，在系统内确定一方向，比如以x轴方向为正向等；其次以判断位置点引一射线，并对其进行初始化，随后不间断的循环判断实际该直线是否和各个边界相互交错重叠，直至所有边界均判断完毕为止。最后，对计数器进行统计分析，并判断该移动端所在的片面区域。
4.卡车调度要点研究
卡车是露天矿生产的重组成部分，因此也是调度系统管理的关键。良好的车辆控制计划以及对司机监控管理，可以有效避免行车安全事故发生同时有助于进一步提高露天矿的生产效率。因此以下着重分析基于GPS技术的露天矿生产调度系统对露天矿卡车的管理原理。基于卡车调度系统的安全预警原理如下图2所示，实际中控经GPS获得现场数据后，调度中心则进行实时安全预警分析，其中主要包含超时预警、行车车速预警以及偏离路线预警等几个部分。基于调度指令发送，对超过预警的车辆进行安全告知，实际行车等调度指令经过无线网络传递至车载终端，随后终端设备将其转化为文字与声音信号进行播报，从而提醒卡车司机。
图2卡车调度系统安全预警原理结构
停车超时预警分析，该模块主要指车辆在某地停车时间过长，基于GPS技术可以对该移动端进行实时监测，包括速度以及位置等信息。随后中控中心对获得的的信息进行判断，确定其是否处于停车状态。由于该功能可以对客车实时状态进行解析，因此当车辆停留超过阈值时间值时，则判定其为停车超时，随机系统发出指令进行相关安全提示。通过该功能可以有效避免司机消极怠工情况出现，继而提高卡车工作效率，此外还可以搭载油位变化传感器等手段，从而规避偷油情况发生。
行车超速预警分析，主要是指，设备在运行过程中速度高于规定最高值，此时通过GPS的位置以及速度信息捕捉，后由中控中心进行解析计算继而得到该设备的位置信息，并判断当前车辆在哪条线路行驶，将当前时速与该道路规定速度进行对比。如若时速高于规定行车速度则判定为行车超速，随后系统将自动发出相关指令至该设备终端，提醒驾驶人员控制车速。实际对于露天矿卡车司机而言，大都采取绩效工资方式，因此为了更多的效益，司机往往在路上超速行驶，此时此次所研究的系统则会及时提醒司机避免超速，从而大大降低安全事故发生几率。
偏离路线预警分析，偏离路线主要指设备未有依据规定的线路行进，GPS技术可以对车辆位置信息进行实时捕捉，随后由中控系统对车辆当前位置信息进行判断，确定车辆当前位于哪条线路。由于本次研究的调度监控系统可以随时捕捉移动端的位置情况，所以一旦检测到移动端并不位于规定路段内行进时，多次检测到的数据均与规定值不同则判定当前车辆已经驶离规定路线，此时系统则会自动发出相关指令，并引导车辆驶回规定路线。实际对于露天矿卡车司机，一些驾驶员可能存在消极怠工情况，从而在实际运输过程中会将卡车行驶至隐蔽处偷懒休息，此外还有一些司机则为了更多的获得效益，则随意将废弃物乱卸等等，通过此次提出的调度系统则可以很好的把握此类情况，规避司机不合规行为，从而确保工作效率，提高生产效力。
5.结束语
此次露天矿生产调度系统主要基于GPS技术，并结合计算机技术与数据库技术而来。基于该系统可以有效的对移动端的位置信息以及运行工况等数据进行实施采集，随后经由中控数据分析系统进行综合的分析处理，并制定最终优化配置方案。基于该系统可以实现对现场设备以及操作数据的查询、分析以及处理等功能。此外，将该系统应用与实际生产中也具有较好的应用效果。除此之外，此次所设计的露天矿生产调度系统成功的应用对于其它类似领域的信息管理系统的构建有一定的参考价值，该系统可以同时搭载了丰富的接口，后期可以对其进行不断的扩展延伸，不断的丰富系统，使其更加科学、合理化。
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论文作者:刘志明
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第16期
论文发表时间:2019/3/5
标签：系统论文; 露天矿论文; 设备论文; 信息论文; 卡车论文; 数据论文; 位置论文; 《建筑细部》2018年第16期论文;