基于GIS/BDS/GPRS的露天礦爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

白春妮 盧才武 顧清華

(西安建筑科技大學(xué)管理學(xué)院，陜西 西安 710055)

·機(jī)電與自動(dòng)化·

基于GIS/BDS/GPRS的露天礦爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

白春妮 盧才武 顧清華

(西安建筑科技大學(xué)管理學(xué)院，陜西 西安 710055)

為了滿足礦山企業(yè)信息化管理數(shù)據(jù)的需求，對(duì)欒川礦的采礦生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)來(lái)源多樣、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)獲取不同步等現(xiàn)實(shí)情況，研究提出了一個(gè)爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在應(yīng)用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)和通用無(wú)線分組傳輸(GPRS)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位(BDS)技術(shù)來(lái)對(duì)爆堆系列數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、可視化和描述，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)駕駛員和車(chē)輛的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。著重介紹了系統(tǒng)的整體架構(gòu)、數(shù)據(jù)處理、功能實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)部署及綜合管理功能。實(shí)例證明該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)可以使礦山工作人員實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地對(duì)爆堆數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化管理。與以往的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有易用性、實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)共享、可擴(kuò)展性及智能化等優(yōu)勢(shì)。

露天礦 GIS/BDS/GPRS 爆堆數(shù)據(jù) 管理系統(tǒng)

三道莊露天礦區(qū)位于河南省欒川縣的境內(nèi)，礦區(qū)礦體厚大且集中，走向長(zhǎng)1 500 m，厚度80～150 m，平均厚度125 m，開(kāi)采條件好，適宜露天開(kāi)采[1]。由于礦區(qū)規(guī)模大，加之采礦生產(chǎn)不同于其他生產(chǎn)工藝，有其特點(diǎn)及復(fù)雜性，從鉆孔數(shù)據(jù)的獲取、經(jīng)化驗(yàn)得出炮孔品位數(shù)據(jù)、調(diào)度人員制定配礦計(jì)劃、爆破工藝流程、電鏟開(kāi)挖、礦石運(yùn)輸?shù)阶罱K的成礦，每一個(gè)環(huán)節(jié)都涉及大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有顯著的多源、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，所以需要在一個(gè)統(tǒng)一的環(huán)境下來(lái)對(duì)它們進(jìn)行管理。

從1980年起，一些礦山與科研院所及高校開(kāi)始合作探索計(jì)算機(jī)技術(shù)在礦山設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的應(yīng)用，并開(kāi)發(fā)出了一些礦山應(yīng)用軟件系統(tǒng)，如礦山資源儲(chǔ)量計(jì)算軟件、礦井通風(fēng)系統(tǒng)軟件等等[2]，但對(duì)采礦工程的過(guò)程控制及管理還有所欠缺，隨著高科技的發(fā)展，其對(duì)相關(guān)技術(shù)的使用也不夠先進(jìn)，故本文針對(duì)欒川礦的礦區(qū)實(shí)際情況，利用地理信息系統(tǒng)所具有的集中存儲(chǔ)、操作、和顯示地理參考信息的特點(diǎn)和我國(guó)自主研發(fā)的北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)的定位功能，以及通用無(wú)線分組傳輸技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，從而使礦山工作人員可以實(shí)時(shí)地了解到礦產(chǎn)資源的儲(chǔ)量和開(kāi)采情況并對(duì)礦區(qū)進(jìn)行可視化調(diào)度管理。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)組成包括4部分，分別是北斗定位車(chē)載終端、通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和客戶端控制中心，如圖1所示。在此系統(tǒng)中，北斗定位車(chē)載終端分別由接收模塊、控制模塊和通信模塊組成，負(fù)責(zé)接收北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)，從而計(jì)算出車(chē)輛所在的經(jīng)緯度、高度和速度等位置信息；根據(jù)車(chē)載終端與控制中心的通信協(xié)議將數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝；封裝好的數(shù)據(jù)經(jīng)由 GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)及Internet網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將北斗定位終端的所有數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心，通過(guò)服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和解析，而后存入中心數(shù)據(jù)庫(kù)中。終端通過(guò)軟件對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在客戶端控制中心的 LED多媒體顯示屏及監(jiān)控終端的電子地圖上對(duì)車(chē)輛的位置、當(dāng)前工作狀態(tài)等有關(guān)信息進(jìn)行集中顯示，從而進(jìn)行綜合管理和控制。

圖1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

1.2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，將爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)共分為3個(gè)層次，分別是應(yīng)用層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)及數(shù)據(jù)層，如圖2所示。應(yīng)用層主要是負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互的界面，在應(yīng)用層界面中，用戶需要設(shè)置各種系統(tǒng)參數(shù)，例如初始界面的連接參數(shù)設(shè)置、等位線的參數(shù)設(shè)置等；數(shù)據(jù)訪問(wèn)層進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取和處理，而數(shù)據(jù)層則進(jìn)行具體的操作。

2 軟件功能分析

本系統(tǒng)是基于GIS/BDS/GPRS的爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)合了衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、地理信息技術(shù)以及GPRS無(wú)線通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于卡車(chē)和鏟車(chē)車(chē)輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效管理。系統(tǒng)包括了車(chē)載終端系統(tǒng)、服務(wù)器處理系統(tǒng)以及調(diào)度終端系統(tǒng)。

圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2.1 車(chē)載終端的功能

(1)北斗定位:通過(guò)衛(wèi)星接收機(jī),接收北斗衛(wèi)星信號(hào),獲取經(jīng)緯度、角度、高度和速度等位置信息。

(2)數(shù)據(jù)處理:對(duì)接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行處理,提取出北斗衛(wèi)星的定位信息。按照一定的通信協(xié)議對(duì)提取出的定位信息進(jìn)行封裝。同時(shí)，解析來(lái)自控制中心的控制命令。

(3)遠(yuǎn)程通信:利用GPRS網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

(4)車(chē)輛控制:根據(jù)控制中心發(fā)送的控制命令,完成對(duì)車(chē)輛的遠(yuǎn)程控制操作。

2.2 服務(wù)器處理系統(tǒng)的功能

(1)數(shù)據(jù)存儲(chǔ):把接收到的定位數(shù)據(jù)信息和控制命令存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

(2)數(shù)據(jù)庫(kù)管理:執(zhí)行對(duì)爆堆數(shù)據(jù)庫(kù)中的爆堆數(shù)據(jù)進(jìn)行插入、刪除、查詢、更新等操作。

(3)數(shù)據(jù)處理:對(duì)接收到的車(chē)輛定位信息進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析和提取。

(4)數(shù)據(jù)通信:接收并且發(fā)送車(chē)載終端和控制中心之間的通信數(shù)據(jù)。

2.3 調(diào)度終端的功能

(1) 地圖顯示:可以在客戶端顯示屏中顯示電子礦區(qū)地圖,實(shí)現(xiàn)地圖放大、縮小、漫游等基本功能。

(2)實(shí)時(shí)監(jiān)控：在電子礦區(qū)地圖上實(shí)時(shí)顯示車(chē)輛行駛狀態(tài)，如位置信息、駕駛員信息、速度、方向等；能夠?qū)?chē)輛進(jìn)行跟蹤監(jiān)控；可以查詢車(chē)輛的歷史信息。

(3) 數(shù)據(jù)管理：能夠有效地對(duì)車(chē)輛、監(jiān)控人員、駕駛員信息等進(jìn)行管理；能夠查詢車(chē)輛在行駛過(guò)程中速度的變化情況以及危險(xiǎn)報(bào)警情況等信息。

(4) 遠(yuǎn)程控制：客戶端可以對(duì)所要監(jiān)控的任何車(chē)輛下達(dá)控制命令,完成對(duì)某個(gè)車(chē)輛的控制操作。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 軟件系統(tǒng)構(gòu)成

3.1.1 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要完成控制中心對(duì)電鏟、爆堆和炮孔數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀測(cè)和操控。主要功能：

(1)可以對(duì)礦區(qū)地圖進(jìn)行各種操作，如放大、縮小、查看全圖、進(jìn)行圖層操作等。

(2)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦區(qū)2點(diǎn)之間長(zhǎng)度的測(cè)量以及任意圈選礦區(qū)的面積和礦量的計(jì)算。

(3)能夠通過(guò)導(dǎo)入制式的excel文件來(lái)更新炮孔、爆堆的數(shù)據(jù)并根據(jù)需要選擇刪除歷史數(shù)據(jù)、查詢歷史爆堆信息和歷史炮孔數(shù)據(jù)。

(4)可以查看數(shù)據(jù)庫(kù)中的電鏟、炮孔和爆堆的數(shù)據(jù)信息并根據(jù)其經(jīng)緯度可以實(shí)現(xiàn)在地圖上的定位并展示，當(dāng)鼠標(biāo)停靠其上時(shí)，可以顯示它的詳細(xì)信息，主要是礦量和品位值的顯示。

(5)此系統(tǒng)設(shè)置不同的用戶類(lèi)別，并對(duì)每種用戶都設(shè)置了不同的權(quán)限。

(6)其他功能：系統(tǒng)預(yù)留可擴(kuò)展接口，可以方便以后系統(tǒng)功能的擴(kuò)展，例如增加生產(chǎn)配礦功能以及其他更深入的功能操作。

3.1.2 車(chē)輛運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)

在采礦生產(chǎn)過(guò)程中，卡車(chē)分布于整個(gè)露天礦區(qū)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)卡車(chē)的定位和調(diào)度管理也可以信息化。本系統(tǒng)采用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)來(lái)獲取卡車(chē)的實(shí)時(shí)位置信息，并結(jié)合GIS技術(shù)和GPRS技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的集中監(jiān)控和管理采礦運(yùn)輸設(shè)備。本系統(tǒng)為露天礦建立一套快速、高效、實(shí)用的地面運(yùn)輸自動(dòng)化系統(tǒng)提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。利用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛設(shè)備的24 h定位監(jiān)控,實(shí)時(shí)傳輸車(chē)輛設(shè)備的位置信息及狀態(tài)數(shù)據(jù),可以準(zhǔn)確定位車(chē)輛設(shè)備的經(jīng)緯度、速度、方向等各項(xiàng)參數(shù)。基于通用無(wú)線分組技術(shù)(GPRS)網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸方式實(shí)現(xiàn)了任務(wù)的實(shí)時(shí)下發(fā)和信息回傳。

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用部署

(1)北斗二代車(chē)載終端：車(chē)載部分，在試用階段，首先選擇15臺(tái)電鏟安裝北斗定位終端。車(chē)輛終端的安裝主要包括高性能主機(jī)、天線、主機(jī)顯示屏、紅色指示燈以及耳機(jī)等。在安裝完成之后，需要進(jìn)行調(diào)試工作，主要是設(shè)置主機(jī)參數(shù)。

(2)軟件環(huán)境部署：數(shù)據(jù)通信控制服務(wù)器是通過(guò)TCP/IP進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集與發(fā)送，以及監(jiān)控、調(diào)度等業(yè)務(wù)處理和定位信息、設(shè)備數(shù)據(jù)的更新信息等數(shù)據(jù)接口功能。它安裝在公司的WEB通信服務(wù)器上。設(shè)備數(shù)據(jù)管理服務(wù)器是利用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改查，它安裝在公司數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上。爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)安裝在礦山公司控制中心。

(3)電子地圖的校準(zhǔn)：首先獲取三道莊露天礦的礦區(qū)圖，應(yīng)用AutoCAD將圖片的DWG格式轉(zhuǎn)化成DXF格式，然后把DXF格式的圖在Mapinfo 11.0的環(huán)境下進(jìn)行坐標(biāo)校準(zhǔn)，選用longitude/latitude(wgs84)坐標(biāo)系，選取兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)電子地圖進(jìn)行校準(zhǔn)。在得到tab格式的電子地圖后，再利用MapX5.0將地圖另存為Geoset的電子地圖。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用

三道莊露天礦爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的主要操作界面如圖3所示，包括所有的功能，當(dāng)連接成功并登陸成功后就顯示此主界面，其他所有的功能，包括炮孔管理、爆堆管理、電鏟管理、地圖展示、等位線功能、用戶管理等信息都在此界面完成。通過(guò)此界面的操作控制，就可以完成對(duì)礦區(qū)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化界面

4.2 數(shù)據(jù)的收集與處理實(shí)例

系統(tǒng)展示三道莊露天礦的大量爆堆數(shù)據(jù)、車(chē)輛信息(如圖4)、設(shè)備定位數(shù)據(jù)等，系統(tǒng)設(shè)計(jì)多張表來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如爆堆數(shù)據(jù)、炮孔數(shù)據(jù)表等(從略)。針對(duì)這些數(shù)據(jù)可以分析總結(jié)三道莊露天礦的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀況。

圖4 車(chē)輛信息

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)三道莊露天礦爆堆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦區(qū)當(dāng)前開(kāi)采爆堆的詳細(xì)信息進(jìn)行管理與實(shí)時(shí)操控。具有一定的實(shí)際意義。

(2)系統(tǒng)結(jié)合GIS、GPRS、北斗衛(wèi)星和計(jì)算機(jī)技術(shù)，使用了我國(guó)自主研發(fā)的北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)。

(3) 系統(tǒng)具有靈活且完善的權(quán)限控制結(jié)構(gòu)來(lái)保障對(duì)礦區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)的安全管理，該權(quán)限控制結(jié)構(gòu)采用獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫(kù)的方法。

(4)該系統(tǒng)利用軟件技術(shù)中的分層結(jié)構(gòu)和接口技術(shù)，完成了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)；該系統(tǒng)預(yù)留了部分接口，可以擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，為以后軟件的不斷升級(jí)提供了條件。

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(責(zé)任編輯 徐志宏)

Open Pit Muckpiles Data Management System based on GIS/BDS/GPRS

Bai Chunni Lu Caiwu Gu Qinghua

(SchoolofManagement，Xi'anUniversityofArchitectureandTechnology，Xi'an710055，China)

In order to meet the needs of data information management in mine enterprise，the mining production data in Luanchuan Mine is analyzed.It is found that there are such situations in these data as diversity of data sources，large amount of data，and un-synchronized data acquisition.In view of these，a muckpile data management system was presented.This system adopted the geographic information system (GIS) technology，and the general packet radio service (GPRS).Together with the Beidou satellite positioning (BDS) developed by China，the muckpile data were processed by collection，storage，management，display and description.The dynamic monitoring on drivers and vehicles also has been realized.The overall architecture of the system，and its data processing，function realization and system deployment and integrated management capabilities were mainly introduced.The practice approved that this system realized real-time and dynamic visualization of muckpile data.Compared with previous data management system，this system has advantages of easy of use，real-time，data sharing，extensibility and intelligence etc.

Open-pit mine，GIS/BDS/GPRS，Muckpiles data，Management system

2014-12-01

國(guó)家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目(編號(hào)：51404182)，榆林市科技計(jì)劃項(xiàng)目，陜西省重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(編號(hào)：E08001)。

白春妮(1990—),女，碩士研究生。通訊作者 盧才武(1965—),男,博士,教授。

TD679

A

1001-1250(2015)-03-148-04