裝載機(jī)實(shí)時(shí)定位及工作流程在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王方杰 毛璐 殷磊 孫玉龍

摘 要：本文以大煤場裝載機(jī)智能裝運(yùn)為研究對(duì)象，在結(jié)合大煤場計(jì)量無人值守系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用理論分析、實(shí)驗(yàn)室測試、現(xiàn)場觀測等方法和手段，集成GPS/北斗差分定位、GPRS通訊傳輸、液壓傳感、監(jiān)測監(jiān)控等技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤場裝載和發(fā)運(yùn)作業(yè)“一卡通”，裝載機(jī)動(dòng)態(tài)精確計(jì)量、裝載機(jī)實(shí)時(shí)定位和工作流程在線監(jiān)測等功能，有效降低運(yùn)煤車輛返場率，實(shí)現(xiàn)煤礦準(zhǔn)確計(jì)量、高效裝運(yùn)。

關(guān)鍵詞：裝載機(jī)；實(shí)時(shí)定位；在線監(jiān)測；GPS

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

目前，大煤場傳統(tǒng)的裝運(yùn)模式仍然存在裝載機(jī)裝運(yùn)精度低、運(yùn)煤車輛返場率高、車輛定位跟蹤、煤堆間距小、運(yùn)輸車輛挑裝、錯(cuò)裝及混裝等問題，嚴(yán)重影響礦場發(fā)運(yùn)效率[1，2]。本文通過設(shè)計(jì)裝載機(jī)實(shí)時(shí)定位及工作流程在線監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)合GPS差分定位、GPRS通訊傳輸、液壓傳感、監(jiān)測監(jiān)控等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)動(dòng)態(tài)精確計(jì)量，裝載機(jī)實(shí)時(shí)位置定位跟蹤和裝載量監(jiān)測，裝載過程的智能管控，煤場不同區(qū)域電子圍欄的劃分，車輛科學(xué)調(diào)度，過磅及稱重?cái)?shù)據(jù)報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析等功能，有效提高煤場裝運(yùn)效率，降低運(yùn)輸車輛返場率，解決運(yùn)煤車輛挑裝問題，有效避免錯(cuò)裝等不符合規(guī)定的裝載現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)準(zhǔn)確計(jì)量、高效裝運(yùn)[3]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（System design and implementation）

裝載機(jī)實(shí)時(shí)定位及工作流程在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包含軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)兩部分。軟件系統(tǒng)包含GIS服務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心處理軟件，部署在服務(wù)器上；硬件系統(tǒng)主要包含車載一體化端、車載計(jì)量終端、差分定位基站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及液晶拼接顯示屏及LED屏，其中車載一體化端和車載計(jì)量終端部署在煤場裝載機(jī)，差分基站部署在煤場附近高處，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、液晶拼接屏及LED屏部署在調(diào)度集控室，另在煤場部署LED顯示屏以提示運(yùn)煤車輛進(jìn)入煤場指定裝載機(jī)裝煤作業(yè)。

2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（Design and implementation of

hardware system）

2.2.1 GPS/北斗差分定位系統(tǒng)

差分法是一種減少或消除各種測量誤差的廣泛有效的方法，使差分定位精度明顯高于單點(diǎn)定位。差分的基本工作原理主要是基于衛(wèi)星時(shí)鐘差、衛(wèi)星星歷差、電離層延遲和對(duì)流層延遲的空間相關(guān)和時(shí)間相關(guān)。同一地域內(nèi)的不同接收機(jī)，其測量值誤差分量大致相等或高度相關(guān)[4]。

接收機(jī)中的一個(gè)作為參考，稱為基站，接收機(jī)稱為基站接收機(jī)。基站接收機(jī)的位置事先已知，以精確計(jì)算從衛(wèi)星到基站接收機(jī)的幾何距離。如果比較基站接收機(jī)和衛(wèi)星距離測量值的幾何距離，它們之間的差值等于基站接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星的測量誤差。同時(shí)流動(dòng)接收機(jī)對(duì)同一衛(wèi)星的距離測量值有相關(guān)或相近的誤差，如基站將其接收機(jī)的測量誤差通過電波發(fā)射播送給流動(dòng)接收機(jī)，那么作業(yè)中的流動(dòng)站就可以根據(jù)接收到的基站接收機(jī)測量誤差來校正自身與同一衛(wèi)星的距離測量值，通過這種方式可以大大提高流動(dòng)站接收機(jī)的測量和定位的精度。

antenna installation

安裝天線周圍環(huán)境要求[5，6]：

（1）安裝點(diǎn)周圍應(yīng)適宜安裝接收設(shè)備并方便操作，工作視野開闊，視場內(nèi)障礙物的高度角不宜超過5°。

（2）安裝點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源（如電視臺(tái)、電臺(tái)、微波站等），其距離不小于300m；遠(yuǎn)離高壓輸電線和微波無線電信號(hào)傳送通道，其距離不得小于100m。

（3）附近不能存在有強(qiáng)烈反射衛(wèi)星信號(hào)的物件（如大型建筑物、湖泊等）。

2.2.2 車載一體化終端

車載一體化終端系統(tǒng)主要包括主處理器部分、電源管理模塊、差分定位移動(dòng)分站、GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)模塊、功能按鍵部分、指示燈部分、液晶顯示模塊、射頻模塊、智能關(guān)機(jī)模塊、鋰電池充電模塊、裝載機(jī)通信接口等，具有差分精準(zhǔn)定位、GPRS傳輸、車載信息讀取、實(shí)時(shí)信息顯示等功能。終端從裝載機(jī)電瓶中取電，在車載一體化終端中還包括鋰電池，在裝載機(jī)不供電的狀態(tài)下車載一體化終端依舊可以工作一段時(shí)間，車載一體化終端不設(shè)計(jì)供電開關(guān)，利用一體化終端中設(shè)計(jì)的智能關(guān)機(jī)電路實(shí)現(xiàn)下班自動(dòng)關(guān)機(jī)，裝載機(jī)啟動(dòng)自動(dòng)開機(jī)，防止人員作弊。

車載一體化終端設(shè)備將煤廠裝載機(jī)的機(jī)車位置、裝載礦物量、提貨卡信息等實(shí)時(shí)信息通過GPRS上傳至車載一體化控制系統(tǒng)服務(wù)器，車載一體化控制系統(tǒng)服務(wù)器軟件對(duì)上傳信息進(jìn)行處理分析，及時(shí)合理高效地對(duì)裝載機(jī)的行進(jìn)路線和工作流程進(jìn)行監(jiān)控與調(diào)度，并將運(yùn)煤車輛信息（車牌號(hào)、運(yùn)載煤種、數(shù)量等）通過車載一體化終端傳遞給相關(guān)區(qū)域的裝載機(jī)，在整個(gè)作業(yè)過程中車載一體化終端設(shè)備實(shí)時(shí)跟蹤煤炭裝載機(jī)的位置，同時(shí)讀取實(shí)際裝載的煤炭重量，最終將裝載機(jī)位置信息與裝載情況信息實(shí)時(shí)上傳到GIS服務(wù)器，GIS服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫中讀取現(xiàn)有運(yùn)銷系統(tǒng)中的運(yùn)銷數(shù)據(jù)并將之與獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，分析裝載過程中位置、數(shù)量等實(shí)時(shí)信息是否與系統(tǒng)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相符合，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)不吻合的現(xiàn)象，將實(shí)時(shí)向操作人員發(fā)出報(bào)警信息，以便相關(guān)人員進(jìn)行后續(xù)處理。

2.2.3 車載計(jì)量終端

車載計(jì)量終端主要包含稱重儀表、壓力變送器（傳感器）、光電位置開關(guān)、法蘭附件、電纜附件、RS232接口等部分。系統(tǒng)采用液壓傳感技術(shù)，通過油壓的變化實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)的動(dòng)態(tài)在線稱重，專門針對(duì)液壓行走裝載車輛或液壓起重設(shè)備引進(jìn)推出[7]。

車載計(jì)量終端可單斗稱重、整車裝載稱重、少許添加或減少稱重，目標(biāo)設(shè)定累加或減少稱重等。儀表可輸入貨物、人員、裝載機(jī)、碼頭、車號(hào)等，提供稱重磅單、儀表還可連接外部打印機(jī)、數(shù)據(jù)模塊、遠(yuǎn)程累加開關(guān)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)，分析稱重?cái)?shù)據(jù)、跟蹤貨物、管理庫存。稱重系統(tǒng)稱重準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、操作靈活、安裝維護(hù)方便。車載計(jì)量終端通過提供數(shù)據(jù)接口與車載一體化終端對(duì)接，實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量數(shù)據(jù)的傳遞，提高裝載計(jì)量精度，減少運(yùn)輸車輛返場率，提高裝載作業(yè)效率。