電動輪汽車監控系統的集成化及大數據分析

童憲華

（江西銅業集團公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

電動輪汽車是目前在露天礦山開采中最主要的生產運輸設備。近年來，隨著加強安全保障、加大成本控制、提高管理水平和生產效率的客觀需要，信息技術的應用更加廣泛，多項監控系統陸續安裝使用在電動輪汽車上，如卡車調度系統、稱重系統、油耗監測系統、胎溫胎壓監測系統、行駛監控系統，加上隨機安裝的發動機、液壓系統等設備性能參數的監控系統。由于設計公司不同、技術標準不一，造成集成化不足、設備過多，甚至一個駕駛室內三個監控屏，很大程度上影響了駕駛操作；數據的互聯互通性差，監控數據重復冗余的現象突出；采集數據多，數據分析少，數據利用率低。因此，集成各項監控管理系統，充分使用大數據分析，對于進一步提高生產效率、保障安全、降低成本具有重要作用。

2 電動輪汽車的監控系統組成

2.1 稱重系統

系統由1個有效載重量測量器、駕駛員室顯示儀表、安裝于左右平臺的裝載燈、安裝于左右前后懸掛上的壓力傳感器和1個傾斜儀（即平衡儀）組成。配合控制系統中輔助輸入的翻斗舉升信號、制動鎖定信號和卡車速度信號，用于監控裝載質量、道路平整度和過載限速［4］。見圖1。

圖1 電動輪汽車稱重系統

2.2 油耗監測系統

油耗監測系統主要由油耗監測設備、油耗通訊終端、車輛定位終端、數據中心平臺以及客戶端（PC、手機）組成［2］。油耗監測設備是計量發動機工作時的燃油消耗量；車輛定位終端是通過GPS模塊對被監測車輛進行實時定位跟蹤；油耗通訊終端是與油耗監測設備連接，配有數據流量卡以實現油耗數據和車輛定位信息的遠程傳輸；數據平臺中心是對油耗通訊終端上傳的油耗數據和汽車位置數據進行解析、運算及 存儲等，并接收客戶端指令；監控客戶端是用戶實現對目標車輛油耗遠程實時監控管理的軟件平臺 包括有更新顯示、數據統計等功能。電動輪汽車的油耗監測設備可采用超聲波微傳感技術、電子技術和RFID無線通訊技術。圖2采用的是超聲波微傳感技術的油耗監測設備。

圖2 油耗監測設備

2.3 行駛監控系統

通過安裝在電動輪汽車四周及駕駛室內部的高清攝像頭采集視頻，顯示在駕駛室內監控屏并以GPRS、3G/4G網絡無線傳輸存儲在監控調度管理平臺的存儲服務器上。行駛監控系統可實現大車盲區監控、大車行駛狀態預警、防疲勞駕駛預警、行駛數據監測等功能。

2.4 胎溫胎壓監測系統

在輪胎內安裝壓力和溫度傳感器，通過中央控制單元對輪胎內部的壓力、溫度值進行實時采集和處理后，經過無線通訊的方式將數據發送給駕駛室內安裝的主機接收器內［1］，中央控制器收到送來的輪胎數據，進行采集分析，把壓力值和溫度值實時顯示在顯示屏上，當出現異常情況時會及時發出報警信號，使司機及時采取制動措施，來避免事故的發生，并把所得到的數據通過無線網絡上傳到服務器平臺保存以便查看紀錄。

2.5 卡車調度系統

卡車調度系統由硬件和軟件組成。硬件主要包括中央計算機系統、車載計算機系統、無線通訊系統和全球衛星定位系統。軟件是調度員用于監控、管理的操作平臺［5］。

3 集成化設計及大數據分析的探討

3.1 集成化設計的目的及組成

減少數據、設備的冗余，統一標準，實現設備的位置及工作狀態的實時跟蹤、判斷、顯示，監控與調度，及時準確地掌握設備的生產運行情況，達到優化管理生產過程、提高產量，提升安全管理水平，節能增效的目的。

集成化設計組成部分見圖3。

圖3 電動輪汽車監控系統集成化設計組成部分

3.2 集成化設計的原則和依據

系統的設計必須具備行業技術先進性、安全性、擴展性與開放性、軟硬件穩定性，要有人性化的設計和科學合理的布局，達到安全、可靠、運行穩定［6］。

3.2.1 技術先進性

系統設計應采用世界先進的主流技術，包括GPS定位技術、4G等無線通訊技術、優化運籌學算法等3.2.2安全性系統軟件穩定、可靠、高效，具備完善的系統日志和容錯功能，滿足企業級安全等級；提供靈活、完善的授權管理機制，可根據需要自主設定各種類型的用戶，并可對用戶提供不同的操作權限，對操作者的操作進行跟蹤并記錄，形成相應的系統日志和操作記錄；無線通訊網絡具備極強的穩定性和抗干擾特性；計算機網絡系統，服務器、調度使用計算機安裝防火墻、防病毒軟件，具備抗病毒、抗攻擊、防篡改以及安全審計功能。

3.2.2 擴展性與開放性

系統運行階段新增加設備等用戶可自己操作，無需依賴開發商；軟件系統采用開放式數據源，支持數據源的開放式連接；提供快捷方便的數據導入與數據導出手段或工具，例如以表格、圖形、曲線等多種方式和JPEG、EXCEL等多種文件格式進行數據導出導入 ；可通過互聯網遠程分析故障、系統升級、定期維護、應急處理，保證系統處于正常運行狀態；提供與公司信息化系統（例如：全面預算系統、ERP、設備管理等系統）的接口工具。

3.2.3 軟硬件穩定性

集成系統除進行必要的維護而關閉外，能7*24h持續工作；集成系統中的某項功能或某一設備出錯應不會影響整個系統出錯；硬件設備有高度可靠的防塵、抗震、耐低溫、防電磁干擾功能，防塵、防水達到IP65標準以上，抗震需滿足露天礦山生產設備強烈震動的工作環境，低溫環境可達到-45℃。

3.2.4 集成設計依據

集成設備的設計、制造、檢查、試驗及特性應遵照適用的最新版中國國家標準（GB）以及國際單位制（SI）。應遵循的標準至少包括：電子、機械、礦山、通訊等行業國家標準。如：實時數據通信應用層協議、網絡傳輸控制協議和接口程序、電子產品基本環境試驗規程、綜合布線系統工程設計規范GB 50311-2007、電子信息系統機房設計規范GB 50174-2008、調度自動化設計技術規程、計算機軟件單元測試標準等。

3.3 大數據分析的方向和方法

通過集成監控系統各數據源收集存儲大量的數據，有效地利用數據來發現、診斷、預測，優化資源配置提升效益，簡單地“讓數據說話”是偏頗的［3］。首先應確定分析的方向，確定要解決問題。分析以問題為導向，而問題應緊緊圍繞“關鍵績效指標”（KPI）展開［3］。電動輪汽車的關鍵績效指標如臺時效率、柴油單耗、可開動率、輪胎壽命、周轉量、安全指標（事故發生率）等，圍繞這些指標的分析方向例如：影響臺時效率的因素分析（鏟車配置、道路質量、車速等）；柴油單耗的影響因素（裝車質量、周轉量、道路質量、車速等）；安全指標分析（車速、道路質量、駕駛員開車習慣分析等）。通過“關鍵績效指標”（KPI）確定數據分析的方向可以更高效、更有指導性。

大數據分析首先是數據的“抽取-轉換-加載”，即數據處理三部曲。不可來源的數據可能存在重合、格式不一、類型不同，需要抽取出來，進行轉換，然后加載到統一數據庫中，成為聯機處理、數據挖掘的基礎。

大數據分析目前沒有適合所有場所的分析軟件與工具。由于不同公司不同的需要，處理的數據規模和種類不同，具體使用什么軟件與工具也是不同的。目前電動輪汽車的數據分析仍以較簡單的電子表格為主。隨著數據量的增加與分析的深入，逐步引入在線分析處理工具、數據挖掘工具、模擬工具等。

4 結語

有色金屬工業“十三五”發展規劃明確提出，智能化是礦業發展的必由之路，是提高礦企核心競爭力、實現可持續發展的必然選擇。突破標準缺失、數據集成、互聯互通等關鍵瓶頸問題，也是建設智能礦山的需要。電動輪汽車以自身的各類監控系統為基礎，與大數據、互聯網等新技術交叉融合，加強集成應用、數據分析，構建智能化數字平臺，形成數據互通、實現整體管控，可以提高礦山的勞動生產率、保障安全生產，降低成本，同時帶動傳統礦業的轉型和升級。