李博

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳110015）

HJ70A工业汽运GPS调度指挥系统在露天煤矿中的应用

李博

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳110015）

结合露天煤矿道路特点和行车环境，对露天煤矿车辆事故发生的原因进行了分析，并介绍了HJ70A工业汽运GPS调度指挥系统在国投哈密一矿一分区安全隐患治理工程的卡车，大型挖装机械设备，道路养护辅助机械设备上的应用，提高了露天煤矿采坑内车辆通行的安全可靠性，有效保障了人员及设备的安全。

露天煤矿；汽运；调度指挥系统；GPS

0 引言

露天煤矿因生产作业区域面积大、道路环境复杂容易产生瓶颈；作业车辆种类、数量多，设备管理复杂；生产环境恶劣、通讯条件不良；导致煤矿生产管理难度大，综合调度能力弱。管控上的松弛，常致作业区各单元相互配合差，生产效率低下。

长期以来各大厂商都在积极地寻找适当的解决方案来提升露天煤矿运输管理调度的绩效，但始终无法突破作业车辆跟踪不易的关键问题。普通的GPS卫星定位系统和基于RFID定位等其他的方案都曾被引用，但由于定位精度误差较大和投资条件的限制使得这些方案无法在现场得到真正的应用。本工程中将采用工大高科公司的HJ70A工业汽运GPS调度指挥系统进行建设。DGPS高精度定位系统与3G DTU通讯系统相结合的架构，使得本方案具有投资少，定位精度高，可靠性稳定行高等特点，是目前解决露天煤矿实时调度监控的较好途径。

1 工程概况

国投哈密一矿一分区安全隐患治理工程（以下简称“本工程”）涵盖基建和生产运营。设计服务年限为9年，工程境界内剥离量10 987万m3，可采煤量2 448万t，平均剥采比4.5 m3/t。最大的年出煤量为4.4 Mt/a，剥离采用单斗－卡车间断开采工艺，采煤采用轮斗挖掘机－卡车半连续开采工艺。目前安全隐患治理区采剥关系正常，采掘、运输、排土系统匹配合理，现有大型剥离车辆81台，运煤车辆30台，挖机23台，洒水车6台前装机12台，养路设备3台（平地机）。

2 HJ70A工业汽运GPS调度指挥系统

本系统主要有5个单元构成，分别为①车载终端单元；②差分基准站单元；③通信代理单元；④系统监控管理单元；⑤调度单元。以上5个单元（预留大屏幕接口系统）与企业的计算机网络系统、3G网络一起构成一个完整的系统，系统组成示意图如图1。

图1 系统组成示意图

2.1 主要技术指标

系统指标：

DGPS实时定位精度：≤1.0 m

GPS定位数据刷新时间：≤1.5 s

车辆数量：＜300辆

作用范围：车辆作业区域（具有无线网络覆盖的区域）

JC16A车载数据终端指标：

工作电压：9VDC－36VDC 13W；

工作温度：－20～60℃；

额定音频功率：5V 2W（负载8Ω）；

显示屏尺寸：7寸液晶彩色触摸屏。

无线通信模式：GPRS、TD－SCDMA、WCDMA、CDMA2000

2.2 DGPS工作原理

差分基准站单元的GPS接收天线架设于厂区已知坐标的基准点上，根据接收到的GPS信号及预先测定的基准点坐标计算出修正参数，并实时地将修正参数通过3G无线网络向车载移动终端播发，移动端对当前的单点定位的坐标进行修正，实现精确定位[1]。

2.3 系统工作流程

2.3.1 定位流程

差分基准站单元每5 s将修正参数通过通信代理单元3G网络发送到车载终端单元,车载终端单元将经过修正后的位置、速度、方向等信息通过3G网络上传到系统监控管理单元,系统监控管理单元将所有车辆信息处理并显示到GIS地图上。

2.3.2 调度命令下发流程

调度单元通过调度软件观察到当前厂区车辆的工作状态，当有调度需求时，通过调度软件将工作计划转发到系统监控管理单元,系统管理单元接收到调度单元信息后，通过通信代理单元转发工作计划[2]。车载终端单元判断是否为本车信息，若判断正确，则语音提示驾驶人员（若车载终端配置液晶屏，则可以显示信息）。

2.3.3 危险报警流程

监控管理单元接收所有车辆的位置、速度和方向信息。

1）安全行车。在厂区不同路段设定限速值，当矿车行驶到相关区段并超过该区段限速值时，监控管理单元同时向车载终端和调度单元发送超速信号。

2）防碰撞。当A车与B车距离在50 m（可调整）内，监控管理单元开始计算两车之间接近速度，接近状态如图2。

图2 接近状态

若A与B接近速度（V1+V2）超10 m/s（可调整），开始报警。若A与B接近速度低于10 m/s，但是距离在5 m（可调整）内，并处于接近状态，开始报警。

处于分离状态（如图3）或两车处于停止状态则停止报警。监控管理单元同时向车载终端和调度单元发送报警信号和来车方向、位置信息。车载终端单元收到危险报警信息后语音提示驾驶人员，若配置屏幕则显示来车方向位置。调度收到危险报警命令后可通过集中调度平台提醒驾驶人员，注意安全驾驶。

2.4 各单元功能

2.4.1 车载终端单元

车载终端单元由3部分组成：①3G通讯模块；②GPS定位模块；③车载数据处理平台。

3G通讯模块为车载平台对外通讯的接口，其负责接收修正信息和监控管理单元发送过来的数据，发送车载数据处理平台的数据。本单元上报位置信息的速率为1 s/次。

图3 分离状态

2.4.2 差分基准站单元

差分基准站单元由2部分组成：①GPS定位模块；②差分改正数据下发平台，平台使用工控机加服务软件实现。本单元每5 s发送1次修正值。

2.4.3 通信代理单元

本单元主要由3G DTU中心服务软件构成，该单元硬件服务器需配置双网卡，内网网卡连接矿用工控局域网，用于和差分基准站单元、系统监控管理单元交互数据[3]。外网网卡连接互联网，需配置公网IP地址，用于同3G DTU设备通信。本单元需要定制一套软件用于同3G DTU中心服务软件交互数据。

2.4.4 监控管理单元

监控管理单元对厂区所有移动终端的GPS信息进行处理，在有需求时可下发调度单元的指令。

2.4.5 调度单元

实时显示工作区内的矿车运行状态。有需求时可下发相关指令。

2.5 无线带宽需求

下行带宽：矿区约有矿车数量160台，差分基准站单元发送的修正值包长约为200 Byte，所以每次下发的修正值数据量约为32 kB。修正值下发频率为5 s/次，所以下行速率约为6.4 kB/s。

上行带宽：车辆160台，车载终端单元上报的位置信息每包约为100 Byte，位置上报频率为1 s/次。所以上行速率约为16 kB/s。

2.6 系统主要设备

系统主要设备见表1。

表1 主要设备统计

3 系统功能与效益

3.1 系统功能分析

1）行车安全管理：实时监控矿车的行进速度和车距，如车速超出安全运行速度或者与前后车安全距离不足时，系统将及时在车载单元和调度单元进行提示[4]。为安全生产把关。

2）下发工作计划：在集中调度系统通讯不畅的情况下，可以使用车载单元接收并显示调度单元发出的工作计划。

3）矿车实时监控，电子围栏报警：在调度终端软件的GIS图和控制行车指挥的线路示意图上可以监控矿车的实时位置，运动状态，速度大小。当矿车驶出设定的工作区域，立即在调度单元报警提示。

4）矿车动态轨迹记录及回放：指定任意一辆矿车，选定时间段，回放该段时间内的历史轨迹。使用该数据可优化生产调度。

3.2 系统效益分析

1）优化调度、保障生产：准确的矿车定位能协助调度人员达成最佳的作业计划和现场指挥调度，顺利协调生产、合理运用资源生产领域子系统[5]。可靠通畅的指令下发通道，保证计划及时下发。避免因集中调度平台失效时无法指挥生产的情况。

2）提高效率、降低成本：利用系统所提供的充分数据和实时信息，调度人员可以进一步优化投入车辆和设备资源的使用效率，避免闲置和调度失误、提高车辆周转率[6]。对每辆矿车运输作业进行完整的记录，可加强管理、促进人员规范工作，同时提供充分数据进行分析，为优化运输生产提供依据。

3）保障安全、避免事故：系统及时的反应完整的矿车运输运作状况，对可能的危险状况（车辆过于靠近、超速…）提出预警，及早排除隐患以避免事故。

4 问题与对策

4.1 终端无法通过语音对车辆进行指挥与提示

由于DTU通信模块的工作机制，无法通过现有的车载数据终端通信模块传输实时语音[7]。只能预先定义好常用的调度指令，并录制好语音提示文件预存到车载数据终端中，当调度室选择下发预定义好的指令时，将预定义指令的编号或者指令的语音文件名称发送到车载数据终端，车载数据终端在接收到相应的信息后，自动播放所接收到的调度指令所对应的语言文件，并将信息内容在文本框中进行显示。对于调度人员自行输入的调度指令，由于没有预先录制好的语音文件，则只在车载数据终端中播放接收到指令的提示音，并将文字内容在文本框中进行显示。

4.2 终端无法显示车距信息

此功能在前期的软件开发中未实现，只能通过软件开发人员增加此功能，完成后可在客户端程序中实现：①在图形界面中实时显示出选定的任意两辆车之间的距离；②在车辆距离过近时在预警的同时将车辆之间的车距以列表的形式进行显示。

4.3 终端无法收到车辆的信息

由于在采坑内由于坑壁的遮挡，在部分区域信号差，导致车载数据终端无法正确收发数据。

现已经联系当地移动公司的技术人员到现场实地勘测了信号情况，在采区确实存在信号不好的区域，由于采区在不断的变化中，随着采坑向东不断的推进，信号不好的区域也会随之发生变化，为了避免以后频繁的挪动天线，移动公司需要讨论一个可行的增设天线的方案，增加若干台信号发射塔。同时也采购了一批带增益的外置天线用于更换车载数据终端原配的无增益的胶棒天线[8]，用来增强车载数据终端的移动信号接收能力。

5 结语

本工程采坑内弯道坡道路段较多，采煤区域道路起伏较大，夏季高温气候干燥，剥离工作面采煤工作面扬尘较大，夜间运输作业能见度较差，上述客观因素均对行车安全构成了威胁；矿用大型宽体卡车车身较高，盲区较大，驾驶员视线不好，在行车中极易发生交通事故。本工程引进HJ70A工业汽运GPS调度指挥系统，在矿区内所有的移动车辆及大型挖装设备上予以安装应用，对运行中发现的问题及时反馈，通过技术改造升级后，整套HJ70A工业汽运GPS调度指挥系统能够正常运转，确保坑内作业车辆信号全覆盖，及时有效地传达了各项指令，消除了生产运输车辆在采坑内发生刮碰、碾压重大安全隐患，提高了露天煤矿采坑内车辆通行的安全可靠性，有效保障了人员及设备的安全，最终实现本工程的安全生产。

［1］王东昌，崔晓峰.金属矿山汽运调度优化决策系统的探讨［J］.中国矿业，2013，7（7）：29-31.

［2］陈占国.矿用汽车运输事故的原因分析与预防［J］.科技资讯，2015，13（4）：46-46.

［3］徐志远，林宏志.露天矿汽车运输事故原因分析及解决对策［J］.煤矿安全，2000，31（10）：61-62.

［4］唐洪佩，杨登跃.事故树法在露天矿汽车运输事故预防中的应用［J］.现代矿业，2014（11）：168-170.

［5］占必文，张光权.基于事故树分析的电爆网路盲炮预防研究［J］.工程爆破，2013，19（4）：57-60.

［6］孟爱国，庄红军.矿用重型汽车作业现场碰撞事故模糊故障树分析［J］.中国安全生产科学技术，2011，7（1）：107-111.

［7］贺昌斌.单斗-卡车工艺露天矿节能降耗分析与对策研究［J］.露天采矿技术，2014（4）：01-02.

［8］郭昭华，张勇.露天矿重载卡车与辅助车辆防撞系统的研究与应用［J］.露天采矿技术，2008（6）：41-43.

【责任编辑：解连江】

Application of HJ70A industrial trucks GPS dispatching and controlling system in open-pit coal mine

LI Bo
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design＆Research Institute,Shenyang 110015,China)

The article analyzes the cause of the vehicle accident in the open－pit mine combining with the characteristics of openpit coal mine road and traffic environment,and introduces the application of HJ70A industrial trucks GPS dispatching and controlling system of Hami mine security risk management project on trucks,large dig machinery equipment,road maintenance auxiliary machinery,which improves traffic safety and reliability in open－pit coal mine mining pit and effectively ensures the safety of personnel and equipment.

open－pit coal mine;truck transpertation;dispatching and controlling system;GPS

TD561

B

1671－9816（2017）02－0061－04

李博.HJ70A工业汽运GPS调度指挥系统在露天煤矿中的应用［J］.露天采矿技术，2016，32（2）：61－64.

2016－07－16

李博（1982—），男，黑龙江伊春人，工程师，注册一级建造师，注册咨询工程师，注册监理工程师。毕业于中国矿业大学土木工程专业，现就职于中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，主要从事煤矿安全管理工作。

DOI∶10.13235/j.cnki.ltcm.2017.02.017