物聯(lián)網(wǎng)技術在煤炭運銷集團化管控中的應用研究?

劉 屹 譚章祿

(中國礦業(yè)大學(北京),北京市海淀區(qū),100083)

★煤炭科技·機電與信息化★

物聯(lián)網(wǎng)技術在煤炭運銷集團化管控中的應用研究?

劉 屹 譚章祿

(中國礦業(yè)大學(北京),北京市海淀區(qū),100083)

針對煤炭企業(yè)集團在煤炭運銷中面臨的管理難度大、處理效率低以及管理風險高等問題,提出將RFID技術和傳感技術等物聯(lián)網(wǎng)技術應用于煤炭企業(yè)運銷業(yè)務管控,分析了煤炭運銷集團化管控的必要性,介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術在煤炭運銷管控中的應用,詳細闡述了物聯(lián)網(wǎng)管控技術的實現(xiàn)方式。應用物聯(lián)網(wǎng)技術改進煤炭企業(yè)運銷管理能夠從根本上解決煤炭公路運輸中的車輛作弊、途中竊換和煤種置換等問題,符合當前技術發(fā)展趨勢和我國煤炭企業(yè)的現(xiàn)實需求,具有廣闊的應用前景。

物聯(lián)網(wǎng) 煤炭運銷 集團化管控 無線射頻識別

1 煤炭運銷集團化管控的必要性

伴隨著煤炭企業(yè)的發(fā)展,煤炭企業(yè)集團的運銷業(yè)務呈現(xiàn)出以下特點:

(1)地域分布廣導致管理難度增大。近10年來,煤炭企業(yè)集團加速擴張,大型煤炭企業(yè)集團的礦區(qū)資源往往分布于我國多個不同省份,甚至有些企業(yè)已經(jīng)在不同國家進行了業(yè)務布局,同時煤炭企業(yè)還在港口城市布局銷售節(jié)點,這使得煤炭企業(yè)的運銷業(yè)務地域分布極為廣闊,管理的難度大幅增加,依靠傳統(tǒng)的管理手段已經(jīng)難以滿足現(xiàn)實需求。

(2)業(yè)務種類繁雜和缺少有效協(xié)調(diào)導致業(yè)務處理效率低。煤炭運銷方式包括公路運輸、鐵路運輸和水路運輸;運銷作業(yè)類型分為公路地銷、鐵路直銷、內(nèi)部調(diào)運、入選和自用;運銷業(yè)務涉及煤炭儲、裝、運和洗選加工等多個環(huán)節(jié),各環(huán)節(jié)又發(fā)生于不同地域,環(huán)節(jié)之間相對獨立,缺乏有效銜接;集團企業(yè)的各二級單位存在作業(yè)流程不統(tǒng)一、單據(jù)不規(guī)范以及數(shù)據(jù)上報不及時和不準確等問題。這些問題的存在使得煤炭企業(yè)集團運銷業(yè)務處理效率難以得到保障。

(3)人為干預和控制業(yè)務流程和數(shù)據(jù)導致管控風險增加。由于運銷業(yè)務客觀上的復雜性和管理不到位,運銷業(yè)務各環(huán)節(jié)存在人為干預和控制業(yè)務數(shù)據(jù)和流程的現(xiàn)象,如煤場管理中的車輛作弊和內(nèi)外勾結問題就普遍存在于煤炭企業(yè),因此,煤炭企業(yè)集團運銷業(yè)務的管控風險越來越大。

當前煤炭行業(yè)正處于困難時期,企業(yè)經(jīng)營壓力驟增,而煤炭運銷直接關系到煤炭企業(yè)的經(jīng)營成本和經(jīng)營效益,煤炭企業(yè)應該積極改變發(fā)展理念,通過精細化管理降低經(jīng)營成本,因此,煤炭企業(yè)集團對煤炭運銷業(yè)務實施集中管控具有現(xiàn)實意義。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術在煤炭運銷管控中的應用

物聯(lián)網(wǎng)技術是在互聯(lián)網(wǎng)技術的基礎上延伸和擴展而形成的一種網(wǎng)絡技術,其用戶端可以延伸和擴展到任何的物品和物品之間,從而實現(xiàn)信息交換和通訊。在運銷管控技術的研究、設計、開發(fā)和應用過程中,通過廣泛應用RFID射頻識別與智能IC卡識別技術、重量傳感技術、紅外探測和激光探測技術以及數(shù)字化網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術等一系列物聯(lián)網(wǎng)核心技術,可以解決集團化管控的各類難題。

2.1 RFID射頻識別與智能IC卡識別技術

RFID射頻識別與智能IC卡識別都是非接觸式的自動識別技術,讀寫裝置可通過特定頻率的無線信號自動識別載有芯片的目標對象并獲取相關數(shù)據(jù),識別工作無須任何人工干預,能夠適應各種惡劣環(huán)境。RFID射頻識別技術可識別具有一定速度的運動物體并可同時識別多個標簽,操作快捷方便;智能IC卡識別則用于對特定個體的短距離精確識別。

根據(jù)技術特性和應用目的的不同,可以設計和研發(fā)基于RFID射頻識別技術的電子標牌用于對車輛的精準識別、基于RFID射頻識別技術的微芯密簽用于承載各類運銷數(shù)據(jù)圍堵運輸漏洞以及基于智能IC卡識別的智能過磅一卡通用于對車輛和司機的識別并存儲相關信息,還可將RFID技術應用于對鐵路車輛的自動識別,徹底改變傳統(tǒng)手工抄號的低效方式。

2.2 重量傳感技術

傳感技術依靠各類傳感器獲取信息,在物聯(lián)網(wǎng)的技術體系中具有基礎性的作用。在對運銷業(yè)務的管控中,通過對原有重量計量裝置進行改造和升級,可實現(xiàn)對運輸車輛重量信息的實時感應、傳遞、存儲和分析處理。

2.3 紅外探測和激光探測技術

紅外探測和激光探測技術在煤炭運銷管理中也有廣泛應用空間,根據(jù)實際情況采用紅外探測技術和激光探測技術可實現(xiàn)對運輸車輛的定位,解決在煤炭運輸過磅過程中常見的車輛不完全上磅和多個車輛同時上磅等棘手的問題。同時,還可將紅外探測技術應用于煤炭鐵路運輸管理中,實現(xiàn)對鐵路車廂的定位。高能量脈沖激光及光譜分析技術可用于運銷過程中對煤質(zhì)的實時在線連續(xù)檢測。

2.4 數(shù)字化網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術

數(shù)字網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡的第三代全數(shù)字智能視頻監(jiān)控系統(tǒng),以普通計算機為操作平臺,集實時監(jiān)視、多畫面分割顯示、云臺控制監(jiān)視、錄象、畫面切換、視頻報警、報警聯(lián)動、回放檢索、畫面處理、打印及網(wǎng)絡遠程傳輸?shù)榷喙δ苡谝惑w,具有廣泛的用途,代表監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。

在煤炭企業(yè)運銷集團化管控中,對各礦井原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行升級和擴建,使各生產(chǎn)礦井、選煤廠、發(fā)運站、港口等運銷節(jié)點的監(jiān)控前端設備符合數(shù)字化網(wǎng)絡視頻監(jiān)控的要求,通過數(shù)字視頻錄像機、視頻交換機、流媒體轉發(fā)服務器、磁盤矩陣等核心設備實現(xiàn)在廣域網(wǎng)對視頻信息的綜合利用。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術在汾西礦業(yè)集團運銷管控中的應用

3.1 應用背景

汾西礦業(yè)集團有存量生產(chǎn)礦井12座,整合礦井28座,集運站4個,選煤廠5個,區(qū)域分布于山西省晉中、呂梁、臨汾、長治、忻州5個地級市所屬的13個縣市。由于區(qū)域分布分散,鐵路專用線建設滯后,煤炭產(chǎn)品主要依靠公路運輸方式進行內(nèi)部調(diào)運和銷售。該集團產(chǎn)品以低硫低磷低灰高發(fā)熱量的主焦煤、肥煤和瘦煤為主,煤炭產(chǎn)品品質(zhì)高,煤炭產(chǎn)品的價值也較高。

煤炭產(chǎn)品公路運輸需經(jīng)歷空車稱重－裝載機裝煤－重車稱重－煤質(zhì)檢驗－核查出場等多個環(huán)節(jié),如果是內(nèi)部調(diào)運還需在收貨地點對煤炭產(chǎn)品進行計量和檢驗,并與發(fā)貨點信息進行核對。各環(huán)節(jié)中存在較大的管理風險:一是采用兩輛皮重不同的套牌車輛同時進入煤場,皮重較大的作為空車稱重,皮重輕的則裝煤后稱重,一次運輸可偷煤0.5～2 t;二是煤場內(nèi)部裝載機司機與貨車司機相互勾結,將優(yōu)質(zhì)煤種裝在底部,而將品質(zhì)低的煤種裝在上部,運走了優(yōu)質(zhì)煤種但運銷系統(tǒng)中卻記錄為低品質(zhì)煤種;三是在內(nèi)部調(diào)運途中也存在非常大的管控風險,司機想盡辦法將煤炭竊換從中牟利。

在引入物聯(lián)網(wǎng)技術前,該集團嘗試采用GPS系統(tǒng)對運輸車輛進行監(jiān)控,但由于山區(qū)道路GPS信號較差且GPS設備需車輛提供電源,由司機人為斷電或信號中斷導致該系統(tǒng)沒有取得預期的管控效果。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)管控技術實現(xiàn)方式

針對困擾汾西礦業(yè)集團的公路運銷管控難題,筆者所在項目團隊對每一個問題深入分析發(fā)生問題的根本原因,采取治本方式利用物聯(lián)網(wǎng)技術從根本上解決上述問題。

3.2.1 電子車牌解決車輛作弊問題

通過對車輛套牌問題的分析,可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生該問題的根本原因是車輛識別的方式存在漏洞。一般的過磅稱重系統(tǒng)采用拍照自動識別車牌信息或通過司機的智能IC卡獲取車輛信息。但無論是車牌還是智能IC卡均比較容易被復制,從而導致智能IC卡和車輛脫離無法與車輛有效綁定。

為了解決該問題,引入基于RFID技術的電子車牌。電子車牌內(nèi)置RFID芯片,讀寫器可通過915 MHz頻段遠距離獲取芯片信息?，F(xiàn)場實際測試數(shù)據(jù)顯示電子車牌在煤場環(huán)境下距離讀寫器5～10 m即可被讀寫器識別,具有良好的環(huán)境適應性。電子車牌通過防撕設計,使其張貼在貨車擋風玻璃上一旦被撕下則芯片即被破壞,確保電子車牌與貨車本身的絕對綁定。

3.2.2 微芯密簽解決調(diào)運途中竊換問題

通過對調(diào)運途中竊換煤炭問題的分析,可以發(fā)現(xiàn)該問題產(chǎn)生的根本原因有兩個方面:一方面是由于發(fā)貨端與收貨端的信息通訊不暢通,導致兩端的數(shù)據(jù)核驗需要根據(jù)紙質(zhì)單據(jù)攜帶的信息進行判斷,而紙質(zhì)單據(jù)及其中的信息極易偽造,導致兩端信息不對稱,無法及時發(fā)現(xiàn)途中竊換煤炭的行為;另一方面是由于采用封條或塑料制一次性扎條來封鎖貨運車廂,而封條或扎條均極易被偽造,導致車輛到達收貨地點時表面上車輛施封完整,但其實在途中已經(jīng)實施了竊換行為。

調(diào)運途中的煤炭竊換問題給汾西礦業(yè)集團造成極大的經(jīng)濟損失,也是本解決方案重點研究解決的關鍵問題。為此,專門設計了用于對車輛進行施封的載有RFID芯片的微芯密簽,以此代替封條或扎條對貨運車輛進行施封作業(yè)。在施封作業(yè)環(huán)節(jié),微芯密簽中寫入了發(fā)貨端的運銷數(shù)據(jù),代替紙質(zhì)單據(jù)用于無網(wǎng)絡傳輸條件的收貨端和發(fā)貨端的信息傳遞。微芯密簽經(jīng)過特殊設計,施封后一旦被破壞其中的信息便不可被讀取。貨運車輛到達目的地后,通過對微芯密簽中的信息進行檢查和校驗,如果微芯密簽芯片中的信息、電子車牌中的信息、收貨端稱重信息以及通過網(wǎng)絡傳輸至中心云服務器中存儲的信息校驗一致,則認為貨運車輛途中未經(jīng)非法解封,允許收貨端實施解封作業(yè),放行車輛進行卸料;反之,如果信息不一致、無法讀取或微芯密簽芯片和電路被破壞,則給予報警,需經(jīng)人工排查授權后車輛才可卸料。借助微芯密簽進行內(nèi)部調(diào)運管控的流程如圖1所示。

圖1 內(nèi)部調(diào)運管控原理示意圖

3.2.3 高能脈沖激光在線檢測煤質(zhì)解決煤種置換問題

通過對內(nèi)外勾結在煤場裝煤過程中實施煤種置換行為的分析,可以發(fā)現(xiàn)該問題產(chǎn)生的根本原因是受限于現(xiàn)有裝備和技術條件,發(fā)貨端和收貨端開展煤質(zhì)檢驗的方式均采用抽檢方式,而且需經(jīng)過人工采樣、制樣和檢驗流程,檢驗數(shù)據(jù)也并未并入運銷管理系統(tǒng),這就為煤種置換提供了可乘之機。

為了解決該問題,引入高能脈沖激光在線煤質(zhì)檢測技術,將該煤質(zhì)檢測裝置布置于重車過磅稱重的磅臺入口處上方,對駛入磅臺的每輛貨運車輛所載煤炭產(chǎn)品的灰分、水分和發(fā)熱量等指標進行連續(xù)實時在線檢測,并將全部數(shù)據(jù)與運銷系統(tǒng)有效集成。高能脈沖激光煤質(zhì)檢測技術的引入使得系統(tǒng)能夠自動發(fā)現(xiàn)煤場裝車環(huán)節(jié)的煤種置換行為,有效解決這一問題。同時,每輛車在完成發(fā)貨稱重環(huán)節(jié)進行車輛施封時,將該車輛的準確煤質(zhì)數(shù)據(jù)存儲到微芯密簽中,在收貨端稱重環(huán)節(jié)同樣對煤質(zhì)進行連續(xù)檢測,并與記載在微芯密簽中的發(fā)貨端煤質(zhì)數(shù)據(jù)進行比對,可以發(fā)現(xiàn)運輸途中的換煤問題,可作為微芯密簽防竊換技術的補充,保障煤炭調(diào)運途中的絕對安全。

4 效益分析

該技術的應用在解決了困擾汾西礦業(yè)集團的運銷管控難題的同時,為該集團運銷業(yè)務的日常處理和綜合管理帶來諸多有益的變化,有效提升業(yè)務處理效率和科學管理水平,促進該集團形成一流的卓越管理體系,實現(xiàn)顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

4.1 社會效益分析

(1)實時感知,提高業(yè)務處理效率。借助先進的物聯(lián)網(wǎng)技術和對技術的有效利用,實現(xiàn)車輛識別、車輛定位、司乘人員識別、重量信息、煤質(zhì)信息采集與傳遞的自動化與智能化,實現(xiàn)關鍵業(yè)務數(shù)據(jù)和相關信息的實時自動采集,有效控制了業(yè)務處理中人為操作的風險,大大提高運銷調(diào)度業(yè)務處理效率。

(2)綜合分析與處理,掌握科學數(shù)據(jù)實現(xiàn)科學管理。物聯(lián)網(wǎng)技術的應用為汾西礦業(yè)集團提供了大量的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)不僅具有很好的實時性,而且較傳統(tǒng)方式獲取的信息也更為準確。實時準確的數(shù)據(jù)為綜合分析與處理提供了很好的基礎,科學管理要依靠對數(shù)據(jù)的綜合分析與處理,而信息的捕獲與功能的實現(xiàn)恰恰是靠物聯(lián)網(wǎng)技術提供了有力的支撐。目前,汾西礦業(yè)集團已經(jīng)開始將運用物聯(lián)網(wǎng)技術產(chǎn)生的煤質(zhì)信息應用于該集團的配煤策略和銷售決策分析。

(3)應用科技構建卓越管理體系?？萍加靡哺淖兞朔谖鞯V業(yè)集團傳統(tǒng)的管理體系。在過去,發(fā)現(xiàn)和處理問題靠人、靠制度,現(xiàn)如今,物聯(lián)網(wǎng)技術為發(fā)現(xiàn)和處理問題提供了新的手段。相對于傳統(tǒng)的“人防”手段,“技防”措施更具有科學性和可持續(xù)性?？萍紤檬沟梅谖鞯V業(yè)集團在煤炭運銷業(yè)務的管控中構建起了集“技防”、“人防”和科學的管理制度于一體的卓越管理體系。

4.2 經(jīng)濟效益分析

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的煤炭運銷集團化管控技術通過技術攻關、現(xiàn)場試驗和推廣應用,已經(jīng)應用在汾西礦業(yè)集團全部12座存量礦井、4個集運站和5個選煤廠,完成對近100處運銷節(jié)點的升級和改造,每一處煤場出入口和磅房均已安裝RFID讀寫裝置,發(fā)運量集中的2個礦井和收貨量集中的2個選煤廠完成了煤質(zhì)在線檢測裝備的部署。目前,該技術支撐著汾西礦業(yè)集團每年超過1000萬t煤炭產(chǎn)品的內(nèi)部調(diào)運和超過2000萬t的煤炭產(chǎn)品公路銷售業(yè)務。該項技術應用以來,汾西礦業(yè)集團的內(nèi)部調(diào)運竊換率由3%下降到0.5%,煤場內(nèi)部車輛作弊率和煤種置換率分別由2%和1%下降到0%,經(jīng)測算,該技術使用一年即可挽回2350萬元的直接經(jīng)濟損失,項目的投資回收期為0.4 a,不足半年即可收回投資,符合當前技術發(fā)展趨勢和企業(yè)現(xiàn)實需求,具有廣闊的應用前景。

[1] 譚章祿,趙敦超,呂明.智能型煤炭企業(yè)運銷調(diào)度系統(tǒng)研究[J].煤炭工程,2013(7)

[2] 譚章祿,常金明,劉浩.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的煤礦運銷調(diào)度管理信息系統(tǒng)的研究與設計[J].中國煤炭,2012(10)

[3] 王勇.基于物聯(lián)網(wǎng)的煤炭運銷智能管控系統(tǒng)設計[J].工礦自動化,2014(8)

[4] 張小艷,蔡攀亮.大型煤炭企業(yè)運銷信息化框架研究[J].工礦自動化,2014(4)

[5] 許金立,鄧延偉.煤炭物流信息平臺構建研究[J].中國煤炭,2013(2)

[6] 董崇遠,張文濤,國繼征.輔助運輸車輛信息化管理系統(tǒng)的研究與應用[J].中國煤炭,2014(2)

[7] 吳洪剛.我國大型煤炭企業(yè)與物流業(yè)聯(lián)動發(fā)展探析[J].中國煤炭,2010(7)

Research and application of internet of things in group management and control on coal transportation and marketing

Liu Yi,Tan Zhanglu
(China University of Mining and Technology,Beijing,Haidian,Beijing 100083,China)

Aimed at difficulty in management,low efficiency and high risk of management on coal transportation and marketing in coal mines,the internet of things,together with radio frequency identification and sensing technique,was put forward for the management of transportation and marketing.Moreover,the necessity of group management on coal transportation and marketing was analyzed,the application of the internet of things in the management and control on coal transportation and marketing was introduced,and its realization pattern was expounded. The application of the internet of things can fundamentally solve the vehicle cheating,the theft during transportation and coal displacement.Thereby,the internet of things is in line with the current trend of technological development and the actual demands of coal enterprises in China.

internet of things,coal transportation and marketing,group management and control,radio frequency identification

TD561

A

劉屹(1984－),男,山東濟南人,博士,現(xiàn)為中國礦業(yè)大學(北京)博士后,主要研究方向為企業(yè)信息化與智能管理。

(責任編輯 路 強)

國家自然科學基金資助項目(61471362),中央高?；究蒲袠I(yè)務費資助項目(2011YG02)