裝載機實時定位及工作流程在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

王方杰 毛璐 殷磊 孫玉龍

摘 要：本文以大煤場裝載機智能裝運為研究對象，在結合大煤場計量無人值守系統(tǒng)的基礎上，采用理論分析、實驗室測試、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，結合物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)煤場裝載和發(fā)運作業(yè)“一卡通”，裝載機動態(tài)精確計量、裝載機實時定位和工作流程在線監(jiān)測等功能，有效降低運煤車輛返場率，實現(xiàn)煤礦準確計量、高效裝運。

關鍵詞：裝載機；實時定位；在線監(jiān)測；GPS

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

目前，大煤場傳統(tǒng)的裝運模式仍然存在裝載機裝運精度低、運煤車輛返場率高、車輛定位跟蹤、煤堆間距小、運輸車輛挑裝、錯裝及混裝等問題，嚴重影響礦場發(fā)運效率[1，2]。本文通過設計裝載機實時定位及工作流程在線監(jiān)測系統(tǒng)，結合GPS差分定位、GPRS通訊傳輸、液壓傳感、監(jiān)測監(jiān)控等技術，實現(xiàn)裝載機動態(tài)精確計量，裝載機實時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，車輛科學調(diào)度，過磅及稱重數(shù)據(jù)報表統(tǒng)計分析等功能，有效提高煤場裝運效率，降低運輸車輛返場率，解決運煤車輛挑裝問題，有效避免錯裝等不符合規(guī)定的裝載現(xiàn)象，實現(xiàn)裝載機準確計量、高效裝運[3]。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)（System design and implementation）

裝載機實時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服務系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心處理軟件，部署在服務器上；硬件系統(tǒng)主要包含車載一體化端、車載計量終端、差分定位基站、網(wǎng)絡設備及液晶拼接顯示屏及LED屏，其中車載一體化端和車載計量終端部署在煤場裝載機，差分基站部署在煤場附近高處，網(wǎng)絡設備、液晶拼接屏及LED屏部署在調(diào)度集控室，另在煤場部署LED顯示屏以提示運煤車輛進入煤場指定裝載機裝煤作業(yè)。

2.1 硬件系統(tǒng)設計與實現(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定位。差分的基本工作原理主要是基于衛(wèi)星時鐘差、衛(wèi)星星歷差、電離層延遲和對流層延遲的空間相關和時間相關。同一地域內(nèi)的不同接收機，其測量值誤差分量大致相等或高度相關[4]。

接收機中的一個作為參考，稱為基站，接收機稱為基站接收機?；窘邮諜C的位置事先已知，以精確計算從衛(wèi)星到基站接收機的幾何距離。如果比較基站接收機和衛(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對衛(wèi)星的測量誤差。同時流動接收機對同一衛(wèi)星的距離測量值有相關或相近的誤差，如基站將其接收機的測量誤差通過電波發(fā)射播送給流動接收機，那么作業(yè)中的流動站就可以根據(jù)接收到的基站接收機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站接收機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）安裝點周圍應適宜安裝接收設備并方便操作，工作視野開闊，視場內(nèi)障礙物的高度角不宜超過5°。

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

（3）附近不能存在有強烈反射衛(wèi)星信號的物件（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、差分定位移動分站、GPRS/3G網(wǎng)絡模塊、功能按鍵部分、指示燈部分、液晶顯示模塊、射頻模塊、智能關機模塊、鋰電池充電模塊、裝載機通信接口等，具有差分精準定位、GPRS傳輸、車載信息讀取、實時信息顯示等功能。終端從裝載機電瓶中取電，在車載一體化終端中還包括鋰電池，在裝載機不供電的狀態(tài)下車載一體化終端依舊可以工作一段時間，車載一體化終端不設計供電開關，利用一體化終端中設計的智能關機電路實現(xiàn)下班自動關機，裝載機啟動自動開機，防止人員作弊。

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

2.2.3 車載計量終端

車載計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、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，通過油壓的變化實現(xiàn)裝載機的動態(tài)在線稱重，專門針對液壓行走裝載車輛或液壓起重設備引進推出[7]。

車載計量終端可單斗稱重、整車裝載稱重、少許添加或減少稱重，目標設定累加或減少稱重等。儀表可輸入貨物、人員、裝載機、碼頭、車號等，提供稱重磅單、儀表還可連接外部打印機、數(shù)據(jù)模塊、遠程累加開關等實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、存儲，分析稱重數(shù)據(jù)、跟蹤貨物、管理庫存。稱重系統(tǒng)稱重準確、穩(wěn)定可靠、操作靈活、安裝維護方便。車載計量終端通過提供數(shù)據(jù)接口與車載一體化終端對接，實現(xiàn)精確計量數(shù)據(jù)的傳遞，提高裝載計量精度，減少運輸車輛返場率，提高裝載作業(yè)效率。