電動(dòng)輪汽車監(jiān)控系統(tǒng)的集成化及大數(shù)據(jù)分析

童憲華

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

電動(dòng)輪汽車是目前在露天礦山開(kāi)采中最主要的生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備。近年來(lái)，隨著加強(qiáng)安全保障、加大成本控制、提高管理水平和生產(chǎn)效率的客觀需要，信息技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛，多項(xiàng)監(jiān)控系統(tǒng)陸續(xù)安裝使用在電動(dòng)輪汽車上，如卡車調(diào)度系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)、油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、胎溫胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、行駛監(jiān)控系統(tǒng)，加上隨機(jī)安裝的發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)等設(shè)備性能參數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)。由于設(shè)計(jì)公司不同、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不一，造成集成化不足、設(shè)備過(guò)多，甚至一個(gè)駕駛室內(nèi)三個(gè)監(jiān)控屏，很大程度上影響了駕駛操作；數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通性差，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)重復(fù)冗余的現(xiàn)象突出；采集數(shù)據(jù)多，數(shù)據(jù)分析少，數(shù)據(jù)利用率低。因此，集成各項(xiàng)監(jiān)控管理系統(tǒng)，充分使用大數(shù)據(jù)分析，對(duì)于進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率、保障安全、降低成本具有重要作用。

2 電動(dòng)輪汽車的監(jiān)控系統(tǒng)組成

2.1 稱重系統(tǒng)

系統(tǒng)由1個(gè)有效載重量測(cè)量器、駕駛員室顯示儀表、安裝于左右平臺(tái)的裝載燈、安裝于左右前后懸掛上的壓力傳感器和1個(gè)傾斜儀（即平衡儀）組成。配合控制系統(tǒng)中輔助輸入的翻斗舉升信號(hào)、制動(dòng)鎖定信號(hào)和卡車速度信號(hào)，用于監(jiān)控裝載質(zhì)量、道路平整度和過(guò)載限速［4］。見(jiàn)圖1。

圖1 電動(dòng)輪汽車稱重系統(tǒng)

2.2 油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由油耗監(jiān)測(cè)設(shè)備、油耗通訊終端、車輛定位終端、數(shù)據(jù)中心平臺(tái)以及客戶端（PC、手機(jī)）組成［2］。油耗監(jiān)測(cè)設(shè)備是計(jì)量發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的燃油消耗量；車輛定位終端是通過(guò)GPS模塊對(duì)被監(jiān)測(cè)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位跟蹤；油耗通訊終端是與油耗監(jiān)測(cè)設(shè)備連接，配有數(shù)據(jù)流量卡以實(shí)現(xiàn)油耗數(shù)據(jù)和車輛定位信息的遠(yuǎn)程傳輸；數(shù)據(jù)平臺(tái)中心是對(duì)油耗通訊終端上傳的油耗數(shù)據(jù)和汽車位置數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、運(yùn)算及 存儲(chǔ)等，并接收客戶端指令；監(jiān)控客戶端是用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)車輛油耗遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控管理的軟件平臺(tái) 包括有更新顯示、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能。電動(dòng)輪汽車的油耗監(jiān)測(cè)設(shè)備可采用超聲波微傳感技術(shù)、電子技術(shù)和RFID無(wú)線通訊技術(shù)。圖2采用的是超聲波微傳感技術(shù)的油耗監(jiān)測(cè)設(shè)備。

圖2 油耗監(jiān)測(cè)設(shè)備

2.3 行駛監(jiān)控系統(tǒng)

通過(guò)安裝在電動(dòng)輪汽車四周及駕駛室內(nèi)部的高清攝像頭采集視頻，顯示在駕駛室內(nèi)監(jiān)控屏并以GPRS、3G/4G網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳輸存儲(chǔ)在監(jiān)控調(diào)度管理平臺(tái)的存儲(chǔ)服務(wù)器上。行駛監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)大車盲區(qū)監(jiān)控、大車行駛狀態(tài)預(yù)警、防疲勞駕駛預(yù)警、行駛數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)等功能。

2.4 胎溫胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在輪胎內(nèi)安裝壓力和溫度傳感器，通過(guò)中央控制單元對(duì)輪胎內(nèi)部的壓力、溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理后，經(jīng)過(guò)無(wú)線通訊的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給駕駛室內(nèi)安裝的主機(jī)接收器內(nèi)［1］，中央控制器收到送來(lái)的輪胎數(shù)據(jù)，進(jìn)行采集分析，把壓力值和溫度值實(shí)時(shí)顯示在顯示屏上，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使司機(jī)及時(shí)采取制動(dòng)措施，來(lái)避免事故的發(fā)生，并把所得到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器平臺(tái)保存以便查看紀(jì)錄。

2.5 卡車調(diào)度系統(tǒng)

卡車調(diào)度系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件主要包括中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、無(wú)線通訊系統(tǒng)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。軟件是調(diào)度員用于監(jiān)控、管理的操作平臺(tái)［5］。

3 集成化設(shè)計(jì)及大數(shù)據(jù)分析的探討

3.1 集成化設(shè)計(jì)的目的及組成

減少數(shù)據(jù)、設(shè)備的冗余，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的位置及工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)跟蹤、判斷、顯示，監(jiān)控與調(diào)度，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行情況，達(dá)到優(yōu)化管理生產(chǎn)過(guò)程、提高產(chǎn)量，提升安全管理水平，節(jié)能增效的目的。

集成化設(shè)計(jì)組成部分見(jiàn)圖3。

圖3 電動(dòng)輪汽車監(jiān)控系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)組成部分

3.2 集成化設(shè)計(jì)的原則和依據(jù)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須具備行業(yè)技術(shù)先進(jìn)性、安全性、擴(kuò)展性與開(kāi)放性、軟硬件穩(wěn)定性，要有人性化的設(shè)計(jì)和科學(xué)合理的布局，達(dá)到安全、可靠、運(yùn)行穩(wěn)定［6］。

3.2.1 技術(shù)先進(jìn)性

系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)采用世界先進(jìn)的主流技術(shù)，包括GPS定位技術(shù)、4G等無(wú)線通訊技術(shù)、優(yōu)化運(yùn)籌學(xué)算法等3.2.2安全性系統(tǒng)軟件穩(wěn)定、可靠、高效，具備完善的系統(tǒng)日志和容錯(cuò)功能，滿足企業(yè)級(jí)安全等級(jí)；提供靈活、完善的授權(quán)管理機(jī)制，可根據(jù)需要自主設(shè)定各種類型的用戶，并可對(duì)用戶提供不同的操作權(quán)限，對(duì)操作者的操作進(jìn)行跟蹤并記錄，形成相應(yīng)的系統(tǒng)日志和操作記錄；無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)具備極強(qiáng)的穩(wěn)定性和抗干擾特性；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，服務(wù)器、調(diào)度使用計(jì)算機(jī)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(jì)功能。

3.2.2 擴(kuò)展性與開(kāi)放性

系統(tǒng)運(yùn)行階段新增加設(shè)備等用戶可自己操作，無(wú)需依賴開(kāi)發(fā)商；軟件系統(tǒng)采用開(kāi)放式數(shù)據(jù)源，支持?jǐn)?shù)據(jù)源的開(kāi)放式連接；提供快捷方便的數(shù)據(jù)導(dǎo)入與數(shù)據(jù)導(dǎo)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(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出導(dǎo)入 ；可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程分析故障、系統(tǒng)升級(jí)、定期維護(hù)、應(yīng)急處理，保證系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)；提供與公司信息化系統(tǒng)（例如：全面預(yù)算系統(tǒng)、ERP、設(shè)備管理等系統(tǒng)）的接口工具。

3.2.3 軟硬件穩(wěn)定性

集成系統(tǒng)除進(jìn)行必要的維護(hù)而關(guān)閉外，能7*24h持續(xù)工作；集成系統(tǒng)中的某項(xiàng)功能或某一設(shè)備出錯(cuò)應(yīng)不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)出錯(cuò)；硬件設(shè)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(dá)到IP65標(biāo)準(zhǔn)以上，抗震需滿足露天礦山生產(chǎn)設(shè)備強(qiáng)烈震動(dòng)的工作環(huán)境，低溫環(huán)境可達(dá)到-45℃。

3.2.4 集成設(shè)計(jì)依據(jù)

集成設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、檢查、試驗(yàn)及特性應(yīng)遵照適用的最新版中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）以及國(guó)際單位制（SI）。應(yīng)遵循的標(biāo)準(zhǔn)至少包括：電子、機(jī)械、礦山、通訊等行業(yè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。如：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信應(yīng)用層協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)傳輸控制協(xié)議和接口程序、電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程、綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50311-2007、電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50174-2008、調(diào)度自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程、計(jì)算機(jī)軟件單元測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)等。

3.3 大數(shù)據(jù)分析的方向和方法

通過(guò)集成監(jiān)控系統(tǒng)各數(shù)據(jù)源收集存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，有效地利用數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)、診斷、預(yù)測(cè)，優(yōu)化資源配置提升效益，簡(jiǎn)單地“讓數(shù)據(jù)說(shuō)話”是偏頗的［3］。首先應(yīng)確定分析的方向，確定要解決問(wèn)題。分析以問(wèn)題為導(dǎo)向，而問(wèn)題應(yīng)緊緊圍繞“關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)”（KPI）展開(kāi)［3］。電動(dòng)輪汽車的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)如臺(tái)時(shí)效率、柴油單耗、可開(kāi)動(dòng)率、輪胎壽命、周轉(zhuǎn)量、安全指標(biāo)（事故發(fā)生率）等，圍繞這些指標(biāo)的分析方向例如：影響臺(tái)時(shí)效率的因素分析（鏟車配置、道路質(zhì)量、車速等）；柴油單耗的影響因素（裝車質(zhì)量、周轉(zhuǎn)量、道路質(zhì)量、車速等）；安全指標(biāo)分析（車速、道路質(zhì)量、駕駛員開(kāi)車習(xí)慣分析等）。通過(guò)“關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)”（KPI）確定數(shù)據(jù)分析的方向可以更高效、更有指導(dǎo)性。

大數(shù)據(jù)分析首先是數(shù)據(jù)的“抽取-轉(zhuǎn)換-加載”，即數(shù)據(jù)處理三部曲。不可來(lái)源的數(shù)據(jù)可能存在重合、格式不一、類型不同，需要抽取出來(lái)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后加載到統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)中，成為聯(lián)機(jī)處理、數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)。

大數(shù)據(jù)分析目前沒(méi)有適合所有場(chǎng)所的分析軟件與工具。由于不同公司不同的需要，處理的數(shù)據(jù)規(guī)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(dòng)輪汽車的數(shù)據(jù)分析仍以較簡(jiǎn)單的電子表格為主。隨著數(shù)據(jù)量的增加與分析的深入，逐步引入在線分析處理工具、數(shù)據(jù)挖掘工具、模擬工具等。

4 結(jié)語(yǔ)

有色金屬工業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃明確提出，智能化是礦業(yè)發(fā)展的必由之路，是提高礦企核心競(jìng)爭(zhēng)力、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。突破標(biāo)準(zhǔn)缺失、數(shù)據(jù)集成、互聯(lián)互通等關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題，也是建設(shè)智能礦山的需要。電動(dòng)輪汽車以自身的各類監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，與大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)交叉融合，加強(qiáng)集成應(yīng)用、數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建智能化數(shù)字平臺(tái)，形成數(shù)據(jù)互通、實(shí)現(xiàn)整體管控，可以提高礦山的勞動(dòng)生產(chǎn)率、保障安全生產(chǎn)，降低成本，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)礦業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級(jí)。