张扬;何帅
生物化粪池
【摘 要】spta
目前卡车调度系统在矿山得到了广泛的应用,它能够规范露天矿山的设备优化管理,提高工作效率,达到收益最大化的目的.该系统的2个核心模块是产量管理模块和钻机布孔与导航模块,要达到产量的精确计算和钻机精准导航的首要核心点便是定位精度.针对平朔集团东露天矿卡车调度系统高精定位的实现进行阐述和分析,通过现场试用,能够准确的判断车铲之间的距离及高差,实现产量的自动统计,钻机设备能够根据导航提示准确定位.【期刊名称】《露天采矿技术》
【年(卷),期】2019(034)003
【总页数】调料盒5页(P38-41,45)
【关键词】卡车调度系统;高精定位;差分系统;露天矿;钻机布孔 【作 者】张扬;何帅
【作者单位】煤科集团沈阳研究院有限公司,辽宁 抚顺 113122;煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁 抚顺 113122;煤科集团沈阳研究院有限公司,辽宁 抚顺 113122;煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁 抚顺 113122
【正文语种】中 文
【中图分类】TD672
平朔东露天矿现有各种设备150台左右，设备种类较多，作业范围跨度较大，调度中心难以对设备运行进行有效监控，设备效率无法充分发挥，安全生产存在隐患。而且产量是在班后通过人工统计的方式得出，不仅工作量大，准确性差，实时性也无法保证。因此建立一套具备实时监控、自动计量、钻机布孔与导航、报表自动生成的GPS卡车调度系统尤为必要，能够在满足现场生产调度存在的实时性和时效性需求的同时，提高矿山作业效率[1]。
卡车调度系统能够实时掌握各种设备的位置、速度、运行状态等信息，作为生产过程监控、设备考核的依据。高精度定位技术应用在卡调系统中，能够更精确地获取设备的实时
位置，为系统自动计量、钻机布孔与导航、矿山道路网更新、智能优化调度等核心功能提供了重要保障。
1 平朔东露天矿卡车调度系统组成
卡车调度系统[2]由智能车载终端、无线通讯系统、生产调度指挥中心3部分组成（图1）。智能车载终端是卡调系统的主体，提供系统分析处理的所有设备的基础信息；生产调度中心是系统的核心部分，主要作用是对所有设备的基础信息进行分析处理，并进行统计。无线通讯系统是卡调系统数据传输的载体，现场采用的是Mesh网络技术[3]。Mesh技术具备以下优点：Mesh的通讯协议为 802.11且兼容802.11 a/b/g等多种通讯协议，对频点无要求，符合国际标准，具有开放性。指挥人员通过通讯硬件可方便地接入进行监控和指挥；传输带宽高、速率快，可实现图像的实时传输；系统功耗低，传输距离远。
图1 卡车调度系统组成
东露天矿卡调系统的主要功能包括：生产控制图、设备运行状态实时监控、矿山道路网更新、设备故障与维护管理、档案管理、智能优化调度、自动计量与统计、钻机导航布孔、设备运行轨迹回放等。
2 高精度定位技术双层茶杯
高精度定位技术即差分GPS技术，差分系统由基准站和移动站组成。根据差分GPS基准站发送的信息方式不同将差分GPS技术分为3种[4]，即位置差分、伪距差分、载波相位差分。位置差分法适用于用户与基准站间距离在100 km以内的情况；伪距差分法的定位精度能达到米级的定位精度；载波相位差分法可使定位精度达到厘米级，目前大量应用于动态需要高精度位置的领域。
3种差分方式的原理相同，运行过程表现为：GPS接收机邻近区域设定1个已明确精密坐标的差分基准站，其主要功能在于不间断接收GPS导航信号，把获取的方位或者距离信息和已明确的方位或者距离信息展开对比分析，以此获取校正值，之后把此信息利用数据链传输至相应的用户，作为修正定位数据的参数依据。 3 高精度定位技术在系统中的应用
根据差分GPS技术的应用范围和定位精度，综合考虑东露天矿现场使用需求，选择载波相位差分技术建立差分系统，目前该系统已应用于采装设备和穿孔设备中。
3.1 差分系统的工作原理
东露天矿卡调差分系统的数据流程如图2。
图2 东露天矿卡调差分系统数据流程
高精度定位系统[5]数据采集分为基准站的数据解析、移动站的数据采集、参数改正3部分。差分基准站设置在办公楼楼顶，坐标已知，基准站采集的数据通过GPGGA和GPRMC[6]协议传输到服务器上，服务器解析后得到校正参数并保存，同时程序读取校正数据，通过无线Mesh网络下发到到采装设备和穿孔设备的车载终端上，车载终端是连接移动站的接口，校正数据通过232接口传入移动站接收机中，移动站经过自身的计算，得到改正后的坐标数据，终端软件通过232接口再次读取移动站的坐标，即为改正后的高精度坐标。
隧道烘箱验证方案差分系统GPS通信协议[7]选取的NEMA协议，NMEA协议现在是GPS导航设备统一的RTCM标准协议。
差分基准站和移动站的配置如下：
1）基准站配置。首先，取消坐标固定；然后，开启自动求平均功能，取0.3 h的有效定位数据的平均值作为已知点坐标固定基准站；设置COM2输出novatelxobs数据及其收发模式；最后保存设置。
2）高精移动站配置。首先配置串口波特率为115 200 bps；然后设置COM2的收发模式；设置COM2口收发差分数据协议为GPGGA；设置COM2口收发差分数据协议为GPRMC。
3.2 差分系统的组成及建立
差分系统由差分GPS基准站、差分GPS移动站、调度中心软件3部分组成。
3.2.1 基准站的建立及选址要求
选址方法如下[8]：场地必须保证坚固和稳定；视野开阔，视场内障碍物的高度不宜超过15°如果超过15°会影响GPS接收机接收卫星信号，进而影响监测的精度；远离大功率无线电发射源，其距离不小于200 m，远离高压输电线和微波无线电传送通道，其距离不得小于50 m；观测标志应远离震动源（铁路、公路等）。参考点尽量避免人为的干扰。
经实地考察选址，差分GPS基准站安放东露天矿办公楼楼顶，并配置了UPS电源箱。在保证位置稳定的同时，还能应对矿山的恶劣环境，达到防雨、防风、防粉尘的效果。
3.2.2 分站的实现方式
分站即差分移动站，分为高精度模块和GPS天线2部分，移动站的作用是获取现场作业车辆的实时坐标。由于矿山实际环境特殊，车辆震动大，且连续24 h作业，综合考虑各因素后将高精度模块集成在智能车载终端内，不仅安装方便，还能有效地减少环境对移动站的影响，便于后期维护。采装设备安装1个GPS，即可实现对设备的定位，安装位置在驾驶室右侧；穿孔设备定位钻杆位置采用的采用的是双频双GPS定位技术，即通过2个GPS实现定向及钻杆位置的计算。
2个GPS通常安装在驾驶室两侧,定义P点为钻杆点；顺时针旋转，旋转角度为α；钻机定向模型示意图如图3。
图3 钻机定向模型示意图
首先，计算旋转角度时需要1个参考点B，P到B的方向与钻机驾驶室尾部到头部的方向平行；
其次，以P点为原点重建1个新的坐标系，假设P点的实际坐标为（x，y），B 点的实际坐标为（x′，y′）。则在新坐标系中，P的坐标为（0，0），B点的坐标为。（x′-x，y′-y）新坐标系如图4。
图4 定向新坐标系示意图
θ为PB与x轴的夹角，取θ≤90°，则：
根据B点在新坐标系中的坐标，判断B点所处的象限。若 x′-x＞0，y′-y＞0，则 B 在第一象限，α=θ；若 x′-x＜0，y′-y＞0，则 B 在第二象限，α=180°-θ；若x′-x＜0，y′-y＜0，则 B 在第三象限，α=180°+θ；若 x′-x＞0，y′-y＜0，则 B 在第四象限，α=360°-θ。得到 B 点在新旧坐标系中的转换公式
矿区坐标转换：GPS使用的是WGS-84坐标系，需要将WGS-84坐标转换为矿区使用的北京54坐标。采用布尔莎模型7参数法。公式如下：
式中：△x0，△y0，△z0 为平移转换参数，ξx、ξy、ξz为坐标旋转参数；k为尺度因子。
利用式（3）得到转换后的BJ-54坐标。
3.2.3 调度中心软件功能设置
调度中心根据矿方生产规划需求，选择相应的调度模式，包括固定配车、自动配车、组合配车3种模式。不同的调度模式对应不同的车铲装车状态识别方法[9]。固定配车模式采用车-铲固定的工作模式，运输设备到指定采装设备作业，方可识别装车；自动配车模式是通过系统进行最短路计算和作业计划分析进行智能调度，为运输设备分配调度目标；组合配车模式是固定配车与自动配车相结合的方式。
布孔功能包括布孔计划制定、布孔预览、计划下发、计划完成情况统计等。布孔计划制定为自动布孔模式，输入基准线孔坐标、孔距、行距等参数自动生成布孔计划。
3.3 高精定位技术在采装设备中的应用
led数码管显示屏东露天矿采装设备包括前装机和电铲，是露天矿作业流程[10]中的重要组成部分，承担采掘任务，是生产作业流程的中枢大脑，是卡调系统计量的主体。卡车调度系统[11]的核心功能之一是自动计量，自动计量主要针对于运输设备和采装设备。车铲状态识别的2大要素是位置和速度，位置即设备当前的坐标，而速度是根据设备的坐标变化计算得到。因而GPS
定位的精度直接影响系统对采装设备和运输设备位置判断的准确度和速度的计算精度。装车的限定条件为：运输设备进入采装设备的装车区域，并且运输设备处于停车状态。由于普通GPS定位精度不高、数据浮动大。会造成系统多计量、错计量、漏计量等情况，无法提供准确、有效得计量数据。
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