程鯤鵬 CHENG Kun-peng；吳翔 WU Xiang

（安徽海博智能科技有限責(zé)任公司，蕪湖 241000）

0 引言

經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，國內(nèi)目前大部分的露天開采礦山是基于傳統(tǒng)人工調(diào)度的方式組織生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低、安全風(fēng)險高、設(shè)備損耗高[1]；基本通過人工采用對講機(jī)、電話對礦車、挖機(jī)進(jìn)行調(diào)度。隨著科技的發(fā)展，這種生產(chǎn)模式逐漸不適應(yīng)現(xiàn)在的生產(chǎn)需求，由于對現(xiàn)場實時情況掌握不夠完整，對現(xiàn)場車輛調(diào)度不完全，使得排隊等車的情況出現(xiàn)比較頻繁，生產(chǎn)效率不高。且一個班次生產(chǎn)結(jié)束后，是由礦車司機(jī)、鏟裝司機(jī)和卸料點局控人員進(jìn)行產(chǎn)量匯報，由調(diào)度人員進(jìn)行統(tǒng)計，對于一些小型礦山，在班結(jié)束后人工錄入的工作量相對較小，但對于大型礦山來說，是一個很大的工作量，那如何解決這一問題，讓企業(yè)管理者能夠?qū)崟r了解產(chǎn)量，并且實現(xiàn)產(chǎn)量的自動錄入，減少人工錄入的工作量和錯誤，顯得十分重要[2]。

而國內(nèi)大力推行露天礦山開采無人化發(fā)展，其核心主要為兩部分：一是要實現(xiàn)礦車的無人駕駛；二是要實現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)的智能化、無人化。目前來說無人化的進(jìn)展相對緩慢，在未來一段時間內(nèi)國內(nèi)露天礦山的生產(chǎn)模式必定是“信息化有人調(diào)度+有人礦車”和“信息化有人調(diào)度+無人礦車”并存的，并且逐步達(dá)成“信息化無人調(diào)度+無人礦車”的目標(biāo)?；谏鲜龅囊恍﹩栴}，信息化有人調(diào)度系統(tǒng)（簡稱有人調(diào)度系統(tǒng)）的應(yīng)用是十分有必要的。本文對現(xiàn)有的有人調(diào)度系統(tǒng)的優(yōu)缺點進(jìn)行分析，基于露天無人駕駛技術(shù)，提出對有人調(diào)度系統(tǒng)的優(yōu)化意見。

1 有人調(diào)度系統(tǒng)簡介及優(yōu)缺點分析

1.1 系統(tǒng)組成

典型的有人調(diào)度系統(tǒng)主要包括智能車載終端、調(diào)度指揮中心和通訊網(wǎng)絡(luò)三個子系統(tǒng)[3]（圖1）。車載終端安裝在每輛工程車上，能接收調(diào)度指令并將位置和狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給中心。調(diào)度中心通過網(wǎng)絡(luò)控制指揮車輛，還具有調(diào)度計算和數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能。三個子系統(tǒng)通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互。

圖1 有人調(diào)度系統(tǒng)組成示意圖

1.2 工作原理

在具體調(diào)度過程中，系統(tǒng)首先根據(jù)生產(chǎn)計劃和設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)制定礦區(qū)車輛調(diào)度模型。調(diào)度指揮系統(tǒng)根據(jù)模型，下發(fā)裝載任務(wù)給待令礦車，指定其前往相應(yīng)挖機(jī)裝料；同時在挖機(jī)的終端上會顯示礦車列表。礦車到達(dá)后通過車載終端的按鈕通知挖機(jī)司機(jī)，司機(jī)完成裝載后再通知礦車司機(jī)。確認(rèn)完成裝載后，調(diào)度系統(tǒng)指示其前往指定的卸載地點，卸載過程與裝載類似，需要司機(jī)操作進(jìn)行確認(rèn)。整個運輸任務(wù)完成后，車輛狀態(tài)和運量數(shù)據(jù)被反饋到調(diào)度系統(tǒng)。

1.3 有人調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度模式

有人調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度模式，大致為調(diào)度系統(tǒng)通過調(diào)度算法，執(zhí)行配礦計劃，依次向每臺車下發(fā)任務(wù)。司機(jī)接受任務(wù)后，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，到達(dá)鏟裝點后，向挖機(jī)司機(jī)發(fā)送裝料信號。挖機(jī)司機(jī)執(zhí)行裝料任務(wù)，在裝料完成后，給礦車司機(jī)發(fā)送裝料完成的信號。礦車司機(jī)在接收到裝料完成信號后，其任務(wù)狀態(tài)也會改變，車載智能終端會提示司機(jī)前往哪個卸料口進(jìn)行卸料，司機(jī)繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，在卸料完成后，任務(wù)狀態(tài)再轉(zhuǎn)變成裝料任務(wù)，至此一整套流程結(jié)束。

1.4 有人調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)點及不足

在系統(tǒng)運行期間，用戶也針對性地提出了意見。此階段的調(diào)度系統(tǒng)仍需要司機(jī)進(jìn)行相關(guān)操作，對于礦山的鏟裝司機(jī)以及礦車駕駛員來說。此種調(diào)度模式在一定程度上不是很便捷。但是此種調(diào)度模式，很大程度上可以解決原有的計數(shù)不準(zhǔn)確以及司機(jī)不聽從調(diào)度指令等問題。相比較于傳統(tǒng)的調(diào)度模式，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計方面是比較方便的。此外調(diào)度人員可以通過系統(tǒng)，掌握當(dāng)前車輛的運行情況以及配礦計劃完成情況，對相關(guān)的變動進(jìn)行調(diào)整。在持續(xù)的運行中，也暴露出系統(tǒng)的不足，后續(xù)我們從無人駕駛項目中，對此階段的調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，以符合用戶的期望，并加以改進(jìn)，具體從三個方面來敘述。

2 無人駕駛技術(shù)的優(yōu)點以及對有人調(diào)度系統(tǒng)的優(yōu)化

2.1 完善的地圖引擎

對比單純的“有人調(diào)度系統(tǒng)+有人礦車”，無人駕駛在發(fā)展過程中，其配套的信息化有人調(diào)度系統(tǒng)越發(fā)完善，相比較有人礦車的信息化調(diào)度系統(tǒng)來說，適配于無人車的系統(tǒng)擁有較為完整電子地圖引擎。目前的無人駕駛技術(shù)，依靠的是成熟的地圖引擎技術(shù)，將調(diào)度路線提前預(yù)置，無人車根據(jù)任務(wù)路線，以及車載的感知系統(tǒng)，通過智能調(diào)度指揮中心下發(fā)相應(yīng)的任務(wù)，從而執(zhí)行相關(guān)指令，實現(xiàn)車輛的調(diào)度。無人駕駛在調(diào)度模式以及調(diào)度邏輯上并沒有太大的改變，但是因為是無人車，相關(guān)的指令都是通過智能系統(tǒng)對自身位置的判斷，從而進(jìn)行指令的交互，相比較而言，適配于無人車的調(diào)度系統(tǒng)更加的智能化。此外，無人駕駛技術(shù)在地圖引擎上也有所突破，通過設(shè)置相應(yīng)的管控區(qū)，通過車載的GPS 定位模塊以及調(diào)度指揮中心的相關(guān)指令，限制無人車的行動，并且在地圖上，可以清楚地顯示無人車前進(jìn)路線以及方向；從而實時掌控車輛的任務(wù)狀態(tài)、分布是否均勻以及車輛的安全監(jiān)控。

對于有人調(diào)度系統(tǒng)的優(yōu)化，可通過無人機(jī)航拍，進(jìn)行高精度地圖的數(shù)據(jù)采集，通過相關(guān)地圖的軟件編輯，展示礦區(qū)的面貌，再通過車載GPS 定位系統(tǒng)以及電子地圖引擎，將礦區(qū)作業(yè)設(shè)備顯示在地圖上，如圖2。

圖2 高精度地圖顯示

可以通過電子地圖上繪制路線，將礦車前往的目標(biāo)以及所在的位置在控制臺以及車載終端上進(jìn)行顯示，以便調(diào)度人員和駕駛員查看，并且在車載終端上顯示任務(wù)狀態(tài)，礦車司機(jī)可以通過車載終端，查看礦車前往挖機(jī)的路線及其他礦車的位置，挖機(jī)司機(jī)則可以看到目前作業(yè)的平臺以及來裝料礦車的數(shù)量及順序。缺點是露天礦山開采進(jìn)度快，地貌變化較快，不過可以通過后期運維，定期更新地圖來解決；并且后期可以通過無人機(jī)獲取礦山的三維數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維模型的構(gòu)建，來更好地模擬礦山實際的生產(chǎn)運輸環(huán)境。

2.2 高度自動化

除此之外，相比較于有人礦車的調(diào)度系統(tǒng)，無人的調(diào)度系統(tǒng)在自動化方面更加的全面；通過調(diào)度員在控制中心下發(fā)的指令，通過裝載的GPS 定位以及地圖引擎，判斷礦車的位置；從而實現(xiàn)指令下發(fā)的時機(jī)，精準(zhǔn)實現(xiàn)裝料、卸料時的指令交互，完成任務(wù)的變更以及車輛運輸記錄的統(tǒng)計；為此我們可以將這種模式實行在有人調(diào)度系統(tǒng)中，減少目前在裝卸料任務(wù)中司機(jī)的操作，實現(xiàn)自動計數(shù)以及任務(wù)變更，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程。

對于有人調(diào)度模式方面，可以通過改變原有的，需要通過司機(jī)操作（點擊按鈕）來達(dá)到指令交互的模式，從而實現(xiàn)裝卸料過程中的運輸量統(tǒng)計。通過電子地圖，以及車載GPS 定位終端，以卸料點或者挖機(jī)為中心點，繪制相應(yīng)的區(qū)域半徑以及庫位半徑，通過車載GPS 定位終端來判斷車輛與區(qū)域半徑的位置關(guān)系，從而改變車輛的狀態(tài)。

具體情形如下：通過以挖機(jī)或卸料點為中心設(shè)置區(qū)域半徑和庫位半徑，礦車每隔1 秒上報一次位置信息，系統(tǒng)根據(jù)礦車所在位置、挖機(jī)或卸料點的區(qū)域半徑和庫位半徑以及礦車的任務(wù)狀態(tài)來判斷是否完成裝料流程以及卸料卸料，并且通過流程的完成來實現(xiàn)自動計數(shù)，具體示意圖如圖3。

圖3 卸料點及挖機(jī)判定區(qū)域示意圖

2.3 完善的監(jiān)控系統(tǒng)

無人車在整個的運行過程中，運維人員通過大量的監(jiān)控設(shè)備，對車體以及車輛運行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，保障車輛的運行，因此目前我們也可以在有人調(diào)度方面進(jìn)行優(yōu)化，通過在工程器械上安裝相關(guān)的設(shè)備，對駕駛員的駕駛行為進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)督駕駛員不規(guī)范的駕駛行為，及時地提醒，降低因駕駛行為不規(guī)范可能導(dǎo)致事故發(fā)生的可能性；也可以通過車身周圍的攝像頭，實時地觀察車輛的運行情況以及挖機(jī)的作業(yè)情況，排除車輛行駛過程中遇到突發(fā)情況導(dǎo)致安全問題的隱患；還可以通過在礦區(qū)以及道路上安裝高清攝像頭，來監(jiān)測車輛運行環(huán)境、裝載區(qū)是否存在等車的情況或者裝載區(qū)的礦石開采難度等等，幫調(diào)度人員更好地掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，并及時作出調(diào)整。

通過上述三個方面的優(yōu)化，在后續(xù)運行中，極大地提升了用戶的體驗感受，人工操作步驟減少，減少了鏟裝與礦車司機(jī)的操作負(fù)擔(dān)；車輛以及鏟裝設(shè)備分布情況明確，鏟裝區(qū)開采情況實時更新，極大程度降低了調(diào)度人員實地觀察的頻率，同時提高了調(diào)度人員的調(diào)度效率。相比較于原有的調(diào)度系統(tǒng)，在一定程度上提高了生產(chǎn)效率，極大程度地提升了用戶體驗。

3 案例分析

以安徽某礦山為例，在引進(jìn)信息化智能調(diào)度系統(tǒng)之前，采用的是用人工進(jìn)行調(diào)度，大致情況為，每天由質(zhì)量處人員告知調(diào)度人員今日礦石的品位要求，調(diào)度人員根據(jù)采礦區(qū)礦石品位，安排相應(yīng)的挖機(jī)到相應(yīng)的位置進(jìn)行開采，并且設(shè)定不同鏟裝區(qū)礦石開采的比例；運輸人員則是由班組長安排進(jìn)行相應(yīng)的運輸任務(wù)。在一個班次的生產(chǎn)過程中，調(diào)度人員需要多次去采場進(jìn)行觀察并結(jié)合質(zhì)量處的數(shù)據(jù)，以確保開采過程中礦石品位的穩(wěn)定，這往往要求調(diào)度人員具有豐富的開采經(jīng)驗，以便于對礦山礦石品位的了解。而且在生產(chǎn)過程中，遇到礦石品味變化較大，調(diào)度需要頻繁通過手機(jī)或者對講機(jī)進(jìn)行調(diào)度，并且效率不高。由于采用人工調(diào)度，在一個班次生產(chǎn)結(jié)束后，需要礦車司機(jī)、鏟裝司機(jī)和局控人員進(jìn)行產(chǎn)量匯報，由調(diào)度人員進(jìn)行統(tǒng)計，對于一些小型礦山，在班結(jié)束后人工錄入的工作量相對較小，但對于大型礦山來說，是一個很大的工作量。那如何解決這一問題，讓企業(yè)管理者能夠?qū)崟r了解產(chǎn)量，并且實現(xiàn)產(chǎn)量的自動錄入，減少人工錄入的工作量和錯誤，顯得十分重要。

該礦山日常生產(chǎn)過程中，出車數(shù)為14-16 臺車，本次統(tǒng)計以14 臺車為例；單車單趟運輸量為42 噸左右，往返一次最長需15 分鐘，最短為8 分鐘，鏟裝設(shè)備裝料時間為4 分鐘。按原有通過人工調(diào)度的方式生產(chǎn)，排除礦車以及鏟裝設(shè)備加油的時間，理論14 臺車單日產(chǎn)量在13000 噸左右，而采用傳統(tǒng)人工調(diào)度，實際單日產(chǎn)量在9000 噸左右，在采用信息化有人調(diào)度系統(tǒng)后，同樣14 臺車，單日運輸量在10000 噸左右，相比較傳統(tǒng)人工調(diào)度，單日產(chǎn)量提高了10%左右。由于信息化有人調(diào)度系統(tǒng)相比較于傳統(tǒng)人工調(diào)度，能夠做到派車相對及時，減少壓車情況的出現(xiàn)，從而提高生產(chǎn)調(diào)度的效率，但在運行初期，該調(diào)度系統(tǒng)需要人工進(jìn)行操作的地方較多，系統(tǒng)對于礦車以及挖機(jī)在地圖上的位置顯示不完善，系統(tǒng)缺少對于礦車運行環(huán)境以及采礦區(qū)的監(jiān)控，在一定程度上限制了效率提升的上限。

在對其信息化有人調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后，通過對接數(shù)字采礦軟件，該系統(tǒng)可以根據(jù)采礦軟件推送的配礦計劃進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。此期間駕駛員無需進(jìn)行裝卸料操作，調(diào)度人員可通過該系統(tǒng)對礦車運行環(huán)境、采礦點具體情況以及駕駛員駕駛狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，從而根據(jù)實際情況進(jìn)行相關(guān)調(diào)整，提高生產(chǎn)效率，極大程度地減少壓車情況，極大程度地達(dá)到“車不等鏟，鏟不等車”的狀態(tài)。在系統(tǒng)運行期間，單班產(chǎn)量在11000-12000 噸，相比較原有系統(tǒng)提升約10%的產(chǎn)量。取該礦山同一卸料口三種情況的產(chǎn)量對比如表1（二線卸料口產(chǎn)量對比表），為礦山某卸料口，采用原有人工調(diào)度與現(xiàn)有系統(tǒng)調(diào)度的數(shù)據(jù)對比，由此可看出，運用調(diào)度系統(tǒng)后，相比較原有人工調(diào)度，提高約10%左右的產(chǎn)量，由此可以體現(xiàn)有人調(diào)度系統(tǒng)的優(yōu)勢；相比較原有調(diào)度系統(tǒng)，單日該卸料口產(chǎn)量提高約8%左右，由此可見相應(yīng)的優(yōu)化是必要的。

表1 二線卸料口產(chǎn)量對比表

4 結(jié)束語

本文主要以露天礦山現(xiàn)狀為切入點，分析原有人工調(diào)度的弊端，以安徽某礦山為例，展現(xiàn)出有人調(diào)度系統(tǒng)的優(yōu)勢，并且從系統(tǒng)應(yīng)用過程中，針對用戶提出的需求以及實際情況，結(jié)合現(xiàn)有的無人駕駛技術(shù)，基于今后露天礦山的發(fā)展趨勢——“信息化有人調(diào)度+有人礦車”和“信息化有人調(diào)度+無人礦車”混合模式以及無人駕駛技術(shù)的部分優(yōu)勢，對現(xiàn)有的適配于有人礦車的調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，分別從控制端以及車端的地圖模塊、便捷的調(diào)度模式以及完善的監(jiān)測系統(tǒng)三個方面進(jìn)行優(yōu)化，使現(xiàn)有的調(diào)度系統(tǒng)更加地便捷、智能、全面，從而進(jìn)一步地提高生產(chǎn)效率，減少能源消耗。