基于GIS/BDS/GPRS的露天礦爆堆數據管理系統

白春妮 盧才武 顧清華

(西安建筑科技大學管理學院，陜西 西安 710055)

·機電與自動化·

基于GIS/BDS/GPRS的露天礦爆堆數據管理系統

白春妮 盧才武 顧清華

(西安建筑科技大學管理學院，陜西 西安 710055)

為了滿足礦山企業信息化管理數據的需求，對欒川礦的采礦生產數據進行分析，發現這些數據存在數據來源多樣、數據量大、數據獲取不同步等現實情況，研究提出了一個爆堆數據管理系統。該系統在應用地理信息系統(GIS)技術和通用無線分組傳輸(GPRS)技術的基礎上，結合我國自主研發的北斗衛星定位(BDS)技術來對爆堆系列數據進行采集、儲存、管理、可視化和描述，同時也實現了對駕駛員和車輛的動態監控。著重介紹了系統的整體架構、數據處理、功能實現、系統部署及綜合管理功能。實例證明該系統的設計開發可以使礦山工作人員實時動態地對爆堆數據進行可視化管理。與以往的數據管理系統相比，該系統具有易用性、實時性、數據共享、可擴展性及智能化等優勢。

露天礦 GIS/BDS/GPRS 爆堆數據 管理系統

三道莊露天礦區位于河南省欒川縣的境內，礦區礦體厚大且集中，走向長1 500 m，厚度80～150 m，平均厚度125 m，開采條件好，適宜露天開采[1]。由于礦區規模大，加之采礦生產不同于其他生產工藝，有其特點及復雜性，從鉆孔數據的獲取、經化驗得出炮孔品位數據、調度人員制定配礦計劃、爆破工藝流程、電鏟開挖、礦石運輸到最終的成礦，每一個環節都涉及大量的數據，這些數據具有顯著的多源、數據量大的特點，所以需要在一個統一的環境下來對它們進行管理。

從1980年起，一些礦山與科研院所及高校開始合作探索計算機技術在礦山設計和生產中的應用，并開發出了一些礦山應用軟件系統，如礦山資源儲量計算軟件、礦井通風系統軟件等等[2]，但對采礦工程的過程控制及管理還有所欠缺，隨著高科技的發展，其對相關技術的使用也不夠先進，故本文針對欒川礦的礦區實際情況，利用地理信息系統所具有的集中存儲、操作、和顯示地理參考信息的特點和我國自主研發的北斗定位導航系統的定位功能，以及通用無線分組傳輸技術，設計了一個爆堆數據管理系統，從而使礦山工作人員可以實時地了解到礦產資源的儲量和開采情況并對礦區進行可視化調度管理。

1 系統簡介

1.1 系統基本結構

系統組成包括4部分，分別是北斗定位車載終端、通信網絡、互聯網系統和客戶端控制中心，如圖1所示。在此系統中，北斗定位車載終端分別由接收模塊、控制模塊和通信模塊組成，負責接收北斗二代導航系統的信號，從而計算出車輛所在的經緯度、高度和速度等位置信息；根據車載終端與控制中心的通信協議將數據進行封裝；封裝好的數據經由 GPRS無線通信網絡及Internet網絡負責將北斗定位終端的所有數據發送至控制中心，通過服務器對數據進行接收和解析，而后存入中心數據庫中。終端通過軟件對定位數據進行處理，在客戶端控制中心的 LED多媒體顯示屏及監控終端的電子地圖上對車輛的位置、當前工作狀態等有關信息進行集中顯示，從而進行綜合管理和控制。

圖1 系統基本結構

1.2 數據管理系統結構

本系統采用分層結構設計原理，將爆堆數據管理系統共分為3個層次，分別是應用層、數據訪問及數據層，如圖2所示。應用層主要是負責與用戶進行交互的界面，在應用層界面中，用戶需要設置各種系統參數，例如初始界面的連接參數設置、等位線的參數設置等；數據訪問層進行數據的存取和處理，而數據層則進行具體的操作。

2 軟件功能分析

本系統是基于GIS/BDS/GPRS的爆堆數據管理系統，系統結合了衛星導航技術、地理信息技術以及GPRS無線通訊技術，實現了對于卡車和鏟車車輛的實時監控和有效管理。系統包括了車載終端系統、服務器處理系統以及調度終端系統。

圖2 系統體系結構

2.1 車載終端的功能

(1)北斗定位:通過衛星接收機,接收北斗衛星信號,獲取經緯度、角度、高度和速度等位置信息。

(2)數據處理:對接收到的衛星導航信號進行處理,提取出北斗衛星的定位信息。按照一定的通信協議對提取出的定位信息進行封裝。同時，解析來自控制中心的控制命令。

(3)遠程通信:利用GPRS網絡與遠程監控中心進行數據交換。

(4)車輛控制:根據控制中心發送的控制命令,完成對車輛的遠程控制操作。

2.2 服務器處理系統的功能

(1)數據存儲:把接收到的定位數據信息和控制命令存入數據庫中。

(2)數據庫管理:執行對爆堆數據庫中的爆堆數據進行插入、刪除、查詢、更新等操作。

(3)數據處理:對接收到的車輛定位信息進行數據的解析和提取。

(4)數據通信:接收并且發送車載終端和控制中心之間的通信數據。

2.3 調度終端的功能

(1) 地圖顯示:可以在客戶端顯示屏中顯示電子礦區地圖,實現地圖放大、縮小、漫游等基本功能。

(2)實時監控：在電子礦區地圖上實時顯示車輛行駛狀態，如位置信息、駕駛員信息、速度、方向等；能夠對車輛進行跟蹤監控；可以查詢車輛的歷史信息。

(3) 數據管理：能夠有效地對車輛、監控人員、駕駛員信息等進行管理；能夠查詢車輛在行駛過程中速度的變化情況以及危險報警情況等信息。

(4) 遠程控制：客戶端可以對所要監控的任何車輛下達控制命令,完成對某個車輛的控制操作。

3 系統設計

3.1 軟件系統構成

3.1.1 數據管理系統

數據管理系統主要完成控制中心對電鏟、爆堆和炮孔數據進行實時的觀測和操控。主要功能：

(1)可以對礦區地圖進行各種操作，如放大、縮小、查看全圖、進行圖層操作等。

(2)能夠實現對礦區2點之間長度的測量以及任意圈選礦區的面積和礦量的計算。

(3)能夠通過導入制式的excel文件來更新炮孔、爆堆的數據并根據需要選擇刪除歷史數據、查詢歷史爆堆信息和歷史炮孔數據。

(4)可以查看數據庫中的電鏟、炮孔和爆堆的數據信息并根據其經緯度可以實現在地圖上的定位并展示，當鼠標停靠其上時，可以顯示它的詳細信息，主要是礦量和品位值的顯示。

(5)此系統設置不同的用戶類別，并對每種用戶都設置了不同的權限。

(6)其他功能：系統預留可擴展接口，可以方便以后系統功能的擴展，例如增加生產配礦功能以及其他更深入的功能操作。

3.1.2 車輛運輸監控系統

在采礦生產過程中，卡車分布于整個露天礦區，隨著物聯網技術的發展，對卡車的定位和調度管理也可以信息化。本系統采用北斗衛星定位系統來獲取卡車的實時位置信息，并結合GIS技術和GPRS技術，設計并實現了車輛運輸監控系統，實現對車輛的集中監控和管理采礦運輸設備。本系統為露天礦建立一套快速、高效、實用的地面運輸自動化系統提供了一個良好的平臺。利用北斗衛星定位系統，實現了車輛設備的24 h定位監控,實時傳輸車輛設備的位置信息及狀態數據,可以準確定位車輛設備的經緯度、速度、方向等各項參數。基于通用無線分組技術(GPRS)網絡的信息傳輸方式實現了任務的實時下發和信息回傳。

3.2 系統應用部署

(1)北斗二代車載終端：車載部分，在試用階段，首先選擇15臺電鏟安裝北斗定位終端。車輛終端的安裝主要包括高性能主機、天線、主機顯示屏、紅色指示燈以及耳機等。在安裝完成之后，需要進行調試工作，主要是設置主機參數。

(2)軟件環境部署：數據通信控制服務器是通過TCP/IP進行數據的收集與發送，以及監控、調度等業務處理和定位信息、設備數據的更新信息等數據接口功能。它安裝在公司的WEB通信服務器上。設備數據管理服務器是利用數據庫對各類數據進行增刪改查，它安裝在公司數據庫服務器上。爆堆數據管理系統安裝在礦山公司控制中心。

(3)電子地圖的校準：首先獲取三道莊露天礦的礦區圖，應用AutoCAD將圖片的DWG格式轉化成DXF格式，然后把DXF格式的圖在Mapinfo 11.0的環境下進行坐標校準，選用longitude/latitude(wgs84)坐標系，選取兩個坐標點對電子地圖進行校準。在得到tab格式的電子地圖后，再利用MapX5.0將地圖另存為Geoset的電子地圖。

4 應用實例

4.1 數據可視化的應用

三道莊露天礦爆堆數據管理系統的主要操作界面如圖3所示，包括所有的功能，當連接成功并登陸成功后就顯示此主界面，其他所有的功能，包括炮孔管理、爆堆管理、電鏟管理、地圖展示、等位線功能、用戶管理等信息都在此界面完成。通過此界面的操作控制，就可以完成對礦區的遠程實時監控和調度。

圖3 系統數據可視化界面

4.2 數據的收集與處理實例

系統展示三道莊露天礦的大量爆堆數據、車輛信息(如圖4)、設備定位數據等，系統設計多張表來進行統計，如爆堆數據、炮孔數據表等(從略)。針對這些數據可以分析總結三道莊露天礦的生產動態和實時生產狀況。

圖4 車輛信息

5 結 語

(1)三道莊露天礦爆堆數據管理系統實現了對礦區當前開采爆堆的詳細信息進行管理與實時操控。具有一定的實際意義。

(2)系統結合GIS、GPRS、北斗衛星和計算機技術，使用了我國自主研發的北斗定位導航系統。

(3) 系統具有靈活且完善的權限控制結構來保障對礦區相關數據的安全管理，該權限控制結構采用獨立于數據庫的方法。

(4)該系統利用軟件技術中的分層結構和接口技術，完成了系統的開發；該系統預留了部分接口，可以擴展系統的功能，為以后軟件的不斷升級提供了條件。

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(責任編輯 徐志宏)

Open Pit Muckpiles Data Management System based on GIS/BDS/GPRS

Bai Chunni Lu Caiwu Gu Qinghua

(SchoolofManagement，Xi'anUniversityofArchitectureandTechnology，Xi'an710055，China)

In order to meet the needs of data information management in mine enterprise，the mining production data in Luanchuan Mine is analyzed.It is found that there are such situations in these data as diversity of data sources，large amount of data，and un-synchronized data acquisition.In view of these，a muckpile data management system was presented.This system adopted the geographic information system (GIS) technology，and the general packet radio service (GPRS).Together with the Beidou satellite positioning (BDS) developed by China，the muckpile data were processed by collection，storage，management，display and description.The dynamic monitoring on drivers and vehicles also has been realized.The overall architecture of the system，and its data processing，function realization and system deployment and integrated management capabilities were mainly introduced.The practice approved that this system realized real-time and dynamic visualization of muckpile data.Compared with previous data management system，this system has advantages of easy of use，real-time，data sharing，extensibility and intelligence etc.

Open-pit mine，GIS/BDS/GPRS，Muckpiles data，Management system

2014-12-01

國家自然科學青年基金項目(編號：51404182)，榆林市科技計劃項目，陜西省重點學科建設專項資金項目(編號：E08001)。

白春妮(1990—),女，碩士研究生。通訊作者 盧才武(1965—),男,博士,教授。

TD679

A

1001-1250(2015)-03-148-04