智慧露天矿山卡调系统

一、什么是卡调系统

卡调系统是在应用计算机技术、无线数据通讯技术、全球卫星定位 GPS 技术及信息管理技术、网络互联等技术的基础上，充分利用现代优化理论，通过深入研究国内露天矿山的生产实际而开发成功的一套专为露天矿山提供自动优化车辆运输与指派的生产管理系统。

其包含以下内容：
1. 实时对生产场所的所有卡车进行定位
2. 车载端和调度室大屏显示机车位置和作业状态
3. 无线传输调度命令、运行数据，对司机进行对应的提示和报警
4. 作业全过程记录，系统生成图表，统计产量等报表

二、矿卡车调度系统的发展阶段

露天矿卡车调度系统的发展大致可以分为3个阶段：
1.0阶段是以人工调度为主，主要通过纸质指令、电话及对讲机进行命令下达；
2.0阶段则进入数字化时代，通过运用GPS定位系统，搭载了车载终端的矿车从线下走到了线上；
3.0阶段顺应了智能化的需求，融入高精定位和无人驾驶，更加突出系统在配矿、资源规划等生产环节的作用，让生产效率最大化。

三、矿卡调度服务的用户及价值

1. 矿山企业：矿山卡车调度系统帮助矿山企业实现卡车调度的自动化和优化，提高运输效率，减少运输成本，增加产能利用率，提升整体经营效益;帮助管理部门了解运输情况，优化运输计划，提高资源利用效率，减少运输风险，提升矿山管理水平。

2. 司机：矿山卡车调度系统为司机提供了实时的调度任务、导航路线和运输信息，帮助司机准确、高效地完成运输任务，减少等待时间和行驶里程，提升工作效率，增加收入。

3. 政府监管部门：矿山卡车调度系统为政府监管部门提供了矿山运输数据的统计和分析，帮助监管部门加强对矿山运输的监管和管理，提高安全性和环保性，维护社会稳定和公共利益。

四、矿卡调度系统整体架构

矿卡调度系统组成.png

（1）无线通信系统主要分为专网网络和公网网络，其中，专网网络需要在生产作业区域建设专用的信号基站并向运营商申请特定频段，优点是信号覆盖稳定，缺点是建设成本高；公网网络前期投入少，但每年需要向运营商购买流量，一般公网覆盖较差需要增设信号放大器等辅助设施增加信号强度。
（2）车载终端系统是综合运用计算机技术、现代通讯技术、系统工程理论和最优化技术等先进手段建立的集生产监控、智能调度、生产指挥管理为一体的系统。主要功能有定位、导航、收发指令、设备状态识别与报告、语音播放、数据采集、统计等。
（3）卡车智能调度软件系统主要包括基础信息管理、专题图管理、调度功能、查询统计分析功能和系统接口等功能模块。
（4）监控中心系统包括服务器、客户端电脑、大屏等，并与其它矿山数字化系统进行数据对接。

矿露天智能卡车调度系统总体设计方案：

五、矿卡调度系统功能划分

智能卡车调度系统核心设备是车载终端系统和调度软件系统。

• 车载终端系统分为车载硬件设备和车载终端软件。
  1. 车载设备安装在需调度车辆上，主要由矿用本安型车载终端、语音设备、车载摄像头、各类传感器、车载CPE（4G/5G 通讯）等组成。
  2. 车载终端软件包括定位功能、导航功能、调度功能、语音播报提示功能、设备状态自动识别、车辆状态报告功能、通讯和接口功能、报警功能、数据统计功能和故障上报功能等。
• 卡调软件系统包含基础信息管理、专题图管理、调度、查询统计分析和系统接口等功能模块。软件系统一般采用B/S架构和服务相结合的混合方式，通信采用标准的中间件技术，因此，不管是项目现场还是远程总部都可以很方便地通过web页面进行访问，且没有并发访问限制。
  1. 利用线性规划理论，建立矿山的车流规划数学模型，以车辆数量一定的前提下实现产量最大为原则，实现各个最优路径上的车流计算，以此作为实施调度的基础。当有装卸设备出现故障、强度下降或有卡车因故退出自动调度状态时，动态启动车流量的规划.
  2. 在矿山实际应用中一般有3种调度模式:
     ①定产派车，提供定铲定车调度的界面供用户指定铲车、破碎站和若干辆卡车到特定的地点。
     ② 自由调度，给定若干台铲车和若干个破碎站，再指定若干辆卡车，由系统自动安排卡车到某个铲车装料，去某个破碎口卸料，系统支持多个区域的实时调度。
     ③人工干预调度，用于一些特殊情况的处理，临时将车调到别处。

六、卡调软件系统功能罗列

描述→预测车→引导
报表：实时报告和分析——（产量、出勤率、生产能力排名,避免人情产量)
监控：车辆位置监控、设备状态监控管理——(机械作业实时状态图，规范作业，避免摸鱼)
管理：运输计划和预测、配矿管理
调度：车队调度、路线优化、智能调度——（“采-运-排”全流程的无人化、智能化协同作业，装载-运输-卸载-停车-加油/充电）
预防：行车防撞预警
评估：运输成本和效率分析 ——(每日产量数据汇总，运距、车数、加油等)
控制：挖机控制系统

七、卡调系统关键技术

在实践应用过程中设备的定位精度、无线通信网络稳定性、传感技术的可靠性以及与其它数字化系统的协同的流畅性是影响智能卡调系统效果的重要因素。

RTK差分基站

目前基于GPS/ GALILEO/BDS 普通民用定位误差一般在10 m 以内，特别是对于露天坑开采导致运输卡车或挖机在坑底GPS 信号弱，会进一步影响定位精度，因此，为了实现厘米级高精度定位，采用RTK（Real-time kinematic，实时动态）差分定位技术。RTK 载波相位差分技术是实时处理2 个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。这是一种新的常用的卫星定位测量方法，以前静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK 是能够在野外实时得到厘米级定位精度。具体到卡调系统应用中，可在矿区周边布置差分基站用于校准定位精度。

5G网络

目前主流的无线通信方式是4G 网络通信，但是随着5G 技术的落地应用，也为智能卡调系统未来的发展提供了一种可能性，5G 技术高带宽和低延迟的特点可以为将来集成各类监控数据和传感器数据、无人驾驶等提供必要的通信条件。在使用公网网络过程中，由于经常出现信号弱或信号盲区等问题，往往需要通过增加信号塔、信号放大器等方式优化网络环境。

传感器与激光雷达

未来随着传感技术不断发展，在卡调系统中可以接入更多物理状态检测数据，如卡车和铲车CAN总线数据可以实时获取车辆运行状态并发送给调度平台以供决策；调度系统实时获取车辆剩余油量情况，可以合理安排车辆在达到设定预警值时前往加油站加油，就不会出现半路没油或排队加油的情况。通过称重传感器可以更好地判断车辆空载还是重载状态，同时作为地磅系统辅助手段进行运量的统计。此外通过毫米波雷达可以进行紧急避障和主动刹车，减少安全事故。

卡车分配算法

以车辆数量一定的前提下实现产量最大为原则，实现各个最优路径上的车流计算。

自动驾驶与远程控制

三种解决方案：无人化矿卡、半自主化挖掘机，以及智能化机群管理调度系统。远程控制系统位于距离采矿点一百多米的管控中心内。还有应急接管系统和机群调度系统。

计算机控制卡车自动化调度系统方兴未艾，并已向维修跟踪、故障诊断、铲斗称重、穿孔监测、边坡监测等方面扩充系统功能

八、系统benchmark

有很多供应商提供矿山卡车调度系统，以下是一些知名的供应商：

1. Caterpillar（卡特彼勒）：作为一家全球知名的工程机械制造商，Caterpillar提供了全面的矿山卡车调度系统，包括Fleet Management Solutions（车队管理解决方案）和MineStar™（矿山星）等产品。
2. Komatsu（小松）：Komatsu是另一家全球知名的工程机械制造商，他们提供了一系列矿山卡车调度系统，例如Komtrax（小松车队管理系统）和Komatsu SmartConstruction（小松智慧施工）等。
3. Hexagon Mining（海克斯康矿业）：Hexagon Mining是一家提供综合矿山解决方案的公司，他们的矿山卡车调度系统包括HxGN MinePlan（海克斯康矿山规划）和HxGN MineOperate（海克斯康矿山运营）等。
4. 自主采矿产品组合为矿山运营商提供了一个由传感器和软件组成的互联生态系统。从钻井自动化到自动驾驶汽车的编排，一系列功能是实现完全运营自主性的基础组成部分。相关模块：感知；自动矿车干预；反向辅助；用户分析；钻孔辅助；矿车编队；任务管理。
5. Wenco International Mining Systems：Wenco是一家专注于矿山自动化和智能化解决方案的公司，他们提供了一系列矿山卡车调度和车队管理系统，例如Wenco Fleet Management System（Wenco车队管理系统）和Wenco Mine Performance Suite（Wenco矿山性能套件）等。