智慧露天矿山运输设备大数据关键问题研究

智慧露天矿山运输设备大数据关键问题

研究

摘要：为了研究智能矿山的运输问题，必须提到露天采矿调度系统。该系统

在采矿管理系统环境下，利用数据通信、计算机和全球导航定位系统（GNSS）技术，为露天煤矿卡车运输提供自动优化调度。自1980年世界上第一个露天采矿

调度系统问世以来，软件和硬件技术经历了几代人的发展，从最初的目标定位和

通信到当前的全球导航卫星系统以及4G和5g网络。通过运输卡车和装载设备的

匹配、维护和跟踪、矿物材料配比和设备健康监测，露天开采取得了良好的效益。关键词：智慧露天矿山；运输设备；大数据；关键问题

1概述

传统的露天开采生产过程包括矿石和岩石破碎、开采和装载、运输、废物排

放等环节。工艺系统分为间歇工艺系统、连续工艺系统、半连续工艺系统和反向

堆垛工艺系统。车辆运输是各种过程系统中不可缺少的环节，但不同类型的系统

和不同比例的车辆体积运输。传统观点认为，运输成本在采矿生产中是最高的，

包括设备、劳动力、轮胎和燃料消耗。然而，从现代管理的角度来看，所谓的成

本不仅考虑了这些消费成本，还考虑了安全、环境保护、碳排放和员工健康等社

会成本。因此，随着技术的发展和管理的需求，智能采矿、绿色采矿、自动驾驶

和无人驾驶的概念和实际应用不断涌现。以物联网、大数据、云计算等新的信息

技术成果为基础，整合矿井各种传输网络、传感系统、自动化系统和软件系统等

现有成果，打通数据、信息和管理的孤岛，形成统一高效的矿井数据仓库，构建“集成、协调、高效、开放、绿色、智慧”的智能化生产平台和智能化管理平台，形成促进资源开发和企业转型的重要支撑载体，促进各种资源的快速、及时、准

确传递，追求经济价值、安全价值最大化，逐步实现主动感知、自动分析、深度

学习、智能决策、科学指挥的智能矿山。

2智慧露天矿山与运输设备

2.1智能车辆网络与通信

在现有设施的基础上，对设备进行补充，并对系统进行改进，以构建满足车

辆通信网络需求的无缝架构。构建的系统考虑了多种接入技术，实现了开放式通

信基础设施。使用4G、can、RF和蓝牙技术创建多址无线网络体系结构，为车辆

运行提供连续、开放的连接。系统结构的目标是最大化网络吞吐量，并确保数据

延迟和分组丢失在车辆运行应用的最低要求范围内。为此，系统基于车辆网络的

工作类别和环境，实现对每个活动网络状态的移动性管理。该体系结构不同于其

他常见的网络体系结构，因为这里考虑了每个应用程序类别的需求，如吞吐量、

延迟和数据包丢失。此外，根据当前活动网络的状态执行流的划分。

车辆网络移动管理解决方案。车辆被划分为不同的集群，每个集群被视为一

个移动网络。集群与蓝牙设备进行通信，以减少切换延迟并最小化丢包率。根据

功能的不同，车辆网络中的节点分为两类：移动车辆和AP。在车辆网络中定义了

网络移动性的概念，并根据车辆的空间距离和相对速度将所有车辆划分为不同的

集群。移动网络的移动方向如箭头所示。本文不讨论如何将车辆划分为不同的集群，以及如何有效维护动态集群。假设存在一种有效的群集方案，以在其他物理

设备（如GNSS）的帮助下生成和维护群集。如果将每个集群视为移动网络，则网

络移动性管理可以实现车辆网络的移动性方案管理模式。

数据传输优先级仲裁机制是CAN总线服务的主要特征。CAN总线以消息为单

位传输数据。消息的优先级组合在11位标识符中。二进制数最低的标识符具有

最高优先级。采矿和运输环境中的优先策略不仅应基于单个车辆的需求，还应基

于整个网络的需求。

目前，公交优先管理体系结构由以下中心实体组成：车辆自动定位单元，负

责监控公交位置；调度分析单元，其负责调度需求的优先级；车辆发动机和控制

系统健康监测单元负责车辆故障的优先级；安全预警系统单元负责车辆运行环境

信息的优先级；轮胎监测单元，被配置为确定所述行驶系统的信息传输优先级；

负荷系统单元负责负荷优先级和负荷信息；燃油系统单元负责燃油信息的优先级。这些实体单位通过基于基础设施的通信系统连接起来，以交换信息。基于基础设

施的优先级管理技术在确定请求优先级的实体的位置、优先级请求方法和优先级

控制的位置方面是不同的。估计车辆停留时间是优先级请求的一个重要部分，它

可以有效地预测运输车辆的行驶时间。

2.2智慧露天矿山实时地理信息系统

露天开采的整个过程是在整个相关的地理空间中进行的。采矿空间和空间实

体不断变化，具有这种空间特征的作业和运输设备比其他交通场景更依赖于空间

系统。因此，“智能露天矿实时地理信息系统”是运输设备正常运行的基础设施。

该方案旨在实时采集、存储、分析和可视化挖掘地理空间数据。与传统的

GIS平台不同，实时GIS强调提供高吞吐量和高速处理的GIS数据。这些信息流

对位置敏感，需要高时间粒度。它们与矿井运输设备的传感器形成物联网，以不

断收集、处理和构建地理空间。

矿山运输车辆上安装了各种传感器，以收集车辆位置、速度、移动方向和环

境信息。采矿运输设备的实时数据是一种大数据，用于捕捉各种设备的运动，以

便更好地了解设备的运动规律和采矿空间结构。全球导航卫星系统为运输设备提

供了更准确的位置信息和更好的时间连续性，收集设备移动轨迹，量化基于活动

的采矿空间属性，生成空间分布目标矩阵，并判断采矿区域的功能区域。通过这

些连续的数据流，应用地理科学的空间分析技术，从复杂系统科学的角度模拟和

构建露天开采的动态空间。

Agent系统模型是一种计算模型，用于模拟具有独立特征的对象，然后试图

揭示整个系统的外部性能，预测复杂系统的模式和演化。根据露天矿空间的固有

和动态特性，使用不同的实时数据源和固有的地质测绘信息，使用agent系统对

露天矿地理信息空间进行实时建模。结果表明：①随着更多代理选择与固有地质

测绘信息相似的实时数据，测绘的空间面积将更大；②数据量和数据类型越多，

设计越好的agent模型将显著提高空间实时建模的准确性。

可视化是采矿设计师、生产和管理人员显示信息的重要手段。可视化提供了

一种有效直观的方式来可视化大数据。有时，即使是混沌数据也能直观地揭示现

象或过程背后复杂而隐藏的规律。