李亞輝，張遠(yuǎn)智，董國鋒，郭欣雨

(1.北京林業(yè)大學(xué)，北京100083;2.北京北斗星通導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司，北京100094)

一、引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會基礎(chǔ)建設(shè)及房地產(chǎn)建設(shè)也進(jìn)入高峰期，由此也帶動了我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。盡管我國鐵礦石資源豐富，但是分布不集中，開采成本高，而且礦石品位低［1］，不能滿足國民經(jīng)濟(jì)對鋼鐵量的需求。因此，我國鐵礦石主要依靠進(jìn)口滿足需求，進(jìn)口國家多為澳大利亞、印度、巴西和南非［2］。據(jù)資料記載，1985年我國鐵礦石進(jìn)口量達(dá)1011萬 t，而2003年則達(dá)到1.48億 t，成為世界第一進(jìn)口鐵礦石大國［3］。到2011年，我國鐵礦石進(jìn)口量已達(dá)6.865億t的新高，同比增長10.9%。礦石碼頭是礦石運(yùn)輸由海運(yùn)轉(zhuǎn)陸運(yùn)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)［4］，在礦石運(yùn)輸中起著至關(guān)重要的作用［5］。而隨著進(jìn)口礦石量的不斷增加，在不擴(kuò)張碼頭規(guī)模的情況下，如何大幅度提高碼頭作業(yè)效率已成為碼頭管理者首要解決的問題。本文介紹了如何利用GPS、GIS和GPRS［6］等技術(shù)來構(gòu)建礦石碼頭調(diào)度管理平臺，實(shí)現(xiàn)碼頭調(diào)度的可視化、智能化，從而大幅度提高其運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

二、礦石碼頭運(yùn)作流程

礦石碼頭主要由泊位、堆場、裝卸船設(shè)備、水平運(yùn)輸設(shè)備及堆場堆取料設(shè)備等部分組成［7］。船舶抵達(dá)碼頭泊位后，貨物一般有兩種處理流程可以選擇:一種是利用卸船機(jī)將礦石卸下，經(jīng)轉(zhuǎn)接塔利用傳送帶運(yùn)送，最后使用堆料機(jī)將礦石放入垛位中存儲;另一種是利用門式起重機(jī)將礦石卸下，然后利用鏟車裝入卡車后運(yùn)輸?shù)蕉馕恢写鎯?。礦石在運(yùn)出垛位時(shí)也有兩種方法可以選擇:一種是利用鏟車將礦石裝入卡車后運(yùn)走;另一種則是利用傳送帶經(jīng)漏斗裝入火車車廂，利用火車運(yùn)輸。傳統(tǒng)的礦石碼頭調(diào)度主要依靠人工通信的方式完成，信息化程度很低，容易產(chǎn)生調(diào)度指令傳達(dá)慢、指令表達(dá)不清等問題，很容易造成礦石大量壓港的現(xiàn)象［8］;并且傳統(tǒng)運(yùn)營方式需要大量工作人員，造成了人力資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。這些問題阻礙了碼頭快速發(fā)展，影響了其運(yùn)營效率的提高。

三、礦石碼頭調(diào)度系統(tǒng)開發(fā)

1.MapX 簡介

MapX是由MapInfo公司開發(fā)的 ActiveX控件［9］，是具有快速、易用、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)的地圖化組件。它可以使用 VB、Delphi、PowerBulider、VC++等語言進(jìn)行開發(fā)，除可實(shí)現(xiàn)地圖的顯示、放大、縮小、漫游、選擇等基本操作外，還可實(shí)現(xiàn)動態(tài)圖層、圖層控制、生成用戶繪圖圖層、編輯地理對象、空間搜索等功能;對于點(diǎn)、線、面等對象，可作合并、緩沖區(qū)分析、相交或擦除等操作，并且具有數(shù)據(jù)鉆的功能，即允許用戶層層顯示越來越詳細(xì)的數(shù)據(jù)視圖;此外，還具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)綁定功能，可通過ODBC綁定實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與MapX中的MapInfo地圖的關(guān)系連接，使得地圖對象與關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)項(xiàng)相對應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)專題圖的制作或地圖上的數(shù)據(jù)查詢，并且可以結(jié)合商業(yè)數(shù)據(jù)庫，提供各種商業(yè)分析［10］。

2.系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)綜合使用了GIS、GPS、GPRS等技術(shù)，利用C++語言開發(fā)得到，包括了中控室礦石碼頭調(diào)度管理平臺與移動站分系統(tǒng)兩部分。移動站分系統(tǒng)包括車載控制器及車載終端兩部分。車載控制器利用GPS獲取車輛的位置，然后將位置數(shù)據(jù)分別傳送到車載終端，以及經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。中控室軟件平臺及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺中獲取位置信息。其中數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中存儲的位置數(shù)據(jù)用來作歷史路徑查詢。中控室調(diào)度管理平臺則利用MapX完成車輛、軌跡等的顯示。管理者可根據(jù)地圖上顯示的車輛及垛位狀態(tài)信息合理規(guī)劃車輛的調(diào)度，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將調(diào)度指令傳達(dá)到車載終端，并在屏幕上顯示，司機(jī)根據(jù)接收的指令進(jìn)行作業(yè)。其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 礦石碼頭調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)

3.移動站分系統(tǒng)介紹

移動站分系統(tǒng)包括車載控制器及車載終端兩部分。車載控制器完成車輛定位、車輛位置數(shù)據(jù)的發(fā)送及指令的接收等功能;車載終端則完成車輛及其狀態(tài)在終端軟件中的顯示功能。

GPS的定位方法有很多種，如單點(diǎn)定位、相對定位、差分定位等［11］，可實(shí)時(shí)獲取幾何定位坐標(biāo)［12］。本文采用的差分定位中的偽距差分，其定位誤差小于0.4 m。該方法是在基準(zhǔn)站上安置一臺GPS接收機(jī)，觀測所有衛(wèi)星，根據(jù)基準(zhǔn)站的精確坐標(biāo)和各衛(wèi)星的坐標(biāo)，求出每顆衛(wèi)星每一時(shí)刻到基準(zhǔn)站的真實(shí)距離;再與測得的偽距比較，得出偽距改正數(shù)，將其傳輸至移動站GPS接收機(jī)，以改正測量的偽距，提高定位精度。

車載終端如圖2所示。啟動其上的終端軟件，出現(xiàn)如圖3所示的界面，點(diǎn)擊作業(yè)按鈕后出現(xiàn)司機(jī)登錄界面(如圖4所示)，司機(jī)輸入工號后登錄即可進(jìn)入等待指令界面，此時(shí)車輛用黃色圓點(diǎn)表示(如圖5所示)。

圖2 車載終端

圖3 終端軟件啟動界面

圖4 終端軟件登錄界面

圖5 等待指令界面

終端收到調(diào)度指令后，車輛會變成藍(lán)色，同時(shí)會在圖中將目標(biāo)垛位標(biāo)示出來，并用線將目標(biāo)垛位與車輛連接;此時(shí)，司機(jī)需要點(diǎn)擊上方橘黃色按鈕來確認(rèn)收到指令，確認(rèn)后車輛將變?yōu)樽仙珗A點(diǎn);車輛到達(dá)指定垛位后車輛則會用綠色圓點(diǎn)表示。圖6顯示了終端收到指令后車輛不同狀態(tài)的顯示。

圖6 終端收到指令后車輛不同狀態(tài)顯示

4.礦石碼頭調(diào)度管理平臺功能

該管理平臺主界面如圖7所示。根據(jù)實(shí)際操作需要本系統(tǒng)共有4個主要菜單，分別是調(diào)度監(jiān)控、作業(yè)信息、信息查詢、屬性設(shè)置，并在其下包含多個子菜單，以滿足碼頭調(diào)度的需要。為方便用戶使用，工具欄中除了放大、縮小、平移等地圖基本視圖操作工具外，還有測距、恢復(fù)工具。測距用來測量兩點(diǎn)間距離;恢復(fù)工具則是用來查看地圖中對象屬性的。

圖7 系統(tǒng)主界面

(1)主要功能模塊介紹

①調(diào)度監(jiān)控

此模塊主要完成車輛和垛位的查找，以及車輛狀態(tài)的監(jiān)控。地圖中車輛以點(diǎn)元素來表示，并存儲在一個圖層中，且以不同顏色表示不同狀態(tài)的車輛，如紅色表示車輛終端司機(jī)未登錄，黃色表示已登錄等待指令，淺藍(lán)色表示已發(fā)送指令但司機(jī)未確認(rèn)，紫色表示司機(jī)已經(jīng)確認(rèn)收到的指令，綠色表示車輛已到達(dá)指定位置。垛位則以面元素來表示，并存放到一個圖層中，每一個垛位都是一個面元素，同樣設(shè)置不同顏色來表示不同狀態(tài)的垛位，如黃綠色表示該垛位無發(fā)運(yùn)計(jì)劃，紅色表示有發(fā)運(yùn)計(jì)劃但是車輛還未到達(dá)垛位，淺藍(lán)色表示車輛已經(jīng)到達(dá)垛位。車輛及垛位的查找是通過車輛編號或垛位編號來進(jìn)行的，查詢結(jié)果將在地圖中以不同顏色顯示出來，如垛位查詢結(jié)果將會以黃色來顯示，如圖8所示，標(biāo)注502-E1-E2表示的是垛位編號，0+0+0表示的是車輛進(jìn)入垛位的情況。

圖8 垛位查詢結(jié)果顯示

②作業(yè)信息

該模塊主要完成車輛與垛位的關(guān)聯(lián)，可以向一個垛位分配一個或幾個車輛來完成貨物的運(yùn)載。為了能合理利用車輛資源，本模塊還會提供建議分配車輛、垛位的數(shù)量。其過程是當(dāng)船舶靠岸后，指揮人員通過GRRS網(wǎng)絡(luò)將總貨物重量發(fā)送到服務(wù)器上，計(jì)算機(jī)利用該數(shù)值及每輛車輛、每個垛位的最大容量計(jì)算出理論所需車輛及垛位的數(shù)量，以供調(diào)度人員參考。此外，地圖中每個垛位上除了標(biāo)注的垛位編號，還有一個數(shù)字組合“a+b+c”標(biāo)注，如6+0+3。其中6代表的是已經(jīng)裝貨但還未進(jìn)入垛位的貨車數(shù)量，0代表的是已經(jīng)進(jìn)入垛位但還未過磅的貨車數(shù)量，3代表的是已經(jīng)首次過磅的貨車數(shù)量。

分配完車輛后，系統(tǒng)會利用GPRS網(wǎng)絡(luò)向指定車輛發(fā)送車輛的調(diào)度信息，并且會在車輛上的GPS定位器上規(guī)劃出車輛移動的最佳路徑，以減少車輛到達(dá)目的地所需的時(shí)間，從而提高運(yùn)行效率。

③信息查詢

此功能可以查看車輛的歷史軌跡，主要是通過調(diào)取存入SQL Server數(shù)據(jù)庫中的位置信息，在地圖上創(chuàng)建新的線圖層，然后利用MapX控件的畫線功能將軌跡在地圖上顯示出來，如圖9所示;除此之外，還可以查詢已經(jīng)完成卸貨的垛位和已經(jīng)分配任務(wù)的垛位。

圖9 車輛軌跡查詢

④屬性設(shè)置

該模塊主要進(jìn)行垛位、設(shè)備、司機(jī)及用戶的信息維護(hù)，可增減垛位，管理司機(jī)及用戶信息。

(2)平臺模塊功能總框架

平臺在4大模塊中包含了不少其他輔助功能模塊，如圖10所示。

(3)平臺工具欄功能示例

平臺將一些常用功能整合到工具欄中，以便快捷使用。以“恢復(fù)”工具為例，選擇該工具后，鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖中車輛圖元，會彈出車輛基本信息窗口，如圖11所示。

圖10 碼頭調(diào)度系統(tǒng)功能模塊

圖11 屬性查看

四、結(jié)束語

本系統(tǒng)成功地將GPS高精度定位與GIS地圖管理功能應(yīng)用到礦石碼頭調(diào)度之中，以GPS獲取車輛位置，以GIS完成碼頭設(shè)備的位置及狀態(tài)監(jiān)控，并利用GPRS進(jìn)行系統(tǒng)與碼頭設(shè)備端通信，實(shí)現(xiàn)了對礦石碼頭的可視化監(jiān)控管理、作業(yè)計(jì)劃管理、車輛合理調(diào)度、精確定位、動態(tài)跟蹤，提高了設(shè)備利用率，降低了人為出錯率，進(jìn)而提高了碼頭運(yùn)轉(zhuǎn)效率，節(jié)省了大量人力資源，降低了礦石碼頭運(yùn)營成本，促進(jìn)了我國礦石碼頭運(yùn)營管理向智能化、精細(xì)化、節(jié)約型、高效型發(fā)展，對碼頭信息化管理的深入發(fā)展起到了示范作用。

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