GIS与GPS在矿石码头调度中的应用

李亚辉，张远智，董国锋，郭欣雨

(1.北京林业大学，北京100083;2.北京北斗星通导航技术股份有限公司，北京100094)

一、引 言

随着我国经济的快速发展，社会基础建设及房地产建设也进入高峰期，由此也带动了我国钢铁产业的快速发展。尽管我国铁矿石资源丰富，但是分布不集中，开采成本高，而且矿石品位低［1］，不能满足国民经济对钢铁量的需求。因此，我国铁矿石主要依靠进口满足需求，进口国家多为澳大利亚、印度、巴西和南非［2］。据资料记载，1985年我国铁矿石进口量达1011万 t，而2003年则达到1.48亿 t，成为世界第一进口铁矿石大国［3］。到2011年，我国铁矿石进口量已达6.865亿t的新高，同比增长10.9%。矿石码头是矿石运输由海运转陆运的关键节点［4］，在矿石运输中起着至关重要的作用［5］。而随着进口矿石量的不断增加，在不扩张码头规模的情况下，如何大幅度提高码头作业效率已成为码头管理者首要解决的问题。本文介绍了如何利用GPS、GIS和GPRS［6］等技术来构建矿石码头调度管理平台，实现码头调度的可视化、智能化，从而大幅度提高其运转效率。

二、矿石码头运作流程

矿石码头主要由泊位、堆场、装卸船设备、水平运输设备及堆场堆取料设备等部分组成［7］。船舶抵达码头泊位后，货物一般有两种处理流程可以选择:一种是利用卸船机将矿石卸下，经转接塔利用传送带运送，最后使用堆料机将矿石放入垛位中存储;另一种是利用门式起重机将矿石卸下，然后利用铲车装入卡车后运输到垛位中存储。矿石在运出垛位时也有两种方法可以选择:一种是利用铲车将矿石装入卡车后运走;另一种则是利用传送带经漏斗装入火车车厢，利用火车运输。传统的矿石码头调度主要依靠人工通信的方式完成，信息化程度很低，容易产生调度指令传达慢、指令表达不清等问题，很容易造成矿石大量压港的现象［8］;并且传统运营方式需要大量工作人员，造成了人力资源的严重浪费。这些问题阻碍了码头快速发展，影响了其运营效率的提高。

三、矿石码头调度系统开发

1.MapX 简介

MapX是由MapInfo公司开发的 ActiveX控件［9］，是具有快速、易用、功能强大等优点的地图化组件。它可以使用 VB、Delphi、PowerBulider、VC++等语言进行开发，除可实现地图的显示、放大、缩小、漫游、选择等基本操作外，还可实现动态图层、图层控制、生成用户绘图图层、编辑地理对象、空间搜索等功能;对于点、线、面等对象，可作合并、缓冲区分析、相交或擦除等操作，并且具有数据钻的功能，即允许用户层层显示越来越详细的数据视图;此外，还具有强大的数据绑定功能，可通过ODBC绑定实现数据库中的数据与MapX中的MapInfo地图的关系连接，使得地图对象与关系数据库中的数据项相对应，以实现专题图的制作或地图上的数据查询，并且可以结合商业数据库，提供各种商业分析［10］。

2.系统架构

本系统综合使用了GIS、GPS、GPRS等技术，利用C++语言开发得到，包括了中控室矿石码头调度管理平台与移动站分系统两部分。移动站分系统包括车载控制器及车载终端两部分。车载控制器利用GPS获取车辆的位置，然后将位置数据分别传送到车载终端，以及经GPRS网络发送到计算机网络系统中。中控室软件平台及数据库服务器可从计算机网络平台中获取位置信息。其中数据库服务器中存储的位置数据用来作历史路径查询。中控室调度管理平台则利用MapX完成车辆、轨迹等的显示。管理者可根据地图上显示的车辆及垛位状态信息合理规划车辆的调度，并通过GPRS网络将调度指令传达到车载终端，并在屏幕上显示，司机根据接收的指令进行作业。其架构如图1所示。

图1 矿石码头调度系统架构

3.移动站分系统介绍

移动站分系统包括车载控制器及车载终端两部分。车载控制器完成车辆定位、车辆位置数据的发送及指令的接收等功能;车载终端则完成车辆及其状态在终端软件中的显示功能。

GPS的定位方法有很多种，如单点定位、相对定位、差分定位等［11］，可实时获取几何定位坐标［12］。本文采用的差分定位中的伪距差分，其定位误差小于0.4 m。该方法是在基准站上安置一台GPS接收机，观测所有卫星，根据基准站的精确坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离;再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至移动站GPS接收机，以改正测量的伪距，提高定位精度。

车载终端如图2所示。启动其上的终端软件，出现如图3所示的界面，点击作业按钮后出现司机登录界面(如图4所示)，司机输入工号后登录即可进入等待指令界面，此时车辆用黄色圆点表示(如图5所示)。

图2 车载终端

图3 终端软件启动界面

图4 终端软件登录界面

图5 等待指令界面

终端收到调度指令后，车辆会变成蓝色，同时会在图中将目标垛位标示出来，并用线将目标垛位与车辆连接;此时，司机需要点击上方橘黄色按钮来确认收到指令，确认后车辆将变为紫色圆点;车辆到达指定垛位后车辆则会用绿色圆点表示。图6显示了终端收到指令后车辆不同状态的显示。

图6 终端收到指令后车辆不同状态显示

4.矿石码头调度管理平台功能

该管理平台主界面如图7所示。根据实际操作需要本系统共有4个主要菜单，分别是调度监控、作业信息、信息查询、属性设置，并在其下包含多个子菜单，以满足码头调度的需要。为方便用户使用，工具栏中除了放大、缩小、平移等地图基本视图操作工具外，还有测距、恢复工具。测距用来测量两点间距离;恢复工具则是用来查看地图中对象属性的。

图7 系统主界面

(1)主要功能模块介绍

①调度监控

此模块主要完成车辆和垛位的查找，以及车辆状态的监控。地图中车辆以点元素来表示，并存储在一个图层中，且以不同颜色表示不同状态的车辆，如红色表示车辆终端司机未登录，黄色表示已登录等待指令，浅蓝色表示已发送指令但司机未确认，紫色表示司机已经确认收到的指令，绿色表示车辆已到达指定位置。垛位则以面元素来表示，并存放到一个图层中，每一个垛位都是一个面元素，同样设置不同颜色来表示不同状态的垛位，如黄绿色表示该垛位无发运计划，红色表示有发运计划但是车辆还未到达垛位，浅蓝色表示车辆已经到达垛位。车辆及垛位的查找是通过车辆编号或垛位编号来进行的，查询结果将在地图中以不同颜色显示出来，如垛位查询结果将会以黄色来显示，如图8所示，标注502-E1-E2表示的是垛位编号，0+0+0表示的是车辆进入垛位的情况。

图8 垛位查询结果显示

②作业信息

该模块主要完成车辆与垛位的关联，可以向一个垛位分配一个或几个车辆来完成货物的运载。为了能合理利用车辆资源，本模块还会提供建议分配车辆、垛位的数量。其过程是当船舶靠岸后，指挥人员通过GRRS网络将总货物重量发送到服务器上，计算机利用该数值及每辆车辆、每个垛位的最大容量计算出理论所需车辆及垛位的数量，以供调度人员参考。此外，地图中每个垛位上除了标注的垛位编号，还有一个数字组合“a+b+c”标注，如6+0+3。其中6代表的是已经装货但还未进入垛位的货车数量，0代表的是已经进入垛位但还未过磅的货车数量，3代表的是已经首次过磅的货车数量。

分配完车辆后，系统会利用GPRS网络向指定车辆发送车辆的调度信息，并且会在车辆上的GPS定位器上规划出车辆移动的最佳路径，以减少车辆到达目的地所需的时间，从而提高运行效率。

③信息查询

此功能可以查看车辆的历史轨迹，主要是通过调取存入SQL Server数据库中的位置信息，在地图上创建新的线图层，然后利用MapX控件的画线功能将轨迹在地图上显示出来，如图9所示;除此之外，还可以查询已经完成卸货的垛位和已经分配任务的垛位。

图9 车辆轨迹查询

④属性设置

该模块主要进行垛位、设备、司机及用户的信息维护，可增减垛位，管理司机及用户信息。

(2)平台模块功能总框架

平台在4大模块中包含了不少其他辅助功能模块，如图10所示。

(3)平台工具栏功能示例

平台将一些常用功能整合到工具栏中，以便快捷使用。以“恢复”工具为例，选择该工具后，鼠标点击图中车辆图元，会弹出车辆基本信息窗口，如图11所示。

图10 码头调度系统功能模块

图11 属性查看

四、结束语

本系统成功地将GPS高精度定位与GIS地图管理功能应用到矿石码头调度之中，以GPS获取车辆位置，以GIS完成码头设备的位置及状态监控，并利用GPRS进行系统与码头设备端通信，实现了对矿石码头的可视化监控管理、作业计划管理、车辆合理调度、精确定位、动态跟踪，提高了设备利用率，降低了人为出错率，进而提高了码头运转效率，节省了大量人力资源，降低了矿石码头运营成本，促进了我国矿石码头运营管理向智能化、精细化、节约型、高效型发展，对码头信息化管理的深入发展起到了示范作用。

［1］姜湄.大连港进口铁矿石物流系统优化研究［D］.大连:大连海事大学，2013.

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［3］姚夏莉.矿石码头装卸工艺系统设备配置仿真优化［D］.大连:大连理工大学，2007.

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［6］翟战强，蔡少华.基于GPRS/GPS/GIS的车辆导航与监控系统［J］.测绘通报，2004(2):34-36，49.

［7］王荣明，张舒，周强.大型矿石码头装卸工艺系统可靠性设计方法研究［C］∥中国土木工程学会港口工程分会技术交流文集.北京:人民交通出版社，2009:133-137.

［8］高爽.曹妃甸港矿石物流系统发展研究［D］.大连:大连海事大学，2012.

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［11］刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法［M］.北京:科学出版社，2008.

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