Дипломная (вкр): Перспективы внедрения спутниковой GPS-навигации на горнодобывающем предприятии

Перспективы внедрения спутниковой GPS-навигации на горнодобывающем предприятии

Содержание

Введение

. Теоретическая часть

.1 Общие сведения о GPS-навигации. Общая характеристика спутниковых радионавигационных систем

.2 Области применения и доступность

. Описание предприятия

. Назначение и описание автоматизированной системы диспетчеризации горнотранспортного комплекса (ГТК) на базе использования GPS

.1 Предпосылки и основные этапы создания и внедрения Системы

.2 Состав Системы

.2.1 Оборудованные мобильные объекты Системы

.2.2 Бортовое оборудование транспортных средств

.2.3 Бортовое оборудование экскаваторов, локомотивов, бульдозеров, буровых станков

.2.4 Датчики

.3 Программное обеспечение диспетчерского центра

.3.1 Базовые модули

.3.2 Дополнительные модули

.4 Рабочие места пользователей

.5 Развитие и модернизация Системы

. Внедрение системы спутниковой GPS-навигации в Куржункульском карьере

. Экономическая часть

.1 Эффективность автоматизированных систем управления промышленным транспортом

.2 Методические подходы к оценке эффективности инвестиций в транспорт

.2.1 Статические методы оценки экономической эффективности

.2.2 Динамические методы оценки экономической эффективности

.3 Оценка эффективности внедрения новой техники и прогрессивных технологий

. Охрана труда и экология

.1 Пылеобразование при работе автотранспорта

.2 Требования к освещению карьеров

.3 Меры безопасности на автотранспорте

Заключение

Список использованных источников

Введение

Эффективная работа современных горнодобывающих предприятий невозможна без развитого горнотранспортного комплекса (ГТК), включающего в свой состав большое количество машин и оборудования различного назначения. Поэтому сегодня на предприятиях значительное внимание уделяется увеличению производительности оборудования, организации планомерного его ремонта и обслуживания, обеспечению экономии всех видов материальных ресурсов, снижению расхода топлива, шин, оптимизации загрузки транспортных средств и т.д. Решение этих задач и обеспечение эффективности эксплуатации ГТК в настоящее время невозможно без использования инженерными и управленческими службами горнодобывающих предприятий современных технологий и, в частности, систем автоматизации ГТК [1].

Среди всех видов технологических процессов при добыче полезных ископаемых (буровзрывные работы, погрузка, отвалообразование) в себестоимости добычи 1 т горной массы наибольший удельный вес (до 50-60%) и наибольшие энергозатраты приходятся на транспортировку.

Актуальность. Карьерный транспорт - это сложно-структурная и наиболее динамичная технологическая система карьера и управление этой системой нельзя назвать простым. Необходимо учитывать, что за последние 10 лет существенно усложнились горнотехнические условия карьеров, глубина которых составляет сейчас в среднем 300…350, а иногда и 400…500 м. Кроме того, значительно изменился типаж транспортных средств, их конструктивная сложность, что в наибольшей степени относится к карьерному автотранспорту. Это привело к росту стоимости транспортных средств. Чтобы окупить расходы на закупку дорогостоящего оборудования в условиях современного рынка необходимо увеличивать эффективность его эксплуатации. И в первую очередь нужно решить одну из самых актуальных на современном этапе задачу - задачу разработки и внедрения на добывающих предприятиях современной эффективной системы управления горнотранспортным комплексом или, иначе говоря, системы диспетчеризации [2].

Цель дипломной работы - усовершенствование процесса управления работой технологического транспорта в условиях Куржункульского карьера.

Поставленные цели:

- рассмотреть предпосылки и основные этапы создания системы спутниковой GPS-навигации

рассмотреть назначение и описание автоматизированной системы диспетчеризации горнотранспортного комплекса (ГТК) на базе использования GPS

рассчитать экономический эффект от внедрения данной системы.

Объект работы - Куржункульский карьер

1. Теоретическая часть

.1 Общие сведения о GPS-навигации. Общая характеристика спутниковых радионавигационных систем

Спутниковые радионавигационные системы (СРНС) представляют собой всепогодные системы космического базирования и позволяют в глобальных масштабах определять текущие местоположения подвижных объектов и их скорость, а как же осуществлять точную координацию времени [3,4,5].

В настоящее время для обозначения СРНС используется общепринятая аббревиатура - GPS (Global Positioning System - система глобального позиционирования). Пока таких действующих систем в мире две -российская ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) и американская Navstar, которую зачастую называют просто GPS [6].

Принцип действия систем заключается в том, что навигационные спутники излучают специальные электромагнитные сигналы. Аппаратура потребителей, расположенная на объектах, находящихся на поверхности Земли или околоземном пространстве принимает эти сигналы и после специальной обработки вырабатывает данные о местоположении и скорости объекта.

Спутниковую радионавигационную систему можно рассматривать как высокотехнологичную информационную систему, состоящую из пяти сегментов (см. рис. 1) [7].

Рисунок 1. Организация спутниковой радионавигационной системы

Наземный управляющий сегмент включает в себя центр управления космическим сегментом, станции слежения за навигационными спутниками (радиолокационные и оптические), аппаратуру контроля состояния навигационных спутников.

Управляющий сегмент решает задачи определения, прогнозирования и уточнения параметров движения навигационных спутников, формирования и передачи в бортовую аппаратуру спутников цифровой информации, а также ряд контрольных и профилактических функций.

Космический сегмент представляет собой систему навигационных спутников, вращающихся по эллиптическим орбитам вокруг Земли (рисунок 3). На каждой орбите находятся несколько спутников. Навигационный спутник имеет на борту радиоэлектронную аппаратуру, излучающую в направлении Земли шумоподобные непрерывные радиосигналы, содержащие информацию необходимую для проведения навигационных определений с помощью аппаратуры потребителя.

Рисунок 2. Космический сегмент

Благодаря достаточному количеству навигационных спутников (для полного покрытия всей Земли достаточно 24, Navstar включает в себя - 32) и специальным параметрам радиосигналов аппаратура потребителя может в любое время, при любых погодных условиях принимать излученные спутниками сигналы и определять местоположение, скорость и время.

Сегмент пользователей потенциально может состоять из неограниченного количества спутниковых навигационных приемников, которые принимают сигналы навигационных спутников и производят расчеты текущего местоположения, скорости и времени с погрешностями, определяемыми спутниковой навигационной системой и аппаратурой потребителя.

Взаимодействие трех основных сегментов СРНС отображено на рис. 4.

Сегменты наземных и космических функциональных дополнений представляет собой аппаратурно-программные комплексы предназначенные для обеспечения точности навигационных определений, целостности, непрерывности, доступности и эксплуатационной готовности системы.

Рисунок 3. Взаимодействие основных сегментов СРНС

Каждая из таких систем включает в себя группировку низкоорбитальных навигационных спутников, наземные средства слежения и управления и самые разнообразные принимающие приборы для определения координат. Основной принцип системы -определение местоположения путем измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами -спутников. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала посылки от спутника к приемнику. То есть для определения трехмерных координат прибору нужно знать положение трех спутников. На деле используются показания с четырех - для устранения погрешности, вызванной разницей между часами спутника и приемника.

Слежение за орбитальной группировкой Navstar [8,9] осуществляется с главной контрольной станции, расположенной на авиабазе ВВС США Schriever, штат Колорадо, США и с помощью 10 станций слежения (см. рис. 5), из них три станции способны посылать на спутники корректировочные данные в виде радиосигналов с частотой 2000-4000 МГц. Спутники последнего поколения распределяют полученные данные среди других спутников.

Расположение наземных станций слежения СНС ГЛОНАСС [10,11] представлено на рис. 5.

Рисунок 4. Расположение наземных станций слежения GPS NAVSTAR

Рисунок 5. Расположение наземных станций слежения СНС ГЛОНАСС

Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника, или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приёма сигнала от спутников может серьёзно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также от магнитных бурь.

В настоящее время погрешность определения координат составляет в ГЛОНАСС около 15 м (к 2010 году планируется обеспечить точность до пяти метров). Точность американской системы (GPS) при наземных уточняющих сигналах, вносящих дифференциальные поправки, может достигать трёх метров.

.2 Области применения и доступность

Области применения GPS на сегодняшний день [12]:

·    Военные задачи (точное целеуказание и целенаведение, позиционирование);

·        Авиация (прокладка курса, позиционирование, автоматическая посадка);

·        Морской транспорт (прокладка курса, позиционирование);

·        Наземный транспорт (прокладка маршрута, контроль движения);

·        Геодезия и картография (кадастровые съемки, картографирование и т.п.);

·        Строительство (мосты, тоннели, продуктопроводы);

·        Сельское хозяйство (разметка и обработка сельхозугодий);

·        Добыча полезных ископаемых;

·        Спасательные работы;

·        Системы безопасности (поиск похищенных автомобилей и грузов и т.п.);

·        Службы точного времени;

·        Частное использование в быту (туризм, охота, хобби).

Примеры использования

Геодезия и кадастр. Технология GPS позволяет решать геодезические задачи самого разного уровня: от развития государственной геодезической сети до инвентаризации земельных участков. Практика показывает, что производительность труда возрастает при этом в десятки раз. В зависимости от требуемой точности определения координат, лимита времени на измерения, условий выполнения работ, применяются GPS-приемники различных типов, однако все они работают в дифференциальном режиме и являются фазовыми (за исключением, может быть, некоторых задач ГИС (Геоинформационных систем), где достаточно точности кодового приемника).

Наибольшее распространение на территории СНГ получила фазовая одночастотная (L1) аппаратура, поскольку она, с одной стороны, в 2-5 раз дешевле двухчастотной, а, с другой стороны, обеспечивает точность, достаточную для решения большинства практических задач. Вот некоторые примеры использования GPS- технологий в геодезии.

Национальное управление Франции CNASEA проводит работы по созданию кадастра бывшей французской колонии Майотте. Необходимые измерения на территории 375 кв. км были выполнены за 15 дней с использованием GPS- приемников PathFinder Pro XR фирмы Trimble. При применении традиционных геодезические методов на это потребовалось бы около 15 лет.

Специалисты АО "ЗапУралТИСИЗ" использовали приемники 4000ST фирмы Trimble для проведения работ по развитию геодезической сети в г. Уфа. Бригада из двух человек построила триангуляцию из 15 пунктов за 5 дней, тогда как при использовании существующих методов геодезических измерений такую же работу выполняет бригада из пяти человек за 2 недели.

Диспетчерские службы. Очень широкое распространение в мире получили системы автоматического определения координат движущихся объектов на основе GPS или системы GPS/AVL (Automatic Vehicle Location). С их помощью на современном уровне решаются задачи диспетчеризации транспортного парка. Каждый автомобиль оснащается GPS- приемником и радиосвязным оборудованием, обеспечивающим передачу информации на диспетчерский пункт. На экране монитора диспетчера с использованием программного обеспечения ГИС формируется электронная карта территории, которая обслуживается транспортными средствами. Данные о координатах и скорости движения автомобилей, полученные по радиоканалу, позволяют отобразить их текущее положение на этой карте. Помимо координатной информации по радиосвязной линии могут передаваться сигналы различных датчиков, установленных на автомобиле и другая информация. Возможности системы:

1.   Диспетчер отслеживает в реальном времени перемещения всех автомобилей.

2.      На электронной карте выделяются зоны, при попадании автомобилей в которые подается сигнал диспетчеру.

.        При отклонениях автомобилей от заданного маршрута у диспетчера срабатывает сигнализация.

.        С диспетчерского пульта контролируется состояние датчиков, установленных на каждой подвижной единице: топливных, температурных, несанкционированного вскрытия контейнеров, переворачивания автомобиля, включения "мигалки" и т.д.

.        Стандартные сообщения водителя могут быть запрограммированы так, что при нажатии соответствующей кнопки в автомобиле к диспетчеру поступает информация типа: "пробка на дороге", "попал в аварию", "задержан милицией", "нападение", "захват". Эти сообщения при необходимости легко кодируются и могут использоваться в случаях, когда надо соблюдать режим радиомолчания.

.        По команде с диспетчерского пункта блокируется система зажигания, двери салона автомобиля и контейнера.

.        В кабине автомобиля может быть установлен специальный бортовой компьютер, работающий в режиме терминала. Кроме текстовых сообщений между водителем и диспетчером передаются специальные формы (накладные, маршрутные листы и пр.).

.        Моделирующие возможности ГИС диспетчера позволяют оптимизировать маршруты доставки грузов с учетом различных факторов.

Некоторые примеры использования GPS/AVL систем приведены ниже.

Компания SonyMobileComm разработала GPS/AVL систему NVX-F160 с программным обеспечением EtakGuide. Автомобили оборудованы 8-канальными GPS- приемниками, которые опрашиваются с частотой 1 Гц. Карты 48 штатов территории США, схемы 32 главных американских дорог, планы 1000 парков и 5000 мест отдыха записаны на прилагаемом компакт-диске. Фирмы TeleAtlas и Philips Car Systems подписали соглашение о совместном производстве подобных компакт-дисков с цифровыми картами различных территорий.

Система Priority One (разработка американской фирмы Greenfield Associates), кроме стандартных AVL-функций, обеспечивает водителю приоритетный проезд через самые сложные участки дорог в пределах города. Для определения оптимального пути движения используется информация о координатах и скорости автомобиля, а также возможных альтернативных маршрутах и загруженности перекрестков. Установленный на автомобиле 12-канальный GPS- приемник фирмы Canadian Marconi обеспечивает в дифференциальном режиме точность определения координат не хуже 5 м.

Диспетчерские GPS- системы используются в службе инкассации ИНКОМБАНКа (г. Москва), некоторых управлениях МВД России и Казахстана, специальном техническом управлении МЧС России.

ГИС-приложения. Навряд ли найдется более быстрый способ определения координат множества точек на земной поверхности, чем с помощью GPS-приемника. Можно установить его антенну на крышу автомобиля и за сравнительно короткий срок уточнить расположение дорожной сети на карте. Причем получаемая информация может быть непосредственно введена в ГИС и показана на цифровой карте. Не случайно GPS-технология очень широко используется для целей ГИС.