BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ PHƢƠNG BẮC Nguyễn Thị Phƣơng Bắc XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT HƢỚNG TỚI TỐI ƢU HÓA HỆ THỐNG BỐC XÚC VẬN TẢI CỦA MỎ LỘ THIÊN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Công nghệ Thông tin KHÓA 2017B Hà Nội - 2019 17061131747151000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thị Phƣơng Bắc XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT HƢỚNG TỚI TỐI ƢU HÓA HỆ THỐNG BỐC XÚC VẬN TẢI CỦA MỎ LỘ THIÊN Chuyên ngành: Công nghệ Thông tin LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Chuyên ngành Công nghệ Thông tin) NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS Phạm Quang Dũng 2. TS Lê Hồng Anh Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn “Xây dựng hệ thống giám sát hƣớng tới tối ƣu hóa hệ thống bốc xúc vận tải của mỏ lộ thiên” là công trình nghiên cứu khoa học, độc lập của tôi. Đây là đề tài của luận văn Thạc sĩ ngành Công nghệ Thông tin.
Kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn này chƣa từng đƣợc công bố dƣới bất kỳ hình thức nào. Hà Nội, tháng 06 năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Phƣơng Bắc 3 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận văn thạc sĩ này trƣớc hết em xin gửi đến quý thầy cô giáo trong Viện Công nghệ và Truyền thông trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những năm em học tập. Vốn kiến thức tiếp thu đƣợc không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu mà còn là hành trang quí báu để em bƣớc đi một cách vững chắc và tự tin. Đặc biệt với tất cả tấm lòng mình, em xin gửi đến thầy Phạm Quang Dũng, thầy Lê Hồng Anh, những ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này lời cảm ơn sâu sắc nhất.
Em xin cảm ơn lãnh đạo Khoa, bộ môn Khoa học Máy tính và các anh chị em đồng nghiệp trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập. Em cũng xin chân thành cảm ơn nhóm nghiên cứu đề tài cấp bộ Mã số: CNKK.003/19 “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý điều hành công tác xúc bốc, vận tải nhằm nâng cao hiệu quả khai thác ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh” đã giúp đỡ em trong quá trình đi khảo sát, hỗ trợ các thiết bị để thu thập dữ liệu và những đóng góp kiến thức quý báu đã tiếp thu đƣợc trong thời gian tham gia nghiên cứu cùng nhóm đề tài. Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và tập thể lớp 2017B CNTT, những ngƣời đã luôn ở bên khích lệ và động viên em rất nhiều. Hà nội, tháng 6 năm 2019 Học viên Nguyễn Thị Phƣơng Bắc 4 MỤC LỤC MỤC LỤC .1 LỜI CAM ĐOAN .4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.6 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .9 CHƢƠNG 1 CÔNG TÁC BỐC XÚC VẬN TẢI Ở MỎ LỘ THIÊN .2 Hiện trạng sử dụng thiết bị máy xúc .3 Hiện trạng sử dụng thiết bị ô tô mỏ .4 Quy trình nghiệp vụ công tác bốc xúc tại mỏ lộ thiên .5 Đề xuất xây dựng hệ thống giám sát điều hành .6 Kết luận chƣơng .19 CHƢƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT .1 Phân tích hệ thống giám sát .1 Mô tả quy trình nghiệp vụ bốc xúc vận tải tại mỏ lộ thiên .2 Xác định các yêu cầu chức năng .3 Sơ đồ các trƣờng hợp sử dụng .4 Mô hình dữ liệu của ứng dụng Transport Tracker .2 Thiết kế hệ thống giám sát .1 Kiến trúc hệ thống .2 Thiết kế ứng dụng thu thập dữ liệu .3 Hoạt động của một chu trình .4 Thiết kế dữ liệu giám sát hành trình .5 Thiết kế dữ liệu các chu trình vận tải .3 Triển khai hệ thống giám sát .1 Triển khai thiết lập cấu hình Firebase cho ứng dụng Web và iOS.2 Triển khai thiết lập tích hợp bản đồ cho ứng dụng Web .3 Triển khai đồng bộ Firebase Realtime Database cho ứng dụng Web .4 Triển khai đồng bộ Firebase Realtime Database cho ứng dụng iOS .4 Kết luận chƣơng .47 CHƢƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ CÁC KẾT QUẢ .1 Thực nghiệm thu thập dữ liệu hành trình .1 Môi trƣờng thực nghiệm.2 Kết quả thực nghiệm .2 Thực nghiệm giám sát hành trình .1 Môi trƣờng thực nghiệm.2 Kết quả thực nghiệm .3 Phân tích các kết quả .53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.57 TÀI LIỆU THAM KHẢO.58 2 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TKV: Tập đoàn Than khoáng Sản Việt Nam TMS: Transport Monitoring System TMS Open- Pit Mines Hệ thống giám sát bốc xúc vận tải mỏ lộ thiên CURD: Create, Update, Read, Delete CSDL: Cơ sở dữ liệu Idle: Trạng thái nghỉ chờ Loading: Trạng thái chất tải, nhận tải Loaded: Trạng thái di chuyển có tải Unloading: Trạng thái dỡ tải Empty: Trạng thái di chuyển không tải Dump: Bãi đổ thải Excavator: Máy xúc Truck: Ô-tô mỏ 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Công tác bốc xúc tại mỏ than Cao Sơn.14 Hình 1-2: Minh họa chu trình vận tải kín.17 Hình 1-3: Minh họa chu trình vận tải hở.17 Hình 2-1: Sơ đồ các trƣờng hợp sử dụng .25 Hình 2-2: Mô hình dữ liệu của ứng dụng Transport Tracker.26 Hình 2-3 Các thành phần hệ thống giám sát bốc xúc vận tải mỏ lộ thiên .27 Hình 2-4: Hoạt động giám sát vận tải theo thời gian thực .28 Hình 2-5: Thiết kế giao diện của ứng dụng Transport Tracker .28 Hình 2-6: Cấu trúc dữ liệu hành trình của một chu trình vận tải .30 Hình 2-7: Cấu trúc dữ liệu các chu trình vận tải .32 Hình 2-8: Bảng điều khiển của Firebase .33 Hình 2-9: Giao diện của cơ sở dữ liệu thời gian thực Firebase .34 Hình 2-10: Giao diện thiết lập cấu hình ứng dụng iOS và Web với Firebase .35 Hình 2-11: Giao diện thiết lập cấu hình Google Maps API .36 Hình 2-12: Giao diện lấy key API của Google Maps .38 Hình 2-13: Giao diện cơ sở dữ liệu thời gian thực Firebase .41 Hình 2-14: Khởi tạo Firebase trong ứng dụng Transport Tracker .45 Hình 2-15: Chuẩn bị đọc và ghi dữ liệu vào Firebase từ ứng dụng iOS .46 Hình 2-16: Triển khai ghi dữ liệu vào Firebase .46 Hình 2-17: Dữ liệu đƣợc gửi lên từ ứng dụng Transport Tracker .47 Hình 3-1: Kết quả Firebase nhận dữ liệu hành trình .49 Hình 3-2: Dữ liệu chu trình đƣợc gửi lên từ ứng dụng Transport Tracker .50 Hình 3-3: Giao diện màn hình giám sát vận tải .52 Hình 3-4: Dữ liệu các chu trình khởi tạo .53 6 Hình 3-5: Thời gian và trạng thái của phƣơng tiện trong chu trình đầu ca.55 Hình 3-6: Thời gian và trạng thái của phƣơng tiện trong chu trình giữa ca .56 7 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Tổng hợp số lƣợng máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn .14 Bảng 1-2: Tổng hợp số lƣợng ô tô đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn .15 Bảng 2-1: Các thông số của một số máy xúc .21 Bảng 2-2: Các thông số của của ô tô mỏ.22 Bảng 3-1: Tổng hợp số liệu giám sát một ca làm việc thực tế.
Lý do chọn đề tài Bốc xúc và vận tải ở mỏ than lộ thiên bao gồm một hệ thống có các phƣơng tiện gồm máy xúc và các ô tô mỏ hoạt động hàng ngày theo các ca sản xuất. Các hoạt động của hệ thống bao gồm máy bốc xúc xúc vật liệu rời để chất tải lên các ô tô, các ô tô sau khi nhận tải sẽ di chuyển đến bãi đổ thải để dỡ tải rồi quay trở lại điểm nhận tải, công việc này đƣợc lặp đi lặp lại nhiều lần trong một ca sản xuất. Chi phí bốc xúc vận tải bằng ô tô chiếm tới hơn 50% tổng các chi phí các khâu sản xuất trên các mỏ than lộ thiên, vì vậy việc nghiên cứu nhằm giảm chi phí bốc xúc vận tải là một vấn đề đã đƣợc các doanh nghiệp mỏ quan tâm. Tuy nhiên, các phƣơng tiện bốc xúc ngày càng đa dạng về chủng loại và phong phú về số lƣợng, đặc biệt việc quản lý và điều hành công tác bốc xúc gặp nhiều khó khăn đối với các mỏ lộ thiên khi khai thác xuống sâu, điều kiện khai thác khó khăn hơn, tính chất cơ lý đất đá kém ổn định hơn, cung độ vận tải lớn hơn dẫn đến thời gian bốc xúc thay đổi, tình trạng máy xúc và ô tô phải chờ nhau đã làm cho năng suất giảm và chi phí khai thác tăng.
Trên thực tế các mỏ than lộ thiên nƣớc ta hiện tại vẫn áp dụng phƣơng pháp điều hành truyền thống, chủ yếu ra quyết định theo kinh nghiệm, thiếu các phƣơng tiện kỹ thuật hiện đại để hỗ trợ công tác điều hành. Điều này rõ ràng làm giảm hiệu quả của hệ thống máy xúc – ô tô của mỏ, làm tăng các chi phí khai thác. Cùng với sự phát triển của thế giới, trình độ của các nhà khoa học trong nƣớc tăng lên, bắt kịp đƣợc các xu thế phát triển công nghệ đang diễn ra đòi hỏi phải có hệ thống giám sát điều hành công tác bốc xúc thay việc điều hành thủ công nhƣ hiện nay. Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý điều hành công tác bốc xúc – vận tải nhằm nâng cao hiệu quả khai thác ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh là khả thi và có ý nghĩa thực tiễn rất lớn.
Trƣớc thực trạng đó, đề tài “Xây dựng hệ thống giám sát hướng tới tối ưu hóa hệ thống bốc xúc vận tải của mỏ lộ thiên” mà học viên lựa chọn nghiên cứu là vấn đề cấp thiết. Nó không chỉ mang ý 9 nghĩa về mặt khoa học trong lĩnh vực mỏ mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong quá trình sản xuất đối với các mỏ than lộ thiên tại Việt Nam. Lịch sử nghiên cứu Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý giám sát, điều hành hệ thống ô tô – máy xúc trên mỏ lộ thiên phát triển khá sớm ở một số nƣớc trên thế giới. Tính đến thời điểm hiện tại, việc quản lý điều hành máy xúc và ô tô ở một số mỏ lộ thiên thiên lớn trên thế giới đƣợc điều hành bởi hệ thống điều hành máy xúc – xe ô tô bán tự động, hoặc tự động hoàn toàn.
Nhiều mỏ đã chuyển sang thử nghiệm hệ thống xe ô tô không ngƣời lái với hệ thống điều hành tự động hóa hoàn toàn. Xu thế phát triển này rõ ràng là không thể đảo ngƣợc và sẽ tiếp tục phát triển mạnh trong ngành mỏ trong tƣơng lai rất gần.