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ＧＰＳ技術(shù)在原油長(zhǎng)輸管道中的應(yīng)用
摘要:介紹了GPS全球定位系統(tǒng)的原理，在原油長(zhǎng)輸管道反打孔盜油中要解決的問(wèn)題，當(dāng)發(fā)生打孔盜油時(shí)如何盡快確定盜油點(diǎn)，就近調(diào)動(dòng)巡線車(chē)輛趕赴現(xiàn)場(chǎng)，抓捕犯罪分子，減少經(jīng)濟(jì)損失。
關(guān)鍵詞:GPS；原油長(zhǎng)輸管道；打孔盜油；巡線
1全球定位系統(tǒng)GPS簡(jiǎn)介
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS是美軍70年代初在“子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航定位”技術(shù)上發(fā)展而起的具有全球性、全能性（陸地、海洋、航空與航天）、全天候性?xún)?yōu)勢(shì)的導(dǎo)航定位、定時(shí)、測(cè)速系統(tǒng)。GPS由三大子系統(tǒng)構(gòu)成：空間衛(wèi)星系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、用戶(hù)接收系統(tǒng)。
1.1空間衛(wèi)星系統(tǒng)
GPS的空間星座部分由24顆均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi)的衛(wèi)星組成。各軌道平面相對(duì)于赤道平面的傾角為55o，軌道平面間距60o。在每一軌道平面內(nèi)，各衛(wèi)星升交角距差90o，任一軌道上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30o。事實(shí)上，空間衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量要超過(guò)24顆，以便及時(shí)更換老化或損壞的衛(wèi)星，保障系統(tǒng)正常工作。該衛(wèi)星系統(tǒng)能夠保證在地球的任一地點(diǎn)向使用者提供4顆以上可視衛(wèi)星。
空間系統(tǒng)的每顆衛(wèi)星每12小時(shí)（恒星時(shí)）沿近圓形軌道繞地球一周，由星載高精度原子鐘控制無(wú)線電發(fā)射機(jī)在“低噪音窗口”附近發(fā)射L1、L2兩種載波，向全球的用戶(hù)接收系統(tǒng)連續(xù)地播發(fā)GPS導(dǎo)航信號(hào)。GPS工作衛(wèi)星組網(wǎng)保障全球任一時(shí)刻、任一地點(diǎn)都可對(duì)4顆以上的衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)（最多可達(dá)11顆），實(shí)現(xiàn)連續(xù)、實(shí)時(shí)地導(dǎo)航和定位。
1.2地面監(jiān)控系統(tǒng)
地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布在美國(guó)本土和三大洋的美軍基地上的5個(gè)監(jiān)測(cè)站、一個(gè)主控站和三個(gè)注入站構(gòu)成。該系統(tǒng)的功能是：對(duì)空間衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導(dǎo)航電文。
地面監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)站主控站和注入站組成。
監(jiān)測(cè)站用GPS接收系統(tǒng)測(cè)量每顆衛(wèi)星的偽距和距離差，采集氣象數(shù)據(jù)，并將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳送給主控點(diǎn)。5個(gè)監(jiān)控站均為無(wú)人守值的數(shù)據(jù)采集中心。
主控站接收各監(jiān)測(cè)站的GPS衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、各監(jiān)測(cè)站和注入站自身的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)上述各類(lèi)數(shù)據(jù)，完成以下幾項(xiàng)工作：
（1）及時(shí)編算每顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文并傳送給注入站。
（2）控制和協(xié)調(diào)監(jiān)測(cè)站間、注入站間的工作，檢驗(yàn)注入衛(wèi)星的導(dǎo)航電文是否正確以及衛(wèi)星是否將導(dǎo)航電文發(fā)給了GPS用戶(hù)系統(tǒng)。
（3）診斷衛(wèi)星工作狀態(tài)，改變偏離軌道的衛(wèi)星位置及姿態(tài)，調(diào)整備用衛(wèi)星取代失效衛(wèi)星。注入站接受主控站送達(dá)的各衛(wèi)星導(dǎo)航電文并將之注入飛越其上空的每顆衛(wèi)星。
1.3用戶(hù)接受系統(tǒng)
用戶(hù)接收系統(tǒng)主要由以無(wú)線電傳感和計(jì)算機(jī)技術(shù)支撐GPS衛(wèi)星接收機(jī)和GPS數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成。
GPS衛(wèi)星接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是天線單元和接收單元兩部分。天線單元的主要作用是：當(dāng)GPS衛(wèi)星從地平線上升起時(shí)，能捕獲、跟蹤衛(wèi)星，接收放大GPS信號(hào)。接收單元的主要作用是：記錄GPS信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和濾波處理，還原出GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航電文，解求信號(hào)在站星間的傳播時(shí)間和載波相位差，實(shí)時(shí)地獲得導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)或采用測(cè)后處理的方式，獲得定位、測(cè)速、定時(shí)等數(shù)據(jù)。GPS數(shù)據(jù)處理軟件是GPS用戶(hù)系統(tǒng)的重要部分，其主要功能是對(duì)GPS接收機(jī)獲取的衛(wèi)星測(cè)量記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行“粗加工”、“預(yù)處理”，并對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行平差計(jì)算、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及分析綜合處理。解得測(cè)站的三維坐標(biāo)，測(cè)體的坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)速度、方向及精確時(shí)刻。
2 GPS調(diào)度系統(tǒng)的組成
完整的GPS調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)該包括以下幾部分：
監(jiān)控中心、移動(dòng)監(jiān)控席、移動(dòng)智能終端、無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò),這是一套能夠生成路徑信息,時(shí)間表和其他后勤應(yīng)用的多用途工具,它能把人員調(diào)度,交通工具,線路組合,車(chē)隊(duì)編組等大量單調(diào)、復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成直觀、可視化的圖形數(shù)據(jù),使調(diào)度系統(tǒng)的工作更有效.
2.1監(jiān)控中心
監(jiān)控中心是整個(gè)系統(tǒng)的核心，根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模可設(shè)置下一級(jí)分中心，監(jiān)控中心同時(shí)也是通訊樞紐，負(fù)責(zé)與移動(dòng)智能終端的信息交互，完成各種信息的分類(lèi)，記錄和轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行監(jiān)控管理。監(jiān)控中心采用中國(guó)移動(dòng)(聯(lián)通)短信息，結(jié)合GIS(地理信息系統(tǒng))和移動(dòng)智能終端大屏液晶顯示，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的監(jiān)控與智能調(diào)度，達(dá)到移動(dòng)資源的優(yōu)化配置、調(diào)度和管理，提高調(diào)度效率的目的，監(jiān)控中心相應(yīng)并處理緊急事件，提供跟蹤定位，監(jiān)聽(tīng)錄音和遠(yuǎn)程調(diào)度、控制等處理措施，用戶(hù)可使用電話(huà)，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行信息傳遞。
2.2移動(dòng)智能終端
(車(chē)載系統(tǒng))接收GPS定位信號(hào)，利用全球定位系統(tǒng)(GPS)作為定位信號(hào)源，計(jì)算出移動(dòng)單元的偽距信息，控制單元能完成數(shù)據(jù)接口，協(xié)議，數(shù)據(jù)格式等轉(zhuǎn)換和控制;通訊模塊進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的命令設(shè)置及功能控制，結(jié)合GIS信息和對(duì)車(chē)輛的狀況檢測(cè)，能效控制等數(shù)據(jù)，以及調(diào)度指揮等信息。
移動(dòng)智能終端回傳數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：車(chē)輛編號(hào)、經(jīng)緯度、速度、航向、時(shí)間、車(chē)輛狀況(報(bào)警求救)等信號(hào)。
2.3無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)
移動(dòng)智能終端(車(chē)載系統(tǒng))與監(jiān)控中心信息系統(tǒng)的通道，以SMS(短信息服務(wù))作為主要方式，移動(dòng)智能終端的定位信息通過(guò)SMS上傳到監(jiān)控中心, 監(jiān)控中心(調(diào)度中心)以固定電話(huà)作為指揮工具，對(duì)移動(dòng)智能終端發(fā)出控制指令。
3 GPS在反打孔盜油中的應(yīng)用
結(jié)合GPS全球定位系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)、GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，實(shí)時(shí)顯示出車(chē)輛的實(shí)際位置，并任意放大、縮小、還原、換圖；可以隨目標(biāo)移動(dòng)，使目標(biāo)始終保持在屏幕上；還可實(shí)現(xiàn)多窗口、多車(chē)輛、多屏幕同時(shí)跟蹤。彌補(bǔ)報(bào)警系統(tǒng)只報(bào)警、無(wú)法動(dòng)態(tài)掌握車(chē)輛人員的狀況，及時(shí)通知就近車(chē)輛趕赴現(xiàn)場(chǎng)相互配合。
3.1解決的主要問(wèn)題：
（1）、發(fā)生打孔盜油時(shí)直接在電子地圖上顯示盜油點(diǎn)。
（2）、發(fā)生打孔盜油時(shí)就近調(diào)動(dòng)巡線車(chē)輛。
（3）、對(duì)執(zhí)行任務(wù)車(chē)輛的當(dāng)前狀態(tài)實(shí)時(shí)查詢(xún)、定位、監(jiān)控、考核。
（4）、事后查詢(xún)、考核、巡檢路線回放。
（5）、報(bào)表打印。
3.2實(shí)施方案
該系統(tǒng)主要由調(diào)度中心，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和車(chē)載移動(dòng)臺(tái)三大部分組成，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中發(fā)揮不同作用。
（1）調(diào)度中心
調(diào)度中心主要包括監(jiān)控服務(wù)器、GPS差分基準(zhǔn)站、GPS信號(hào)監(jiān)測(cè)機(jī)、無(wú)線收發(fā)單元、監(jiān)控終端等，其核心為監(jiān)控服務(wù)器。作用是負(fù)責(zé)管理整個(gè)車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)的用戶(hù)權(quán)限、安全性、各種數(shù)據(jù)庫(kù)及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等。其獨(dú)特的硬件配置使移動(dòng)目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)安全管理有了可靠保證。結(jié)合地圖處理系統(tǒng)，將GPS獲得的定位坐標(biāo)信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成電子地圖上的地理定標(biāo)數(shù)據(jù)。精確繪制出輸油管道的實(shí)際走向，標(biāo)明輸油管道周邊附近的建筑、村莊、河流、道路土丘等情況，便于進(jìn)行全面了解。解決了現(xiàn)有管道走向圖單一、靜態(tài)的問(wèn)題，便于查閱。
另外，電子地圖采用矢量方式，對(duì)任意制定區(qū)域進(jìn)行查詢(xún)時(shí)，可根據(jù)需要分層顯示信息，一旦調(diào)度系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)，電子地圖可任意放大、縮小、移動(dòng)，顯示該點(diǎn)道路、橋梁、河流等自然地貌。可以測(cè)量泄漏點(diǎn)的距離，制定優(yōu)選路線。
（2）無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)
無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)包括基地臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)兩部分。主要功能是完成定位信息、差分信息、指令信息等信息數(shù)據(jù)的傳輸，且調(diào)度中心與所有車(chē)輛進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)的樞紐。
基地臺(tái)由四部分組成：無(wú)線電收發(fā)信機(jī)、GPS差分基準(zhǔn)站、控制設(shè)備和GPS衛(wèi)星信號(hào)監(jiān)測(cè)機(jī)。基地臺(tái)的功能包括：GPS差分信號(hào)的提取、發(fā)送，調(diào)度終端控制指令的發(fā)送，廣播數(shù)據(jù)包的形成與發(fā)送，接收和解析移動(dòng)車(chē)輛發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包，與GPS監(jiān)控系統(tǒng)前置機(jī)的數(shù)據(jù)交換。基站的主機(jī)設(shè)置了“GPS衛(wèi)星信號(hào)監(jiān)測(cè)機(jī)”，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鎖定的GPS衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量和差分信號(hào)的質(zhì)量，為整個(gè)系統(tǒng)定位京都提供保障。
（3）車(chē)載移動(dòng)臺(tái)
車(chē)載移動(dòng)臺(tái)由三步分組成：無(wú)線電收發(fā)信機(jī)、控制單元和GPS接收機(jī)，車(chē)載移動(dòng)臺(tái)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)和監(jiān)控中心基地臺(tái)的差分信號(hào)，根據(jù)用戶(hù)的操作將差分位置信息及狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線電臺(tái)發(fā)回調(diào)度中心，移動(dòng)臺(tái)還具有接收監(jiān)控中心下發(fā)的指令信息，并按指令要求完成相應(yīng)的操作能力。此外，在車(chē)載移動(dòng)臺(tái)上預(yù)留一個(gè)RS－232接口，可接筆記本電腦，不僅可顯示調(diào)度中心發(fā)來(lái)的指令，而且可根據(jù)電子地圖選擇行車(chē)路線。
3.3系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)
（1）、目標(biāo)定位精度髙（定位精度優(yōu)于10米）。
（2）、可實(shí)時(shí)跟蹤目標(biāo)。
（3）、與站控SCADA系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。
（4）、能夠?qū)崟r(shí)跟蹤和查詢(xún)、管理目標(biāo)。
（5）、跨區(qū)自動(dòng)漫游。
（6）、集GPS技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與一體。
3.4系統(tǒng)的主要功能
（1）、實(shí)時(shí)連續(xù)跟蹤、間續(xù)跟蹤等多種方式
（2）、與電子地圖結(jié)合，能夠顯示案發(fā)地點(diǎn)位置分布。
（3）、調(diào)度中心可對(duì)全線巡線車(chē)輛進(jìn)行調(diào)度指揮。
（4）、支持自動(dòng)報(bào)警和手動(dòng)報(bào)警，并保存報(bào)警數(shù)據(jù)。
（5）、跨區(qū)漫游地圖，無(wú)極縮放顯示，可測(cè)量地圖上任意兩點(diǎn)間距離。
（6）、支持多臺(tái)車(chē)輛及多分地區(qū)車(chē)輛監(jiān)控。
（7）、可存儲(chǔ)車(chē)輛運(yùn)行軌跡并回放。
（8）、自動(dòng)生成并打印報(bào)表。
3.5 GPS應(yīng)用技術(shù)在輸油管道反打孔盜油中的作用及發(fā)展趨勢(shì)
目前，GPS車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)已成為輸油管道反打孔盜油的重要組成部分，該系統(tǒng)能為反打孔盜油車(chē)輛提供精確位置信息，準(zhǔn)確時(shí)間信息及多種事件信息等。
GPS車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)的精確定位功能，為反打孔盜油工作提供了準(zhǔn)確可靠的信息，提高了調(diào)度中心的指揮和快速?zèng)Q策能力。
隨著衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(shù)，有線、無(wú)線公用通信網(wǎng)絡(luò)、社會(huì)共同信息基礎(chǔ)設(shè)施的不斷發(fā)展進(jìn)步和輸油管道的加速發(fā)展，衛(wèi)星定位應(yīng)用技術(shù)在輸油管道反打孔盜油工作中的應(yīng)用也肯定會(huì)有大的發(fā)展，應(yīng)用范圍由小到大，應(yīng)用技術(shù)逐步提高。在不同的發(fā)展階段會(huì)有如下幾種模式：
（1）專(zhuān)用GPS定位系統(tǒng)與電子地圖處理系統(tǒng)結(jié)合，提供地圖、地理信息等輔助手段，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)同運(yùn)作（主要適合輸油處）。
（2）與SCADA系統(tǒng)中泄漏檢測(cè)有機(jī)結(jié)合，為反打孔盜油工作提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
（3）建立大范圍的衛(wèi)星定位系統(tǒng)網(wǎng)，形成龐大的調(diào)度指揮中心，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控，并各自監(jiān)控調(diào)度其所屬車(chē)輛，互不干擾。
參考文獻(xiàn)：
[1]邱志 王萬(wàn)義譯 《GPS原理與應(yīng)用》Elliott D.Kaplan[M],科技出版社
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