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ＧＰＳ技術在原油長輸管道中的應用
摘要:介紹了GPS全球定位系統的原理，在原油長輸管道反打孔盜油中要解決的問題，當發生打孔盜油時如何盡快確定盜油點，就近調動巡線車輛趕赴現場，抓捕犯罪分子，減少經濟損失。
關鍵詞:GPS；原油長輸管道；打孔盜油；巡線
1全球定位系統GPS簡介
全球衛星定位系統GPS是美軍70年代初在“子午儀衛星導航定位”技術上發展而起的具有全球性、全能性（陸地、海洋、航空與航天）、全天候性優勢的導航定位、定時、測速系統。GPS由三大子系統構成：空間衛星系統、地面監控系統、用戶接收系統。
1.1空間衛星系統
GPS的空間星座部分由24顆均勻分布在6個軌道平面內的衛星組成。各軌道平面相對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，各衛星升交角距差90o，任一軌道上的衛星比西邊相鄰軌道上的相應衛星超前30o。事實上，空間衛星系統的衛星數量要超過24顆，以便及時更換老化或損壞的衛星，保障系統正常工作。該衛星系統能夠保證在地球的任一地點向使用者提供4顆以上可視衛星。
空間系統的每顆衛星每12小時（恒星時）沿近圓形軌道繞地球一周，由星載高精度原子鐘控制無線電發射機在“低噪音窗口”附近發射L1、L2兩種載波，向全球的用戶接收系統連續地播發GPS導航信號。GPS工作衛星組網保障全球任一時刻、任一地點都可對4顆以上的衛星進行觀測（最多可達11顆），實現連續、實時地導航和定位。
1.2地面監控系統
地面監控系統由均勻分布在美國本土和三大洋的美軍基地上的5個監測站、一個主控站和三個注入站構成。該系統的功能是：對空間衛星系統進行監測、控制，并向每顆衛星注入更新的導航電文。
地面監控系統由監測站主控站和注入站組成。
監測站用GPS接收系統測量每顆衛星的偽距和距離差，采集氣象數據，并將觀測數據傳送給主控點。5個監控站均為無人守值的數據采集中心。
主控站接收各監測站的GPS衛星觀測數據、衛星工作狀態數據、各監測站和注入站自身的工作狀態數據。根據上述各類數據，完成以下幾項工作：
�。�1）及時編算每顆衛星的導航電文并傳送給注入站。
�。�2）控制和協調監測站間、注入站間的工作，檢驗注入衛星的導航電文是否正確以及衛星是否將導航電文發給了GPS用戶系統。
（3）診斷衛星工作狀態，改變偏離軌道的衛星位置及姿態，調整備用衛星取代失效衛星。注入站接受主控站送達的各衛星導航電文并將之注入飛越其上空的每顆衛星。
1.3用戶接受系統
用戶接收系統主要由以無線電傳感和計算機技術支撐GPS衛星接收機和GPS數據處理軟件構成。
GPS衛星接收機的基本結構是天線單元和接收單元兩部分。天線單元的主要作用是：當GPS衛星從地平線上升起時，能捕獲、跟蹤衛星，接收放大GPS信號。接收單元的主要作用是：記錄GPS信號并對信號進行解調和濾波處理，還原出GPS衛星發送的導航電文，解求信號在站星間的傳播時間和載波相位差，實時地獲得導航定位數據或采用測后處理的方式，獲得定位、測速、定時等數據。GPS數據處理軟件是GPS用戶系統的重要部分，其主要功能是對GPS接收機獲取的衛星測量記錄數據進行“粗加工”、“預處理”，并對處理結果進行平差計算、坐標轉換及分析綜合處理。解得測站的三維坐標，測體的坐標、運動速度、方向及精確時刻。
2 GPS調度系統的組成
完整的GPS調度系統應該包括以下幾部分：
監控中心、移動監控席、移動智能終端、無線通訊網絡,這是一套能夠生成路徑信息,時間表和其他后勤應用的多用途工具,它能把人員調度,交通工具,線路組合,車隊編組等大量單調、復雜的數據轉成直觀、可視化的圖形數據,使調度系統的工作更有效.
2.1監控中心
監控中心是整個系統的核心，根據系統的規�？稍O置下一級分中心，監控中心同時也是通訊樞紐，負責與移動智能終端的信息交互，完成各種信息的分類，記錄和轉發，同時對整個網絡狀況進行監控管理。監控中心采用中國移動(聯通)短信息，結合GIS(地理信息系統)和移動智能終端大屏液晶顯示，實現車輛的監控與智能調度，達到移動資源的優化配置、調度和管理，提高調度效率的目的，監控中心相應并處理緊急事件，提供跟蹤定位，監聽錄音和遠程調度、控制等處理措施，用戶可使用電話，互聯網絡系統進行信息傳遞。
2.2移動智能終端
(車載系統)接收GPS定位信號，利用全球定位系統(GPS)作為定位信號源，計算出移動單元的偽距信息，控制單元能完成數據接口，協議，數據格式等轉換和控制;通訊模塊進行專門的命令設置及功能控制，結合GIS信息和對車輛的狀況檢測，能效控制等數據，以及調度指揮等信息。
移動智能終端回傳數據內容包括：車輛編號、經緯度、速度、航向、時間、車輛狀況(報警求救)等信號。
2.3無線通訊網絡
移動智能終端(車載系統)與監控中心信息系統的通道，以SMS(短信息服務)作為主要方式，移動智能終端的定位信息通過SMS上傳到監控中心, 監控中心(調度中心)以固定電話作為指揮工具，對移動智能終端發出控制指令。
3 GPS在反打孔盜油中的應用
結合GPS全球定位系統、GIS地理信息系統、GSM全球移動通信系統，實時顯示出車輛的實際位置，并任意放大、縮小、還原、換圖；可以隨目標移動，使目標始終保持在屏幕上；還可實現多窗口、多車輛、多屏幕同時跟蹤。彌補報警系統只報警、無法動態掌握車輛人員的狀況，及時通知就近車輛趕赴現場相互配合。
3.1解決的主要問題：
（1）、發生打孔盜油時直接在電子地圖上顯示盜油點。
�。�2）、發生打孔盜油時就近調動巡線車輛。
�。�3）、對執行任務車輛的當前狀態實時查詢、定位、監控、考核。
�。�4）、事后查詢、考核、巡檢路線回放。
�。�5）、報表打印。
3.2實施方案
該系統主要由調度中心，無線通信網絡和車載移動臺三大部分組成，在網絡運行中發揮不同作用。
（1）調度中心
調度中心主要包括監控服務器、GPS差分基準站、GPS信號監測機、無線收發單元、監控終端等，其核心為監控服務器。作用是負責管理整個車輛監控系統局域網的用戶權限、安全性、各種數據庫及網絡服務等。其獨特的硬件配置使移動目標數據庫的存儲和網絡用戶安全管理有了可靠保證。結合地圖處理系統，將GPS獲得的定位坐標信號直接轉換成電子地圖上的地理定標數據。精確繪制出輸油管道的實際走向，標明輸油管道周邊附近的建筑、村莊、河流、道路土丘等情況，便于進行全面了解。解決了現有管道走向圖單一、靜態的問題，便于查閱。
另外，電子地圖采用矢量方式，對任意制定區域進行查詢時，可根據需要分層顯示信息，一旦調度系統發現泄漏點，電子地圖可任意放大、縮小、移動，顯示該點道路、橋梁、河流等自然地貌�？梢詼y量泄漏點的距離，制定優選路線。
�。�2）無線通信網絡
無線通信網絡包括基地臺與移動臺兩部分。主要功能是完成定位信息、差分信息、指令信息等信息數據的傳輸，且調度中心與所有車輛進行通信聯絡的樞紐。
基地臺由四部分組成：無線電收發信機、GPS差分基準站、控制設備和GPS衛星信號監測機。基地臺的功能包括：GPS差分信號的提取、發送，調度終端控制指令的發送，廣播數據包的形成與發送，接收和解析移動車輛發來的數據包，與GPS監控系統前置機的數據交換。基站的主機設置了“GPS衛星信號監測機”，可實時監測鎖定的GPS衛星信號質量和差分信號的質量，為整個系統定位京都提供保障。
（3）車載移動臺
車載移動臺由三步分組成：無線電收發信機、控制單元和GPS接收機，車載移動臺接收GPS衛星信號和監控中心基地臺的差分信號，根據用戶的操作將差分位置信息及狀態數據經無線電臺發回調度中心，移動臺還具有接收監控中心下發的指令信息，并按指令要求完成相應的操作能力。此外，在車載移動臺上預留一個RS－232接口，可接筆記本電腦，不僅可顯示調度中心發來的指令，而且可根據電子地圖選擇行車路線。
3.3系統的技術特點
�。�1）、目標定位精度髙（定位精度優于10米）。
�。�2）、可實時跟蹤目標。
�。�3）、與站控SCADA系統有機結合。
�。�4）、能夠實時跟蹤和查詢、管理目標。
�。�5）、跨區自動漫游。
（6）、集GPS技術、通信技術、計算機技術和網絡技術與一體。
3.4系統的主要功能
�。�1）、實時連續跟蹤、間續跟蹤等多種方式
（2）、與電子地圖結合，能夠顯示案發地點位置分布。
�。�3）、調度中心可對全線巡線車輛進行調度指揮。
�。�4）、支持自動報警和手動報警，并保存報警數據。
�。�5）、跨區漫游地圖，無極縮放顯示，可測量地圖上任意兩點間距離。
�。�6）、支持多臺車輛及多分地區車輛監控。
（7）、可存儲車輛運行軌跡并回放。
�。�8）、自動生成并打印報表。
3.5 GPS應用技術在輸油管道反打孔盜油中的作用及發展趨勢
目前，GPS車輛監控系統已成為輸油管道反打孔盜油的重要組成部分，該系統能為反打孔盜油車輛提供精確位置信息，準確時間信息及多種事件信息等。
GPS車輛監控系統的精確定位功能，為反打孔盜油工作提供了準確可靠的信息，提高了調度中心的指揮和快速決策能力。
隨著衛星定位系統技術，有線、無線公用通信網絡、社會共同信息基礎設施的不斷發展進步和輸油管道的加速發展，衛星定位應用技術在輸油管道反打孔盜油工作中的應用也肯定會有大的發展，應用范圍由小到大，應用技術逐步提高。在不同的發展階段會有如下幾種模式：
�。�1）專用GPS定位系統與電子地圖處理系統結合，提供地圖、地理信息等輔助手段，提高工作效率，實現統一協同運作（主要適合輸油處）。
�。�2）與SCADA系統中泄漏檢測有機結合，為反打孔盜油工作提供強有力的技術支持。
�。�3）建立大范圍的衛星定位系統網，形成龐大的調度指揮中心，通過網絡，完成實時監控，并各自監控調度其所屬車輛，互不干擾。
參考文獻：
[1]邱志 王萬義譯 《GPS原理與應用》Elliott D.Kaplan[M],科技出版社
[2]施闖 大規模高精度GPS網平差與分析理論及其應用[M],測繪出版社
[3]劉旭 張其善 一種基于GPRS的車輛監控系統[J]遙測遙控，2007（1）42－43
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