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ＧＰＳ技術(shù)在原油長輸管道中的應用
摘要:介紹了GPS全球定位系統(tǒng)的原理，在原油長輸管道反打孔盜油中要解決的問題，當發(fā)生打孔盜油時如何盡快確定盜油點，就近調(diào)動巡線車輛趕赴現(xiàn)場，抓捕犯罪分子，減少經(jīng)濟損失。
關(guān)鍵詞:GPS；原油長輸管道；打孔盜油；巡線
1全球定位系統(tǒng)GPS簡介
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）、全天候性優(yōu)勢的導航定位、定時、測速系統(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個軌道平面內(nèi)的衛(wèi)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(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衛(wèi)星超前30o。事實上，空間衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量要超過24顆，以便及時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（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(fā)射機在“低噪音窗口”附近發(fā)射L1、L2兩種載波，向全球的用戶接收系統(tǒng)連續(xù)地播發(fā)GPS導航信號。GPS工作衛(wèi)星組網(wǎng)保障全球任一時刻、任一地點都可對4顆以上的衛(wèi)星進行觀測（最多可達11顆），實現(xiàn)連續(xù)、實時地導航和定位。
1.2地面監(jiān)控系統(tǒng)
地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布在美國本土和三大洋的美軍基地上的5個監(jiān)測站、一個主控站和三個注入站構(gòu)成。該系統(tǒng)的功能是：對空間衛(wèi)星系統(tǒng)進行監(jiān)測、控制，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導航電文。
地面監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)測站主控站和注入站組成。
監(jiān)測站用GPS接收系統(tǒng)測量每顆衛(wèi)星的偽距和距離差，采集氣象數(shù)據(jù)，并將觀測數(shù)據(jù)傳送給主控點。5個監(jiān)控站均為無人守值的數(shù)據(jù)采集中心。
主控站接收各監(jiān)測站的GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、各監(jiān)測站和注入站自身的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)上述各類數(shù)據(jù)，完成以下幾項工作：
�。�1）及時編算每顆衛(wèi)星的導航電文并傳送給注入站。
�。�2）控制和協(xié)調(diào)監(jiān)測站間、注入站間的工作，檢驗注入衛(wèi)星的導航電文是否正確以及衛(wèi)星是否將導航電文發(fā)給了GPS用戶系統(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的各衛(wèi)星導航電文并將之注入飛越其上空的每顆衛(wèi)星。
1.3用戶接受系統(tǒng)
用戶接收系統(tǒng)主要由以無線電傳感和計算機技術(shù)支撐GPS衛(wèi)星接收機和GPS數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成。
GPS衛(wèi)星接收機的基本結(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GPS衛(wèi)星從地平線上升起時，能捕獲、跟蹤衛(wèi)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(diào)和濾波處理，還原出GPS衛(wèi)星發(fā)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(shù)據(jù)或采用測后處理的方式，獲得定位、測速、定時等數(shù)據(jù)。GPS數(shù)據(jù)處理軟件是GPS用戶系統(tǒng)的重要部分，其主要功能是對GPS接收機獲取的衛(wèi)星測量記錄數(shù)據(jù)進行“粗加工”、“預處理”，并對處理結(jié)果進行平差計算、坐標轉(zhuǎn)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(diào)度系統(tǒng)的組成
完整的GPS調(diào)度系統(tǒng)應該包括以下幾部分：
監(jiān)控中心、移動監(jiān)控席、移動智能終端、無線通訊網(wǎng)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(diào)度,交通工具,線路組合,車隊編組等大量單調(diào)、復雜的數(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)控中心是整個系統(tǒng)的核心，根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)�？稍O置下一級分中心，監(jiān)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(zhuǎn)發(fā)，同時對整個網(wǎng)絡狀況進行監(jiān)控管理。監(jiān)控中心采用中國移動(聯(lián)通)短信息，結(jié)合GIS(地理信息系統(tǒng))和移動智能終端大屏液晶顯示，實現(xiàn)車輛的監(jiān)控與智能調(diào)度，達到移動資源的優(yōu)化配置、調(diào)度和管理，提高調(diào)度效率的目的，監(jiān)控中心相應并處理緊急事件，提供跟蹤定位，監(jiān)聽錄音和遠程調(diào)度、控制等處理措施，用戶可使用電話，互聯(lián)網(wǎng)絡系統(tǒng)進行信息傳遞。
2.2移動智能終端
(車載系統(tǒng))接收GPS定位信號，利用全球定位系統(tǒng)(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(shù)據(jù)接口，協(xié)議，數(shù)據(jù)格式等轉(zhuǎn)換和控制;通訊模塊進行專門的命令設置及功能控制，結(jié)合GIS信息和對車輛的狀況檢測，能效控制等數(shù)據(jù)，以及調(diào)度指揮等信息。
移動智能終端回傳數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：車輛編號、經(jīng)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(wǎng)絡
移動智能終端(車載系統(tǒng))與監(jiān)控中心信息系統(tǒng)的通道，以SMS(短信息服務)作為主要方式，移動智能終端的定位信息通過SMS上傳到監(jiān)控中心, 監(jiān)控中心(調(diào)度中心)以固定電話作為指揮工具，對移動智能終端發(fā)出控制指令。
3 GPS在反打孔盜油中的應用
結(jié)合GPS全球定位系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)、GSM全球移動通信系統(tǒng)，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(xiàn)多窗口、多車輛、多屏幕同時跟蹤。彌補報警系統(tǒng)只報警、無法動態(tài)掌握車輛人員的狀況，及時通知就近車輛趕赴現(xiàn)場相互配合。
3.1解決的主要問題：
�。�1）、發(fā)生打孔盜油時直接在電子地圖上顯示盜油點。
�。�2）、發(fā)生打孔盜油時就近調(diào)動巡線車輛。
�。�3）、對執(zhí)行任務車輛的當前狀態(tài)實時查詢、定位、監(jiān)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(tǒng)主要由調(diào)度中心，無線通信網(wǎng)絡和車載移動臺三大部分組成，在網(wǎng)絡運行中發(fā)揮不同作用。
�。�1）調(diào)度中心
調(diào)度中心主要包括監(jiān)控服務器、GPS差分基準站、GPS信號監(jiān)測機、無線收發(fā)單元、監(jiān)控終端等，其核心為監(jiān)控服務器。作用是負責管理整個車輛監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)的用戶權(quán)限、安全性、各種數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡服務等。其獨特的硬件配置使移動目標數(shù)據(jù)庫的存儲和網(wǎng)絡用戶安全管理有了可靠保證。結(jié)合地圖處理系統(tǒng)，將GPS獲得的定位坐標信號直接轉(zhuǎn)換成電子地圖上的地理定標數(shù)據(jù)。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(xiàn)有管道走向圖單一、靜態(tài)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(qū)域進行查詢時，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，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(yōu)選路線。
�。�2）無線通信網(wǎng)絡
無線通信網(wǎng)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(shù)據(jù)的傳輸，且調(diào)度中心與所有車輛進行通信聯(lián)絡的樞紐。
基地臺由四部分組成：無線電收發(fā)信機、GPS差分基準站、控制設備和GPS衛(wèi)星信號監(jiān)測機�；嘏_的功能包括：GPS差分信號的提取、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，接收和解析移動車輛發(fā)來的數(shù)據(jù)包，與GPS監(jiān)控系統(tǒng)前置機的數(shù)據(jù)交換�；镜闹鳈C設置了“GPS衛(wèi)星信號監(jiān)測機”，可實時監(jiān)測鎖定的GPS衛(wèi)星信號質(zhì)量和差分信號的質(zhì)量，為整個系統(tǒng)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(fā)信機、控制單元和GPS接收機，車載移動臺接收GPS衛(wèi)星信號和監(jiān)控中心基地臺的差分信號，根據(jù)用戶的操作將差分位置信息及狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)無線電臺發(fā)回調(diào)度中心，移動臺還具有接收監(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(diào)度中心發(fā)來的指令，而且可根據(jù)電子地圖選擇行車路線。
3.3系統(tǒng)的技術(shù)特點
�。�1）、目標定位精度髙（定位精度優(yōu)于10米）。
（2）、可實時跟蹤目標。
（3）、與站控SCADA系統(tǒng)有機結(jié)合。
�。�4）、能夠?qū)崟r跟蹤和查詢、管理目標。
（5）、跨區(qū)自動漫游。
�。�6）、集GPS技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)與一體。
3.4系統(tǒng)的主要功能
（1）、實時連續(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)地點位置分布。
�。�3）、調(diào)度中心可對全線巡線車輛進行調(diào)度指揮。
�。�4）、支持自動報警和手動報警，并保存報警數(shù)據(jù)。
（5）、跨區(qū)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(qū)車輛監(jiān)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(shù)在輸油管道反打孔盜油中的作用及發(fā)展趨勢
目前，GPS車輛監(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(jiān)控系統(tǒng)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(diào)度中心的指揮和快速決策能力。
隨著衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(shù)，有線、無線公用通信網(wǎng)絡、社會共同信息基礎設施的不斷發(fā)展進步和輸油管道的加速發(fā)展，衛(wèi)星定位應用技術(shù)在輸油管道反打孔盜油工作中的應用也肯定會有大的發(fā)展，應用范圍由小到大，應用技術(shù)逐步提高。在不同的發(fā)展階段會有如下幾種模式：
�。�1）專用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，實現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)同運作（主要適合輸油處）。
�。�2）與SCADA系統(tǒng)中泄漏檢測有機結(jié)合，為反打孔盜油工作提供強有力的技術(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，通過網(wǎng)絡，完成實時監(jiān)控，并各自監(jiān)控調(diào)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(guī)模高精度GPS網(wǎng)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(jiān)控系統(tǒng)[J]遙測遙控，2007（1）42－43
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