GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)在危險品行業(yè)應(yīng)用的前景

馬 亮

(石家莊外國語職業(yè)學(xué)院，河北 石家莊 052165)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅猛增長的同時，作為國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)和城市運(yùn)行所必須的重要工業(yè)產(chǎn)品、危險品（石油、天然氣及其它危險品等）無論是在生產(chǎn)還是生活領(lǐng)域越來越被廣泛的使用，而相關(guān)的運(yùn)輸是危險品流通過程中的重要環(huán)節(jié)，其流動性大、不易管理、一旦發(fā)事故具有較大危險性，頻發(fā)的危化品運(yùn)輸事故說明,危化品運(yùn)輸環(huán)節(jié)的技術(shù)化監(jiān)管仍存在重大的漏洞和不足。如發(fā)生在2005年三月底的淮安氯氣泄漏慘劇造成死亡20多人，傷300多人，國內(nèi)媒體頻繁播報的高速公路、國道上發(fā)生的危險品運(yùn)輸車輛發(fā)生車禍危險品泄漏的新聞，這些都給特種運(yùn)輸行業(yè)敲響了警鐘。如何對特種運(yùn)輸尤其是危險品運(yùn)輸車輛進(jìn)行動態(tài)管理？一直是各地安全生產(chǎn)主管部門及危險品運(yùn)輸企業(yè)高度重視并亟待解決的問題。

1 GPS定位系統(tǒng)工作原理

GPS的工作原理簡單地說是利用我們熟知的幾何與物理上一些基本原理。首先我們假定衛(wèi)星的位置為已知，而我們又能準(zhǔn)確測定我們所在地點(diǎn)A至衛(wèi)星之間的距離，那么A點(diǎn)一定是位于以衛(wèi)星為中心、所測得距離為半徑的圓球上。進(jìn)一步，我們又測得點(diǎn)A至另一衛(wèi)星的距離，則A點(diǎn)一定處在前后兩個圓球相交的圓環(huán)上。我們還可測得與第三個衛(wèi)星的距離，就可以確定A點(diǎn)只能是在三個圓球相交的兩個點(diǎn)上。根據(jù)一些地理知識，可以很容易排除其中一個不合理的位置。當(dāng)然也可以再測量A點(diǎn)至另一個衛(wèi)星的距離，也能精確進(jìn)行定位。事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，收到四顆則加上高程值這時，接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。

以上所說，要實(shí)現(xiàn)精確定位，要解決兩個問題：其一是要確知衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置；其二是要準(zhǔn)確測定衛(wèi)星至地球上我們所在地點(diǎn)的距離。下面我們看看怎樣來做到這點(diǎn)。

怎樣確知衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置，要確知衛(wèi)星所處的準(zhǔn)確位置。首先，要通過深思熟慮，優(yōu)化設(shè)計衛(wèi)星運(yùn)行軌道，而且，要由監(jiān)測站通過各種手段，連續(xù)不斷監(jiān)測衛(wèi)星的運(yùn)行狀態(tài)，適時發(fā)送控制指令，使衛(wèi)星保持在正確的運(yùn)行軌道。將正確的運(yùn)行軌跡編成星歷，注入衛(wèi)星，且經(jīng)由衛(wèi)星發(fā)送給GPS接收機(jī)。正確接收每個衛(wèi)星的星歷，就可確知衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置。

要準(zhǔn)確測定信號傳播時間，要解決兩方面的問題。一個是時間基準(zhǔn)問題。 時間基準(zhǔn)問題 GPS系統(tǒng)在每顆衛(wèi)星上裝置有十分精密的原子鐘，并由監(jiān)測站經(jīng)常進(jìn)行校準(zhǔn)。衛(wèi)星發(fā)送導(dǎo)航信息，同時也發(fā)送精確時間信息。GPS接收機(jī)接收此信息，使與自身的時鐘同步，就可獲得準(zhǔn)確的時間。所以，GPS接收機(jī)除了能準(zhǔn)確定位之外，還可產(chǎn)生精確的時間信息。

原子鐘雖然十分精確，但也不是一點(diǎn)誤差也沒有。GPS接收機(jī)中的時鐘，不可能象在衛(wèi)星上那樣，設(shè)置昂貴的原子鐘，所以就利用測定第四顆衛(wèi)星，來校準(zhǔn)GPS接收機(jī)的時鐘。我們前面提到，每測量三顆衛(wèi)星可以定位一個點(diǎn)。利用第四顆衛(wèi)星和前面三顆衛(wèi)星的組合，可以測得另一些點(diǎn)。理想情況下，所有測得的點(diǎn)，都應(yīng)該重合。但實(shí)際上，并不完全重合。利用這一點(diǎn)，反過來可以校準(zhǔn)GPS接收機(jī)的時鐘。測定距離時選用衛(wèi)星的相互幾何位置，對測定的誤差也不同。為了精確的定位，可以多測一些衛(wèi)星，選取幾何位置相距較遠(yuǎn)的衛(wèi)星組合，測得誤差要小。

2 實(shí)際應(yīng)用中的特點(diǎn)

（1）實(shí)時監(jiān)控的功能。實(shí)時監(jiān)控危險品運(yùn)輸過程，車載嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多信息的實(shí)時監(jiān)控，車載行駛記錄終端按照預(yù)設(shè)時間間隔連續(xù)上報車輛的行駛狀態(tài)和實(shí)時位置等信息，系統(tǒng)自動對信息進(jìn)行處理和存貯，能夠?qū)崟r了解危險品車輛的行駛狀態(tài)和運(yùn)行環(huán)境，及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境或人為問題，包括隨意停車、無關(guān)搭乘等。

（2）運(yùn)輸過程信息查詢。可隨時查詢危險品、劇毒化學(xué)品生產(chǎn)及運(yùn)輸企業(yè)的信息，涉及劇毒化學(xué)品管理的法律法規(guī)的發(fā)布及劇毒化學(xué)品名錄。可查詢托運(yùn)單位名稱、運(yùn)輸單位名稱及運(yùn)輸路線，運(yùn)輸相關(guān)車輛和運(yùn)輸相關(guān)人員，運(yùn)輸劇毒化學(xué)品的名稱、數(shù)量及相關(guān)公路運(yùn)輸通行證的有效期等。

（3）緊急事件的應(yīng)急聯(lián)動。包括事故現(xiàn)場的交通管制、事故現(xiàn)場周邊人員疏散、事故的緊急救援等，相關(guān)信息可以實(shí)時發(fā)送到監(jiān)控指揮中心，便于對事故的及時處理。

（4）運(yùn)輸結(jié)束后的信息處理。車輛到達(dá)運(yùn)輸目的地后，可通過有線/無線網(wǎng)絡(luò)下載查詢車輛行駛記錄儀與錄像文件資料。存貯的圖像和數(shù)據(jù)信息能被打印、回放，以便于檢查車輛運(yùn)行軌跡和系統(tǒng)操作日志。

（5）運(yùn)輸全程定位監(jiān)控。通過GIS/GPS地理信息/衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可以將定位信號輸送到車輛監(jiān)控調(diào)度中心。監(jiān)控調(diào)度中心通過差分技術(shù)換算成位置信息，然后通過GIS將位置信號用地圖語言顯示出來，最終可通過服務(wù)中心實(shí)現(xiàn)車輛的定位導(dǎo)航、服務(wù)救援軌跡記錄等功能。

（6）報警功能的實(shí)現(xiàn)。車載嵌入式主機(jī)具有報警輸入接口，可以連接任何種常規(guī)的報警設(shè)備。當(dāng)有報警發(fā)生時，報警信息即被遠(yuǎn)傳到監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心的GIS地圖上該車輛對應(yīng)的圖標(biāo)會不停閃爍，監(jiān)控人員用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該車輛對應(yīng)的圖標(biāo)，該車輛的信息（如車牌號、行車路線等）和司機(jī)信息（如姓名、年齡、駕齡等）會自動顯示出來；與該車輛對應(yīng)的視頻信號會通過GPRS或CDMA傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控人員立即可以對該輛車進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。結(jié)合GPS和電子地圖，警方可以立即了解到該車輛的位置，據(jù)此迅速出警。

3 運(yùn)輸車輛監(jiān)控系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)由三大部分組成：車載監(jiān)控錄像系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(CDMA/GPRS/GPS)、中心控制管理系統(tǒng)。

（1）車載監(jiān)控錄像系統(tǒng)。車載監(jiān)控系統(tǒng)安裝在危險品運(yùn)輸車輛上，主要功能為車輛運(yùn)行監(jiān)控、錄像及無線數(shù)據(jù)傳輸。本方案在危險品運(yùn)輸車上安裝2～4個遠(yuǎn)紅外彩色 （或黑白）針孔攝像機(jī)，并分別安裝在駕駛室及車尾，即使在沒有任何光照的夜晚，也能保證看清現(xiàn)場情況。

由于危險品運(yùn)輸車輛處于移動狀態(tài)，且溫度、濕度變化很大，灰塵很多，工作環(huán)境惡劣，因此對數(shù)字錄像機(jī)的要求更高。本方案車載嵌入式硬盤錄像采用天津天地偉業(yè)公司生產(chǎn)的TC-2800AN系列車載嵌入式主機(jī)，該車載主機(jī)采用嵌入式RTOS操作系統(tǒng)，具有系統(tǒng)穩(wěn)定，擴(kuò)展功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。機(jī)箱專業(yè)防震結(jié)構(gòu)設(shè)計，多重保護(hù)硬盤；車速、行車路線、行車狀態(tài)等與實(shí)時圖像同步記錄功能；超速報警功能，可以記錄車速、轉(zhuǎn)向、剎車停車時間等相關(guān)行車信息。錄像資料采用H.264壓縮方式存儲，具有圖像清晰，占用空間小，網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬占用小等諸多特點(diǎn)。

另外汽車用電設(shè)備比較多，電壓變化幅度比較大，電磁干擾也比較強(qiáng)，這款車載嵌入式主機(jī)具有寬輸入電壓范圍的電源。其輸入電壓在DC7V-30V的范圍內(nèi)，輸出電壓可保持不變，通過這個電源給監(jiān)視器和攝像頭供電，可使主機(jī)圖像在汽車待機(jī)狀態(tài)和行駛中都能保持清楚穩(wěn)定，這樣即可提高監(jiān)視器和攝像頭使用壽命又可得到始終穩(wěn)定的圖像。

（2）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。除了本車監(jiān)控和錄像外，配合使用無線數(shù)字傳送模塊，本系統(tǒng)還能將車上的音視頻相關(guān)行車信息通過GPRS或CDMA模塊實(shí)時傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)危險品運(yùn)輸車輛的遠(yuǎn)程音視頻監(jiān)控。

（3）中心監(jiān)控管理系統(tǒng)。中央監(jiān)控管理系統(tǒng)主要包括車輛監(jiān)控管理服務(wù)器。其主要功能有：

接收存儲：服務(wù)器接收并存危險品運(yùn)輸車上無線數(shù)字傳送器傳輸過來的音視頻圖像和和車輛到達(dá)后行駛記錄儀上相關(guān)信息。

司機(jī)和車輛管理：服務(wù)器通過下載錄像機(jī)上的資料可以存儲和管理危險品運(yùn)輸車輛和駕駛員的信息資料，包括司機(jī)姓名、年齡、駕駛記錄、車牌號碼、車型、所屬單位等各種相關(guān)信息。這樣在對危險品運(yùn)輸車輛進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控時，可以隨時調(diào)閱該車駕駛員的個人信息和駕駛記錄。管理人員可以很方便地添加、修改、刪除、查詢這些資料。

另外管理人員可以通過多種途經(jīng)，比如通過無線網(wǎng)橋、普通網(wǎng)絡(luò)等將車載嵌入式主機(jī)上錄制的音視頻數(shù)據(jù)備份計算機(jī)上，通過集中備份和管理數(shù)臺車載數(shù)字錄像機(jī)的監(jiān)控資料。對本項(xiàng)目來說，中心服務(wù)器提供的聯(lián)網(wǎng)功能可以將分布在各地的服務(wù)器集中管理起來，對于備份到服務(wù)器上的錄像資料來說，可以通過指定時間、車牌號碼等條件來查詢，甚至刻成DVD光盤隨身攜帶。

系統(tǒng)還能通過使用GIS/GPS模塊來實(shí)現(xiàn)電子地圖的精確定位，并逐步實(shí)現(xiàn)全國電子地圖的無縫覆蓋，提供跨省運(yùn)輸?shù)膶?shí)時監(jiān)控；中心控制室在顯示危險品運(yùn)輸車輛音視頻圖像的同時，還能將車輛所在位置GPS定位信息在電子地圖上顯示出來，當(dāng)車輛發(fā)生緊急事件時，便于相關(guān)部門迅速趕赴現(xiàn)場處理。

4 結(jié)語

本文給出了通過在某地危險品運(yùn)輸車隊(duì)使用，已經(jīng)保證了管理人員對危險品運(yùn)輸車輛的有效管理，又為避免發(fā)生各種形式的事故做好預(yù)防工作提供強(qiáng)有力的查詢依據(jù)，這必將成為危險品運(yùn)輸車使用的專業(yè)監(jiān)控設(shè)備。

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