基于差分 G PS定位的叉車考試系統研究

王振環

(溫州市特種設備檢測研究院 溫州 325000)

基于差分 G PS定位的叉車考試系統研究

王振環

(溫州市特種設備檢測研究院 溫州 325000)

設計的叉車考試系統，根據安裝于叉車上的差分GPS接收機獲取當前叉車位置信息，通過檢測主板檢測叉車各種動作信息，通過身份證閱讀器對考試人員身份確認，最終車載工業電腦通過評判軟件結合叉車位置信息及動作信息綜合評判考試人員的考試成績。系統操作簡單，避免了人為干擾因素，更加安全可靠。

叉車 差分GPS 考試系統

叉車作為特種設備的一種，其操作既有著機動車的特點又有起重機械的特點，對作業人員的要求較高。目前對叉車的實際操作考試一般采用人工評分的方式，效率低且受人為干預、環境因素影響較大，因此迫切需要一種智能考試系統。該系統采用先進技術，推行科學、高效、公正的考試方法。

1 技術需求

1）差分GPS定位在項目中的應用及開發。包括負責數據存儲及處理的數據處理服務器、為差分GPS接收機提供差分數據的差分GPS基準站、與差分GPS基準站進行雙向通信的差分GPS接收機的應用及開發。

2）數據的采集及傳輸。包括數據叉車動作監測采集和運算、車載數據與服務器之間的數據傳輸。

3）綜合評定及結果顯示系統的開發及應用。開發一套系統，將各種數據進行匯總運算，自動輸出并打印評定結果。

2 系統整體設計

如圖1所示為一種基于差分GPS定位的叉車智能考試系統，包括負責數據存儲及處理的數據處理服務器、為差分GPS接收機提供差分數據的差分GPS基準站、與差分GPS基準站進行雙向通信的差分GPS接收機以及安裝在叉車考試用車上的叉車動作監測裝置、車載工業電腦、WIFI終端、WIFI基站、記錄考試人員考試情況的攝像頭及身份證讀卡器等。

圖1 系統整體設計圖

在數據處理服務器端獲取差分GPS基準站基準數據，通過WIFI網絡傳輸給車載工業電腦，車載工業電腦通過RS232S接口傳輸給差分GPS接收機。從而差分GPS接收機能夠對考試叉車的位置精確定位。在對叉車當前位置精確定位后，系統將會在軟件中建立叉車模型及考試考場模型，在叉車考試的同時，軟件會通過計算得出當前考試叉車的行駛路徑是否符合相關規定。與此同時，系統通過叉車動作監測裝置，檢測叉車的相應動作是否符合規定，例如貨叉的升降及前后運動等。最終通過評判軟件評判結合GPS位置信息以及叉車動作信息綜合評判考試成績。

考試結束后，系統通過WIFI網絡將考試成績上傳至服務器，考生通過成績客戶端，查詢考試成績，并獲知所有扣分項。考試過程中，安裝于叉車內部的攝像頭對考生的操作過程進行錄像，并通過WIFI網絡上傳至服務器以備后期查驗。在考生考試前，須持本人身份證進行登陸確認考試內容。

3 系統硬件設計

3.1 叉車物理位置檢測

在考試過程中，需對作為移動目標的叉車所在物理位置實時精確定位，并計算出其軌跡是否符合相關考試要求，本系統中采用上海某衛星導航技術有限公司雙天線定位定向型接收機作為叉車定位定向的檢測模塊。

安裝在基準站上的GPS接收機觀測4顆衛星后便可進行三維定位，解算出基準站的坐標。由于存在著軌道誤差、時鐘誤差、SA影響、大氣影響、多徑效應以及其他誤差，解算出的坐標與基準站的已知坐標是不一樣的，存在誤差。基準站利用WIFI網絡將改正數據發送出去，由安裝于考試叉車上的GPS接收機接收，并且對其解算的GPS接收機坐標進行改正。

圖2 叉車模擬場地

叉車考試過程中需完成以下步驟：

1）叉車從甲庫起步出發，向左前進沿著S形場地再過一座橋運行至乙庫叉貨，而后依次將乙庫堆碼整齊的三個貨架中上面兩個貨架移運到丙庫卸貨碼平。最后將乙庫的第三個托盤裝在貨叉上返回甲庫。

2）從甲庫起步向左沿著S形場地倒車過橋至乙庫卸下貨架。

3）從乙庫向右倒車運行至甲庫停放放下貨叉熄火（須駐車）。

在進行叉車物理位置檢測時，預先將圖中曲線及相關關鍵點采集至系統中，繪制成為電子地圖，當叉車運動于該區域時，通過GPS獲取該區域的精確坐標后，叉車當前位置即可在電子地圖中準確顯示，配合評判軟件，即可完成叉車物理位置檢測，及是否壓線碰樁的檢測。

3.2 叉車動作檢測

在叉車考試過程中，不僅僅需要檢測叉車物理位置信息，還需要結合實際需求檢測叉車貨叉等機械部件的運動狀態。以往的叉車考試系統中需人工去觀察各種操作，本系統中通過各類傳感器實時監測叉車各部件的狀態，例如貨叉上下前后運動等。

另外，在叉車考試過程中需叉車基本操作的規范性動作進行實時監測，如鳴笛、開閉轉向燈、熄火等。

根據以上兩種情況，本系統采用自主研發的檢測主板配合相應的傳感器進行檢測。在機械部件檢測時，如圖3所示通過接近開關配合在檢測主板，當機械部件到達考試要求位置時，三線接近開關輸出電信號驅動光耦，CPU即時就能檢測相應動作，通過RS232接口將動作信號傳輸至車載工業電腦。

圖3 叉車機械動作檢測

在叉車運行的基本操作過程中，將叉車上各種電信號直接連接至檢測主板，當發生相應動作時，檢測主板能夠實時將數據傳輸至車載工業電腦。

圖4 信號檢測電路

3.3 考試學員身份確認

為了避免替考現象產生，系統設置了考生身份證信息讀取驗功能。身份證閱讀器以無線傳輸方式與第二代居民身份證內的專用芯片進行安全認證，將相關信息通過通訊接口上傳至車載電腦。信息解碼成文字和相片等信息以供考評人員進行對比。

3.4 系統數據傳輸

本系統采用美國Ubiquiti Networks公司的Bullet M無線WIFI網橋作為數據傳輸基礎，Bullet M是熱門Ubiquiti Bullet的最新版。Bullet M內置N-Type RF連接器的無線傳輸系統，直接插接入天線即可創建功能強大的室外接入點、客戶端或網橋，Bullet M的功率高達600 mW且配備增強接收功能，適用于長距離線路連接，針對叉車這種移動目標更為實用。

通過安裝于叉車上的無線WIFI網橋連接至WIFI基站，使得車載工業電腦與服務器處于同一局域網內，車載工業電腦實時上傳相關考試信息至服務器，使得監考人員能夠實時了解考試情況。

4 系統軟件設計

4.1 系統工作流程

系統工作流程如圖5所示。

圖5 系統流程圖

4.2 操作要求

1）前進運行須打方向燈，倒車運行須回正方向燈。

2）車輛起步前須鳴喇叭（車輛前進倒車的起步），貨叉升降運動之前須鳴喇叭。

3）貨叉起升高度應不得少于30cm（貨叉底部離地面距離）。

4）在前進運行到橋的上方時，應將貨叉放置地上。

5）貨叉做起升運動時，應先后靠再起升；貨叉做下降運動時，應先下降再前傾。

6）貨物應當在指定位置擺放，不能超出規定位置。

7）車輛在運行途中不許停車、熄火。

8）倒車須向后觀看。

9）車輛運行途中不許反方向運行。

10）不許運行至場地邊界之外（車輛任何部位不許出界）。

在考試過程中，系統根據GPS獲取的當前位置，結合以上考試要求一一判定考生的操作是否達標，如不達標，根據相關扣分項進行扣分。例如在起點處，GPS獲取的坐標為起點坐標，若考生未鳴喇叭且車輛位置坐標發生改變，說明考生未按考試要求進行起步操作，系統依據扣分項對應的分值扣分。

5 應用情況及效果

本系統已于2016年6月在溫州市特種設備檢測研究院叉車操作考試中試運行，6個月來共有500名考生使用該系統進行評分，目前系統運行穩定，車輛位置定位誤差在±2mm范圍內，考生動作誤判率小于2‰，均符合設計要求，相比以往人工評判準確率有了很大的提高。

6 結束語

本系統提供了一整套叉車實際操作考試方案，包括叉車行駛路徑的檢測，車輛位置定位，貨叉的升降檢測等，采用全電子考試系統，有效避免了人工評判的各種缺陷，使得考試評分更加客觀科學、公平公正。這也將促使培訓機構提升叉車實際操作培訓能力，提高作業人員操作技能，以達到叉車整體的安全運行，減少事故。

本系統除了叉車實際操作考試功能之外，還預留了培訓功能，當作業人員在使用本系統訓練時，操作存在對操作不規范的情況，及時提醒更正。

經筆者考證此系統在叉車實際操作考試中使用全國尚屬首例，將此研究成果可向其他地區推廣使用具有較高的社會和經濟價值。

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[2] 王昭輝．機動車駕駛考試車載監控終端設計[D]．石家莊：石家莊鐵道大學，2014．

[3] 趙峰．RTKGPS定位技術在駕駛員道路考試中的應用[J]．現代電子技術，2012，15：37-39．

[4] 黃傲成．智能駕考系統及其關鍵算法的設計與實現[D]．武漢：武漢工程大學，2015．

[5] 趙黎明，劉賀平，張冰．自動化碼頭叉車GPS定位與控制設計[J]．自動化儀表，2011，03：76-79．

Research on the Forklift Test System Based on Differential GPS Positioning

Wang Zhenhuan
(Wenzhou Special Equipment Inspection and Reasearch Institute Wenzhou 325000)

This paper designed a forklift examination system with differential GPS positioning as the core. The system obtains the position information of the forklift according to differential GPS receiver. It detects all kinds of action information by detecting the mainboard and confirms the identity of the examination staff through the ID card reader. Finally the automobile industrial computer comprehensively evaluates examiners through the evaluation software combined with forklift location information and motion information. It is characterized by the system which is easy to operate. During the whole test process, human interference factors can be avoided. Besides, it is more secure and reliable.

Forklift Differential GPS Test system

X924

B

1673-257X(2017)04-0084-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.04.020

王振環(1972～)，男，本科，工程師，從事特種設備作業人員考試相關工作。

2016-11-11）