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ＧＰＳ技術(shù)在原油長(cháng)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(cháng)輸管道反打孔盜油中要解決的問(wèn)題，當發(fā)生打孔盜油時(shí)如何盡快確定盜油點(diǎn)，就近調動(dòng)巡線(xiàn)車(chē)輛趕赴現場(chǎng)，抓捕犯罪分子，減少經(jīng)濟損失。
關(guān)鍵詞:GPS；原油長(cháng)輸管道；打孔盜油；巡線(xiàn)
1全球定位系統GPS簡(jiǎn)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(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)勢的導航定位、定時(shí)、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(hù)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(gè)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(shí)上，空間衛星系統的衛星數量要超過(guò)24顆，以便及時(shí)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(diǎn)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(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(xiàn)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(hù)接收系統連續地播發(fā)GPS導航信號。GPS工作衛星組網(wǎng)保障全球任一時(shí)刻、任一地點(diǎn)都可對4顆以上的衛星進(jìn)行觀(guān)測（最多可達11顆），實(shí)現連續、實(shí)時(shí)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(gè)監測站、一個(gè)主控站和三個(gè)注入站構成。該系統的功能是：對空間衛星系統進(jìn)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(guān)測數據傳送給主控點(diǎn)。5個(gè)監控站均為無(wú)人守值的數據采集中心。
主控站接收各監測站的GPS衛星觀(guān)測數據、衛星工作狀態(tài)數據、各監測站和注入站自身的工作狀態(tài)數據。根據上述各類(lèi)數據，完成以下幾項工作：
�。�1）及時(shí)編算每顆衛星的導航電文并傳送給注入站。
�。�2）控制和協(xié)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(fā)給了GPS用戶(hù)系統。
�。�3）診斷衛星工作狀態(tài)，改變偏離軌道的衛星位置及姿態(tài)，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(hù)接受系統
用戶(hù)接收系統主要由以無(wú)線(xiàn)電傳感和計算機技術(shù)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(xiàn)單元和接收單元兩部分。天線(xiàn)單元的主要作用是：當GPS衛星從地平線(xiàn)上升起時(shí)，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(jìn)行解調和濾波處理，還原出GPS衛星發(fā)送的導航電文，解求信號在站星間的傳播時(shí)間和載波相位差，實(shí)時(shí)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(shí)等數據。GPS數據處理軟件是GPS用戶(hù)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(jìn)行“粗加工”、“預處理”，并對處理結果進(jìn)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(dòng)速度、方向及精確時(shí)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(dòng)監控席、移動(dòng)智能終端、無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò ),這是一套能夠生成路徑信息,時(shí)間表和其他后勤應用的多用途工具,它能把人員調度,交通工具,線(xiàn)路組合,車(chē)隊編組等大量單調、復雜的數據轉成直觀(guān)、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(gè)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(shí)也是通訊樞紐，負責與移動(dòng)智能終端的信息交互，完成各種信息的分類(lèi)，記錄和轉發(fā)，同時(shí)對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )狀況進(jìn)行監控管理。監控中心采用中國移動(dòng)(聯(lián)通)短信息，結合GIS(地理信息系統)和移動(dòng)智能終端大屏液晶顯示，實(shí)現車(chē)輛的監控與智能調度，達到移動(dòng)資源的優(yōu)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(tīng)錄音和遠程調度、控制等處理措施，用戶(hù)可使用電話(huà)，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )系統進(jìn)行信息傳遞。
2.2移動(dòng)智能終端
(車(chē)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(dòng)單元的偽距信息，控制單元能完成數據接口，協(xié)議，數據格式等轉換和控制;通訊模塊進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的命令設置及功能控制，結合GIS信息和對車(chē)輛的狀況檢測，能效控制等數據，以及調度指揮等信息。
移動(dòng)智能終端回傳數據內容包括：車(chē)輛編號、經(jīng)緯度、速度、航向、時(shí)間、車(chē)輛狀況(報警求救)等信號。
2.3無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )
移動(dòng)智能終端(車(chē)載系統)與監控中心信息系統的通道，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上傳到監控中心, 監控中心(調度中心)以固定電話(huà)作為指揮工具，對移動(dòng)智能終端發(fā)出控制指令。
3 GPS在反打孔盜油中的應用
結合GPS全球定位系統、GIS地理信息系統、GSM全球移動(dòng)通信系統，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；可以隨目標移動(dòng)，使目標始終保持在屏幕上；還可實(shí)現多窗口、多車(chē)輛、多屏幕同時(shí)跟蹤。彌補報警系統只報警、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)就近調動(dòng)巡線(xiàn)車(chē)輛。
�。�3）、對執行任務(wù)車(chē)輛的當前狀態(tài)實(shí)時(shí)查詢(xún)、定位、監控、考核。
�。�4）、事后查詢(xún)、考核、巡檢路線(xiàn)回放。
�。�5）、報表打印。
3.2實(shí)施方案
該系統主要由調度中心，無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )和車(chē)載移動(dòng)臺三大部分組成，在網(wǎng)絡(luò )運行中發(fā)揮不同作用。
�。�1）調度中心
調度中心主要包括監控服務(wù)器、GPS差分基準站、GPS信號監測機、無(wú)線(xiàn)收發(fā)單元、監控終端等，其核心為監控服務(wù)器。作用是負責管理整個(gè)車(chē)輛監控系統局域網(wǎng)的用戶(hù)權限、安全性、各種數據庫及網(wǎng)絡(luò )服務(wù)等。其獨特的硬件配置使移動(dòng)目標數據庫的存儲和網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)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(shí)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(jìn)行全面了解。解決了現有管道走向圖單一、靜態(tài)的問(wèn)題，便于查閱。
另外，電子地圖采用矢量方式，對任意制定區域進(jìn)行查詢(xún)時(shí)，可根據需要分層顯示信息，一旦調度系統發(fā)現泄漏點(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�？梢詼y量泄漏點(diǎn)的距離，制定優(yōu)選路線(xiàn)。
�。�2）無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )
無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )包括基地臺與移動(dòng)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(chē)輛進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò )的樞紐。
基地臺由四部分組成：無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信機、GPS差分基準站、控制設備和GPS衛星信號監測機�；嘏_的功能包括：GPS差分信號的提取、發(fā)送，調度終端控制指令的發(fā)送，廣播數據包的形成與發(fā)送，接收和解析移動(dòng)車(chē)輛發(fā)來(lái)的數據包，與GPS監控系統前置機的數據交換�；镜闹鳈C設置了“GPS衛星信號監測機”，可實(shí)時(shí)監測鎖定的GPS衛星信號質(zhì)量和差分信號的質(zhì)量，為整個(gè)系統定位京都提供保障。
�。�3）車(chē)載移動(dòng)臺
車(chē)載移動(dòng)臺由三步分組成：無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信機、控制單元和GPS接收機，車(chē)載移動(dòng)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(hù)的操作將差分位置信息及狀態(tài)數據經(jīng)無(wú)線(xiàn)電臺發(fā)回調度中心，移動(dòng)臺還具有接收監控中心下發(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(chē)載移動(dòng)臺上預留一個(gè)RS－232接口，可接筆記本電腦，不僅可顯示調度中心發(fā)來(lái)的指令，而且可根據電子地圖選擇行車(chē)路線(xiàn)。
3.3系統的技術(shù)特點(diǎn)
�。�1）、目標定位精度髙（定位精度優(yōu)于10米）。
�。�2）、可實(shí)時(shí)跟蹤目標。
�。�3）、與站控SCADA系統有機結合。
�。�4）、能夠實(shí)時(shí)跟蹤和查詢(xún)、管理目標。
�。�5）、跨區自動(dòng)漫游。
�。�6）、集GPS技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)與一體。
3.4系統的主要功能
�。�1）、實(shí)時(shí)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(fā)地點(diǎn)位置分布。
�。�3）、調度中心可對全線(xiàn)巡線(xiàn)車(chē)輛進(jìn)行調度指揮。
�。�4）、支持自動(dòng)報警和手動(dòng)報警，并保存報警數據。
�。�5）、跨區漫游地圖，無(wú)極縮放顯示，可測量地圖上任意兩點(diǎn)間距離。
�。�6）、支持多臺車(chē)輛及多分地區車(chē)輛監控。
�。�7）、可存儲車(chē)輛運行軌跡并回放。
�。�8）、自動(dòng)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(chē)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(chē)輛提供精確位置信息，準確時(shí)間信息及多種事件信息等。
GPS車(chē)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(zhù)衛星定位系統技術(shù)，有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)公用通信網(wǎng)絡(luò )、社會(huì )共同信息基礎設施的不斷發(fā)展進(jìn)步和輸油管道的加速發(fā)展，衛星定位應用技術(shù)在輸油管道反打孔盜油工作中的應用也肯定會(huì )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(huì )有如下幾種模式：
�。�1）專(zhuān)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(shí)現統一協(xié)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(shù)支持。
�。�3）建立大范圍的衛星定位系統網(wǎng)，形成龐大的調度指揮中心，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )，完成實(shí)時(shí)監控，并各自監控調度其所屬車(chē)輛，互不干擾。
參考文獻：
[1]邱志 王萬(wàn)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(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(chē)輛監控系統[J]遙測遙控，2007（1）42－43
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