北斗终结者远程控制软件

第11卷第9期2015年9月中国安全生产科学技术JournalofSafetyScienceandTechnologyVol.
11No.
9Sep.
2015文章编号:1673-193X(2015)-09-0172-05地质调查安全生产远程监控系统开发与应用*丁鸿弼1,2,郑宝锋1(1.
中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定071051;2.
吉林大学环境与资源学院,吉林长春130012)摘要:目前地质调查工作中广泛应用的车辆导航系统和手持GPS虽然具备一定的便利,但无法获取野外作业车辆、作业人员行动轨迹和位置,延误勤保障服务的及时提供和突发事件的应急处置.
地质调查安全生产远程监控系统采用北斗卫星定位技术、Web技术、天地图技术和无线通信技术等相关技术,构建了对野外地质调查人员、车辆、飞机和轮船进行统一监控,定位追踪、轨迹回放、双向通信、紧急呼救、应急保障和数据传输等的功能模块,并全流程、实时、动态地测试了系统在不同环境下的运行情况.
结果表明:地质调查安全生产远程监控系统在不同自然环境下运行都较稳定,基本可以实现定位和短信通讯功能.
关键词:地质调查;安全生产;北斗卫星定位技术;远程监控系统中图分类号:X935文献标志码:Adoi:10.
11731/j.
issn.
1673-193x.
2015.
09.
027DevelopmentandapplicationofremotemonitoringsystemforworksafetyingeologicalsurveyDINGHong-bi1,2,ZHENGBao-feng1(1.
CenterforHydrogeologyandEnvironmentalGeologySurvey,CGS,BaodingHebei071051,China;2.
CollegeofEnvironmentandResources,JilinUniversity,ChangchunJilin130012,China)Abstract:ThewideapplicationofvehiclenavigationsystemandGPShandhelddevicesbringsmuchconveniencetothegeologicalsurveywork,butthemovingtrajectoryandlocationofthesurveypersonnelandvehiclescan'tbeob-tained,whichoftenleadstodelayintimelyprovidingofservicesupplyandemergencyhandling.
Theremotemoni-toringsystemforworksafetyingeologicalsurveyadoptedtheBeidousatellitepositioningtechnology,Webtechnolo-gy,worldmaptechnology,wirelesscommunicationtechnology,andotherrelevanttechnologies,constructedthefunctionmodulesofunifiedmonitoringforfieldgeologicalsurveypersonnel,vehicles,aircraftandships,locationtracking,trackplayback,two-waycommunication,emergencycall,emergencysupportanddatatransmissionetc.
Theoperationsituationofsystemunderdifferentenvironmentwastestedinwholeprocess,real-timelyanddynami-cally.
Theresultsshowedthattheoperationofsystemunderdifferentnaturalenvironmentwasrelativelystable,andthefunctionsofpositioningandshortmessagecommunicationcouldberealizedbasically.
Keywords:geologicalsurvey;worksafety;Beidousatellitepositioningtechnology;remotemonitoringsystem收稿日期:2015-06-25作者简介:丁鸿弼,工程师,硕士研究生.
*基金项目:国家地质调查项目(1212011120389)0引言北斗卫星导航定位系统是我国独立自主建设的卫星导航系统,除具备定位功能外,还具备双向通信与位置报告功能,可以独立完成移动目标的定位与调度、跟踪与监控.
目前,"北斗一号"卫星导航定位系统已广泛应用于各个行业和领域;"北斗二号"卫星导航系统已投入正式运行,市场对于北斗用户终端的需求与日俱增.
北斗定位卫星虽然在覆盖面和定位精度上暂时不如GPS,但也已经发射16颗卫星覆盖亚洲地区,足以满足国内应用需求,特别适用于地质调查安全保障和搜索营救等需求.
同时,使用我国自主研发的北斗卫星,重要数据与信息的安全性能够得到保证.
仅针对地质调查安全保障定位监控、简单通信来说,北斗卫星导航定位系统的定位、短报文通信完全能够满足现实需求[1].
地质调查具有工作点多线长,高度流动、分散作业的特点.
当前,地质调查领域不断扩展深入到更加艰险的地区,面临着更多的威胁和挑战.
进一步加强安全生产保障体系研究与建设,才能真正实现地质调查安全生产的规范化、标准化、系统化、现代化,保障地质调查工作顺利开展,保障地质调查工作人员生命财产安全.
1系统总体设计地质调查安全生产远程监控系统是在地质调查安全生产管理平台研究(2009~2010年)的基础上,引入我国拥有自主知识产权的北斗系统和我国自主开发的电子地图(天地图)研发而成,具有野外作业人员、车辆、飞机、船只安全监控,野外作业突发事件应急处置调度指挥和地质调查项目生产调度与质量监控功能,是野外作业突发事件应急处置调度指挥和野外作业人员、车辆、飞机、船只安全监控的高新技术平台[2-4].
1.
1技术原理野外作业人员、车辆、飞机、船舶配备专用的基于北斗、GPRS、GPS的定位通信终端,通过双模卫星定位技术(北斗定位为主,GPS定位为辅),获取野外作业人员、车辆、飞机、船只精确位置信息.
然后利用空间卫星通信链路(北斗短报文)和地面移动基站网络(GPRS)进行监控中心与野外作业人员、车辆、飞机、船只间的定位数据、指令数据交互传输,基于软件平台实现地质调查安全生产日常管理、地质调查安全保障的实时监控、应急保障工作远程处理和实时互动.
地质调查安全生产远程监控系统技术原理如图1.
图1系统技术原理示意Fig.
1Technicalprinciplediagram1.
2系统总体架构地质调查安全生产远程监控系统由网络中心、系统软件和北斗终端设备等组成,利用国家地质调查网络体系、互联网、北斗卫星网络和地面移动通信网络,为地质调查工作主体提供精确定位、路径导航、发送紧急求救信号和自主救援服务,中国地质调查局、项目承担单位安全保障部门可全程、实时、动态、可视化的获知地质调查工作主体的位置、工作和安全状况,并保持双向通信渠道畅通[5-7].
1.
3系统运行管理地质调查安全生产远程监控系统由中国地质调查局、项目承担单位、野外工作站和野外工作组四级管理,确保系统正常运行.
中国地质调查局:成立专职机构,负责系统建设、运行维护,监控系统所辖北斗终端运行状态及数据,负责野外作业突发事件应急处置调度指挥.
项目承担单位:负责管理地质调查安全生产远程监控系统在本单位的运行维护,监控本单位北斗终端运行状态及数据,负责本单位野外作业突发事件应急处置.
其中,六大区地调中心还负责辖区内野外作业突发事件应急处置调度指挥.
野外工作站:负责管理地质调查安全生产远程监控系统在本单位的运行维护,监控辖区内野外北斗终端运行状态及数据,负责辖区内野外作业突发事件应急处置.
野外工作组:负责项目组北斗终端设备的正常使用和维护,突发事件实行就近救援.
·371·第9期中国安全生产科学技术2技术实现2.
1硬件地质调查安全生产远程监控系统硬件即为地质调查工作主体配备的北斗定位通信终端设备,分为个人终端、车载终端、机载终端和船载终端.
2.
1.
1基本要求安全生产远程监控系统终端硬件设备须符合《北斗一号民用设备标准》(JT/T590-592-2004)规定的基本功能及性能指标要求[8-10].
定位上,终端设备采用北斗卫星和GPS双模定位技术,具备切换功能;通信上,终端设备采用北斗卫星短报文和GPRS无线通信技术,可根据通信网络环境自动切换,设备与显控之间采用有线或无线蓝牙传输;应用组合上,工作环境处于移动基站信号覆盖区,采用北斗定位+GPRS组合或GPS+GPRS;无移动基站信号覆盖区,采用北斗定位+北斗短报文组合或GPS+北斗短报文组合;另外还具备求救信号一键发送,具备文字录入,显示、浏览地图和数据交互能力.
2.
1.
2个人终端根据北斗数据采集设备市场调研分析,可供选择的个人终端设备可分为两类,一类是集成屏显的手持一体机;一类是定位通信单元和显控单元组合使用的分体机.
目前成熟的手持一体机体积和重量偏大,不便于携带,且绝大多数仅具备北斗定位,少量具备北斗/GPS双模定位,在通信技术方面,都是基于北斗短报文技术的单一通信方式.
地质调查安全生产远程监控系统个人终端的选型配备先期采用定位通信单元和显控单元组合使用的分体机,待一体机技术发展成熟后,逐步过渡到一体机模式.
2.
1.
3车载终端构成:车载终端的安装载体为汽车,分为车外单元和车内单元;车外单元与车内单元由线缆连接.
车外单元具备定位、数据传输功能;车内单元具备蓝牙模块、紧急求救信号发送、声音提示,具备独立操作系统,支持部署"通信定位终端软件平台".
车内单元可显示车外单元接收到的短信或调度指令;可编辑文本,通过车外单元进行发送;可设置车外单元配置参数、显示车外单元地理位置、周边人车位置查询、路径导航等.
2.
1.
4机载终端、船载终端机载终端安装于航空物探遥感作业飞机,由天线、主机和控制手柄组成.
具体功能及性能指标由设备制造商与用户协商制定.
船载终端安装于海洋地质调查船只,由天线、主机和显控单元组成.
具体功能及性能指标由设备制造商与用户协商制定.
2.
2北斗终端创新性及关键技术创新性集成北斗定位通信、GPS定位、GPRS/3G通信及蓝牙四大功能.
兼容北斗定位和GPS,并且支持北斗和GPS混合定位,使得定位功能的可用度大大提高;兼容北斗通信和GPRS通信,使得设备具备两条通信链路,在有GPRS覆盖的地区优先使用GPRS,在GPRS盲区则自动切换到北斗卫星通信.
具有北斗定位、GPS定位、BD/GPS混合定位三种定位模式,定位精度优于水平10m,高程20m,测速精度优于0.
2m/s.
高灵敏度快速捕获和跟踪技术解决路径,可以提高终端捕获和跟踪更微弱信号的能力.
采用并行相关+频域FFT的扩频码快速捕获方案,捕获电路采用基于存储的高速运算,极大地提高了捕获速度和捕获灵敏度.
多模天线采用含有开槽和附加尾状物的微带贴片天线形式,B1/L1-S-L天线的组合采用上下层叠的方式,其截面尺寸大大减小,加工难度相比螺旋天线也大幅下降,天线结构可以满足整机小型化的尺寸要求.
在用户终端中,由于RNSSB1/L1接收电路、RDSS收发电路、GPRS电路、蓝牙电路一体化设计,将各频点低噪放电路与功放电路分别用屏蔽腔进行屏蔽,减小各频点信号相互干扰;采用分腔设计其隔离度可达60dB以上;在发射端功放输出加隔离器、滤波器,在各接收端低噪放输入分别加滤波器,避免功放发射时输出信号对B1/L1信号接收产生影响;高频单元(RDSS收发单元和RNSS接收单元)分别分区独立布设并加装屏蔽罩,防止信号泄露.
3野外联调测试为测试地质调查安全生产远程监控系统在野外·471·中国安全生产科学技术第11卷不同区域及不同测试环境下的运行情况,测试小组采用全流程、实时、动态的方法,分别选取低、中、高海拔地区,戈壁沙漠、山区、雪山、高速公路,有无线信号地区等对北斗个人终端在车内位置上报成功率、北斗终端定位及短信息功能以及北斗手持终端在不同环境下的性能进行了测试,测试行程为保定-忻州-定边-张掖-西宁-茶卡-格尔木-安多-拉萨-朗县-林芝-拉萨-安多-格尔木-西宁.
3.
1山区、高速、有隧道地区本次测试行程为保定-忻州-定边-张掖,历时3天.
途经山区、高速公路及有隧道地区.
将北斗个人终端置于驾驶台挡风玻璃下,北斗一体式个人终端固定在汽车顶部,终端上报频度60s.
测试北斗个人终端在车内位置上报成功率.
测试结果见表1(由于机器低电量关机导致表内部分数据缺失).
表1山区、高速、有隧道地区测试结果Table1Testresultinmountainarea,highwayandtunnelarea设备类型北斗个人终端一体机北斗个人终端一体机北斗车载终端分体机北斗车载终端分体机北斗船载终端北斗个人终端分体机终端卡号160825160826160827160828160830160832成功率/%67.
0160.
559.
8644.
4665.
3171.
4353.
1171.
9688.
6580.
1498.
2476.
5614.
6721.
6666.
648.
21由表1可知,在山区、高速、有隧道地区,北斗个人终端一体机的上报成功率最低为67.
01%,最高可达98.
24%,平均约为75.
7%,而个人终端分体机上报成功率明显较一体机上报成功率低,表明北斗个人终端一体机运行较稳定,但二者均存在速度不准的情况;北斗车载终端分体机的上报成功率最低为14.
67%,最高为71.
96%,表明车载终端运行不稳,可能受到了外界环境干扰;北斗船载终端最为稳定,且上报成功率最高可达88.
65%,表明船载设备在信号稳定性、定位成功率上要高于个人、车载终端.
测试表明该系统在高速行使的汽车内基本可以实现连续定位.
3.
2深山峡谷、无手机信号地区本次测试地点为张掖某深山峡谷中,无手机信号.
测试历时1天.
将北斗手持机放置背包侧面;终端上报频度60s.
测试北斗终端定位及短信息功能.
测试结果见表2.
本次测试表明在深山峡谷地区,该系统基本可以实现定位和短信通讯功能,但稳定性仍有待提高.
3.
3中高海拔地区、高海拔地区、无人区本次测试行程为张掖-西宁-格尔木-冷湖-格尔木-拉萨-格尔木,历时16天,途径中高海拔地区、高海拔地区、山区、可可西里无人区,并翻越五千多米的唐古拉山山口进行测试.
将个人一体机终端固定车顶(保证信号最好),北斗手持终端置于驾驶台挡风玻璃下,终端上报频度60s.
测试北斗手持终端在不同环境下的性能.
选取格尔木-安多-拉萨一段的数据进行分析,测试结果见表3.
表2深山峡谷地区测试结果Table2Testresultinremotemountaincanyon设备类型北斗个人终端一体机北斗个人终端一体机北斗车载终端分体机北斗车载终端分体机北斗船载终端北斗个人终端分体机终端卡号160825160826160827160828160830160832成功率/%79.
5144.
1144.
2662.
72·571·第9期中国安全生产科学技术表3高海拔地区、无人区测试结果Table3Testresultinhighattitudeareaandno-man'sland设备类型北斗个人终端一体机北斗个人终端一体机北斗车载终端分体机北斗车载终端分体机北斗船载终端北斗个人终端分体机终端卡号160825160826160827160828160830160832成功率/%60.
3388.
1892.
9384.
4692.
7386.
0255.
373.
3276.
2897.
3394.
489.
6482.
1776.
3485.
6由表3可知,本次测试上报成功率低于60%的情况只出现了一次,北斗船载终端的上报成功率均在90%以上,表明该终端运行良好;车载终端的上报成功率也均在80%左右;个人终端分体机的运行情况要明显好于一体机,其上报成功率均在85%以上.
本次测试表明,该系统在中高海拔区、高海拔区及无人区运行良好,完全可以满足在高原地区作业时的定位和信息收发的要求.
通过对地质调查安全生产远程监控系统的野外联调测试,可得到清晰的测试轨迹图.
此系统测试轨迹点密集,即使有个别无信号区域断点,也可将轨迹线路连接,以推测出较准确的运行轨迹.
为求轨迹精确,拟在以后的应用中进行智能轨迹测算和模糊定位研究,力求实现无信号区域的精确定位.
4结束语基于北斗核心技术的地质调查局安全生产远程监控系统的设计与应用,为地质调查日常安全生产管理、野外作业突发事件应急处置调度指挥提供了高新技术平台.
运行测试结果表明系统具有很高的稳定性,可以实现不同自然环境下定位和短信通讯功能.
地质调查安全生产远程监控系统的推广应用,将会大大提高野外地质调查安全保障水平和突发事件应急处置能力,也有助于推动我国地勘行业安全保障和应急救援的科技进步.
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