基于自組網(wǎng)的北斗定位系統(tǒng)的起重機(jī)自動(dòng)巡航系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信及定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于自組網(wǎng)方式的RTK北斗定位 系統(tǒng)的起重機(jī)自動(dòng)巡航系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前港口當(dāng)中面臨的兩個(gè)主要問(wèn)題是RTG起重機(jī)（rubber tyre gantry，橡膠輪 胎門式起重機(jī)）的位置監(jiān)控和RTG起重機(jī)循跡。目前，由于港口是利用無(wú)線電通信系統(tǒng)來(lái) 指揮司機(jī)進(jìn)行RTG起重機(jī)的移動(dòng)和集裝箱的吊取工作，不利于實(shí)現(xiàn)RTG起重機(jī)的自動(dòng)管理。 同時(shí)，由于沒(méi)有固定軌道，RTG起重機(jī)在行駛過(guò)程中，司機(jī)必須進(jìn)行不斷的手動(dòng)糾偏，這樣容 易導(dǎo)致司機(jī)疲勞，存在事故隱患。
[0003] -種現(xiàn)有手段是基于GPS配合無(wú)線電臺(tái)RTK(real-time kinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定 位技術(shù)）的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于RTG起重機(jī)控制的方法，該方案采用裝有RTK-GPS設(shè)備 的移動(dòng)站和基站對(duì)RTG起重機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航，無(wú)線電臺(tái)負(fù)責(zé)在GPS基站和各移動(dòng)站之間進(jìn)行基 站的基站定位數(shù)據(jù)的傳輸，系統(tǒng)通過(guò)獲取的基站定位數(shù)據(jù)來(lái)得到當(dāng)前RTG起重機(jī)的高精度 GPS位置信息，然后計(jì)算RTG起重機(jī)與預(yù)設(shè)路徑的距離偏差，從而完成對(duì)于RTG起重機(jī)的糾 偏，這種方法的缺點(diǎn)主要在于：
[0004] ?一臺(tái)GPS基站通過(guò)電臺(tái)廣播將RTK數(shù)據(jù)發(fā)送到多臺(tái)GPS移動(dòng)站，由于港區(qū)較大， 無(wú)線信號(hào)經(jīng)常會(huì)被層疊的集裝箱等金屬障礙物阻隔或屏蔽，造成RTG起重機(jī)失聯(lián)/失控。
[0005] 魯電臺(tái)廣播的工作模式大多采用單工通信模式，在單工通信模式下，在一個(gè)信道 內(nèi)只能單獨(dú)完成信號(hào)的接收或發(fā)送，明顯降低了通信的效率。
[0006] · GPS基站和GPS移動(dòng)站的電臺(tái)通信頻率采用的是UHF公用無(wú)線電頻段，需要手 動(dòng)設(shè)置，不能夠進(jìn)行自適應(yīng)變化，有可能會(huì)和港口其它通信設(shè)備的通信頻率沖突，影響RTK 數(shù)據(jù)的正常通信。
[0007] · GPS的定位一定要基于和利用美國(guó)GPS衛(wèi)星系統(tǒng)，在特殊時(shí)期GPS系統(tǒng)可能受 到限制，若發(fā)生不能夠進(jìn)行定位或者定位精度下降，則會(huì)造成設(shè)備癱瘓或碰撞等重大事故。
[0008] ?如果各GPS移動(dòng)站的RTG起重機(jī)位置數(shù)據(jù)也要通過(guò)電臺(tái)回傳到監(jiān)控中心，那么 就會(huì)占用多個(gè)頻帶資源，造成頻譜資源的大量開(kāi)銷，由于公用無(wú)線電頻段的通信容量有限， 多個(gè)通信頻率容易受到其它設(shè)備干擾；同時(shí)，在新加入一輛RTG起重機(jī)或者是除去一輛RTG 起重機(jī)以后，頻帶資源都需要重新進(jìn)行分配，不適合用于這種雙向通信的模式。如果使用單 頻輪詢方式可以節(jié)省頻帶資源，但由于帶寬小，通信周期較大，延時(shí)長(zhǎng)，不適用于有較多RTG 起重機(jī)的港口，不適用于實(shí)時(shí)的信息交互。
[0009] ?如果各GPS移動(dòng)站的RTG起重機(jī)位置數(shù)據(jù)采用WIFI方式回傳到監(jiān)控中心，由于 WIFI的發(fā)射功率有限，通信距離有限，必須布置較多無(wú)線路由器才能覆蓋整個(gè)港區(qū)，系統(tǒng)復(fù) 雜而且成本較高。而且WIFI無(wú)線信號(hào)不穩(wěn)定，連接斷開(kāi)后重新建立連接的時(shí)間較長(zhǎng)，容易 造成RTG起重機(jī)的失聯(lián)/失控。
[0010] 另一種現(xiàn)有手段是基于GPS配合GSM/GPRS RTK模塊的精確導(dǎo)航方案，該方案采用 GPS移動(dòng)站和基站對(duì)RTG起重機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航，而GSM/GPRS收發(fā)設(shè)備負(fù)責(zé)進(jìn)行RTK數(shù)據(jù)的傳輸， 通過(guò)獲取的RTK數(shù)據(jù)計(jì)算得到當(dāng)前RTG起重機(jī)的精確GPS位置信息，然后計(jì)算RTG起重機(jī) 與預(yù)設(shè)路徑的距離偏差，從而完成對(duì)于RTG起重機(jī)的糾偏，這種方法的缺點(diǎn)主要在于： [0011] ?在一臺(tái)GPS基站對(duì)應(yīng)多臺(tái)GPS移動(dòng)站的情況下，該方案選擇的是CORS組網(wǎng)方 式，該方式是GPS基站和GPS移動(dòng)站將自身GPS坐標(biāo)等數(shù)據(jù)發(fā)到GPS數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)商或公共CORS 數(shù)據(jù)處理中心的服務(wù)器端，GPS移動(dòng)站通過(guò)GSM/GPRS方式從該服務(wù)器獲取基站的GPS信息。 這種做法在訪問(wèn)量較大的時(shí)候會(huì)有明顯的缺陷：通信速度慢，所有GPS移動(dòng)站（包括非港區(qū) 的GPS移動(dòng)站）都會(huì)訪問(wèn)GPS數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)商或公共CORS數(shù)據(jù)處理中心的服務(wù)器，很容易造成 通信的中斷或阻塞，導(dǎo)致RTG起重機(jī)失控。
[0012] 魯由于蜂窩移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的基站容量有限，如果RTG起重機(jī)數(shù)目較多，容易造 成通信的擁塞，RTG起重機(jī)失控。
[0013] ?由于港區(qū)較大而且存在較多金屬障礙物如集裝箱，橋吊等，GSM信號(hào)在某些區(qū)域 會(huì)被阻隔或屏蔽，產(chǎn)生通信盲區(qū)。如果要求移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商增加基站的數(shù)量以達(dá)到無(wú)盲區(qū) 覆蓋，會(huì)增加系統(tǒng)的成本。此外，由于港區(qū)的金屬障礙物會(huì)隨時(shí)改變位置與高度，導(dǎo)致通信 盲區(qū)隨之實(shí)時(shí)變化，即使增加基站數(shù)量也很難做到整個(gè)港區(qū)的無(wú)盲區(qū)覆蓋。
[0014] ?每臺(tái)GPS移動(dòng)站都需要使用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，每年要支付一定的移動(dòng)通信費(fèi)用， 成本尚。
[0015] 要想獲得高精度的RTK數(shù)據(jù)，需要支付GPS數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)商或公共CORS數(shù)據(jù)處理中心 較高的費(fèi)用，成本高。
[0016] ?安全隱患問(wèn)題：由于高精度定位數(shù)據(jù)的RTK數(shù)據(jù)的解算與獲取必須依靠 GPS數(shù) 據(jù)運(yùn)營(yíng)商或公共CORS數(shù)據(jù)處理中心通過(guò)公共移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸，如果遇到移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò) 故障、癱瘓，數(shù)據(jù)中途被惡意截取篡改以及公共CORS數(shù)據(jù)處理中心服務(wù)器的故障和被惡意 入侵等突發(fā)事件，會(huì)導(dǎo)致RTG起重機(jī)失控，造成重大事故。
[0017] 因此，亟需一種技術(shù)來(lái)解決對(duì)于RTG起重機(jī)位置的安全、高可靠監(jiān)控和RTG起重機(jī) 在地面無(wú)標(biāo)記的情況下的準(zhǔn)確自動(dòng)循跡問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明的目的在于提供一種可靠，安全的集裝箱運(yùn)輸機(jī)制，以便港口的集裝箱操 作過(guò)程更加安全和可靠以及自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提 出一種基于自組網(wǎng)方式的RTK北斗定位系統(tǒng)的起重機(jī)自動(dòng)巡航系統(tǒng)及自動(dòng)巡航方法，利用 國(guó)產(chǎn)北斗定位系統(tǒng)以及自組網(wǎng)的通信模式，組建港口內(nèi)的自由可調(diào)及免費(fèi)的通信網(wǎng)絡(luò)，通 過(guò)對(duì)RTG起重機(jī)的準(zhǔn)確循跡實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡航。
[0019] 本發(fā)明提出了一種基于自組網(wǎng)方式的RTK北斗定位系統(tǒng)的起重機(jī)自動(dòng)巡航系統(tǒng)， 包括：至少一個(gè)北斗定位基站，其接收北斗衛(wèi)星的定位信號(hào)以獲得所述北斗定位基站的基 站定位數(shù)據(jù)，包括基站的載波相位觀測(cè)值；至少一個(gè)定位循跡裝置，其與起重機(jī)內(nèi)的控制設(shè) 備連接，用于接收北斗衛(wèi)星的定位信號(hào)以獲得所述定位循跡裝置的RTG起重機(jī)定位數(shù)據(jù)； 及至少兩個(gè)自組網(wǎng)通信裝置，其分別與所述北斗定位基站和所述定位循跡裝置通信，所述 自組網(wǎng)通信裝置之間組建自組網(wǎng)；在所述自組網(wǎng)當(dāng)中，所述北斗定位基站通過(guò)所述自組網(wǎng) 通信裝置發(fā)送所述基站定位數(shù)據(jù)，其中包括基站載波相位觀測(cè)值；所述定位循跡裝置之間 傳遞數(shù)據(jù)，所述定位循跡裝置通過(guò)所述自組網(wǎng)通信裝置獲得所述基站的載波相位觀測(cè)值， 并結(jié)合所述RTG起重機(jī)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行RTK定位校準(zhǔn)以獲得RTG起重機(jī)RTK坐標(biāo)，所述控制 設(shè)備根據(jù)所述RTG起重機(jī)RTK坐標(biāo)與巡航算法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡航。
[0020] 本發(fā)明所述起重機(jī)自動(dòng)巡航系統(tǒng)中，所述定位循跡裝置包括：北斗移動(dòng)定位模塊， 其接收北斗衛(wèi)星的定位信號(hào)以獲得所述定位循跡裝置的RTG起重機(jī)定位數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理 器，其與所述北斗移動(dòng)定位模塊以及所述控制設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)控制所述定位循跡裝置的運(yùn) 行、數(shù)據(jù)處理以及RTK定位校準(zhǔn)；存儲(chǔ)單元，其與所述數(shù)據(jù)處理器連接，用于存儲(chǔ)接收到的 預(yù)設(shè)路徑信息，載波相位信息和實(shí)時(shí)解算出的RTG起重機(jī)RTK坐標(biāo)信息等數(shù)據(jù)；及供電模 塊，其通過(guò)電源轉(zhuǎn)換來(lái)提供所述定位循跡裝置的工作電流。
[0021] 本發(fā)明所述起重機(jī)自動(dòng)巡航系統(tǒng)中，所述定位循跡裝置中進(jìn)一步設(shè)置方向角計(jì)算 模塊，用于獲取所述起重機(jī)的方向角數(shù)據(jù)；所述方向角計(jì)算模塊與所述數(shù)據(jù)處理器連接，將 方向角數(shù)據(jù)傳輸給所述數(shù)據(jù)處理器。
[0022] 本發(fā)明所述起重機(jī)自動(dòng)巡航系統(tǒng)中，所述數(shù)據(jù)處理器接收由主控平臺(tái)發(fā)送的所述 起重機(jī)的預(yù)設(shè)路徑；所述數(shù)據(jù)處理器根據(jù)所述RTG起重機(jī)RTK坐標(biāo)和所述方向角數(shù)據(jù)計(jì)算 出所述起重機(jī)的速度矢量數(shù)據(jù)以預(yù)判所述起重機(jī)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，并根據(jù)所述起重機(jī)的預(yù)設(shè)路 徑對(duì)所述起重機(jī)進(jìn)行控制調(diào)整一一糾偏，生成控制指令發(fā)送給所述控制設(shè)備。
[0023] 本發(fā)明所述起重機(jī)自動(dòng)巡航系統(tǒng)中，所述供電模塊進(jìn)一步設(shè)置電源保護(hù)電路。
[0024] 本發(fā)明所述起重機(jī)自動(dòng)巡航系統(tǒng)中，所述自組網(wǎng)通信裝置配置有通信修復(fù)功能； 當(dāng)自組網(wǎng)內(nèi)的其他通信模塊損壞或關(guān)閉時(shí)，所述自組網(wǎng)通信裝置通過(guò)重新調(diào)整路由來(lái)自動(dòng) 恢復(fù)自組網(wǎng)。
[0025] 本發(fā)明所述起重機(jī)自動(dòng)巡航系統(tǒng)中，所述自組