ＧＰＳ技术在原油长输管道中的应用

　　摘要:介绍了GPS全球定位系统的原理，在原油长输管道反打孔盗油中要解决的问题，当发生打孔盗油时如何尽快确定盗油点，就近调动巡线车辆赶赴现场，抓捕犯罪分子，减少经济损失。
　　关键词:GPS；原油长输管道；打孔盗油；巡线
　　
　　1全球定位系统GPS简介
　　
　　全球卫星定位系统GPS是美军70年代初在“子午仪卫星导航定位”技术上发展而起的具有全球性、全能性（陆地、海洋、航空与航天）、全天候性优势的导航定位、定时、测速系统。GPS由三大子系统构成：空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统。
　　1.1空间卫星系统
　　GPS的空间星座部分由24颗均匀分布在6个轨道平面内的卫星组成。各轨道平面相对于赤道平面的倾角为55o，轨道平面间距60o。在每一轨道平面内，各卫星升交角距差90o，任一轨道上的卫星比西边相邻轨道上的相应卫星超前30o。事实上，空间卫星系统的卫星数量要超过24颗，以便及时更换老化或损坏的卫星，保障系统正常工作。该卫星系统能够保证在地球的任一地点向使用者提供4颗以上可视卫星。
　　空间系统的每颗卫星每12小时（恒星时）沿近圆形轨道绕地球一周，由星载高精度原子钟控制无线电发射机在“低噪音窗口”附近发射L1、L2两种载波，向全球的用户接收系统连续地播发GPS导航信号。GPS工作卫星组网保障全球任一时刻、任一地点都可对4颗以上的卫星进行观测（最多可达11颗），实现连续、实时地导航和定位。
　　1.2地面监控系统
　　地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的5个监测站、一个主控站和三个注入站构成。该系统的功能是：对空间卫星系统进行监测、控制，并向每颗卫星注入更新的导航电文。
　　地面监控系统由监测站主控站和注入站组成。
　　监测站用GPS接收系统测量每颗卫星的伪距和距离差，采集气象数据，并将观测数据传送给主控点。5个监控站均为无人守值的数据采集中心。
　　主控站接收各监测站的GPS卫星观测数据、卫星工作状态数据、各监测站和注入站自身的工作状态数据。根据上述各类数据，完成以下几项工作：
　　（1）及时编算每颗卫星的导航电文并传送给注入站。
　　（2）控制和协调监测站间、注入站间的工作，检验注入卫星的导航电文是否正确以及卫星是否将导航电文发给了GPS用户系统。
　　（3）诊断卫星工作状态，改变偏离轨道的卫星位置及姿态，调整备用卫星取代失效卫星。注入站接受主控站送达的各卫星导航电文并将之注入飞越其上空的每颗卫星。
　　1.3用户接受系统
　　用户接收系统主要由以无线电传感和计算机技术支撑GPS卫星接收机和GPS数据处理软件构成。
　　GPS卫星接收机的基本结构是天线单元和接收单元两部分。天线单元的主要作用是：当GPS卫星从地平线上升起时，能捕获、跟踪卫星，接收放大GPS信号。接收单元的主要作用是：记录GPS信号并对信号进行解调和滤波处理，还原出GPS卫星发送的导航电文，解求信号在站星间的传播时间和载波相位差，实时地获得导航定位数据或采用测后处理的方式，获得定位、测速、定时等数据。GPS数据处理软件是GPS用户系统的重要部分，其主要功能是对GPS接收机获取的卫星测量记录数据进行“粗加工”、“预处理”，并对处理结果进行平差计算、坐标转换及分析综合处理。解得测站的三维坐标，测体的坐标、运动速度、方向及精确时刻。
　　
　　2 GPS调度系统的组成
　　
　　完整的GPS调度系统应该包括以下几部分：
　　监控中心、移动监控席、移动智能终端、无线通讯网络,这是一套能够生成路径信息,时间表和其他后勤应用的多用途工具,它能把人员调度,交通工具,线路组合,车队编组等大量单调、复杂的数据转成直观、可视化的图形数据,使调度系统的工作更有效.
　　2.1监控中心
　　监控中心是整个系统的核心，根据系统的规模可设置下一级分中心，监控中心同时也是通讯枢纽，负责与移动智能终端的信息交互，完成各种信息的分类，记录和转发，同时对整个网络状况进行监控管理。监控中心采用中国移动(联通)短信息，结合GIS(地理信息系统)和移动智能终端大屏液晶显示，实现车辆的监控与智能调度，达到移动资源的优化配置、调度和管理，提高调度效率的目的，监控中心相应并处理紧急事件，提供跟踪定位，监听录音和远程调度、控制等处理措施，用户可使用电话，互联网络系统进行信息传递。
　　2.2移动智能终端
　　(车载系统)接收GPS定位信号，利用全球定位系统(GPS)作为定位信号源，计算出移动单元的伪距信息，控制单元能完成数据接口，协议，数据格式等转换和控制;通讯模块进行专门的命令设置及功能控制，结合GIS信息和对车辆的状况检测，能效控制等数据，以及调度指挥等信息。
　　移动智能终端回传数据内容包括：车辆编号、经纬度、速度、航向、时间、车辆状况(报警求救)等信号。
　　2.3无线通讯网络
　　移动智能终端(车载系统)与监控中心信息系统的通道，以SMS(短信息服务)作为主要方式，移动智能终端的定位信息通过SMS上传到监控中心, 监控中心(调度中心)以固定电话作为指挥工具，对移动智能终端发出控制指令。
　　
　　
　　3 GPS在反打孔盗油中的应用
　　
　　结合GPS全球定位系统、GIS地理信息系统、GSM全球移动通信系统，实时显示出车辆的实际位置，并任意放大、缩小、还原、换图；可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪。弥补报警系统只报警、无法动态掌握车辆人员的状况，及时通知就近车辆赶赴现场相互配合。
　　3.1解决的主要问题：
　　（1）、发生打孔盗油时直接在电子地图上显示盗油点。
　　（2）、发生打孔盗油时就近调动巡线车辆。
　　（3）、对执行任务车辆的当前状态实时查询、定位、监控、考核。
　　（4）、事后查询、考核、巡检路线回放。
　　（5）、报表打印。
　　3.2实施方案
　　该系统主要由调度中心，无线通信网络和车载移动台三大部分组成，在网络运行中发挥不同作用。
　　（1）调度中心
　　调度中心主要包括监控服务器、GPS差分基准站、GPS信号监测机、无线收发单元、监控终端等，其核心为监控服务器。作用是负责管理整个车辆监控系统局域网的用户权限、安全性、各种数据库及网络服务等。其独特的硬件配置使移动目标数据库的存储和网络用户安全管理有了可靠保证。结合地图处理系统，将GPS获得的定位坐标信号直接转换成电子地图上的地理定标数据。精确绘制出输油管道的实际走向，标明输油管道周边附近的建筑、村庄、河流、道路土丘等情况，便于进行全面了解。解决了现有管道走向图单一、静态的问题，便于查阅。
　　另外，电子地图采用矢量方式，对任意制定区域进行查询时，可根据需要分层显示信息，一旦调度系统发现泄漏点，电子地图可任意放大、缩小、移动，显示该点道路、桥梁、河流等自然地貌。可以测量泄漏点的距离，制定优选路线。
　　（2）无线通信网络
　　无线通信网络包括基地台与移动台两部分。主要功能是完成定位信息、差分信息、指令信息等信息数据的传输，且调度中心与所有车辆进行通信联络的枢纽。
　　基地台由四部分组成：无线电收发信机、GPS差分基准站、控制设备和GPS卫星信号监测机。基地台的功能包括：GPS差分信号的提取、发送，调度终端控制指令的发送，广播数据包的形成与发送，接收和解析移动车辆发来的数据包，与GPS监控系统前置机的数据交换。基站的主机设置了“GPS卫星信号监测机”，可实时监测锁定的GPS卫星信号质量和差分信号的质量，为整个系统定位京都提供保障。
　　[8]电大学习网.免费论文网[EB/OL]. /d/file/p/2024/0424/fontbr />　　（3）车载移动台
　　车载移动台由三步分组成：无线电收发信机、控制单元和GPS接收机，车载移动台接收GPS卫星信号和监控中心基地台的差分信号，根据用户的操作将差分位置信息及状态数据经无线电台发回调度中心，移动台还具有接收监控中心下发的指令信息，并按指令要求完成相应的操作能力。此外，在车载移动台上预留一个RS－232接口，可接笔记本电脑，不仅可显示调度中心发来的指令，而且可根据电子地图选择行车路线。
　　3.3系统的技术特点
　　（1）、目标定位精度高（定位精度优于10米）。
　　（2）、可实时跟踪目标。
　　（3）、与站控SCADA系统有机结合。
　　（4）、能够实时跟踪和查询、管理目标。
　　（5）、跨区自动漫游。
　　（6）、集GPS技术、通信技术、计算机技术和网络技术与一体。
　　3.4系统的主要功能
　　（1）、实时连续跟踪、间续跟踪等多种方式
　　（2）、与电子地图结合，能够显示案发地点位置分布。
　　（3）、调度中心可对全线巡线车辆进行调度指挥。
　　（4）、支持自动报警和手动报警，并保存报警数据。
　　（5）、跨区漫游地图，无极缩放显示，可测量地图上任意两点间距离。
　　（6）、支持多台车辆及多分地区车辆监控。
　　（7）、可存储车辆运行轨迹并回放。
　　（8）、自动生成并打印报表。
　　3.5 GPS应用技术在输油管道反打孔盗油中的作用及发展趋势
　　目前，GPS车辆监控系统已成为输油管道反打孔盗油的重要组成部分，该系统能为反打孔盗油车辆提供精确位置信息，准确时间信息及多种事件信息等。
　　GPS车辆监控系统的精确定位功能，为反打孔盗油工作提供了准确可靠的信息，提高了调度中心的指挥和快速决策能力。
　　随着卫星定位系统技术，有线、无线公用通信网络、社会共同信息基础设施的不断发展进步和输油管道的加速发展，卫星定位应用技术在输油管道反打孔盗油工作中的应用也肯定会有大的发展，应用范围由小到大，应用技术逐步提高。在不同的发展阶段会有如下几种模式：
　　（1）专用GPS定位系统与电子地图处理系统结合，提供地图、地理信息等辅助手段，提高工作效率，实现统一协同运作（主要适合输油处）。
　　（2）与SCADA系统中泄漏检测有机结合，为反打孔盗油工作提供强有力的技术支持。
　　（3）建立大范围的卫星定位系统网，形成庞大的调度指挥中心，通过网络，完成实时监控，并各自监控调度其所属车辆，互不干扰。
　　
　　参考文献：
　　[1]邱志 王万义译 《GPS原理与应用》Elliott D.Kaplan[M],科技出版社
　　[2]施闯 大规模高精度GPS网平差与分析理论及其应用[M],测绘出版社
　　[3]刘旭 张其善 一种基于GPRS的车辆监控系统[J]遥测遥控，2007（1）42－43

　　[8]电大学习网.免费论文网[EB/OL]. /d/file/p/2024/0424/fontbr />