基于北斗系统水电工程坝料运输过程实时监控系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及水利水电工程坝料运输实时监控，为摆脱运输中定位系统受制于GPS，弥补偏远山区中GPS覆盖不全以及GPS无自主通信能力的不足，最终实现上坝运输车辆的全天候可视化监控和错误卸料报警及智能馈控，本发明专利技术，基于北斗系统水电工程坝料运输过程实时监控系统及方法，步骤如下：(1)制定运输车辆调度计划；(2)基于PDA信息采集及射频识别装置识别料源信息；(3)基于北斗定位系统进行运输车辆定位与跟踪；(4)基于北斗通讯系统和数据补发装置实现数据传输、重发与补发；(5)基于GIS平台进行运输车辆的在线跟踪和可视化控制；(6)总控中心监控终端报警及反馈。本发明专利技术主要应用于运输过程实时监控场合。

Real time monitoring system and method for dam material transportation process of hydropower project based on Beidou System

The invention relates to real-time monitoring and control of dam material transportation in water conservancy and Hydropower projects. In order to get rid of GPS restriction in transportation and make up for insufficient coverage of GPS in remote mountainous areas and lack of autonomous communication ability of GPS, the invention finally realizes all-weather visual monitoring and false discharge alarm and intelligent feeding control of dam transportation vehicles. The real-time monitoring system and method for dam material transportation process of Beidou Hydropower Project are as follows: (1) formulating transportation vehicle dispatching plan; (2) identifying material source information based on PDA information acquisition and RFID device; (3) locating and tracking transportation vehicle based on Beidou positioning system; (4) reloading transportation vehicle based on Beidou communication system and data Place to achieve data transmission, resend and reissue; (5) Transportation vehicles on-line tracking and visual control based on GIS platform; (6) General Control Center monitoring terminal alarm and feedback. The invention is mainly applied to the real-time monitoring of transportation process.

【技术实现步骤摘要】
基于北斗系统水电工程坝料运输过程实时监控系统和方法
本专利技术涉及一种水利水电工程坝料运输过程实时监控方法。尤其涉及在大坝填筑施工中，施工机械众多，上坝强度高，坝料要求分区填筑，施工环节复杂，极易造成运输拥堵的情况下，能够实现水电工程坝料运输过程全天候、不间断监控，并进行智能馈控的实时监控方法。具体讲,涉及基于北斗系统的水电工程坝料运输过程实时监控方法。
技术介绍
坝料填筑是水利工程施工中的关键环节，在大坝填筑过程中由于要求料源分类，坝料分区填筑，且上坝强度大，施工机械众多，施工条件极其复杂。若无法对上坝运输过程做出合理的施工组织安排，极易造成运输不畅，延误工期。坝料运输作为料源开挖与坝料填筑的中间工序，对其运输过程的合理规划，可以有效缩短施工期，减少人力物力消耗，降低工程成本。在计算机与互联网技术高速发展的今天，工程的数字化、网络化、智能化管理是一个重要的发展趋势。因此，建立一套水电工程运输工程的实时监控方法，不仅有利于水电工程施工过程中的协调与管理，更是符合当今时代的大坝全寿命周期的智能化管理与控制的需求。车辆监控系统是地理信息系统(GeographicInformationSystem,GIS)、卫星导航定位技术、通信传输技术的综合应用，是智能交通系统的重要组成部分。目前大多交通运输监控系统都采用美国全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)+全球移动通讯系统(GlobalSystemforMobileCommunication,GSM)/通过无线分组业务(GeneralPacketRadioService,GPRS)的无线通讯网络实现定位和监控。山东大学通过在物流车辆上安装车辆监控终端，综合运用GPS、GIS、互联网等技术，开发了一套物流车辆监控系统，对物流车辆进行信息化管理，提升了物流公司信息化管理水平和运营效率。而基于GPS定位的监控系统存在两个重要的缺陷：一是GPS属于美国开发的定位系统，在关键领域的运用受到牵制，且在我国某些偏远山区，GPS信号未完全覆盖，无法满足运输车辆实时定位的需求，其安全性和保密性得不到保障；二是GPS系统无自主通讯功能，对于运输车辆的监控需要借助移动通信网络，增加了数据传输成本。相比于GPS卫星定位系统，由我国自主研发的北斗定位系统，覆盖了中国大陆所有地区和海区，无通信盲区，可同时提供定位和通信服务功能，且北斗终端无需自己计算位置，降低了组网成本，特别适合于GPS信号覆盖不到的偏远山区或集团用户大范围监控管理和数据采集。基于以上优点，北斗系统被广泛运用于交通运输、物流监控、海上作业、水文气象等领域的数据采集与通信传输。电子科技大学基于C/S架构，设计并开发了一个基于北斗系统的车辆管理指挥系统，增强了作战命令的时效性进和部队车辆的机动性，实现了汽车部队的动态监控指挥，为战场控制、任务调度提供有效的技术支持。福州大学基于采用北斗+GPS双模定位技术，实现车辆的相对精确定位和多功能的只能监控，较大程度上提高了我国道路交通的安全监控与管理。北斗定位系统作为中国的“GPS”，具有比GPS定位系统更为强大的通讯能力，随着我国卫星系统的不断完善，北斗定位系统在工程领域的数据采集与传输过程中具有广大的运用前景。目前工程领域的运输监控系统基本依赖于别国开发的GPS定位系统实现车辆定位，其安全性和保密性得不到保障。我国大部分水利工程均处于偏远山区，GPS信号无法完全覆盖，此外，仅依靠北斗通讯服务功能，在发生突然停电、断网情况下，难以满足实时监控的需求。为此，本专利技术基于北斗系统的定位与通信能力以及增强性可靠用户数据报协议(EnhancedReliableUserDatagramProtocol,ERUDP)补发机制研发了一套水电工程坝料运输过程全天候实时监控方法，为水利工程施工的施工组织设计与工程规划提供技术支持。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，针对在大坝填筑施工中，由于上坝强度高、地质条件复杂，工区现有移动通信条件难以满足坝料运输系统车载设备定位监测数据的全天候实时传输要求的情况下，基于我国自主研发的北斗卫星导航系统，结合通信传输技术及ERUDP补发机制，本专利技术旨在提出一种基于北斗系统的水电工程坝料运输过程实时监控系统，摆脱我国重要基础工程中定位系统受制于他国的局面，弥补传统水电工程坝料运输监控系统在偏远山区中GPS覆盖不全以及GPS无自主通信能力的不足，最终实现上坝运输车辆的全天候可视化监控和错误卸料报警及智能馈控，为水利工程的施工组织优化提供重要的数据参考。为此，本专利技术采用的技术方案是，基于北斗系统水电工程坝料运输过程实时监控方法，步骤如下：(1)制定运输车辆调度计划：在坝料运输工作开始开始前，根据现场所需材料上坝强度，在客户终端中输入制定好的车辆调度计划，并储存于数据库服务器中；(2)基于PDA信息采集及射频识别装置识别料源信息：运输车按调度计划装料完毕行驶至坝料监测装置并于规定范围停车，并将射频卡放至射频感应识别区进行识别，能够识别出该射频卡事先录入的车辆及运输材料信息，通过访问所述数据库服务器中的中心数据库，进行识别信息的匹配；(3)基于北斗定位系统进行运输车辆定位与跟踪：通过北斗车载终端的定位模块，发送定位请求到地面服务基站，基站沟通卫星后，运算并确定当前设备的地理位置，将坐标发回车载终端，实现运输车辆的定位；同时，根据卸料监测装置利用信号采集装置，确定车辆当前空满载状态及坐标位置；车辆位置与状态信息定义后发送给北斗终端中的CPU中央处理器。(4)基于北斗通讯系统和数据补发装置实现数据传输、重发与补发：北斗终端中的CPU中央处理器通过数学运算将把车辆信息压缩可在L/S波段传输的数据包并且“IP”数据化，采用北斗卫星中的无线通讯功能作为无线通讯载体，对数据包进行组包并发送给北斗通讯模块，通讯模块通过串口将数据发送至通讯服务端所在IP地址，同时采用ERUDP传输协议，依据丢包数量大小，将重发加补发的方式解决数据传输不完整的问题，实现北斗车载终端与总控中心的实时双向通讯；(5)基于GIS平台进行运输车辆的在线跟踪和可视化控制：通讯服务端对发过来的数据包进行分类和管理，依据北斗终端中央处理器指令发往计算服务端和中心数据库进行数据解析和存储，并借助TCP/IP协议将解析后的车辆信息提供给监控中心的GIS显示模块，基于GIS平台，将车辆实时位置与电子地图匹配，使其运行轨迹即时显示在监控终端的计算机屏幕上，并进一步进行车辆空满载状体及卸料点匹配判断，统计各上坝道路行车密度及坝料的上坝强度储存于中心数据库并反馈至北斗终端和监控中心，实现运输车辆的动态跟踪及可视化监控。(6)总控中心监控终端报警及反馈：当通讯服务端监测到运输车空满载状态信号改变并判断出车辆的卸料动作时，驱动计算服务端调用数据库中该车辆正在执行的运输调度技术，分析该卸料点位置坐标是否与设定的卸料区域匹配，以此判断该次卸料会否有效，若卸料位置出错，监控系统终端将会显示卸料错误报警弹框，同时发送报警短信至现场管理人员手持PDA上，提醒现场管理人员进行处理，实现大坝填料施工过程中上坝运输的施工反馈与协调。ERDUP重发加补发的控制方程为：式中，α为触发重发或补发的限定值，是一个动态调整的值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于北斗系统水电工程坝料运输过程实时监控方法，其特征是，步骤如下：(1)制定运输车辆调度计划：在坝料运输工作开始开始前，根据现场所需材料上坝强度，在客户终端中输入制定好的车辆调度计划，并储存于数据库服务器中；(2)基于PDA信息采集及射频识别装置识别料源信息：运输车按调度计划装料完毕行驶至坝料监测装置并于规定范围停车，并将射频卡放至射频感应识别区进行识别，能够识别出该射频卡事先录入的车辆及运输材料信息，通过访问所述数据库服务器中的中心数据库，进行识别信息的匹配；(3)基于北斗定位系统进行运输车辆定位与跟踪：通过北斗车载终端的定位模块，发送定位请求到地面服务基站，基站沟通卫星后，运算并确定当前设备的地理位置，将坐标发回车载终端，实现运输车辆的定位；同时，根据卸料监测装置利用信号采集装置，确定车辆当前空满载状态及坐标位置；车辆位置与状态信息定义后发送给北斗终端中的CPU中央处理器；(4)基于北斗通讯系统和数据补发装置实现数据传输、重发与补发：北斗终端中的CPU中央处理器通过数学运算将把车辆信息压缩可在L/S波段传输的数据包并且“IP”数据化，采用北斗卫星中的无线通讯功能作为无线通讯载体，对数据包进行组包并发送给北斗通讯模块，通讯模块通过串口将数据发送至通讯服务端所在IP地址，同时采用ERUDP传输协议，依据丢包数量大小，将重发加补发的方式解决数据传输不完整的问题，实现北斗车载终端与总控中心的实时双向通讯；(5)基于GIS平台进行运输车辆的在线跟踪和可视化控制：通讯服务端对发过来的数据包进行分类和管理，依据北斗终端中央处理器指令发往计算服务端和中心数据库进行数据解析和存储，并借助TCP/IP协议将解析后的车辆信息提供给监控中心的GIS显示模块，基于GIS平台，将车辆实时位置与电子地图匹配，使其运行轨迹即时显示在监控终端的计算机屏幕上，并进一步进行车辆空满载状体及卸料点匹配判断，统计各上坝道路行车密度及坝料的上坝强度储存于中心数据库并反馈至北斗终端和监控中心，实现运输车辆的动态跟踪及可视化监控；(6)总控中心监控终端报警及反馈：当通讯服务端监测到运输车空满载状态信号改变并判断出车辆的卸料动作时，驱动计算服务端调用数据库中该车辆正在执行的运输调度技术，分析该卸料点位置坐标是否与设定的卸料区域匹配，以此判断该次卸料会否有效，若卸料位置出错，监控系统终端将会显示卸料错误报警弹框，同时发送报警短信至现场管理人员手持PDA上，提醒现场管理人员进行处理，实现大坝填料施工过程中上坝运输的施工反馈与协调。...

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗系统水电工程坝料运输过程实时监控方法，其特征是，步骤如下：(1)制定运输车辆调度计划：在坝料运输工作开始开始前，根据现场所需材料上坝强度，在客户终端中输入制定好的车辆调度计划，并储存于数据库服务器中；(2)基于PDA信息采集及射频识别装置识别料源信息：运输车按调度计划装料完毕行驶至坝料监测装置并于规定范围停车，并将射频卡放至射频感应识别区进行识别，能够识别出该射频卡事先录入的车辆及运输材料信息，通过访问所述数据库服务器中的中心数据库，进行识别信息的匹配；(3)基于北斗定位系统进行运输车辆定位与跟踪：通过北斗车载终端的定位模块，发送定位请求到地面服务基站，基站沟通卫星后，运算并确定当前设备的地理位置，将坐标发回车载终端，实现运输车辆的定位；同时，根据卸料监测装置利用信号采集装置，确定车辆当前空满载状态及坐标位置；车辆位置与状态信息定义后发送给北斗终端中的CPU中央处理器；(4)基于北斗通讯系统和数据补发装置实现数据传输、重发与补发：北斗终端中的CPU中央处理器通过数学运算将把车辆信息压缩可在L/S波段传输的数据包并且“IP”数据化，采用北斗卫星中的无线通讯功能作为无线通讯载体，对数据包进行组包并发送给北斗通讯模块，通讯模块通过串口将数据发送至通讯服务端所在IP地址，同时采用ERUDP传输协议，依据丢包数量大小，将重发加补发的方式解决数据传输不完整的问题，实现北斗车载终端与总控中心的实时双向通讯；(5)基于GIS平台进行运输车辆的在线跟踪和可视化控制：通讯服务端对发过来的数据包进行分类和管理，依据北斗终端中央处理器指令发往计算服务端和中心数据库进行数据解析和存储，并借助TCP/IP协议将解析后的车辆信息提供给监控中心的GIS显示模块，基于GIS平台，将车辆实时位置与电子地图匹配，使其运行轨迹即时显示在监控终端的计算机屏幕上，并进一步进行车辆空满载状体及卸料点匹配判断，统计各上坝道路行车密度及坝料的上坝强度储存于中心数据库并反馈至北斗终端和监控中心，实现运输车辆的动态跟踪及可视化监控；(6)总控中心监控终端报警及反馈：当通讯服务端监测到运输车空满载状态信号改变并判断出车辆的卸料动作时，驱动计算服务端调用数据库中该车辆正在执行的运输调度技术，分析该卸料点位置坐标是否与设定的卸料区域匹配，以此判断该次卸料会否有效，若卸料位置出错，监控系统终端将会显示卸料错误报警弹框，同时发送报警短信至现场管理人员手持PDA上，提醒现场管理人员进行处理，实现大坝填料施工过程中上坝运输的施工反馈与协调。2.如权利要求1所述的基于北斗系统水电工程坝料运输过程实时监控方法，其特征是，ERDUP重发加补发的控制方程为：式中，α为触发重发或补发的限定值，是一个动态调整的值；Nr为通讯接收端收到的数据包号，Nn为需要的数据包号。3.如权利要求1所述的基于北斗系统水电工程坝料运输过程实时监控方法，其特征是，运输车辆的动态跟踪数据具体为：式中，Vfh为一小时内驶向坝面的车流量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓玲，陈文龙，戴林瀚，崔博，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12