GPS实时监控（精选12篇）
GPS实时监控 篇1
据有关部门统计,各类货运车辆超载超限比例高达30%到85%,这些车辆最大装载率都在300%以上,有的高达760%,即一辆额定载重2吨的货车,实际运载量达到15吨。当汽车轴载超过标准载一倍时,行驶公路一次,相当于标准车辆行驶沥青路面256次,行驶水泥混凝土路面65536次。而且核定载重量越大的车辆,超载对公路的破坏越严重。1条设计使用15年的公路,如果行驶车辆超载1倍,其使用年限将缩短90%,即只能使用1年半。由于超载,载运车辆自身的控制能力降低,容易加大交通事故的发生率[1]。
对货车的运载情况进行集中监控,防治车辆超载运营是一项长期坚持的政策。而现有的防治超载主要是通过在高速公路的特定位置安装地磅,对载货车辆进行依次排查,这样效率较低,而且在远离盘查点的地段,超载现象就无从查起[2,3,4]。研究一种安装在车上的,能够实时发送车载重量信息到监控中心,车辆超载运营会自动报警的装置,具有非常重要的意义。
1 系统总体方案设计
根据系统的实际要求,本车载超重报警系统包括了车载终端和监控中心两部分的设计,总体框架结构如图1所示。
本文所设计的超载监控系统的技术路线如下:根据车辆受载后,车梁与车轴之间相对位移的变化,来判断车载重量的大小。利用超声波传感器测位移的原理,检测载货车辆前后两端的车梁与车轴的位移量。对GPS定位信息进行读取,并提取相应的信息,之后写入到GSM短信中。当车辆超载现象发生的时候,并写入到GSM短信中,单片机通过串口,开启GSM模块发送GSM短信到监控中心GPRS MO-DEM。监控中心对车主信息和车辆的核定载荷进行登记,当GPRS MODEM接收到超载报警短信时,监控中心对超载信息进行存储,并提示超载信息。
2 系统硬件设计与实现
2.1 系统硬件总体设计
本文设计的车辆超载监控系统分为车载终端和监控中心两部分。车载终端是由传感系统、数据采集系统和A/D转换、串口通信、电源系统以及数据发送系统构成。监控中心主要是由GPRS MODEM以及监控软件组成。车载终端总体结构如图2所示:
2.2 超声波测重数据采集系统
超声波传感器是发射人耳无法听见的高频声音脉冲,并测量信号发射到被物体发射回来的时间差。超声波传感器已经在各种场合成功地展示了其优越的性能,尤其是非接触物体测量或检测,这使得超声波也适用于非常恶劣的工作环境[5]。
本文所选用的超声波传感器(型号:GH-RS04),模块内带传感器进行温度补偿,提高测量的精度,可直接操作温度传感器的一个I/O口进行温度数据读写。文中选用三个超声波传感器检测车载位置信息,通过单片机采集超声波信号。超声波传感器与单片机硬件接线原理图如图3所示:
2.3 加速度传感器体系
加速度传感器是根据其内部由于加速度而引起的晶体变形这个特性研制成的。由于这个变形会产生电压,只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系,就可以将加速度转化成电压输出。本文中选用三轴加速度传感器检测车载运行状态,通过ADC-0809数据采集芯片实时采集加速度值,并传递给单片机处理。加速度传感器的板上外接管脚定义如表1所示。
其中:NC悬空,SL接地,S1、S2是灵敏度选择端口,X、Y、Z分别是三轴的输出。
3 系统软件设计与实现
3.1 系统软件总体设计
本文所设计的系统软件由超声波测距子系统、滤波子程序、GPS卫星定位子系统、GSM短信发送子系统、串口通讯子系统以及监控中心接口软件六个部分构成。超声波检测车轴和车梁之间的相对位置,再由滤波系统过滤掉干扰信号,之后传送到MCU。同时MCU读取GPS系统的定位信息,并且把它和超声波数值写入到GSM短信中。如果车辆发生超重,MCU启动GSM模块,发生GSM短信到指定的监控中心。监控中心通过GPRS MODEM接收GSM短信,经过译码处理,记录下超载车辆的位置以及相应的车辆信息。各个部分的结构框图如图4所示。
3.2 超声波测距程序
所选用的超声波传感器测距方法是:控制口发一个10μs以上的高电平触发trig(控制端),之后等待接收口高电平输出,一有高电平输出就开启定时器计时。当此口变为低电平时,关定时器,并读定时器的值,得出的时间就为此次测距的时间,利用此时间可算出距离:
其中L为测量长度,T为当前温度,b为长度转换系数(不同单片机该系数不同,需要自行测试得出该值),js为ECHO脚的高电平时计数值,offset为偏移值[6,7]。
具体模块测距的操作步骤如下:
1)采用单片机I/O口触发trig(控制端),给至少10μs的高电平信号。
2)模块自动发送8个40KHz的方波,单片机再自动检测是否有信号返回。
3)如果有信号返回,通过I/O输出一高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
4)计算距离并传递给MCU。
3.3 数字滤波算法
数字滤波器(digital filter)是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理,以达到改变信号频谱的目的。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展,数字滤波器已可用计算机软件实现,也可用大规模集成数字硬件实时实现。
综合考虑车辆运营情况以及系统的软硬件等方面的因素,本文采用滑动平均滤波器,其滤波算法是采样一次,将这一次采样值和过去的若干次采样值一起求平均,得到的有效采样值即可投入使用。如果取N个采样值求平均,RAM中必须开辟N个数据的暂存区。每新采集一个数据便存入暂存区,同时去掉一个最老的数据,保持这N个数据始终是最近的数据[8]。
本文滤波器部分核心源代码如下:
3.4 GPS/GSM/GPRS网络
本文的GPS定位设是利用NMEA-0183协议,NMEA协议是由美国国家海洋电子协会(NMEA—The NationalMarine Electronics Association)制定的,为了在不同的GPS导航设备中建立统一的RTCM(海事无线电技术委员会)标准。GPS模块在工作过程中是不停的发送信息,其中每发一个字符数据占10位,一个起始位,一个终止位,8位数据位,用控制器的串口去接收到包含指定信息的帧的数据,再把数据从这帧数据中分离出来[9,10]。
本文的GSM/GPRS网络,采用SIM300模块。利用车载终端的微处理器向模块发送AT指令,并启动SIM300模块工作。在通信中,所有AT指令语句转换成16进制ASCII值发送。
3.5 监控中心程序设计
3.5.1 监控中心界面
监控中心界面主要包括:监控主程序部分、数据库部分、GPS通信配置部分。监控主程序界面具有显示被监控车主基本信息、查询车载终端位置控制命令、车载终端设置命令以及车辆超载报警显示等功能。
3.5.2 数据管理子系统
该系统监控中心计算机数据库程序具有将超载车辆的信息进行保存(包括车主姓名、联系方式、车牌号、超载时间、地点、核定载荷等)的功能,并可以通过时间、车牌号、电话号码等方式查询历史超载记录。系统主要具有“数据录入”和“数据查询”两大功能,如图5所示。
3.5.3 串口通信程序
串行通信中的关键是串行通信设备的初始化、数据的发送和接收及其实现方式。当通信设备接收到一个输入字符的时候就产生一个硬件中断,该中断暂停应用程序的执行,并把接收到的字符存入到一个叫接收数据队列的内存缓冲区中。而待发数据也先存入到一个叫发送数据队列的内存缓冲区中,再由Windows系统负责在后台进行发送。因此,在Windows下接收和发送数据的关键就是如何从接收队列取数据和如何向发送数据队列发数据[11]。
本文采用采用ActiveX控件(MScomm控件)编程,Microsoft Communications Control(以下简称MSComm)是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件,它为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法,以下是VC集成开发环境下对该控件编程的步骤:
1)在当前的Workspace中插入MSComm控件。
2)在MainFrm.h中加入MSComm控件。
3)初始化串口。
4)捕捉串口事件。
5)串口读写。
4 超载实验及其结果分析
本文对核定载荷5t的实验货车进行装载,考虑到实际的装载过程的影响以及避免误报现象的发生,本系统提高核定50%,即当重量检测值为7.5t,系统发出报警信号。当车辆装载达到报警设定界限时,报警端导通,在监控中心计算机界面中出现“超载”的报警提示,如图6所示(因GPS/GSM模块ACC电源、车门线未接,故提示车辆状态为熄火)。在报警界面中,根据收到的定位信息与电子地图的坐标相对比,显示出超载车辆的具体位置。
超限装载的实验结果表明,本文所设计的超载报警系统工作准确、稳定,监控中心能够准确定位到超载运营车辆的位置。所设计的系统能够满足车载超重报警系统的要求。
参考文献
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[11]张筠莉,刘书智.Visual C++实践与提高-串口通信与工程应用篇[M].北京:中国铁道出版社,2006:45-63.
GPS实时监控 篇2
GPS实时动态定位技术的发展与应用研究
GPS栽波相位测量技术从静态、快速静态发展到实时动态(RTK).改变了空间信息的采集方式和定位方式,拓展了GPS的使用空间.GPS RTK测量技术以其高效率、高精度的优点得到测绘及相关单位的`广泛应用.文章通过调查研究介绍了RTK技术在国内外的研究现状,,主要就RTK的测量原理、基本配置、GPS-RTK的应用进行了讨论.分析了常规RTK的关键技术,研究了新的无线电传输技术在RTK技术上的应用以及影响,并指出了RTK技术在国民经济建设中的作用.
作 者：李本玉 高伟 胡晓 作者单位：山东农业大学信息科学与工程学院,山东泰安,271018刊 名：矿山测量英文刊名：MINE SURVEYING年，卷(期)：“”(4)分类号：P228.4关键词：GPS 网络RTK 虚拟参考站技术
GPS实时监控 篇3
【关键词】实时GPS；交通运输；应用
1.实时GPS测量原理
实时GPS测量以载波相位观测值为基础，不同于早先的实时差分GPS（RTD），RTD是建立在C/A码伪距观测值的基础之上的一种实时定位技术，其精度只能达到米级。
静态测量是用两台或两台以上GPS接收机同步观测，对观测值进行处理，可等到两测站间精密的WGS-84基线向量，再经过平差、坐标传递、坐标转换等工作，最终等到测点的坐标。显然静态测量不具备实时性。RTK定位技术则是实时动态测量，需要在两台GPS接收机之间增加一套无线数字通讯系统（亦称数据链），将两相对独立的GPS信号接收系统联成有机的整体。基准站通过电台将观测信息和观测数据传输给流动站，流动站将基准站传来的载波观测信号与流动站本身的载波信号进行差分处理，解出两站间的基线值，同时输入相应的坐标转换和投影参数，实时得到测点坐标。因此，实时GPS测量的关键除数据传输技术外，还需具有很强的数据处理能力。
实时GPS系统由以下3部分组成：
1.1 GPS信号接收系统
从理论上讲，双频接收机与单频接收机均可用于实时GPS测量。但是单频机进行整周未知数的初始化的需要很长的时间，此乃实时动态测量所不允许的；加之单频机在实际作业时容易失锁，失锁后的重新初始化要占去许多时间。因此，实际作业中一般应采用双频机。
1.2数据实时传输系统
为把基准站的信息及观测数据一并时传输到流动站，并与流动站的观测数据进行实时处理，必须配置高质量的无线通讯设备（无线信号调制解调器）。由于数据信息量大，必须采用较高的传输速度，波特率通常要在9600以上。此项要求目前不难达到。利用数据实时传输系统，流动站可以随时监控基准站的工作状态和高设站信息。这对于保证成果质量和排除观测中出现的问题十分有利。
1.3数据实时处理系统
基准站将自身信息与观测数据，通过数据链传输到流动站，流动站将从基准站接收到的信息与自身采集到的观测数据组成差分观测值。在整周未知数解算出以后，即可进行每历无的实时处理。只要保证锁定四颗以上的卫星，并具有足够的几何图形强度，就能随时给出厘米级的点位精度。因此必须具备功能很强的数据处理系统。目前该系统已发展成为多功能的完整系统。所以能成功地用于实际作业中。
2.实时GPS测量的特点
（1）实时GPS测量保留了所有经典GPS功能。如静态测量，快速静态测量等，观测数据亦可采用后处理的方式。静态测量数据后处理的方式，是高精度控制测量中的理想方法。由于后处理定位的实时定位可以同时进行，所以能做到彼此互补，发挥各自特长。
（2）经典的GPS测量因不具备实时性，而不能有用来放样，放样工作还得配备传统的测量仪器，实时GPS测量弥补了这一缺陷。放样精度可达到厘米级。
（3）实现实时GPS测量的关键技术之一是快速解算载波的整周未知数。用经典的静态相对定位法，解得整周示未知数并达到足够精度，往往需要1个小时甚至更长的时间。在实时GPS测量中，尽管初始化时间和长短受到跟踪观测的卫星数，几何图形强度、多路径效应、电离层干扰等诸多因素影响，但已可在数分钟之内完成。如借助快速动态定位，约需3分钟；如采用动态环境下的初始化，约需1分钟；如在已知点上进行初始化，仅有几秒钟足够。这样，测量中即使遇到障碍物（如穿过桥下或通过隐蔽地带）造成失锁，也可在重新捕获到卫星后数分钟内完成整周未知数初始化，继续进行测量。
（4）由于实时GPS测量成果是在野外观测时实时提供，因此能在现场及时进行检核，避免外业工作返工，例如，整周求知数初始化情况和测点点位精度等信息均可在作业现场进行核对。
（5）能够接收到GPS信号的任何地点，全天24小时均可进行实时GPS测量的放样。
（6）完成基准站的设置后，整个系统只需一人持流动站接收机操作。也可设置几个流动站，利用同一基准站观测信息各自独立开展工作。
3.实时GPS测量在公路建设中的应用
GPS测量具有高精度、高效率的优点，在控制测量领域得到了广泛的应用。随着GPS接收机性能和数据处理技术逐渐完善，GPS应用领域也不断拓宽。实时GPS测量在公路工程中可发完成多种工作。
（1）绘制大比例地形图高等级公路选线多是在大比例尺（通常是1：2000或1：1000）带状地形图上进行，用传统方法测图，先要建立控制网，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。其工作量大速度慢，花费时间长。用实时GPS动态测量，构成碎部点的数据。在室内即可由绘图软件成图，由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，大大降低了测图的难度，既省时又省力。
（2）工程控制测量用GPS建立控制网，最精密的方法应属静态测量。对于大型建筑物，如特大桥、隧道、互通式立交等进行控制。宜用静态测量。而一般工程的控制测量，则可采用实时GPS动态测量。这种方法在测量过程中能实时获得定位精度。当达到要求的点位精度，即可停止观测，大大提高了作业效率。由于点与点之间一要求必须通视，便得测量更简便易行。
（3）公路中线测设设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路在地面标定出来。采用实时GPS测量，只需将中线柱点的坐标输入GPS接收机中，系统就会定出放样的点位。由于每个点位的测量都是独立的完成的，不会产生累积误差，各点放样精度趋于一致。
（4）公路纵、横断面测量公路中线确定后，利用中线桩点坐标，通过绘图软件，即可给出路线纵断面和各桩点的横断面。由于所用数据都是测绘地形图时采集来的，因此不需要再到现场进行纵、横断面测量。从而大大减少了外业工作。如果需要进行现场断面测量时，也可采用实时GPS测量。与传统方法相比，在精度、经济、实用各方面都有明显的优势。
（5）施工测量实时GPS系统既有良好的硬件，也有极丰富的软件可选择。施工中对点、线、面以及坡度等放样均很方便、快捷。精度可达到厘米级。
（6）变形观测变形监测网具有毫米级的精度，比一般工程控制网高一个数量级。实践表明，如果用较长的观测时间，分几个时段进行观测，并采用强制对中，观测时天线指北等措施，长度不超过4km的基线向量可达到2mm-3mm的精度。随着研究深化，GPS广泛用于变形观测是完全有可能的。 [科]
【参考文献】
[1]邵思坡，蒋耘农.GPS在公路工程中的运用，交通标准化，2006，（5）.
GPS实时监控 篇4
1 GPS定位原理
GPS全球定位系统主要有三大组成部分, 即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。其中GPS空间星座部分、地面临控部分均为美国所控制, GPS的用户设备主要由接收机硬件和处理软件组成。用户通过用户设备接收GPS卫星信号, 经信号处理而获得用户位置、速度等信息, 最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。
按目前的方案, 全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万km的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近圆形轨道, 运行周期约为11h58min, 分布在6个轨道面上 (每轨道面四颗) , 轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球的任何地方, 任何时间都可观测到四颗以上的卫星, 并能保持良好定位解算精度的几何图形 (DOP) 。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS的基本定位原理是:卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息, 用户接收到这些信息后, 经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。
由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差, GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离, 故称为伪距。对CA (Coarse-Acquisition, 粗捕获码, 即民用码) 码测得的伪距称为CA码伪距, 精度约为24m左右, 对P (Precise Code, 精密码即军用码) 码测得的伪距称为P码伪距, 精度约为2m左右。
2 GPS通信格式
目前, 几乎所有的GPS厂商都遵循美国国家海洋电子协会 (NationalMarine Ele ctronics As s ociation) 制定的NMEA-0183V20通信标准格式。GPS接收机的输出语句按照串行通信协议, 数据格式为8个数据位、1个起始位、一个停止位和无奇偶校验位。
这种通信标准格式语句达数十种之多, 各种数据句型均以“$”开头, 数据主要由帧头、帧尾和帧内数据组成。根据数据帧的不同, 帧头也不相同, 主要有:
$GPGGA (GGA-GlobalPos itioning Sys te m FixData) ;
$GPGLL (Ge ographic Pos ition-Latitude/Longitude) ;
$GPGSA (GPS DOP and active s ate llite s) ;
$GPGSV (State llite s in vie w) ;
$GPRMC (Re com m e nde d Minim um Navigation Inform ation) ;
$GPVTG (Trackm ade good and Ground s pe e d)
其中$GPRMC是GPS推荐的最短数据, 其数据帧格式为:$GPRMC, <1>, <2>, <3>, <4>, <5>, <6>, <7>, <8>, <9>, <10>, <11>,
3 定位数据的提取
在通常的应用中, 一般为GPS接收机分配一个COM串口进行数据传输, 而对于无线通信设备接口而言, 也可以为其指定一个虚拟的串口进行通信。接收机只要处于工作状态就会源源不断地把接收并计算出的GPS导航定位信息通过串口传送到计算机中。从串口接收数据并将其放置于缓存, 在没有进一步处理之前缓存中是一长串字节流, 这些信息在没有经过分类提取之前是无法加以利用的。因此, 必须通过程序将各个字段的信息从缓存字节流中提取出来, 将其转化成有实际意义的, 可供高层决策使用的定位信息数据。同其它通信协议类似, 根据帧结构可完成对各GPS定位信息的提取。
相对于GPS数据处理, 计算机和GPS的通信要慢得多, 而且和GPS的通信还有可能要阻塞, 有时计算机还需要和多台GPS通信, 所以如果应用程序写成单线程的话, 是很不理想的选择。写多线程的程序主要是给GPS通信的读和写分别开一个线程。
同时为了充分发挥GPS定位功能, 拓展GPS应用范围, 需要尽可能的提高GPS定位精度。卡尔曼滤波是一种最优化自回归数据处理算法, 它通过不断预测、修正递推过程, 可随时计算最新的滤波值, 便于实时处理观测数据, 提供了一种最优估计值。因此, 卡尔曼滤波被应用于包括GPS定位在内的广泛领域。在提取定位数据进行应用之前, 使用卡尔曼滤波器对粗差值进行剔除可以有效提高定位精度, 改善实用性。
4 结语
GPS系统目前已广泛应用到社会的各个领域。本文对GPS全球定位系统的定位导航信息的接收和参数数据的提取进行了讨论。通过本文的方法, 可以将GPS定位导航信息从GPS接收机完整接收, 通过对定位参数的提取可将其应用于其他高层应用决策如各种GIS、RS系统等。
摘要：当前GPS的应用越来越广泛, 而从GPS接收机中提取定位数据则是实现其实时定位的首要任务。本文即介绍了GPS数据通信格式以及GPS接收机中定位数据的提取方法。
关键词：GPS通信格式,定位数据,GPS定位原理
参考文献
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GPS实时监控 篇5
地基GPS网是监测电离层总电子含量(TEC)的有效手段之一,本文基于上海综合GPS应用网建立了高时空分辨率(0.5h×0.1°×0.1°)的.垂直TEC格网模型,用于实时地监测该地区上空电离层TEC变化.该模型每30min给出一幅电离层TEC图,详细地反映了区域电离层分布和变化情况,并可用于实时地改正该地区单频GPS接收机的电离层延迟.
作 者：田言涛 王小亚 黄A TIAN Yan-tao WANG Xiao-ya HUANG Cheng 作者单位：田言涛,TIAN Yan-tao(中国科学院上海天文台,上海,200030;中国科学院研究生院,北京,100049)
王小亚,黄A,WANG Xiao-ya,HUANG Cheng(中国科学院上海天文台,上海,200030)
大型压裂曲线实时监控系统 篇6
【关键词】大型压裂，串口，VC++， 压裂数据整合，3G网络，远程实时监控
【中图分类号】 TE325【文献标识码】 A【文章编号】1672-5158（2013）07-0014-02
1.绪论
随着油田勘探开发的深入，油水井压裂工作量越来越多，其对增储上产作用越来越巨大，但是部分区块的普通压裂施工成本和施工复杂程度越来越高，压裂效益却不理想，大型压裂因其高效益性将成为新的施工重点。然而大型压裂往往需要多套压裂车组配合施工，每套压裂车组有自己独立的仪表车监测各自的压裂数据，每套仪表车的数据只能在仪表车内监测，不能远程传输更不能和其他仪表车数据整合。
在本论文中，基于VC++环境下我提出了一整套的技术解决方案来实现多车组压裂数据的整合并远程实时监控。首先，通过各套压裂仪表车的串口读取实时压裂数据；其次，通过小型局域网把读取到的各套压裂数据汇总；其次，通过本文的算法把各套压裂数据进行整合，并通过3G网络远程发送到后台服务器；再其次，服务器把数据备份到数据库的同时，通过vspm软件把计算机端口虚拟成串口以实时转发数据给内网的监测终端机；最后，监测终端机使用专业的压裂分析软件FracProPT接收整合后的数据，并实时显示压裂曲线。方案设计图见图1-1。
2.系统模块的实现
本系统主要分为串口通信，网络收发，数据同步处理，虚拟串口共四个模块，下面分别介绍各模块的实现。
2.1 串口通信
目前，串口通信是工业控制机与底层硬件芯片的主要通信方式，串口一共有RS232和RS485两种物理接口标准，压裂大队的仪表车串口是RS232标准的。在VC++环境下，有两种编程方式实现串口通信：一是调用Windows的API函数，这种方法虽然具有很强的灵活性，但是使用方法及其复杂；二是使用Microsoft提供的ActiveX控件——MSComm，通过MSComm控件的属性，方法和事件实现串口操作，可以简化串口程序的开发[1]。在本系统中，我选择了MSComm控件。
使用MSComm控件操作串口需要四步：（1）把MSComm控件导入到开发的工程中；（2）打开并配置串口的函数编程；（3）响应MSComm控件的OnComm事件的函数编程，以便截获串口数据；（4）对串口数据分析函数的编程。
其中，在第（3）步编程中，需要注意调用第（4）步的分析函数。这样，当串口有数据时，MSComm控件会自动响应OnComm事件的函数完成对数据的截获，然后程序转入分析函数，在分析函数里针对压裂数据做专门的解析，并在内存中开辟空间做好备份副本的工作，等待网络模块的转发。
2.2 网络收发
网络通信连接主要有3个参数：通信的目的IP；使用的传输层协议（TCP或UDP）和使用的端口号。传输层使用TCP或UDP同时为多个应用程序进程提供并发服务时需要区分不同应用程序进程间的连接。套接字Socket就是通过绑定网络通信连接的3个参数，以实现多个程序进程的数据传输的并发服务[2]。
套接字Socket可以看成在两个程序进行通讯连接中的一个端点，是连接应用程序和网络驱动程序的桥梁，Socket在应用程序中创建，通过绑定与网络驱动建立关系。此后，应用程序送给Socket的数据，由Socket交网络驱动程序向网络上发送出去。计算机从网络上收到与该Socket绑定的IP地址和端口号相关的数据后，由网络驱动程序交给Socket，应用程序便可从该Socket中提取接收到的数据。
套接字Socket是网络通信的基本构件，无论是3G网络通信还是局域网通信，都要使用Socket技术。为了简化利用套接字进行网络应用程序开发，微软的MFC对底层的套接字函数进行了封装，提供了CAsyncSocket类和CSocket类[2]。其中CAsyncSocket类只是对套接字进行简单的封装，使用起来比较繁琐。本系统选择使用更高级封装的CSocket类编程。
使用CSocket类开发网络程序需要四步：（1）在发送端配置好目标机的IP和端口，并编写建立套接字的代码；（2）在发送端编写要发送数据的代码，并使用CSocket类的Send函数发送[3]；（3）在接收端配置计算机端口，并编写建立套接字的代码；（4）在接收端利用CSocket类的Accept函数接收数据，并编写数据处理代码[3]。
其中，在第（2）步中要把2.1中实时截获的串口数据引入进来，并实时使用CSocket类的Send函数发送给目标机。在第（4）步中，要实时处理好接收到的串口数据，并在内存中开辟空间做好存储工作，等待下一模块的调用。
2.3 数据同步处理
数据同步处理模块是本系统的核心模块。因为在实际试验中发现，各压裂仪表车每次发出的串口数据个数是不一致的，而且每台仪表车发出的串口数据个数也是无规律性的，随机性很强。数据同步处理模块就是要把从多台仪表车采集的串口数据在秒级时间上统一同步为一个数据组。这样再使用网络模块传输回后方后，经后方机的拆分就可还原出同步的两个数据源，可以进一步的数据整合处理。
因油田的大型压裂一般使用两套压裂车组，本模块的核心设计就是使用两个循环队列[4][5]作为两个数据容器。把每台仪表车获得的数据分别存入各自的循环队列，然后再把两个队列中同步的数据使用网络模块发送出去，留下非同步数据等待下次的同步处理。详细设计如下：（1）开辟两个线程专门监听两个压裂仪表车的数据源；（2）对两个数据源实时传来的数据分别做分析处理；（3）把（2）中分析的完整数据存入各自的循环队列；（4）开辟一个新线程检查两个队列的同步情况，把已经同步的数据编组发送出去。
其中需要注意三个子线程和主线程的耦合关系，各线程的开关变量设计。对第（2）步中的数据处理，需要分析数据是否完整，把完整的数据要保存好的同时，残片的数据也要保存好等待下次残片数据传来时的拼接处理。此外还要维护好两个循环队列的指针移动，特别是进，出队列时需要判断队列的空与满，并做相应的处理。
2.4 虚拟串口
通过网络发送回后方的数据是进入计算机端口的，而专业的压裂软件FracproPT只能接收串口的数据。使用vspm虚拟串口软件可以通过计算机端口成功完成服务器和客户端的虚拟串口连接及数据通信。原理图如图2-1所示：
通过vspm把服务器的端口A虚拟成串口C，把客户端的端口B虚拟成串口D，虚拟串口C，D通过服务器和客户端的计算机端口实现了双向通信。其中虚拟串口C和D需要接2-1的串口通信代码。
3. 系统测试
为了测试本系统的功能，我通过读取并解析两个含有原始压裂数据的二进制dbs文件，把其中的二进制压裂数据重新转换成十进制流式的串口数据，以模拟两个压裂仪表车的串口数据源。
其中，图3-1是实时获取的两个数据源的组合数据，图3-2是两个数据源的压裂曲线组合。经过与原始两个独立数据源的严格分析和对比，1小时09分55秒的模拟采集共4195条数据记录无差错，测试取得成功。
4.总结
针对大型压裂多套压裂仪表车的数据不能无线传回后方，更不能数据整合的问题，本文提出了一整套技术解决方案，使得大型压裂现场的压裂数据得到整合和实时远程监控。而且针对部分老式压裂仪表车没有串口源的问题，通过本文的技术方案，可以用“软件”方式接出一个串口数据源实时的转发出去，同时还不影响前线的生产。特别是解决了技术专家必须亲临仪表车观察压裂数据，不能同时监控异地其他压裂施工过程的问题，为油田压裂施工的信息化做出了新的贡献。
参考文献
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GPS实时监控 篇7
关键词：GPS视觉导航系统,外极线约束,特征匹配,多级匹配
实时导航与定位技术在现代社会生活中得到越来越广泛的应用,尤其是在车载和手持GPS导航领域,方便了人们的生活,但面对日益增长的新需求,它也开始暴露出一些固有缺点。如民用GPS信号在最好的情况下也有约10 m的定位误差,无法直接用于车辆的自动驾驶;由于建筑物造成信号衰减,GPS在室内和城市环境下的应用容易出现不稳定的现象。在移动通信网络内利用三角测量可以实现高精度定位,但由于需要架设大量的基站,存在着成本高和覆盖范围有限的问题。视觉定位基于可见光图像信息,只需要利用摄像机获得的图像信息即可以实现较大范围内的高精度定位,而消费级摄像机已经非常普遍地存在于手机和数码相机中。由此可见,视觉定位可以有效解决GPS导航存在的精度低、不稳定和移动通信定位代价高的问题,将其作为一种辅助导航手段,可以实现大范围内的精确定位,满足更多生产生活的需要。
现引入图像的外极限约束和多级实时匹配算法。该算法根据特征点对图像进行分级处理,首先匹配特征比较明显的点,再利用已匹配点的数据通过外极限约束确定后面几级像素点的视差范围,使得算法能够覆盖绝大部分点的真实视差,对于少部分落在搜索范围之外点的匹配,主要靠中值滤波去除。实验表明,本文的多级实时匹配算法定位精确性和匹配速度优于传统的区域匹配算法。
1 匹配约束
GPS视觉导航系统视角范围为10~100 m,而摄像机一般在1~2 m高度之间进行拍摄。在一个图像中,底部视差最大,自下向上,最大视差值逐行减小。当地形表面凸起或凹陷且夹角接近90°时,如果像素对应的景物点离摄像机很近,则每一行的最大视差值就会增加。为了避免遗漏掉视差值的最大点,算法进行如图1所示的改进。若不考虑最初匹配的κ之前的行,改进后的视差值是单向变化的,这样就能够用视差值代替最大视差约束进行搜索范围的限制。
2 多级实时匹配算法
2.1 算法的基本原理
多级匹配算法按照图像的灰度梯度值将待匹配点分为若干个单元,梯度最大的单元首先得到匹配,然后逐级递减,如此循环[1]。该算法把一幅图像表示为多个由像素行分割的平面,如图2所示。这种方法对场景表面的表现更精确,求得的参考视差也更准确。
2.2 算法描述
设drefer为一个像素行的参考视差,则该行内点匹配时的搜索范围由式(1)决定。
用i表示匹配级别,j表示行数,[j-κ,j+κ]表示j的行群,算法流程图如图3所示。
2.3 选取特征点
基于特征点的图像匹配因具有计算量小、适应能力强和匹配精度高的特点而得到了广泛应用。目前,比较常用的特征点检测方法有Harris角点检测方法和SIFT(scale-invariant feature trans-form)图像特征点算法。Harris角点检测法尺度可变且抗噪声能力较差,而SIFT算法则具有良好的尺度、光照、空间旋转不变性,普遍应用于图像匹配领域[1]。
点的灰度梯度反映了点的明暗程度,本文参考文献[1]的方法,首先对图像进行中值滤波,然后利用Roberts算子进行边缘检测,Roberts算子值大于阈值的点被选中用于匹配。其中,Roberts算子保证了边缘定位的准确性,阈值可以设得小一些,以便图像中大多数行都有点被用于匹配[2]。
2.4 确定搜索范围
匹配搜索范围的确定和直线相似性测度是直线匹配的两个关键问题,如果同名直线搜索范围过大,则增加了匹配错误的几率,而且耗时加长;如果搜索范围过小,则正确的匹配也可能被排除在外。为了提高线特征匹配的可靠性,并同时保证效率,需要确定合理的搜索范围[3]。本文采用基于视差梯度的约束。
2.4.1 视差梯度
设左图中的点fi1(xi1,yi1)、fi2(xi2,yi2)和右图中的fj1(xj1,yj1)、fj2(xj2,yj2)点匹配,则其视差为[4]
设fi1(xi1,yi1)、q1fj1(xj1,yj1)连线的中点为Z1,fi2(xi2,yi2)、q2fj2(xj2,yj2)连线的中点为Z2,代表点Z1、Z2间连线的矢量,如图4所示。
2.4.2 确定基于线性视差变化的范围搜索
第一级待匹配的点具有梯度值大、特征明显等特点,匹配时比较容易得到正确的结果。后面几级的匹配特征没有第一级明显,随着待匹配点梯度减小,利用同样的方法得到正确结果的概率也在减小,但是已匹配点数在增加,得到的参考视差趋于准确,根据2.1算法的原理可知,其搜索范围会越来越小,匹配准确性则越来越大[1]。
第二级匹配中行群内已匹配成功点的最大视差值dline_max和最小视差值dline_min,一行内点的搜索范围由式(2)决定:
随着第三级已匹配点数的增多,搜索范围可以由式(3)确定:
在第四级匹配中,已经有一定数量的点匹配成功,待匹配点邻域内的已匹配点能够提供较为准确的匹配信息,所以搜索范围使用式(4)的连续性约束确定:
经过上述几级匹配确定的搜索范围,能够覆盖绝大部分点的真实视差,对于少部分落在搜索范围之外点的匹配,主要靠中值滤波去除。
2.5 确定匹配准则
本文在对图像点进行匹配时,主要采用多重判据加强匹配结果的可靠性,以此减少误匹配点的个数。根据文献[5]的方法,在匹配过程中首先统计出已匹配的一部分点在灰度差异上的分布src_gray,以src_gray为参照选取候选匹配点,在前三级匹配中,多特征点可以表示为(Sgradx,Sorient,Scorr),其中,Sgradx表示x方向梯度,Sorient表示梯度方向,Scorr表示灰度相关值。
2.6 多级实时图像匹配算法实现
Step1根据匹配准则首先计算两个候选点的灰度差,若差值小于阈值μ,则由该值统计出动态结果,否则滤除该点。
Step2计算Sgradx、Sorient和Scorr,如果Sgradx>μ,则计算Sorient和Scorr,否则滤除该点。三个特征值分别由式(5)~式(7)确定。
式(7)中l_gradx、l_grady、r_gradx和r_grady表示左右图待匹配点的x和y方向梯度,fl和fr表示左右图的灰度函数,表示待匹配点和候选匹配点在大小为(2M+1)×(2N+1)的邻域内的灰度平均值,σl和σr分别为待匹配点和候选匹配点在(2M+1)×(2N+1)邻域内的灰度标准方差。
Step3计算符合Step2条件的灰度相关值Scorr,若Scorr>μ,则按式(8)计算判据。
式(8)中ε1、ε2和ε3为特征值的权重,Scorr的阈值每一级匹配都不同,第一级为一个固定值,后几级阈值逐渐减小,Sall值最大的候选点是正确对应点。
Step4第四级候选点的梯度值大部分较小,特征不明显,本文直接利用Scorr进行匹配。
3 仿真实验
为了验证本文提出的多级实时图像匹配算法的有效性,考核算法对于不同地形的适应性,选取CMU VASC图像库中的室外地形图像进行了匹配,实验在Visual C++6.0环境下,在Intel酷睿i3、内存为4 G的PC机上进行测试[6]。实验结果如图5所示。图5中(a)图是立体图对中的左图原图,(b)图是本文方法视差图,(c)传统区域匹配方法视差图,(d)图为视差图比较。
对图5(d)分析可以看出亮度越高,视差值偏差越大,而在视差偏差越大的像素中得出的匹配结果越准确;图像中地面凸起部分其他匹配方法都滤除掉了,但本文的方法给出了准确的匹配结果,这说明在图5所处的实验环境下,本文多级实时匹配算法的准确性高于传统方法,对环境的适应性更强。两种算法匹配结果与区域匹配算法定量比较如图6所示,算法运行时间结果对比如图7所示。
对图6结果进行比较可以看出,在两种实验方法中,20%以上的点取值不同,而且这些点分布在某一个区域内,使用滤波程序不能滤掉,而本文的方法更有效。
图7显示了两种算法匹配所用时间的对比。结果表明,尽管多级匹配算法没有把匹配时间作为主要指标进行考察,但还是比传统的区域匹配算法运行时间减少50%以上,具有匹配明显的速度优势,这说明本文2.2.2节基于线性视差变化的搜索范围确定方法是非常有效的。这种立体匹配的准确性、快速性和对环境的适应性有效地解决了GPS导航中存在的精度低、不稳定和移动通信定位代价高的问题。
参考文献
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GPS实时监控 篇8
全球定位系统以其高效、精度高、测量简单而备受推崇, 它是目前测量中应用最为广泛的方法之一。随着处理软件的不断革新, GPS在公路测量中也得到了广泛的使用。传统公路施工测量步骤及其存在一定的问题:施工单位进场后, 对业主提供的控制点进行复测、加密, 成果报监理部门批准后, 施工单位才可对公路中桩和边线放样, 在整个施工过程中, 施工单位要不断地对公路中桩和边线复测检核, 防止欠量或超量, 造成不必要的损失, 每一施工阶段结束后, 要进行阶段性竣工测量, 接受业主的验收。施工单位传统上都习惯用全站仪、水准仪对整个施工过程进行监控, 这是因为全站仪原理和技术普遍被测量人员熟知, 且由于价格低廉而被广泛应用在各类测绘当中。但由于在施工线上往往有很多树林、水域、居民区, 而业主提供的控制点又都是相隔3~5km的GPS点, 彼此很少通视, 这给用全站仪的用户带来很多烦恼, 他们不得不多加密几个支导线点, 不厌其烦地搬站、架仪器、后视、指挥镜站。同时也带来了精度的损失。用全站仪放样时, 是山测站指挥镜站到相应的桩号或断面, 速度极慢, 距离远时, 还会带来信息交流上的障碍, 因此动态GPS尤其是GPS-RTK技术在公路测量尤其明显的优势。
2 GPS-RTK基本原理及其工作流程
2.1 GPS-RTK的工作原理
GPS-RTK实时动态定位技术是以载波相位观测为基础的实时差分GPS测量技术。它的基本形式是一台基准站和一台或多台流动站, 以及用于数据传输的通讯电台。在RTK作业模式下, 基准站和流动站要保持同时跟踪至少5颗GPS卫星, 基准站不断的对可见卫星进行观测, 并把带有已知点位信息通过电台发送给流动站, 流动站将自己收到的卫星信号连同接收到的基准站的数据组成差分观测值实时进行处理, 解算出流动站的瞬时三位空间坐标。
2.2 RTK作业模式的基本流程
RTK测量前首先要进行必要的坐标系匹配, 取测区有代表性且能覆盖测区的控制点, 其总数应大于3个, 且它们具有国家坐标系坐标或地方坐标系坐标, 同时也具有同一GPS网下的WGS-84坐标, 坐标系匹配的实质是求取局部坐标系统的转换参数;测量的第二步是进行相应的测站参数设置, 基准站和流动站根据相应的菜单提示分别进行必要的设置;测前准备的最后一步是进行必要的电台设置。各项准备工作完成后, 就可以进行正式的测量了。
3 利用GPS-RTK进行公路测量
3.1 GPS用于首级控制
以某公路测量为例, 设计线路经过地属山地和平原地形, 山地植被以松、杉树和灌木为主, 平地以农田为主, 植被发育茂密, 通视条件困难。村镇居民地基本以集团式为主, 地形地貌复杂, 沿中心线附近有国道及县乡道路相通, 交通基本方便。本次测绘主要任务对中桩、界桩放样、权属调查, 作业依据《公路勘测规范》。根据地形条件与曲线要素确定中桩间距, 不同中桩间距见表1。
此次测量通过联测已知点, 沿设计路线共布设了290个左右的GPS点作为此次测量的首级控制点, 外业观测采用静态测量模式, 图形均采用边联式构网, 基线边的有效观测时段不小于45min, 图形几何强度因子PDOP<6, 卫星高度角大于15°, 有效卫星观测总数不小于5颗。观测数据的基线解算在软件Gpsurvey中进行处理, 平差采用TGO差软件进行网平差处理, 测设的GPS点最小点位误差±1.2cm, 满足GPS网的精度要求。
在GPS网平差的基础上, 在测区内均匀的选择了7个四等点, 用这7个点的54北京坐标与WGS84坐标用软件求出本区域WGS84与54北京坐标之间的七个转换参数。并把这些转换参数预存在GPS接收机的电子手簿内, 用于软件处理并实时输出数据。
3.2 GPS-RTK用于中线放样
在控制测量完成后, 利用软件自带的道路设计模块根据技术要求对线路进行设计。软件自身会根据技术要求计算出去曲线长度等线路信息, 完成后将所有信息导到外业控制器, 此时按照相应的要求进行必要的基准站、流动站及电台的设置, 设置完后可以进行正式的放样工作了。放样过程中控制器软件会自动提示放样的精度, 当坐标偏移量在容许范围内时, 存储测点的三维坐标。
3.3 GPS RTK与全站仪放样方法比较
放样过程中为加快工作进度, 在使用GPSSRTK技术同时, 又采用全站仪进行放样及补桩, 本次测量采用仪器标称精度为测角±2″, 测距± (3mm+2ppm) , 根据原有1:2000带状地形图沿设计线判断需加桩地形统计坐标与设计里程逐桩坐标 (或每隔5m) 组成数据文件, 通过通讯程序, 编缉格式把放样坐标、控制点成果传送到全站仪 (存储卡满足要求) , 避免了手工输入的粗差。外业放样时两个作业员组成一组, 在原控制网基础上进行放样, 受通视条件的限制, 支站数受到限制, 还需发展二级导线, 才能满足放样的精度要求, 见表2。
RTK动态定位在公路勘测阶段应用, 放样一个点位仅需2~4S, 精度也可以达到1~3cm, 且整个测量过程不需通视, 有着常规测量仪器 (如全站仪) 不可比拟的优点。
4 GPS-RTK测点的精度分析
4.1 测量精度分析
在RTK进行测量中, 很重要的一道工序是流动站必须在已知测量控制点上对动态测量精度进行检核, 以检查转换参数计算和参数设置是否正确。表3为10个控制点上的比对结果, 从表3可以看出, 检测数据中, 平面差值最大值0.013m, 高程差值最大值为0.030m, 动态测点平面位置中误差为±0.009m, 高程中误差为±0.020m, 精度比较高, 能够满足工程本身的要求, 图1可更为直观的反应测量精度, 同时也反映了GPS测量时高程精度。
4.2 误差源分析
影响RTK观测值的精确性和可靠性的因素很多, 主要包括:星历误差、卫星数、卫星图形、大气状况、基线长度、数据链硬件条件及数据处理软件等。不同的误差源有不同的应对措施, 测量时可根据具体情况采取相应的措施, 如卫星图形可根据软件预报功能查看未来情况, 以确定野外测量作业计划。
5 结束语
GPS-RTK技术应用于公路勘测中, 通过实际测量可以看到, 它能够实时定位, 精度好、效率高, 如果把RTK用于公路控制测量、铁路线路控制测量、水利工程控制测量、大地测量、大比例尺地形图测量, 不仅可以大大减少人力强度、节省费用, 而且大大提高工作效率。随着通讯等技术的进一步发展, 网络RTK技术也随之应运而生且技术越来越成熟, GPS RTK应用必将得到革命性的发展和应用。
摘要：介绍了GPS-RTK基本原理, 阐述了其在公路测量中的优越性, 通过实例分析了GPS-RTK技术在公路测量中的精度高、高效性等特点, 展望了其巨大的应用前景。
关键词：GPS-RTK,放样,勘测
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GPS实时监控 篇9
GPS接收机接收到GPS信号并成功解码得到时间和位置信号后, 有很多数据会在不同的设备之间传输, 为了确保数据的有效传输, 美国国家航海电子协会制订了NMEA20183协议, 规范了各设备之间数据传输格式, 其已广泛应用于很多领域。本文以NMEA20183协议为基础, 充分利用FPGA可并行运行的特点, 利用软件编程在单片FPGA上并行实现GPS信息的接收处理、存储器和PWM控制, 同时根据FPGA具有丰富的I/O接口特点, 通过编程为DSP等微处理器的无缝接入预留接口。
1 系统总体结构
车载GPS及其相应的导航系统要求系统既要具有高速实时的计算能力, 也具有丰富的外设接口, 保证采样速度和精度。同时, 根据整个系统小型化的考虑, 惯导平台通常采用小容量PWM驱动装置, 从而减小外部电磁环境的影响, 保障其工作精度。FPGA具有丰富的I/O功能, 而且可以多个进程并行运行, 可以满足系统的要求。本文设计GPS数据采集与处理系统就采用FPGA作为核心处理芯片实现GPS数据采集处理和PWM控制, 系统硬件结构如图1所示, 系统的核心处理器FPGA选用xilinx公司的XC3S400, 它采用90nm工艺, 最大容量40万门, 工作频率可达200MHz, 此外系统还包括电源管理单元, 程序和数据存储器, 接口电平转换单元等部分组成。系统采用5V供电, 选用TI公司的TPS75003作为电源管理芯片, 提供+3.3V、+2.5V和+1.2V电压。
2 技术实现
本系统充分利用FPGA可并行运行的特点, 利用软件编程在单片FPGA上并行实现GPS信息的接收处理、存储器和PWM控制, 同时根据FPGA具有丰富的I/O接口特点, 通过编程为DSP等微处理器的无缝接入预留接口。GPS数据由东方联星公司的CNS100-GG卫星导航接收机以232接口的形式提供。CNS100-GG卫星导航接收机, 能够实时接收GPS和GLONASS卫星导航信息, 实现机动载体的实时高精度三维定位、三维测速、精确定时, 具有定位精度高、启动时间短、体积小、功耗低、性能可靠、适应各类载体, 具有抗干扰/防欺骗能力。CNS100-GG卫星导航接收机热启动时间为1秒, 冷启动时间为35秒。CNS100提供的GPS数据格式以$GPGGA、$GPRMC和$GPGSV开头, 以0x OD 0x OA结束。
根据CNS100-GG接收机提供的GPS信号特点, 采用FPGA进行编程, 基于FPGA的GPS数据接收流程如图2所示。FPGA首先检测以“$”开始的GPS帧头数据, 并在地址译码信号的作用下将数据存入FPGA自带的Block RAM, FPGA检测到0x OD 0x OA结尾数据时, 表示该帧GPS数据接收完成, FPGA产生完成标志, 通知DSP读取和处理GPS数据, 同时将存储器片选地址翻转, 以待下次GPS数据存入另一存储空间, 完成乒乓存储。
3 仿真验证
对基于FPGA的GPS数据接收系统进行软件仿真验证, 基于ISE软件的FPGA实现图如图3和图4所示, 对FPGA接收GPS进行数据仿真, 仿真波形如图5所示。从图3至图5可以看出, 基于FPGA能够实现GPS数据的实时接收。
结束语
FPGA具有并行运算的特点, 能够实现数据的高速实时采集, 本文基于FPGA设计了GPS数据的实时采集系统, 该系统能够实现数据的实时采集和处理。
参考文献
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GPS实时监控 篇10
关键词：变电站,自动化系统,时间同步,GPS,授时装置,时标,检测,测试
0 引言
卫星信号异地时间同步方式,因其技术先进、成熟、不受气候影响、不占用电力信道、不完全依赖远动协议,在电力系统内应用广泛。全球定位系统(GPS)授时装置作为变电站二次设备的时钟信号可选来源之一,通常被自动化系统作为主选时钟源对站内主系统和子系统的二次设备进行授时,以满足对异地和本地变电站智能电子设备(IED)之间的时间同步越来越高的要求[1,2]。
针对自动化系统和设备的时间同步,目前尚没有电力系统专用的国家标准或行业标准[3]。国内为了检测变电站GPS授时装置的准确性,通常采用对其输出信号进行时频检测的方式[3,4,5,6]。该方式存在2个明显的不足:①该方式为随机检测或抽检方式,不易确定检测时刻的时间值;②不易确定输出信号携带的时间编码信息的正确性。因此,时频检测的方式只能检测GPS授时装置的部分能力。本文在时频检测的基础上提出了“给定检测时刻时标”(即实时定时标)的检测方法。
1 时频检测方法
变电站GPS授时装置有3类常用输出信号[7,8,9,10,11],如图1所示。
GPS授时装置时频检测的连接方式见图2。可采用标准时钟信号源和示波器,实现对GPS授时装置的时频检测。并且在检测开始前,标准时钟信号源、GPS授时装置均已与GPS时间同步。
本文以标准时钟信号源输出1PPS信号、GPS授时装置各输出端口每秒输出一次信号为例,简述时频检测方法的原理。图3为图2中示波器的显示示意图,表示GPS授时装置各输出信号与基准1PPS信号之间的偏差。
1.1 准确性检测
准确性检测通常是在标准时钟信号源和GPS授时装置均与GPS同步的情况下,检测GPS授时装置输出信号与GPS同步对时脉冲之间的偏差。
任选2个1PPS标准对时脉冲(如图3中Tm,Tn时间的对时脉冲上升沿),可以检测出GPS授时装置脉冲输出上升沿、串行报文起始沿、IRIG-B编码起始时刻与1PPS脉冲上升沿之间的偏差,分别为Δt1,Δt2,Δt3和Δt1′,Δt2′,Δt3′。
1.2 稳定性检测
稳定性检测主要是检测授时装置内部时钟源的准确性和稳定性[12],保障授时装置在GPS信号丢失后的一段时间内,其输出信号仍能满足要求。该检测的起始条件为:在标准时钟信号源和GPS授时装置均与GPS同步的情况下,同时断开GPS同步信号(通常采用同时断开GPS天线的方式)。
按照1.1节的方式,根据Tm和Tn(见图3)间隔时间长短的不同,检测GPS授时装置在内部时钟源守时状态下输出信号的稳定性及准确性,即标准时钟源与GPS授时装置内部时钟源之间的频率比对检测。
2 定时标检测方法
根据第1节对时频检测方法的叙述,可见针对GPS同步状态下的GPS授时装置输出信号检测存在以下不足:①作为基准信号的标准时钟源对时脉冲(除非采用分脉冲(1PPM)或时脉冲(1PPH)),其实时时刻的时间值不易确认;②不易确认IRIG-B码信号的时间编码信息正确性;③无法检测串行编码时间信息的正确性。本文提出的定时标检测方法主要采用与GPS时标同步的可控时标信号源实现,如图4所示。
可控时标信号源有2种输出信号:①面板锁定显示的GPS时刻输出与GPS对时脉冲上升沿实时同步的LPPS信号(TTL电平方式)。②根据LPPS信号触发时刻,延时输出DO。GPS授时装置输出信号的定时标检测方法如图5所示。该方法可实现输出信号的实时偏差检测、指定时刻串口时间信息检测、指定时刻IRIG-B编码帧时间信息检测,信号(除了DO)都将在示波器上反映。
2.1 实时偏差检测
实时偏差检测类似于上述时频检测方法的准确性检测方式,在可控时标信号源的面板显示Tc时刻,触发时标脉冲LPPS上升沿;通过示波器测得Δt1~Δt3,参见图3(b)和图5(b)。
2.2 IRIG-B时间编码检测
参见图5,以Tc时刻可控时标信号源触发的LPPS信号为基准,示波器将锁定显示Tc时刻后的编码波形“编码Tc”。依据IRIG-B标准对各编码(BCD格式)段的定义,可以检测GPS授时装置时间编码段传输是否与Tc时间值相等,以及检测输出信号编码格式与标准格式的相符程度。
2.3 串口时间信息检测
时间信息检测的设备连接方式如图5(a)所示。GPS授时装置的串口信号经通信转接口送入通用计算机通信口,可控时标信号源的开关量端口接至通信转接口。图5(b)为检测的信号时序示意图(其中ΔT的设置范围为0至大于1 s)。检测方式为:计算机正常接收GPS授时装置输出的串行报文;在检测时刻Tc,可控时标信号源以Tc时刻LPPS信号为基准,延时ΔT控制开关无源接点DO动作,断开串行口至计算机的通信回路;计算机最后接收的报文为“报文Tc”;“报文Tc”中的时间信息应该与Tc时间值相符。
3 检测方法验证
该检测方法的实验室验证,选用了一台某型号GPS授时装置为测试对象,主要测试工具为 Fluke190C双通道示波器、CT-GPS1时标信号模拟仪、RS-485/RS-232转换接口、通用计算机和串口工具软件。
GPS授时装置具有PPS脉冲输出(TTL电平方式)、19.2 kbit/s速率的RS-485串口报文输出、IRIG-B(DC)编码输出等端口;CT-GPS1信号模拟仪与GPS同步后,可锁定输出TTL电平的指定秒时刻GPS的PPS上升沿,以及同步输出一路直流固态继电器开关量(误差<0.01 ms)。
3.1 实时偏差检测验证
参照图5的连接方式,以CT-GPS1随机捕获的GPS的PPS信号上升沿LPPS为时标基准,分别测得GPS授时装置各输出信号的偏差Δt1,Δt2,Δt3,测试数据见表1。
3.2 IRIG-B时间编码检测验证
由于选用示波器的功能所限,授时装置IRIG-B码信息,主要是确认其分、秒信息的正确性。参照图5,用CT-GPS1的LPPS信号锁定IRIG-B编码波形,表2为编码读取结果。
3.3 串口时间信息检测验证
GPS授时装置报文长度为24字节,若以19.6 kbit/s速率、无校验位、1位起始位、1位停止位方式传输,报文输出耗时约需13 ms;表1已经得到了报文帧起始输出的实测滞后时间Δt2约为82 ms。
因此,采用CT-GPS1的固态继电器开关量输出口驱动小容量常规继电器,将常闭节点串接于GPS授时装置串口至RS-485/RS-232转换接口的通信回路,与LPPS锁定输出同步,常闭接点打开,断开通信回路;计算机通过串口工具软件得到“截止前一秒”的报文。参照图5的接线方式,实际数据结果如下:
1)2008-05-21 CT-GPS1显示3.44.38 PM
计算机最终显示: Γ2008:05:21:15:44:37 V(回车符)。
2)2008-5-21 CT-GPS1显示3.57.22 PM
计算机最终显示:01 32 30 30 38 3A 30 35 3A 30 31 3A 31 35 3A 35 37 3A 32 31 20 56 0D 0A。亦即:Γ2008:05:01:15:57:21 V(回车符)。
4 结语
本文提出的定时标检测方法,其技术思路与时频检测方式相结合,既可以检测变电站用GPS授时装置输出信号的准确性,也可以检测信号携带时间信息的正确性。可以较全面地反映变电站用GPS授时装置的性能,从而保障站用时钟源满足电网对二次设备时间同步的要求。
针对GPS授时装置与GPS同步状态下的输出信号,采用高精度GPS同步时标检测其实时同步偏差较为合适;针对GPS授时装置与GPS失步后的自身守时稳定性和准确性,由于GPS对时时标1PPS的稳定度并不是太高(约10-7~10-8),采用时频检测方式目前仍然较为合适。
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GPS实时监控 篇11
一、食品安全实时监控系统的基本内涵
所谓食品安全实时监控，即以计算机网络为依托，通过食品质量信息、安全监管信息、消费公示信息等各种信息的快速传递。达到即时知晓食品信息、即时采取相应行动的目的，实现监管人力最佳配置，监管效能最大提升。食品实时监控系统以农贸市场、超市(信息采集平台)、工商分局(汇总上传信息平台)、区局(管理控制平台)三大平台为运行基础，实现监控、发布、预警、分析四大信息功能，
在整个系统中，信息采集平台设置在各市场、超市，由市场、超市作为网络运行的信息起始端。履行数据采集职能，每天对场内食品进行快速检测，并将食品检测的有关情况通过电脑详细录入到食品安全实时监控系统中。数据采集完成后，系统会自动对市场、超市上传的食品检测数据进行收集、汇总及统计分析。通过数据整理，分局作为信息初步分析处理平台，能够立即浏览到辖区所有市场、超市当日的食品检测情况，并根据食品检测的具体情况迅速作出判断处理。对于有毒含量超标轻微、尚未销售出去的情况，分局直接对问题市场、食品经销户进行处理，监督经营者立即停止销售，按照食品准入制度要求做退市处理；对于检测出有毒含量超标严重且超标食品库存量大的情况，分局立即通过实时监控系统上报区局，同时派出执法人员赶赴现场控制局势，区局作为管理控制平台可根据分局反映的情况，通过实时监控系统对各分局下达指令，部署处置行动，对各市场、超市发出监测通知，密切关注同类食品的进货及销售，同时通过实时监控系统在红盾信息网上向社会公众发出消费警示，向政府其他职能部门通报有关情况，开展联合执法，及时处理突发事件。事件处置完毕后，各分局将具体处置情况通过实时监控系统向区局进行详细汇报。通过整个网络系统的循环运转，完成市场(超市)、分局、区局间的三级联动，实现对辖区食品安全及时、有效的监控。
通过数据采集、汇总上传和管理控制三大平台的有效运行，食品安全实时监控系统实现四大信息功能。一是信息监控功能。市场(超市)将每天的食品检测情况输入电脑，通过实时监控网络传输至管辖分局和区工商局，一旦出现不合格食品。工商部门可根据市场录入的信息，迅速查找到不合格食品的销售市场(超市)、经营档主，追查到不合格食品的供货来源，及时采取控制措施，同时监控系统还将屡次违法违规的经营者列入黑名单，实施重点监管。二是信息发布功能。当市场出现食品安全突发事件时，市场(超市)可通过实时监控网络将有关情况上报至辖区分局，分局立即核实，并将有关情况通过实时监控网络报告区工商局，区工商局通过实时监控网络下达排查指令，并发布信息指导市场采取处理措施，实现三级联动。三是信息预警功能。在食品检测中，一旦检测出不合格食品或出现食品突发事件，实时监控网络会自动弹出对话框，提示出现不合格食品。需要采取应对措施。四是信息分析功能。实时监控网络设置有统计报表功能，定期对食品检测情况进行分析，定期统计出每种食品的检测合格率，并将有关情况转换成图表形式形象地展示出来，通过定期的分析比较，可以确定需要重点监控的食品和地区，有效地利用有限的人力资源，发挥更大范围的监管作用。
二、食品安全实时监控系统的建立
为进一步完善目前的食品安全监管体制，有效配置监管人力，实现监管信息及时反馈，处置行动快速反应，2006年以来，顺德区工商局以手段创新为依托，走信息化监管道路，积极探索市场食品实时监控系统建设工作。
(一)领导高度重视是建立食品安全实时监控系统的前提。把好食品质量准入关是食品安全监管体系的一项重要内容。顺德区工商局党组从落实科学发展观和构建和谐社会的高度，提出了以建立市场食品实时监控系统加强食品质量准人、交易和退市监管的设想，并专门成立了调研小组，对建立市场食品实时监控系统的可行性进行了深入的调查研究。通过调研，局领导认识到通过和当地政府相关职能部门进行资源整合与共享，由政府部门负责，工商部门牵头，其他职能部门密切配合，完全有条件建立市场食品实时监控系统。随后，区局组织制定了实施方案，确定了市场食品实时监控系统的主要内容、实施步骤和具体要求，做到有计划有步骤地开展工作，切实保证市场食品实时监控系统建设工作顺利进行，落到实处。
(二)完善软硬设施是建立食品安全实时监控系统的基础。面对食品安全监管人力、反应时效的瓶颈，区工商局积极谋划，明确信息化监管的工作思路，以技术创新，促效能提升，突破监管手段的局限，联系软件公司开发了实时监控软件，确定了试点分局、试点市场(超市)，进行实时监控系统的模拟操作，并针对试运行中存在的问题，对软件不断进行修正完善，于2006年11月初完成软件的开发工作，为监管效能的提升提供一个有力的技术支持。
要建立食品安全实时监控系统，硬件设施的支撑是必不可少的条件，区局积极开展了宣传动员工作，要求各市场、超市克服眼前利益的局限，切实承担起食品质量管理责任，配合政府做好实时监控工作。在区局的推动下，全区已有41个市场，29个超市配置了快速检测仪器进行检测，同时经过动员，市场开办单位、超市经营者还将检测操作规程、检测员职责贴上墙面，使检测工作制度化、规范化。目前，有39个市场、24个超市开始正式运行实时监控系统。
(三)加强组织培训是推行食品安全实时监控系统的关键。软件开发完成后。应用推广就摆上了日程。食品实时监控系统的推广实施，每个市场、超市必须要有一名懂使用监控软件的电脑操作人员。为了提高操作人员的业务能力，顺德IX_T_商局积极组织操作培训，聘请软件公司技术人员讲解食品实时监控网络的具体操作及基本功能。一是组织内部培训，顺德区工商局组织相关科室及各分局实时监控管理人员进行培训，学习实时监控系统的具体操作及监控软件的安装；二是
组织对外培训，各分局掌握基本操作后。召集辖区市场、超市电脑操作人员进行集中培训。操作人员素质的提高为食品安全实时监控系统的运作提供了重要保障。
(四)资源整合是推行食品安全实时监控系统的必由之路。食品安全监管工作环节多，涉及面广，是一项综合性的监管工程，部门间的沟通衔接对于食品安全监管工作至关重要。区局一方面积极向政府汇报工作，争取支持。明确了农业部门在食品安全监管中应提供技术支持，并划拨专项资金为全区市场(超市)配置食品快速检测仪器，由农业部门负责检测的具体指导及培训工作。另一方面，积极发动市场开办单位、超市经营者展开食品日常检测。
通过与农业部门的紧密合作，实现了检测环节与流通环节的有效衔接，改变了以往市场(超市)检测信息只报送至农业部门的做法，实现了信息互通和执法联动，流通领域的食品监管得到检测手段的有力保障。在2006年12月初全市工商系统开展的市场突发事件模拟演练中，该局通过实时监控系统实现了信息的有效传递，取得了良好效果，得到有关领导的充分肯定和高度评价。
三、建立市场食品安全实时监控系统的成效及思考
自2006年11月15日区局市场食品实时监控系统试运行以来，共检测农副产品4682批次，其中不合格31批次，不合格率为0.66％，下柜退市不合格食品600余公斤，有效遏制了食品安全方面违法违规行为的发生，工商部门市场监管能力有所增强，食品市场安全消费的环境得到了显著改善。具有较强的现实意义。
(一)调整了市场食品安全的监管思路，完善了市场食品安全监管体系。通过建立数据网络平台，改变了以往工商部门“眼睛看、鼻子闻、手工摸”的传统食品安全监管方式，配合食品准入制度，进一步完善了市场食品安全监管体系。一是为建立食品安全信息公示制度提供了依据。系统由政府搭建统一的信息发布平台。通过工商部门网站和食品市场显著位置设立的质量信息公示栏。有针对性地向社会及时发布监控网络提供的信息和数据，发布消费警示。二是为实行不合格食品退市制度提供了依据。不合格食品退出市场是食品质量监管的重要环节，凡经检测不合格的食品。顺德区工商局都及时采取暂停销售、发布退市指令等措施，要求经营者及时对不合格食品予以退市，同时加强跟踪检查，适时回访，把不合格食品拒绝在流通领域之外。三是为推进食品企业分类监管提供了参考。顺德区工商局将食品检测的结果作为食品企业分类监管的重要内容。将数次销售检测不合格食品的经营者列入重点监管的类别，提高了食品质量监管的针对性和有效性。
(二)规范了市场食品监管执法行为。为工商部门科学管理食品市场打下坚实基础。一是促使市场食品安全监管由“事后查处”转变为“事前警示”，“事中监管”和“事后查处”相结合。系统投入使用后，工商部门可以通过系统反馈的检测信息了解市场食品的质量情况，从而有针对性地进行检查处理，将违法违章行为消灭在萌芽状态。二是改变工商部门无预警处置食品安全突发事件的现状，通过建立市场食品实时监控系统，工商部门快速预警，快速反应。市场一旦发生突发性事件、及时启动相应的应急预案，依法稳妥、有序、高效地处理突发事件。增强了监管工作的主动性、针对性和实效性，最大限度地减少突发事件带来的危害，更好地维护了市场秩序和社会稳定。
(三)解决了执法力量短缺的难题，有效地配置了人力资源。以往工商部门对市场食品安全的监管主要是以市场巡查方式进行的，投入了大量的人力资源，效果却不明显。系统运行后，执法人员可以根据系统反馈的信息进行市场食品的重点监管，解决了工商执法人员人力不足的难题。同时，系统的运行有利于各部门形成监管合力。通过对监控系统收集的信息进行汇总和分析，政府各职能部门都可以了解热点问题及原因，掌握市场动态，并依此评估市场风险和预测市场走势，确定食品市场监管重点，联合开展专项整治，使食品安全监管格局在应对食品突发事件中发挥出巨大的整合能力。
GPS实时监控 篇12
基于GPS设备的速度与加速度的测量在动态测量、地球物理学等领域具有重要作用。较之于速度/加速度计, GPS设备具有高性价比、操作维护较容易、性能稳定等优点。
在利用GPS设备测量速度和加速度时, 需要卫星的星历。利用精密星历可获得较高的精度, 然而由IGS提供的最后精密星历要在一周后才能得到, 因此不能对速度/加速度进行实时解算。本文采用广播星历与精密星历计算事后用户的速度和加速度, 发现由广播星历误差引起的速度和加速度误差的范围分别为-10～10mm/s和-10～10mm/s2, 因此采用广播星历可满足实时导航的需要。实例取自加拿大New Brunswick大学 (UNB) 测量系2007年9月在Fredericton, NB进行的车载GPS测量的结果。
1卫星坐标的计算
利用GPS进行测量时, GPS卫星是作为高空动态已知点, 因此需要计算GPS卫星的坐标。数据处理时, 可取IGS网站的广播星历和精密星历进行计算。
(1) 利用广播星历计算卫星的坐标
广播星历由一组轨道参数和一系列轨道摄动参数构成, 接收机可以直接接受卫星星历, 所以可以实时计算卫星坐标, 利用广播星历计算卫星坐标的具体步骤可以参阅文献[1]。
(2) 利用精星历计算卫星的坐标
对于用精密星历来说, 计算卫星坐标通常采用拉各朗日内插的方法, 具体步骤可以参阅文献[2]。
2计算卫星的速度与加速度
为便于比较, 对于广播星历与精密星历, 都采用相同的计算方法, 即把对卫星坐标进行一阶中心差分作为卫星速度的近似值,
二阶中心差分作为卫星的加速度的近似值,
3计算用户与卫星间的距离, 用户相对于卫星的速度及加速度
卫星相对于地面接收机的距离简称为卫地距, ρ=λϕ, 其中, 假设各种误差经差分处理后近似为零, 伪距ρ近似等于卫地距。伪距变化率
用户相对于卫星的加速度
式中, λ为波长, ϕ为载波相位观测值。
4计算用户的坐标、速度与加速度
4.1 计算用户的坐标、速度
具体计算步骤可以参阅文献[3]。
用户速度的计算公式:
4.2 计算用户的加速度
计算公式为
式中ρ
上式可表示为:
令伪距观测值与计算值之差平方和最小, 利用最小二乘法确定用户坐标, 最后可得
5实例计算与分析
利用2007年的一组测量数据进行计算, 车载GPS型号NAVCOM, NCT-2000DTM, 双频。 起始观测时间为2007年9月26日18:29:13, 结束观测时间为9月26日18:34:15。
以广播星历中3号卫星为例, 分别根据精密星历与对应时刻广播星历计算卫星的坐标、速度、加速度, 并计算差值, 结果如图1所示。
由图1可看出, 精密星历计算的卫星坐标与对应时刻广播星历计算结果的差值可能高达3～4m, 但速度差最大不超过 ±5mm/s, 加速度差最大不超过 ±5mm/s2, 且图中X、Z方向卫星加速度差的上下跳跃, 表明卫星X、Z方向的加速度存在由广播星历系统误差项引起的误差, 还需进一步的研究来证实。总的来说, 卫星星历误差, 在用卫星星历计算卫星速度及加速度的过程中, 是逐步衰减的。
由图2看出, 在本次测试中, 用户在开始一段时间内速度/加速度等于零, 是因为车辆处于静止状态, 然后才作低速运动。
从图3可看出, 由广播星历计算的用户速度、加速度与对应时刻精密星历计算结果的差值不超过1cm。
6结论
在用户作低速运动的情况下, 利用载波相位方法对位置解算精度要求不高的优点, 再结合IGS官方网站GPS卫星星历, 对车辆速度、 加速度解算精度可以达到几个毫米/秒和几个毫米/平方秒级的精度, 满足高精度测量的需要。采用广播星历, 获得了毫米/秒和毫米/平方秒级精度的速度和加速度值, 可满足实时导航的需要。
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