專(zhuān)利名稱(chēng)：江河航道航標(biāo)位移精確檢測(cè)及遙控技術(shù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于水上助航設(shè)備的位移精確檢測(cè)和遠(yuǎn)程控制裝置，專(zhuān)門(mén)針對(duì)航道管理部門(mén)對(duì)航標(biāo)位移的集中精確監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制的江河航道航標(biāo)位移精確檢測(cè)及遙控技術(shù)裝置。
二背景技術(shù)：
水上航標(biāo)是最重要的助航設(shè)備，它關(guān)系到船舶的航行安全。但是，到目前為止，絕大多數(shù)航標(biāo)的維護(hù)還是采用人工定期燈標(biāo)巡查的方式，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、成本高。國(guó)內(nèi)外也有一些航標(biāo)遙測(cè)系統(tǒng)投入使用，在位移檢測(cè)方面大多采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的單點(diǎn)定位技術(shù)，個(gè)別采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)差分定位技術(shù)，由于存在以下問(wèn)題，這類(lèi)系統(tǒng)沒(méi)有大范圍推廣，特別是在山區(qū)航道無(wú)法運(yùn)用。1、GPS單點(diǎn)定位方法的精度不高，用于航標(biāo)位移檢測(cè)的誤差大于15米，在山區(qū)航道狹窄、水流速度較快、彎道多且轉(zhuǎn)彎半徑小的情況下，15米的航標(biāo)位移檢測(cè)誤差無(wú)法滿足航道維護(hù)的要求。2、GPS差分定位方法雖然位移檢測(cè)精度能夠滿足山區(qū)航道航標(biāo)遙測(cè)的要求，但這一方法由于要建高精度差分臺(tái)，還要將大量的差分定位修正數(shù)據(jù)傳送到航標(biāo)遙測(cè)終端上，對(duì)通訊設(shè)備的要求較高，建設(shè)和維護(hù)成本很高，無(wú)法大范圍推廣。3、在現(xiàn)有的航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)中，終端裝置耗電量較大，輸入電壓都大于6伏，這與目前航標(biāo)燈普遍使用的電源不一致，導(dǎo)致必須單獨(dú)為終端裝置配備電源，增加了維護(hù)工作量和使用成本。4、在所有投入使用的系統(tǒng)中，均未見(jiàn)位移檢測(cè)誤差小于5米的報(bào)告。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的具體方案是一種江河航道航標(biāo)位移精確檢測(cè)及遙控技術(shù)裝置，包括GPS衛(wèi)星，其特征在于GPS衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)到航標(biāo)燈的遙測(cè)遙控終端和航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心，航標(biāo)燈遙測(cè)遙控終端通過(guò)通信模塊傳輸信號(hào)到航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心。
本方案的遙測(cè)遙控終端是安裝在航標(biāo)燈上的，航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心是固定在岸上的，兩種裝置中都有GPS接收模塊、無(wú)線數(shù)字通信模塊和嵌入式計(jì)算機(jī)，兩部分裝置同時(shí)接受GPS定位信息，遙測(cè)遙控終端裝置對(duì)接收的信息先進(jìn)行預(yù)處理，剔除帶有明顯偶然因素的數(shù)據(jù)，然后打包通過(guò)無(wú)線數(shù)字通信模塊傳輸?shù)胶綐?biāo)燈監(jiān)控管理中心站，航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心站將本站收到的GPS數(shù)據(jù)按照衛(wèi)星時(shí)間與終端裝置傳回的數(shù)據(jù)一一配對(duì)相減，算出中心站與遙測(cè)遙控終端裝置之間的緯度差和經(jīng)度差，在航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心站和航標(biāo)燈遙測(cè)遙控終端裝置相對(duì)距離小于50千米的條件下，這兩個(gè)差值消除了衛(wèi)星鐘、星歷、電離層、對(duì)流層以及信號(hào)傳播延遲所造成的大部分誤差，因此，對(duì)一定數(shù)量的經(jīng)緯度差進(jìn)行分析處理，可以得到航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心中心站和航標(biāo)燈遙測(cè)遙控終端裝置之間比較精確的基準(zhǔn)相對(duì)距離，測(cè)量到比較精確的相對(duì)距離后，當(dāng)航標(biāo)燈遙測(cè)遙控終端裝置再次返回定位信息時(shí)，通過(guò)計(jì)算相對(duì)距離并與基準(zhǔn)相對(duì)距離的比較，就能算出航標(biāo)燈是否移位，而且位移檢測(cè)誤差小于5米。
本實(shí)用新型的有益效果是將改變航標(biāo)維護(hù)的模式，維護(hù)人員在岸上就能及時(shí)知道轄內(nèi)每個(gè)航標(biāo)燈的狀態(tài)，特別是航標(biāo)燈的位置變化情況，及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，可以最大限度減少因航標(biāo)維護(hù)不及時(shí)造成的海損事故，一旦航標(biāo)漂移，不論多遠(yuǎn)都能找到，避免了航標(biāo)丟失造成的損失，同時(shí)由于位移檢測(cè)精度高，在山區(qū)航道具有明顯的優(yōu)勢(shì)，完全滿足位移檢測(cè)誤差小于5米的航標(biāo)維護(hù)要求；升壓穩(wěn)壓裝置為航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)的建設(shè)和使用節(jié)約了成本，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。
四

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型中控制單元5的原理框架圖；圖3是本實(shí)用新型中控制單元5中電源模塊單元12的電路圖；圖4是本實(shí)用新型中控制單元5中單片機(jī)模塊單元13的電路圖；圖5是本實(shí)用新型中GPS接收單元4的電路圖；圖6是本實(shí)用新型中通信模塊7和通信模塊6的電路圖。
五具體實(shí)施方式
從圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6可知本實(shí)用新型主要由GPS衛(wèi)星1、GPS接收單元4、通信模塊6、通信模塊7、航標(biāo)狀態(tài)檢測(cè)報(bào)警單元8、通信控制單元9、計(jì)算機(jī)10、GPS接收單元11、電源模塊單元12、單片機(jī)模塊單元13構(gòu)成，其中GPS接收單元4、控制單元5、通信模塊6、航標(biāo)狀態(tài)檢測(cè)報(bào)警單元8構(gòu)成航標(biāo)燈遙測(cè)遙控終端2，通信模塊7、通信控制單元9、計(jì)算機(jī)10、GPS接收單元11構(gòu)成航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心3，電源模塊單元12、單片機(jī)模塊單元13構(gòu)成控制單元5，其特征在于GPS衛(wèi)星1發(fā)射信號(hào)到航標(biāo)燈的遙測(cè)遙控終端2和航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心3，航標(biāo)燈遙測(cè)遙控終端2通過(guò)通信模塊6傳輸信號(hào)到航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心3。
從圖1可知航標(biāo)燈遙測(cè)遙控終端2由GPS接收單元4、控制單元5、通信模塊6、航標(biāo)狀態(tài)檢測(cè)報(bào)警單元8構(gòu)成，其中GPS接收單元4接收的信號(hào)傳輸?shù)娇刂茊卧?，航標(biāo)狀態(tài)檢測(cè)報(bào)警單元8對(duì)控制單元5進(jìn)行監(jiān)控，控制單元5與通信模塊6之間傳輸信號(hào)，通信模塊6傳輸?shù)男盘?hào)通過(guò)通信基站傳輸?shù)胶綐?biāo)燈監(jiān)控管理中心3的通信模塊7。
從圖1可知航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心3由通信模塊7、通信控制單元9、計(jì)算機(jī)10、GPS接收單元11構(gòu)成，GPS接收單元11接收的信號(hào)傳輸?shù)酵ㄐ趴刂茊卧?，通信控制單元9分別與通信模塊7和計(jì)算機(jī)10之間傳輸信號(hào)。
從圖1、圖2、圖3可知控制單元5由電源模塊單元12、單片機(jī)模塊單元13構(gòu)成，其中電源模塊單元12分別給單片機(jī)模塊單元13、GPS接收單元4、通信模塊6、航標(biāo)狀態(tài)檢測(cè)報(bào)警單元8提供電源。
從圖4、圖6可知單片機(jī)模塊單元13采用CPU，通信模塊7和通信模塊6采用GSM模塊。
從圖3可知電源模塊單元12主要由升壓穩(wěn)壓模塊U1構(gòu)成，其中升壓穩(wěn)壓模塊U1通過(guò)GSM模塊電源輸入開(kāi)關(guān)Q1與單片機(jī)模塊單元13的CPU模塊的TC35_PWR端連接，升壓穩(wěn)壓模塊U1通過(guò)GPS模塊電源開(kāi)關(guān)控制端Q2與CPU模塊的GPS_PWR相連，CPU模塊的TC35_RING端與GSM模塊的TC35_RING端相連；CPU模塊的TC35_RXD數(shù)據(jù)接收端、TC35_TXDGSM數(shù)據(jù)發(fā)送端分別與GSM模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送端和數(shù)據(jù)接收端相連；CPU模塊的GPS_RXDGPS數(shù)據(jù)接收端、GPS_TXDGPS數(shù)據(jù)發(fā)送端分別與GPS接收單元4的GPS數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收端相連。
在圖3中，U1是電源模塊，實(shí)現(xiàn)生壓、穩(wěn)壓功能，TC35.VCC、GPS.VCC、CPU.VCC、LED.VCC分別是手機(jī)模塊、GPS模塊、單片機(jī)模塊、航標(biāo)燈的電源輸入端。L2，D2，C7，C8，C9構(gòu)成頻率為150K的升壓振蕩電路；D5保護(hù)二極管，防止輸入端正負(fù)極反接導(dǎo)致電路損壞；R14電池電壓檢測(cè)端；R3，R3U1配置電阻；R4，R5，R6用于調(diào)整電源模塊的輸出電壓；C9高頻濾波電容；C10紋波抑制電容；Q1，Q2分別是GSM、GPS模塊電源輸入開(kāi)關(guān)；C13，C14Q1，Q2的濾波電容；R18，R15限流電阻；D2，D3，D4降壓二極管；L航標(biāo)燈輸入電源的干節(jié)點(diǎn)；在圖4中，GPS_PWRGPS模塊電源開(kāi)關(guān)控制端；TC35_PWRGSM模塊電源開(kāi)關(guān)控制端；TC35_RINGGSM振鈴接收端；TC35_IGTGSM開(kāi)關(guān)機(jī)控制；R11CPU內(nèi)部工作頻率(8M)控制；GPS_RXDGPS數(shù)據(jù)接收端；GPS_TXDGPS數(shù)據(jù)發(fā)送端；TC35_RXDGSM數(shù)據(jù)接收端；TC35_TXDGSM數(shù)據(jù)發(fā)送端；R10，R18檢測(cè)電池電壓得分壓電阻；A2---A7CPU擴(kuò)展口；Y1CPU定時(shí)器晶振；CPU_DVCCCPU數(shù)字電源；CPU_AVCCCPU模擬電源；R7，D6CPU復(fù)位電路；R20偏置電阻；Light Sensor接測(cè)光傳感器；在圖5中，GPS_VCCGPS電源；GPS_TXDGPS數(shù)據(jù)發(fā)送端；GPS_RDXGPS數(shù)據(jù)接收端；在圖6中，P2TC35通信模塊；TC35_RXDGSM模塊數(shù)據(jù)接收端；TC35_TXDGSM模塊數(shù)據(jù)發(fā)送端；TC35_RINGGSM模塊振鈴信號(hào)接收端；TC35_IGTGSM模塊開(kāi)關(guān)機(jī)控制端；R18，R19使GSM模塊232串口發(fā)送/接收就緒；SIMCARDSIM卡座；R1SIM卡輸入電阻；C1，C2，C3SIM卡濾波電容；C4，C5GSM模塊的儲(chǔ)能、濾波電容；航標(biāo)燈終端裝置上的直流升壓穩(wěn)壓功能，是通過(guò)一個(gè)升壓穩(wěn)壓模塊和外圍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種模塊和電路組合可以將較低的電壓輸入穩(wěn)定在一個(gè)固定的電壓輸出值上。通過(guò)無(wú)線數(shù)字通信模塊可以將控制指令發(fā)送給終端裝置上的嵌入式計(jì)算機(jī)，從而控制終端裝置的工作方式，實(shí)現(xiàn)遙控遙測(cè)。
水上航標(biāo)燈的通用的電源一般是4V的蓄電瓶或電池，隨著電池(瓶)電能的消耗，電池(瓶)的輸出電壓會(huì)逐步下降，甚至低于2V，不能滿足遙測(cè)終端中GSM、GPS模塊對(duì)電源的要求，電池(瓶)接入遙控裝置的升壓穩(wěn)壓模塊，電池電壓在1.5-4.4V時(shí)，升壓穩(wěn)壓模塊能通過(guò)脈寬調(diào)制處理輸出穩(wěn)定的4V電壓，這一電壓通過(guò)D3、D4降壓后共給CPU和航標(biāo)燈，CPU根據(jù)需要使Q1、Q2開(kāi)關(guān)三極管導(dǎo)通給GSM和GPS模塊供電。GSM模塊在發(fā)送短信過(guò)程中，瞬間電流可以超過(guò)1A，因此需要通過(guò)電容C4、C5儲(chǔ)能。航標(biāo)監(jiān)控管理中心的裝置與安裝在航標(biāo)燈上的終端裝置完全類(lèi)似，只是電源部分不需要升壓穩(wěn)壓模塊，采用一般的外接穩(wěn)壓電源即可。
在遙測(cè)裝置工作期間，航標(biāo)燈一測(cè)的遙測(cè)遙控終端2和陸地上航標(biāo)監(jiān)控管理中心3的中心裝置同時(shí)通過(guò)GPS接收單元4和11采集定位信息，航標(biāo)燈一測(cè)的遙測(cè)遙控終端2將接收到的定位信息經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)、濾波、打包等預(yù)處理后，通過(guò)GSM模塊6以短信方式傳給航標(biāo)監(jiān)控管理中心3的中心裝置的GSM模塊6，航標(biāo)監(jiān)控管理中心3的中心裝置對(duì)該信息按GPS時(shí)間配對(duì)相減，計(jì)算得到航標(biāo)與中心之間的相對(duì)距離，對(duì)多組數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)分析，與事先測(cè)量的基準(zhǔn)值比較，判斷航標(biāo)是否發(fā)生位移。這一方法有效地消除了影響航標(biāo)與中心之間相對(duì)距離測(cè)量精度的大部分因素，因此用實(shí)時(shí)測(cè)量的相對(duì)距離與事先多次測(cè)量得到的基準(zhǔn)相對(duì)距離比較，可以得到比單點(diǎn)定位法更準(zhǔn)確的位移測(cè)量精度。
權(quán)利要求1.一種江河航道航標(biāo)位移精確檢測(cè)及遙控技術(shù)裝置，包括GPS衛(wèi)星(1)，其特征在于GPS衛(wèi)星(1)發(fā)射信號(hào)到航標(biāo)燈的遙測(cè)遙控終端(2)和航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心(3)，航標(biāo)燈遙測(cè)遙控終端(2)通過(guò)通信模塊(6)傳輸信號(hào)到航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的江河航道航標(biāo)位移精確檢測(cè)及遙控技術(shù)裝置，其特征在于航標(biāo)燈遙測(cè)遙控終端(2)由GPS接收單元(4)、控制單元(5)、通信模塊(6)、航標(biāo)狀態(tài)檢測(cè)報(bào)警單元(8)構(gòu)成，其中GPS接收單元(4)接收的信號(hào)傳輸?shù)娇刂茊卧?5)，航標(biāo)狀態(tài)檢測(cè)報(bào)警單元(8)對(duì)控制單元(5)進(jìn)行監(jiān)控，控制單元(5)與通信模塊(6)之間傳輸信號(hào)，通信模塊(6)傳輸?shù)男盘?hào)通過(guò)通信基站傳輸?shù)胶綐?biāo)燈監(jiān)控管理中心(3)的通信模塊(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的江河航道航標(biāo)位移精確檢測(cè)及遙控技術(shù)裝置，其特征在于航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心(3)由通信模塊(7)、通信控制單元(9)、計(jì)算機(jī)(10)、GPS接收單元(11)構(gòu)成，GPS接收單元(11)接收的信號(hào)傳輸?shù)酵ㄐ趴刂茊卧?9)，通信控制單元(9)分別與通信模塊(7)和計(jì)算機(jī)(10)之間傳輸信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的江河航道航標(biāo)位移精確檢測(cè)及遙控技術(shù)裝置，其特征在于控制單元(5)由電源模塊單元(12)、單片機(jī)模塊單元(13)構(gòu)成，其中電源模塊單元(12)分別給單片機(jī)模塊單元(13)、GPS接收單元(4)、通信模塊(6)、航標(biāo)狀態(tài)檢測(cè)報(bào)警單元(8)提供電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的江河航道航標(biāo)位移精確檢測(cè)及遙控技術(shù)裝置，其特征在于單片機(jī)模塊單元(13)采用CPU，通信模塊(7)和通信模塊(6)采用GSM模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的江河航道航標(biāo)位移精確檢測(cè)及遙控技術(shù)裝置，其特征在于電源模塊單元(12)主要由升壓穩(wěn)壓模塊U1構(gòu)成，其中升壓穩(wěn)壓模塊U1通過(guò)GSM模塊電源輸入開(kāi)關(guān)Q1與單片機(jī)模塊單元(13)的CPU模塊的TC35_PWR端連接，升壓穩(wěn)壓模塊U1通過(guò)GPS模塊電源開(kāi)關(guān)控制端Q2與CPU模塊的GPS_PWR相連，CPU模塊的TC35_RING端與GSM模塊的TC35_RING端相連；CPU模塊的TC35_RXD數(shù)據(jù)接收端、TC35_TXDGSM數(shù)據(jù)發(fā)送端分別與GSM模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送端和數(shù)據(jù)接收端相連；CPU模塊的GPS_RXD:GPS數(shù)據(jù)接收端、GPS_TXD:GPS數(shù)據(jù)發(fā)送端分別與GPS接收單元(4)的GPS數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收端相連。
專(zhuān)利摘要一種江河航道航標(biāo)位移精確檢測(cè)及遙控技術(shù)裝置，其特征在于GPS衛(wèi)星1發(fā)射信號(hào)到航標(biāo)燈的遙測(cè)遙控終端2和航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心3，航標(biāo)燈遙測(cè)遙控終端2通過(guò)通信模塊6傳輸信號(hào)到航標(biāo)燈監(jiān)控管理中心3。本實(shí)用新型使維護(hù)人員在岸上就知道轄內(nèi)每個(gè)航標(biāo)燈的狀態(tài)，可以最大限度減少因航標(biāo)維護(hù)不及時(shí)造成的海損事故，一旦航標(biāo)漂移，不論多遠(yuǎn)都能找到，避免了航標(biāo)丟失造成的損失，同時(shí)位移檢測(cè)精度高，能滿足位移檢測(cè)誤差小于5米的航標(biāo)維護(hù)要求；升壓穩(wěn)壓裝置為航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)的建設(shè)和使用節(jié)約了成本。
文檔編號(hào)G01S19/42GK2679701SQ20042003244
公開(kāi)日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月5日
發(fā)明者李衛(wèi)國(guó), 付志宇 申請(qǐng)人:李衛(wèi)國(guó)