第1章系統簡介
1.1概述
隨著水路運輸業的快速發展，現代港口規模和吞吐量不斷增長，港口各種裝卸設備數量不斷增加，如何高效可靠使用這些裝卸設備是各港口單位關心的問題。港口裝卸設備中主要的斗輪堆取料機又稱懸臂式堆取料機，是散貨堆場作業的核心設備。它是堆取料合一的機械，即是一種挖取和堆存煤炭、礦石、砂石等松散物料的高效率機械。它不僅適用于電廠，GPS定位自動控制系統
，而且在碼頭、港口也很適用，大多數的轉運煤及松散物料的碼頭、港口都采用斗輪堆取料機。斗輪堆取料機的采用，大大縮短了堆取時間，提高了工作效率，減輕了工人勞動強度。
為提高裝卸均化作業的效率和安全問題，應保證堆取料機具備尋堆認址、定位，自動確定各層料堆起點、終點及位置跟蹤、終點記憶、料流對中心、電纜保護、整機自動堆取料，從而實現流暢和高效的堆取料自動作業。同時中控室能夠對作業過程進行監視。所以有必要對堆取料機大機位置進行連續跟蹤、懸臂三維位置實時檢肀測，解決堆取料作業過程中空間防碰撞的難題。
1.2目前大機采用的定位方式
目前堆取料機位置檢測大多采用的是人眼定位、光電編碼器裝置（光碼盤）、激光位移傳感器、行走限位開關、RFID方式。光電編碼器裝置，整套裝置安裝在驅動電機前部的一個金屬殼體內，由盤狀齒輪與定位車齒條嚙合，GPS定位自動控制系統
，通過驅動軸驅動編碼器。盤狀齒輪的圓周與定位車驅動小齒輪的圓周相同。編碼器由傳動齒輪自下而上通過減速機、聯軸節驅動，實現定位車的位置檢測。這幾種檢測位置的方式均存在一定缺陷，具體表現如下：
1)人眼定位受制于眼睛健康狀況和精神狀態，環境影響比較大，作業時間長；
2)光電編碼器裝置在車輪打滑就會形成累計誤差，相對定位的機械接觸工作方式；
3)激光位移傳感器在不潔凈環境會失去作勹用，軌道沉降導致車輛走行抖動會使反光板靶位不準，亦會導致位置檢測不準；
4)行走限位開關由于是點定位，對連續性位置檢測存在盲區；
5)RFID方式是無線點定位，存在漏讀現象，延時較大；
故這幾種傳感器在檢測位置時多數為機械式、靈敏度低、壽命短、故障率高、可靠性低，操作繁鎖，而且存在溜放環節(即失控區)，致使半自動操作難以可靠穩定運行。由于堆取料機是較大的設備，其慣性較大，在啟動和停止時也是硬性的，所以在工作過程中會產生很大的撞擊和震動，噪音污染嚴重，嚴重影響其安全性和有關零部件的壽命，易于損壞設備，由此設備精確位置控制顯得尤為重要。
1.3懸臂采用的檢測技術
通常的懸臂空間位置反饋都是采用行走、旋轉、俯仰三個旋轉編碼器的數值計算得出的，對懸臂的空間位置計算過程非常復雜，該計算過程需要結合行走、俯仰、旋轉三個編碼器的數值進行空間建模，而這三個編碼器都有不同程度的誤差，武漢索爾德測控技術有限公司，索爾德測控技術，這就造成累積誤差，故懸臂空間坐標的準確性不高。現有的防碰撞方法是根據兩臺堆取料機是否處于同一個場垛進行判斷，如果兩臺堆取料機不在同一個場垛就可以正常作業。兩臺堆取料機進入一個場垛進行作業時，就對兩臺堆取料機同時進行鎖定，使其不能工作，由此避免堆取料機之間發生碰撞，這嚴重影響了堆取料機的同場作業。
由于以上原因，當前都采用人工監控的方法來避免空間碰撞事故。現有的防碰撞方法無法有效避免堆取料機空間防碰撞問題，使得兩臺堆取料機無法同時在同一個堆場中安全作業，嚴重影響效率。
1.4本系統采用的GNSS定位技術
本系統采用在堆場合適位置建立基準站，在堆取料機的回轉中心和懸臂中部或者頭部中心點安裝GPS流動站。通過GPS的位置信息和空間幾何算法，得出兩臺堆取料機之間的最小距離，從而可以判斷出堆取料機發生碰撞的可能性，使得作業人員進行相應處理。本系統可以實時計算出堆取料機懸臂的相對位置和距離，實現多臺堆取料機在同一個場垛中安全作業。該系統包括：大機及懸臂位置反饋系統、空間數據算法系統、空間防碰撞預警控制系統。
第2章GNSS定位系統
2.1GNSS系統組成
GNSS是全球衛星導航系統的總稱，包括GPS（美國）、GLONASS（俄羅斯）、伽利略（歐盟）、北斗（中國）總共四套導航系統。而目前在軌運行并能真正實現民用定位功能的只有GPS和GLONASS兩套定位系統。
主要特點：具有全球覆蓋、全天候、高精度、實時導航定位等優點。
2.2GNSS系統介紹
GNSS系統主要由三部分構成：空間衛星部分、地面監控部分、用戶GNSS接收機部分。
  衛星部分主要是再軌運行的專門用于導航的衛星，目前GPS和GLONASS在軌運行的衛星總共有60多顆，每顆衛星均在不間斷地向地球播發調制在兩個頻段上的衛星信號。在地球上任何一點，均可連續地



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