基于自组网的北斗定位系统的起重机自动巡航系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信及定位技术领域，尤其涉及一种基于自组网方式的RTK北斗定位 系统的起重机自动巡航系统及方法。
【背景技术】
[0002] 目前港口当中面临的两个主要问题是RTG起重机（rubber tyre gantry，橡胶轮 胎门式起重机）的位置监控和RTG起重机循迹。目前，由于港口是利用无线电通信系统来 指挥司机进行RTG起重机的移动和集装箱的吊取工作，不利于实现RTG起重机的自动管理。 同时，由于没有固定轨道，RTG起重机在行驶过程中，司机必须进行不断的手动纠偏，这样容 易导致司机疲劳，存在事故隐患。
[0003] -种现有手段是基于GPS配合无线电台RTK(real-time kinematic，实时动态定 位技术）的GPS导航系统实现对于RTG起重机控制的方法，该方案采用装有RTK-GPS设备 的移动站和基站对RTG起重机进行导航，无线电台负责在GPS基站和各移动站之间进行基 站的基站定位数据的传输，系统通过获取的基站定位数据来得到当前RTG起重机的高精度 GPS位置信息，然后计算RTG起重机与预设路径的距离偏差，从而完成对于RTG起重机的纠 偏，这种方法的缺点主要在于：
[0004] ?一台GPS基站通过电台广播将RTK数据发送到多台GPS移动站，由于港区较大， 无线信号经常会被层叠的集装箱等金属障碍物阻隔或屏蔽，造成RTG起重机失联/失控。
[0005] 鲁电台广播的工作模式大多采用单工通信模式，在单工通信模式下，在一个信道 内只能单独完成信号的接收或发送，明显降低了通信的效率。
[0006] · GPS基站和GPS移动站的电台通信频率采用的是UHF公用无线电频段，需要手 动设置，不能够进行自适应变化，有可能会和港口其它通信设备的通信频率冲突，影响RTK 数据的正常通信。
[0007] · GPS的定位一定要基于和利用美国GPS卫星系统，在特殊时期GPS系统可能受 到限制，若发生不能够进行定位或者定位精度下降，则会造成设备瘫痪或碰撞等重大事故。
[0008] ?如果各GPS移动站的RTG起重机位置数据也要通过电台回传到监控中心，那么 就会占用多个频带资源，造成频谱资源的大量开销，由于公用无线电频段的通信容量有限， 多个通信频率容易受到其它设备干扰；同时，在新加入一辆RTG起重机或者是除去一辆RTG 起重机以后，频带资源都需要重新进行分配，不适合用于这种双向通信的模式。如果使用单 频轮询方式可以节省频带资源，但由于带宽小，通信周期较大，延时长，不适用于有较多RTG 起重机的港口，不适用于实时的信息交互。
[0009] ?如果各GPS移动站的RTG起重机位置数据采用WIFI方式回传到监控中心，由于 WIFI的发射功率有限，通信距离有限，必须布置较多无线路由器才能覆盖整个港区，系统复 杂而且成本较高。而且WIFI无线信号不稳定，连接断开后重新建立连接的时间较长，容易 造成RTG起重机的失联/失控。
[0010] 另一种现有手段是基于GPS配合GSM/GPRS RTK模块的精确导航方案，该方案采用 GPS移动站和基站对RTG起重机进行导航，而GSM/GPRS收发设备负责进行RTK数据的传输， 通过获取的RTK数据计算得到当前RTG起重机的精确GPS位置信息，然后计算RTG起重机 与预设路径的距离偏差，从而完成对于RTG起重机的纠偏，这种方法的缺点主要在于： [0011] ?在一台GPS基站对应多台GPS移动站的情况下，该方案选择的是CORS组网方 式，该方式是GPS基站和GPS移动站将自身GPS坐标等数据发到GPS数据运营商或公共CORS 数据处理中心的服务器端，GPS移动站通过GSM/GPRS方式从该服务器获取基站的GPS信息。 这种做法在访问量较大的时候会有明显的缺陷：通信速度慢，所有GPS移动站（包括非港区 的GPS移动站）都会访问GPS数据运营商或公共CORS数据处理中心的服务器，很容易造成 通信的中断或阻塞，导致RTG起重机失控。
[0012] 鲁由于蜂窝移动通信运营商的基站容量有限，如果RTG起重机数目较多，容易造 成通信的拥塞，RTG起重机失控。
[0013] ?由于港区较大而且存在较多金属障碍物如集装箱，桥吊等，GSM信号在某些区域 会被阻隔或屏蔽，产生通信盲区。如果要求移动通信运营商增加基站的数量以达到无盲区 覆盖，会增加系统的成本。此外，由于港区的金属障碍物会随时改变位置与高度，导致通信 盲区随之实时变化，即使增加基站数量也很难做到整个港区的无盲区覆盖。
[0014] ?每台GPS移动站都需要使用移动通信网络，每年要支付一定的移动通信费用， 成本尚。
[0015] 要想获得高精度的RTK数据，需要支付GPS数据运营商或公共CORS数据处理中心 较高的费用，成本高。
[0016] ?安全隐患问题：由于高精度定位数据的RTK数据的解算与获取必须依靠 GPS数 据运营商或公共CORS数据处理中心通过公共移动通信网络传输，如果遇到移动通信网络 故障、瘫痪，数据中途被恶意截取篡改以及公共CORS数据处理中心服务器的故障和被恶意 入侵等突发事件，会导致RTG起重机失控，造成重大事故。
[0017] 因此，亟需一种技术来解决对于RTG起重机位置的安全、高可靠监控和RTG起重机 在地面无标记的情况下的准确自动循迹问题。
【发明内容】
[0018] 本发明的目的在于提供一种可靠，安全的集装箱运输机制，以便港口的集装箱操 作过程更加安全和可靠以及自动化，提高生产效率。本发明克服了现有技术的上述缺陷，提 出一种基于自组网方式的RTK北斗定位系统的起重机自动巡航系统及自动巡航方法，利用 国产北斗定位系统以及自组网的通信模式，组建港口内的自由可调及免费的通信网络，通 过对RTG起重机的准确循迹实现自动巡航。
[0019] 本发明提出了一种基于自组网方式的RTK北斗定位系统的起重机自动巡航系统， 包括：至少一个北斗定位基站，其接收北斗卫星的定位信号以获得所述北斗定位基站的基 站定位数据，包括基站的载波相位观测值；至少一个定位循迹装置，其与起重机内的控制设 备连接，用于接收北斗卫星的定位信号以获得所述定位循迹装置的RTG起重机定位数据； 及至少两个自组网通信装置，其分别与所述北斗定位基站和所述定位循迹装置通信，所述 自组网通信装置之间组建自组网；在所述自组网当中，所述北斗定位基站通过所述自组网 通信装置发送所述基站定位数据，其中包括基站载波相位观测值；所述定位循迹装置之间 传递数据，所述定位循迹装置通过所述自组网通信装置获得所述基站的载波相位观测值， 并结合所述RTG起重机定位数据进行RTK定位校准以获得RTG起重机RTK坐标，所述控制 设备根据所述RTG起重机RTK坐标与巡航算法实现自动巡航。
[0020] 本发明所述起重机自动巡航系统中，所述定位循迹装置包括：北斗移动定位模块， 其接收北斗卫星的定位信号以获得所述定位循迹装置的RTG起重机定位数据；数据处理 器，其与所述北斗移动定位模块以及所述控制设备连接，实现控制所述定位循迹装置的运 行、数据处理以及RTK定位校准；存储单元，其与所述数据处理器连接，用于存储接收到的 预设路径信息，载波相位信息和实时解算出的RTG起重机RTK坐标信息等数据；及供电模 块，其通过电源转换来提供所述定位循迹装置的工作电流。
[0021] 本发明所述起重机自动巡航系统中，所述定位循迹装置中进一步设置方向角计算 模块，用于获取所述起重机的方向角数据；所述方向角计算模块与所述数据处理器连接，将 方向角数据传输给所述数据处理器。
[0022] 本发明所述起重机自动巡航系统中，所述数据处理器接收由主控平台发送的所述 起重机的预设路径；所述数据处理器根据所述RTG起重机RTK坐标和所述方向角数据计算 出所述起重机的速度矢量数据以预判所述起重机的运动趋势，并根据所述起重机的预设路 径对所述起重机进行控制调整一一纠偏，生成控制指令发送给所述控制设备。
[0023] 本发明所述起重机自动巡航系统中，所述供电模块进一步设置电源保护电路。
[0024] 本发明所述起重机自动巡航系统中，所述自组网通信装置配置有通信修复功能； 当自组网内的其他通信模块损坏或关闭时，所述自组网通信装置通过重新调整路由来自动 恢复自组网。
[0025] 本发明所述起重机自动巡航系统中，所述自组