基于差分 G PS定位的叉車考試系統(tǒng)研究

王振環(huán)

(溫州市特種設(shè)備檢測研究院 溫州 325000)

基于差分 G PS定位的叉車考試系統(tǒng)研究

王振環(huán)

(溫州市特種設(shè)備檢測研究院 溫州 325000)

設(shè)計(jì)的叉車考試系統(tǒng)，根據(jù)安裝于叉車上的差分GPS接收機(jī)獲取當(dāng)前叉車位置信息，通過檢測主板檢測叉車各種動作信息，通過身份證閱讀器對考試人員身份確認(rèn)，最終車載工業(yè)電腦通過評判軟件結(jié)合叉車位置信息及動作信息綜合評判考試人員的考試成績。系統(tǒng)操作簡單，避免了人為干擾因素，更加安全可靠。

叉車 差分GPS 考試系統(tǒng)

叉車作為特種設(shè)備的一種，其操作既有著機(jī)動車的特點(diǎn)又有起重機(jī)械的特點(diǎn)，對作業(yè)人員的要求較高。目前對叉車的實(shí)際操作考試一般采用人工評分的方式，效率低且受人為干預(yù)、環(huán)境因素影響較大，因此迫切需要一種智能考試系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)技術(shù)，推行科學(xué)、高效、公正的考試方法。

1 技術(shù)需求

1）差分GPS定位在項(xiàng)目中的應(yīng)用及開發(fā)。包括負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲及處理的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、為差分GPS接收機(jī)提供差分?jǐn)?shù)據(jù)的差分GPS基準(zhǔn)站、與差分GPS基準(zhǔn)站進(jìn)行雙向通信的差分GPS接收機(jī)的應(yīng)用及開發(fā)。

2）數(shù)據(jù)的采集及傳輸。包括數(shù)據(jù)叉車動作監(jiān)測采集和運(yùn)算、車載數(shù)據(jù)與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。

3）綜合評定及結(jié)果顯示系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用。開發(fā)一套系統(tǒng)，將各種數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總運(yùn)算，自動輸出并打印評定結(jié)果。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

如圖1所示為一種基于差分GPS定位的叉車智能考試系統(tǒng)，包括負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲及處理的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、為差分GPS接收機(jī)提供差分?jǐn)?shù)據(jù)的差分GPS基準(zhǔn)站、與差分GPS基準(zhǔn)站進(jìn)行雙向通信的差分GPS接收機(jī)以及安裝在叉車考試用車上的叉車動作監(jiān)測裝置、車載工業(yè)電腦、WIFI終端、WIFI基站、記錄考試人員考試情況的攝像頭及身份證讀卡器等。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)圖

在數(shù)據(jù)處理服務(wù)器端獲取差分GPS基準(zhǔn)站基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，通過WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸給車載工業(yè)電腦，車載工業(yè)電腦通過RS232S接口傳輸給差分GPS接收機(jī)。從而差分GPS接收機(jī)能夠?qū)荚嚥孳嚨奈恢镁_定位。在對叉車當(dāng)前位置精確定位后，系統(tǒng)將會在軟件中建立叉車模型及考試考場模型，在叉車考試的同時，軟件會通過計(jì)算得出當(dāng)前考試叉車的行駛路徑是否符合相關(guān)規(guī)定。與此同時，系統(tǒng)通過叉車動作監(jiān)測裝置，檢測叉車的相應(yīng)動作是否符合規(guī)定，例如貨叉的升降及前后運(yùn)動等。最終通過評判軟件評判結(jié)合GPS位置信息以及叉車動作信息綜合評判考試成績。

考試結(jié)束后，系統(tǒng)通過WIFI網(wǎng)絡(luò)將考試成績上傳至服務(wù)器，考生通過成績客戶端，查詢考試成績，并獲知所有扣分項(xiàng)?？荚囘^程中，安裝于叉車內(nèi)部的攝像頭對考生的操作過程進(jìn)行錄像，并通過WIFI網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器以備后期查驗(yàn)。在考生考試前，須持本人身份證進(jìn)行登陸確認(rèn)考試內(nèi)容。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 叉車物理位置檢測

在考試過程中，需對作為移動目標(biāo)的叉車所在物理位置實(shí)時精確定位，并計(jì)算出其軌跡是否符合相關(guān)考試要求，本系統(tǒng)中采用上海某衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)有限公司雙天線定位定向型接收機(jī)作為叉車定位定向的檢測模塊。

安裝在基準(zhǔn)站上的GPS接收機(jī)觀測4顆衛(wèi)星后便可進(jìn)行三維定位，解算出基準(zhǔn)站的坐標(biāo)。由于存在著軌道誤差、時鐘誤差、SA影響、大氣影響、多徑效應(yīng)以及其他誤差，解算出的坐標(biāo)與基準(zhǔn)站的已知坐標(biāo)是不一樣的，存在誤差?；鶞?zhǔn)站利用WIFI網(wǎng)絡(luò)將改正數(shù)據(jù)發(fā)送出去，由安裝于考試叉車上的GPS接收機(jī)接收，并且對其解算的GPS接收機(jī)坐標(biāo)進(jìn)行改正。

圖2 叉車模擬場地

叉車考試過程中需完成以下步驟：

1）叉車從甲庫起步出發(fā)，向左前進(jìn)沿著S形場地再過一座橋運(yùn)行至乙?guī)觳尕?，而后依次將乙?guī)於汛a整齊的三個貨架中上面兩個貨架移運(yùn)到丙庫卸貨碼平。最后將乙?guī)斓牡谌齻€托盤裝在貨叉上返回甲庫。

2）從甲庫起步向左沿著S形場地倒車過橋至乙?guī)煨断仑浖堋?/p>

3）從乙?guī)煜蛴业管囘\(yùn)行至甲庫停放放下貨叉熄火（須駐車）。

在進(jìn)行叉車物理位置檢測時，預(yù)先將圖中曲線及相關(guān)關(guān)鍵點(diǎn)采集至系統(tǒng)中，繪制成為電子地圖，當(dāng)叉車運(yùn)動于該區(qū)域時，通過GPS獲取該區(qū)域的精確坐標(biāo)后，叉車當(dāng)前位置即可在電子地圖中準(zhǔn)確顯示，配合評判軟件，即可完成叉車物理位置檢測，及是否壓線碰樁的檢測。

3.2 叉車動作檢測

在叉車考試過程中，不僅僅需要檢測叉車物理位置信息，還需要結(jié)合實(shí)際需求檢測叉車貨叉等機(jī)械部件的運(yùn)動狀態(tài)。以往的叉車考試系統(tǒng)中需人工去觀察各種操作，本系統(tǒng)中通過各類傳感器實(shí)時監(jiān)測叉車各部件的狀態(tài)，例如貨叉上下前后運(yùn)動等。

另外，在叉車考試過程中需叉車基本操作的規(guī)范性動作進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，如鳴笛、開閉轉(zhuǎn)向燈、熄火等。

根據(jù)以上兩種情況，本系統(tǒng)采用自主研發(fā)的檢測主板配合相應(yīng)的傳感器進(jìn)行檢測。在機(jī)械部件檢測時，如圖3所示通過接近開關(guān)配合在檢測主板，當(dāng)機(jī)械部件到達(dá)考試要求位置時，三線接近開關(guān)輸出電信號驅(qū)動光耦，CPU即時就能檢測相應(yīng)動作，通過RS232接口將動作信號傳輸至車載工業(yè)電腦。

圖3 叉車機(jī)械動作檢測

在叉車運(yùn)行的基本操作過程中，將叉車上各種電信號直接連接至檢測主板，當(dāng)發(fā)生相應(yīng)動作時，檢測主板能夠?qū)崟r將數(shù)據(jù)傳輸至車載工業(yè)電腦。

圖4 信號檢測電路

3.3 考試學(xué)員身份確認(rèn)

為了避免替考現(xiàn)象產(chǎn)生，系統(tǒng)設(shè)置了考生身份證信息讀取驗(yàn)功能。身份證閱讀器以無線傳輸方式與第二代居民身份證內(nèi)的專用芯片進(jìn)行安全認(rèn)證，將相關(guān)信息通過通訊接口上傳至車載電腦。信息解碼成文字和相片等信息以供考評人員進(jìn)行對比。

3.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸

本系統(tǒng)采用美國Ubiquiti Networks公司的Bullet M無線WIFI網(wǎng)橋作為數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)，Bullet M是熱門Ubiquiti Bullet的最新版。Bullet M內(nèi)置N-Type RF連接器的無線傳輸系統(tǒng)，直接插接入天線即可創(chuàng)建功能強(qiáng)大的室外接入點(diǎn)、客戶端或網(wǎng)橋，Bullet M的功率高達(dá)600 mW且配備增強(qiáng)接收功能，適用于長距離線路連接，針對叉車這種移動目標(biāo)更為實(shí)用。

通過安裝于叉車上的無線WIFI網(wǎng)橋連接至WIFI基站，使得車載工業(yè)電腦與服務(wù)器處于同一局域網(wǎng)內(nèi)，車載工業(yè)電腦實(shí)時上傳相關(guān)考試信息至服務(wù)器，使得監(jiān)考人員能夠?qū)崟r了解考試情況。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作流程如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)流程圖

4.2 操作要求

1）前進(jìn)運(yùn)行須打方向燈，倒車運(yùn)行須回正方向燈。

2）車輛起步前須鳴喇叭（車輛前進(jìn)倒車的起步），貨叉升降運(yùn)動之前須鳴喇叭。

3）貨叉起升高度應(yīng)不得少于30cm（貨叉底部離地面距離）。

4）在前進(jìn)運(yùn)行到橋的上方時，應(yīng)將貨叉放置地上。

5）貨叉做起升運(yùn)動時，應(yīng)先后靠再起升；貨叉做下降運(yùn)動時，應(yīng)先下降再前傾。

6）貨物應(yīng)當(dāng)在指定位置擺放，不能超出規(guī)定位置。

7）車輛在運(yùn)行途中不許停車、熄火。

8）倒車須向后觀看。

9）車輛運(yùn)行途中不許反方向運(yùn)行。

10）不許運(yùn)行至場地邊界之外（車輛任何部位不許出界）。

在考試過程中，系統(tǒng)根據(jù)GPS獲取的當(dāng)前位置，結(jié)合以上考試要求一一判定考生的操作是否達(dá)標(biāo)，如不達(dá)標(biāo)，根據(jù)相關(guān)扣分項(xiàng)進(jìn)行扣分。例如在起點(diǎn)處，GPS獲取的坐標(biāo)為起點(diǎn)坐標(biāo)，若考生未鳴喇叭且車輛位置坐標(biāo)發(fā)生改變，說明考生未按考試要求進(jìn)行起步操作，系統(tǒng)依據(jù)扣分項(xiàng)對應(yīng)的分值扣分。

5 應(yīng)用情況及效果

本系統(tǒng)已于2016年6月在溫州市特種設(shè)備檢測研究院叉車操作考試中試運(yùn)行，6個月來共有500名考生使用該系統(tǒng)進(jìn)行評分，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，車輛位置定位誤差在±2mm范圍內(nèi)，考生動作誤判率小于2‰，均符合設(shè)計(jì)要求，相比以往人工評判準(zhǔn)確率有了很大的提高。

6 結(jié)束語

本系統(tǒng)提供了一整套叉車實(shí)際操作考試方案，包括叉車行駛路徑的檢測，車輛位置定位，貨叉的升降檢測等，采用全電子考試系統(tǒng)，有效避免了人工評判的各種缺陷，使得考試評分更加客觀科學(xué)、公平公正。這也將促使培訓(xùn)機(jī)構(gòu)提升叉車實(shí)際操作培訓(xùn)能力，提高作業(yè)人員操作技能，以達(dá)到叉車整體的安全運(yùn)行，減少事故。

本系統(tǒng)除了叉車實(shí)際操作考試功能之外，還預(yù)留了培訓(xùn)功能，當(dāng)作業(yè)人員在使用本系統(tǒng)訓(xùn)練時，操作存在對操作不規(guī)范的情況，及時提醒更正。

經(jīng)筆者考證此系統(tǒng)在叉車實(shí)際操作考試中使用全國尚屬首例，將此研究成果可向其他地區(qū)推廣使用具有較高的社會和經(jīng)濟(jì)價值。

[1] 吳方成．基于GPS的港口叉車智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．蘇州：蘇州大學(xué)，2013．

[2] 王昭輝．機(jī)動車駕駛考試車載監(jiān)控終端設(shè)計(jì)[D]．石家莊：石家莊鐵道大學(xué)，2014．

[3] 趙峰．RTKGPS定位技術(shù)在駕駛員道路考試中的應(yīng)用[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，15：37-39．

[4] 黃傲成．智能駕考系統(tǒng)及其關(guān)鍵算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．武漢：武漢工程大學(xué)，2015．

[5] 趙黎明，劉賀平，張冰．自動化碼頭叉車GPS定位與控制設(shè)計(jì)[J]．自動化儀表，2011，03：76-79．

Research on the Forklift Test System Based on Differential GPS Positioning

Wang Zhenhuan
(Wenzhou Special Equipment Inspection and Reasearch Institute Wenzhou 325000)

This paper designed a forklift examination system with differential GPS positioning as the core. The system obtains the position information of the forklift according to differential GPS receiver. It detects all kinds of action information by detecting the mainboard and confirms the identity of the examination staff through the ID card reader. Finally the automobile industrial computer comprehensively evaluates examiners through the evaluation software combined with forklift location information and motion information. It is characterized by the system which is easy to operate. During the whole test process, human interference factors can be avoided. Besides, it is more secure and reliable.

Forklift Differential GPS Test system

X924

B

1673-257X(2017)04-0084-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.04.020

王振環(huán)(1972～)，男，本科，工程師，從事特種設(shè)備作業(yè)人員考試相關(guān)工作。

2016-11-11）