北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在撬裝式加油裝置上的應(yīng)用

竇明遠 鄒 帥 李浩銘 廖小花 馮 清 黃福川,3

〔1 廣西大學(xué)機械工程學(xué)院 廣西南寧 530004；2 國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司華南分公司 廣西南寧 530022；3 廣西石油學(xué)會 廣西南寧 530004〕

隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，人們對交通運輸?shù)男枨笠惭该偷卦黾?。但是，在人口稀少或者較為偏遠的地區(qū)，地面固定式加油站的建設(shè)由于多種原因限制，導(dǎo)致其建設(shè)期過長(2～3年)，難以滿足市場和用油客戶的需求。因此，可移動的、模塊化的撬裝式加油裝置是解決大型物流企業(yè)、貨場以及邊遠、分散、貧困農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)燃料供應(yīng)問題的有效方法之一。

1 撬裝式加油站簡介

撬裝式加油裝置是將儲油罐、加油機、視頻監(jiān)控、大數(shù)據(jù)管理、安全、消防集為一體的可移動加油系統(tǒng)。撬裝式加油裝置是以相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范為依據(jù)來設(shè)計，以安全、便捷、環(huán)保、機動性、智能化為核心理念，是一種集地面防火防爆儲油罐、加油機和自動滅火器為一體的安全可靠的撬裝式加油系統(tǒng)。該裝置適合運用于貨場 、港口、碼頭、物流中心、大型車隊、施工場地、規(guī)模住宅小區(qū)、企業(yè)內(nèi)部、邊遠分散的貧困農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)等應(yīng)用場景。在過去的一段時間，撬裝式加油裝置在使用的過程中，因管理不當(dāng)而出現(xiàn)偷稅漏稅、走私油品等多種問題而影響其推廣應(yīng)用。發(fā)生這些問題的主要原因之一，就是缺乏對撬裝加油裝置的時間與位置的有效全程監(jiān)控和質(zhì)量管理。目前，國內(nèi)危險化學(xué)品運輸物流監(jiān)測主要依靠國外較為成熟的技術(shù)，都是采用基于全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)[1]。雖然GPS是免費使用的，但是它所開放只是民碼，其精度遠遠小于軍碼，并且一旦發(fā)生特殊情況，民碼被關(guān)閉，則基于GPS設(shè)計的撬裝加油站的監(jiān)測系統(tǒng)則會失去應(yīng)有的功能。因此，將我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與撬裝式加油結(jié)合應(yīng)用是最佳的解決方案之一。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡介

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Beidou Navigation Satellite System)是我國著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展的需要，自主建設(shè)運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)的國家重要時空基礎(chǔ)設(shè)施。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理是以衛(wèi)星為參照物，基于三球交匯原理，通過測量4顆以上導(dǎo)航衛(wèi)星與用戶接收機的距離，解算用戶的三維位置坐標(biāo)(見圖1)。

圖1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位原理

20世紀80年代開始，我國開始制定北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的計劃。2000 年，建成北斗一號系統(tǒng)，向我國提供服務(wù)；2012 年，建成北斗二號系統(tǒng)，向亞太地區(qū)提供服務(wù)；2020 年，建成北斗三號系統(tǒng)，向全球提供服務(wù)。計劃2035年，以北斗系統(tǒng)為核心，建設(shè)完善更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導(dǎo)航授時體系。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比于其他的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點：①空間段采用3種軌道衛(wèi)星組成的混合星座，與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比高軌衛(wèi)星更多，抗遮擋能力強，尤其在低緯度地區(qū)性能優(yōu)勢更為明顯；②提供多個頻點的導(dǎo)航信號，能夠通過多頻信號組合使用等方式提高服務(wù)精度；③創(chuàng)新融合了導(dǎo)航與通信功能，具備定位導(dǎo)航授時、星基增強、地基增強、精密單點定位、短報文通信和國際搜救等多種服務(wù)能力。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)性能如表1所示。其中，在亞太地區(qū)，定位精度水平5 m、高程5 m(95 %)。實測結(jié)果表明，北斗系統(tǒng)服務(wù)能力全面達到并優(yōu)于上述指標(biāo)。

表1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)性能

到2020年，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已擁有豐富的多領(lǐng)域應(yīng)用方向，并且可以提供多項的技術(shù)服務(wù)支持(如表2所示)。其中，對于區(qū)域短報文通信服務(wù)，服務(wù)容量提高到1 000萬次/h，接收機發(fā)射功率僅為1～3 W，單次通信能力1 000 漢字(14 000 Bit)；全球短報文通信服務(wù)，單次通信能力40 漢字(560 Bit)。

表2 北斗衛(wèi)星服務(wù)支持

基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)服務(wù)支持，我國多個領(lǐng)域正在構(gòu)建由基礎(chǔ)產(chǎn)品、應(yīng)用終端、應(yīng)用系統(tǒng)和運營服務(wù)構(gòu)成的產(chǎn)業(yè)鏈持續(xù)加強北斗產(chǎn)業(yè)保障、推進和創(chuàng)新體系建設(shè)，不斷改善大數(shù)據(jù)應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，擴大應(yīng)用規(guī)模，實現(xiàn)融合發(fā)展，提升衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的綜合效益。

3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在撬裝式加油裝置上的應(yīng)用

北斗技術(shù)與撬裝式加油設(shè)備相結(jié)合，能通過北斗系統(tǒng)實現(xiàn)車輛加油量終端信息的實時監(jiān)控與管理；同時，通過北斗技術(shù)管理后臺，實現(xiàn)用戶關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)信息的及時獲取(如車輛車況及油料實時監(jiān)控信息、車輛的地理位置信息、貨主信息、司機身份信息)和車輛運輸路線沿途的“車后市場”關(guān)聯(lián)信息(如沿途的維修、保養(yǎng)、住宿、餐飲等)，利用北斗技術(shù)的管理后臺實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析提煉及并網(wǎng)管理，有效整合物流運輸產(chǎn)業(yè)鏈的上下游資源。

把每一個合法落地的撬裝加油站點都利用北斗加持的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行并網(wǎng)管理，實現(xiàn)撬裝加油裝置與用油車輛之間產(chǎn)生的各種信息的互連與共享，把加油機和每輛用油車輛上的北斗定位終端實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)互連，使線下用油車輛的實體與線上物聯(lián)網(wǎng)管理服務(wù)體系充分的融合，把物聯(lián)網(wǎng)所產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)信息流進行有效截取、提煉和分析，向傳統(tǒng)物流運輸行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈兩端延伸，搭建用戶與服務(wù)增值之間的橋梁。

以撬裝加油站為實體站的線下實體加油網(wǎng)絡(luò)形成后，把大量的用戶信息(貨源信息、車輛信息、貨主企業(yè)信息、司機身份信息等)、用油量信息(包括企業(yè)月用量、單車用油量)、車后市場信息(汽車金融服務(wù)、運輸線路沿途修理廠〈保養(yǎng)、快修、大修等〉、餐飲、住宿等)與線上互聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)體系相融合，通過對用油企業(yè)及車隊客戶通過北斗技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進行精細化管理，服務(wù)內(nèi)容包括但不限于大數(shù)據(jù)分析、貨主端的車主端運力匹配、平臺用戶信用體系建立、第三方金融服務(wù)以及結(jié)算端口的第三方支付工具等。這樣，可進一步降低企業(yè)用油等運營成本，增加用油企業(yè)的經(jīng)濟效益。

基于線下實體加油網(wǎng)絡(luò)，以線上北斗物聯(lián)網(wǎng)工具作為管理方式，精準識別用戶，進一步壓榨中間各環(huán)節(jié)使得成本扁平化，創(chuàng)造多點盈利的模式并且可以為客戶提供綜合服務(wù)，使得各個業(yè)務(wù)間良性共存、互利共贏。北斗智慧撬裝式加油裝置流程見圖2。

圖2 北斗智慧撬裝式加油裝置流程圖

通過北斗智能控制管理終端可以隨時對撬裝加油裝置的加油機進行管控，包括：對加油機進行遠程開關(guān)機、單價設(shè)定、定重定顫、讀取累計、深夜安全工作模式等。安裝進油管理子系統(tǒng)后，可以支持油罐自動進油管理，在室內(nèi)科研實時掌握實際進油數(shù)量。通過油罐管理子系統(tǒng)，可以對油罐測漏報警和實時監(jiān)測油罐參數(shù)；參數(shù)包括：密度、溫度、液位等。由于橇裝式加油裝置的環(huán)境與加油站有很大的不同；因此，在液位儀選型上需要考慮控制臺的防爆性能等因素；撬裝式加油裝置液位儀包括液位儀探棒、隔爆型控制臺等，并可以實現(xiàn)靜電接地報警和氣體濃度檢測等功能。通過北能智控管理終端接入互聯(lián)網(wǎng)，授權(quán)者可上網(wǎng)查詢油站經(jīng)營情況,授權(quán)的單位客戶也可上網(wǎng)查詢其單位加油相關(guān)數(shù)據(jù)。撬裝式加油裝置的加注設(shè)備控制系統(tǒng)可以與客戶端管理系統(tǒng)通過4G網(wǎng)絡(luò)交互通信，從而可以對撬裝鶴管狀態(tài)、IC卡信息、實發(fā)量和異常提示等進行狀態(tài)監(jiān)控。當(dāng)加油出現(xiàn)意外情況時可以在現(xiàn)場操作臺上由操作員暫?；蛲Ｖ拱l(fā)油，從而實現(xiàn)遠程控制加注設(shè)備的要求。加注系統(tǒng)也添加了斷電保護，一旦突然掉電，系統(tǒng)仍可完整保留所有數(shù)據(jù)，正在發(fā)油的設(shè)備將自動進入暫停狀態(tài)，來電后必須在現(xiàn)場操作臺上按繼續(xù)鍵才能繼續(xù)將未發(fā)完的量發(fā)完。并且，采用負反饋多級閥控的發(fā)油控制方法，可以實現(xiàn)發(fā)貨平穩(wěn)，無水擊現(xiàn)象，控制精度高要求，發(fā)貨誤差小于0.1 %。當(dāng)出現(xiàn)故障時，撬裝式加油裝置的加注系統(tǒng)可以采取報警聯(lián)動的方案，從而把損失降到最小。

加裝北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的撬裝加油裝置具備如下優(yōu)點：

(1)在設(shè)備管理系統(tǒng)終端疊加北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，有效拓寬了撬裝加油站的應(yīng)用場景，使遠程的單站點管理向遠程多站點管理變成可能。

(2)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)使得傳統(tǒng)的撬裝加油站重新定義為智慧能源管理網(wǎng)絡(luò)終端，有效解決大型物流車隊、物流中心及廣大農(nóng)村農(nóng)用車輛及農(nóng)機用油難、用油成本高的問題。

(3)北斗智慧撬裝加油終端設(shè)備，可以為用戶提供自用油料的安全儲存、加注及管理等服務(wù)，用戶可以把在正規(guī)渠道按批發(fā)價批量采購的油料進罐安全加注并使用，有效降低用戶用油成本、增加用戶經(jīng)濟效益，確保國家稅利不流失。

(4)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與撬裝式加油裝置結(jié)合可作為成品油綜合執(zhí)法部門的執(zhí)法參照物，能與其他無證經(jīng)營、安全性能不達標(biāo)的非法儲油罐或設(shè)施進行對比，協(xié)助地方執(zhí)法管理部門更好地對使用“無證”撬裝加油裝置或罐體非法經(jīng)營及儲存成品油的行為主體進行有效識別與判斷，實現(xiàn)對成品油非法經(jīng)營行為的有效打擊，提高執(zhí)法行動的準確性和有效性，有效減少執(zhí)法部門因技術(shù)原因出現(xiàn)的執(zhí)法不當(dāng)和執(zhí)法過當(dāng)行為的發(fā)生。

4 結(jié)束語

北斗智慧撬裝式加油裝置在邊遠的農(nóng)村地區(qū)具有廣泛的應(yīng)用場景。在老、少、邊、窮地區(qū)，北斗智慧撬裝式加油裝置可解決部分貧困人員就業(yè)問題，穩(wěn)定貧困人員收入水平并鞏固脫貧率；現(xiàn)已在廣西壯族自治區(qū)相關(guān)試點推廣5套，并取得了良好的社會與經(jīng)濟效益，正計劃在全區(qū)有條件的地區(qū)推廣應(yīng)用。同時，在邊遠農(nóng)村地區(qū)設(shè)置撬裝式加油裝置，可以覆蓋傳統(tǒng)加油站不能覆蓋的廣大農(nóng)村，有效解決“能源最后一公里輸送”的問題和廣大農(nóng)村農(nóng)用車輛及農(nóng)機用油難、用油成本高的難題。