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第1章 系统简介
1.1 概述
随着水路运输业的快速发展，现代口规模和吞吐量不断增长，口各种装卸设备数量不断增加，如何高效可靠使用这些装卸设备是各口单位关心的问题。口装卸设备中主要的斗轮堆取料机又称悬臂式堆取料机，是散货堆场作业的核心设备。它是堆取料合一的机械，即是一种挖取和堆存煤炭、矿石、砂石等松散物料的高效率机械。它不仅适用于电厂，而且在码头、口也很适用，大多数的转运煤及松散物料的码头、口都采用斗轮堆取料机。斗轮堆取料机的采用，大大缩短了堆取时间，提高了工作效率，减轻了工人劳动强度。
为提高装卸均化作业的效率和安全问题，应保证堆取料机具备寻堆认址、定位, 自动确定各层料堆起点、终点及位置跟踪、终点记忆、料流对中心、电缆保护、整机自动堆取料，从而实现流畅和高效的堆取料自动作业。同时中控室能够对作业过程进行监视。所以有必要对堆取料机大机位置进行连续跟踪、悬臂三维位置实时检测，解决堆取料作业过程中空间防碰撞的难题。
1.2 目前大机采用的定位式
目前堆取料机位置检测大多采用的是人眼定位、光电编码器装置（光码盘）、激光位移传感器、行走限位开关、RFID式。光电编码器装置，整套装置安装在驱动电机前部的一个金属壳体内，由盘状齿轮与定位车齿条啮合，通过驱动轴驱动编码器。盘状齿轮的圆周与定位车驱动小齿轮的圆周相同。编码器由传动齿轮自下而上通过减速机、联轴节驱动，实现定位车的位置检测。这几种检测位置的式均存在一定缺陷，具体表现如下：
1) 人眼定位受制于眼睛健康状况和精神状态，环境影响比较大，作业时间长；
2) 光电编码器装置在车轮打滑就会形成累计误差, 相对定位的机械接触工作式；
3) 激光位移传感器在不洁净环境会失去作用，轨道沉降导致车辆走行抖动会使反光板靶位不准，亦会导致位置检测不准；
4) 行走限位开关由于是点定位，对连续性位置检测存在盲区；
5) RFID式是无线点定位，存在漏读现象, 延时较大；
故这几种传感器在检测位置时多数为机械式、灵敏度低、寿命短、故障率高、可靠性低，操作繁锁，而且存在溜放环节(即失控区)，致使半自动操作难以可靠稳定运行。由于堆取料机是较大的设备，其惯性较大，在启动和停止时也是硬性的，所以在工作过程中会产生很大的撞击和震动，噪音污染严重，严重影响其安全性和有关零部件的寿命，易于损坏设备，由此设备精确位置控制显得尤为重要。
1.3 悬臂采用的检测技术
通常的悬臂空间位置反馈都是采用行走、旋转、俯仰三个旋转编码器的数值计算得出的，对悬臂的空间位置计算过程非常复杂，该计算过程需要结合行走、俯仰、旋转三个编码器的数值进行空间建模，而这三个编码器都有不同程度的误差，这就造成累积误差，故悬臂空间坐标的准确性不高。现有的防碰撞法是根据两台堆取料机是否处于同一个场垛进行判断，如果两台堆取料机不在同一个场垛就可以正常作业。两台堆取料机进入一个场垛进行作业时，就对两台堆取料机同时进行锁定，使其不能工作，由此避免堆取料机之间发生碰撞，这严重影响了堆取料机的同场作业。
由于以上原因，当前都采用人工监控的法来避免空间碰撞事故。现有的防碰撞法无法有效避免堆取料机空间防碰撞问题，使得两台堆取料机无法同时在同一个堆场中安全作业，严重影响效率。
1.4 本系统采用的GNSS定位技术
本系统采用在堆场合适位置建立基准站，在堆取料机的回转中心和悬臂中部或者头部中心点安装GPS流动站。通过GPS的位置信息和空间几何算法，得出两台堆取料机之间的最小距离，从而可以判断出堆取料机发生碰撞的可能性，使得作业人员进行相应处理。本系统可以实时计算出堆取料机悬臂的相对位置和距离，实现多台堆取料机在同一个场垛中安全作业。该系统包括：大机及悬臂位置反馈系统、空间数据算法系统、空间防碰撞预警控制系统。
第2章 GNSS定位系统
2.1 GNSS系统组成
GNSS是全球卫星导航系统的总称,包括GPS（美国）、GLONASS（俄罗斯）、伽利略（欧盟）、北斗（中国）总共四套导航系统。而目前在轨运行并能真正实现民用定位功能的只有GPS和GLONASS两套定位系统。
主要特点：具有全球覆盖、全天候、高精度、实时导航定位等优点。
2.2 GNSS系统介绍
GNSS系统主要由三部分构成：空间卫星部分、地面监控部分、用户GNSS接收机部分。
卫星部分主要是再轨运行的专门用于导航的卫星，目前GPS和GLONASS在轨运行的卫星总共有60多颗，每颗卫星均在不间断地向地球播发调制在两个频段上的卫星信号。在地球上任何一点，均可连续地
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