GPS技术在轮胎式龙门吊自动纠偏中的应用

轮胎式龙门吊（以下简称轮胎吊）是集装箱码头堆场重要的集装箱装卸设备，当前其大车行走纠偏主要依靠人工。随着自动化技术的发展，轮胎吊自动纠偏已成为趋势。本文以宁波港股份有限公司北仑第二集装箱码头分公司（以下简称北仑第二集装箱码头）为例，介绍全球定位系统（Global PositioningSystem，GPS）技术参与轮胎吊大车控制，达到轮胎吊自动纠偏效果的应用方案。

1 GPS技术介绍

GPS技术利用24颗导航卫星不间断地向接收器发送自身的星历参数和时间信息，接收器接收到这些信息后，经过计算求出自身的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。GPS的特点如下：（1）全球范围全天候工作，能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间，且不受天气影响；（2）定位精度高，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级；（3）功能多，应用广。随着人们对GPS认识的加深，GPS在测量、导航、测速、测时等方面得到广泛应用，而且其应用领域仍在不断扩大。

目前GPS提供的定位精度优于。为得到更高的定位精度，差分GPS技术应运而生，该技术具有以下特点：将GPS接收器安装在基准站上进行观测；根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站发送实时数据；用户接收器在进行GPS观测的同时，也接收基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。差分GPS分为伪距差分和载波相位差分。伪距差分的应用较广，定位精度达到米级；载波相位差分是实时处理2个观测站载波相位观测量的差分方法，其定位精度达到厘米级，被大量应用于动态高精度定位领域，本文涉及的正是此种差分技术。

2 现有轮胎吊纠偏技术存在的问题

目前轮胎吊一般都能满足集装箱“堆五过六”的生产要求，而且其大车运行速度较快，一般可达到110 m/min。由于没有固定轨道，轮胎吊过转道灵活，活动范围大，但同时也对操作司机提出较高要求。在长距离大车运行过程中，司机必须集中注意力进行大车行走纠偏操作。随着轮胎吊朝快速化和大型化方向发展，司机大车行走纠偏操作更具挑战性。在当前轮胎吊的小车和起升机构实现相当程度自动化的情况下，实现大车行走纠偏自动化变得更加迫切。

现有轮胎吊纠偏技术方案如下：

（1）GPS差分放大纠偏法 该方案需要在堆场建造GPS基准站和移动站，并在轮胎吊上安装差分接收天线等， 地面需要增加电台或局域网等支持设备。该方案缺点：设备投资较大，技术要求较高。

（2）地面划线和图像识别纠偏法 在轮胎吊运行路线上划定标准线，用摄像机等摄像设备摄入图像，然后将识别后的图像作为纠偏依据。该方案缺点：在雨雪天气时无法正常工作。

（3）地面埋设检测体纠偏法 在地面埋设金属等检测体，通过磁感应等方式来感应检测体。该方案缺点：检测体埋入的工程量较大，且受地面物体的干扰较大。

（4）红外线或光电测距纠偏法 该方案对反射体的要求较高，需要很强的反射光才能工作， 且受外部光线等干扰严重，难以正确反映设备的实际位置。

3 GPS技术在轮胎吊自动纠偏中的应用

综合以上方案的优缺点，考虑到北仑第二集装箱码头已实现集装箱码头生产过程和设备的可视化管理，能够对轮胎吊进行定位操作，码头技术部门决定利用码头现有的GPS差分系统实现轮胎吊自动纠偏。

北仑第二集装箱码头设备可视化管理系统如图1所示。在可视化管理系统中安装GPS差分基准站，通过Hz无线网络传输差分信号；在每台轮胎吊上安装移动GPS接收系统，并通过无线终端与轮胎吊上的可编程逻辑控制器通信；在轮胎吊大梁上加装2套GPS接收器和天线，将信号直接接入轮胎吊电气房中，并与控制器相连接（见图2）。