工程机械GPS远程监控系统
物联网在工程机械领域的应用分析_乔卉卉
2
物联网促进工程机械业升级
工程机械作为装备制造业的重要组成部分 ， 各国都非常重视工程机械产业的发展， 对工程机械智能
0927 收稿日期： 2014-
责任编辑： 车轩玉
DOI： 10． 13319 / j． cnki． sjztddxxbzrb． 2015． 03． 16
） ，女， mail： 1035008001@ qq． com 作者简介： 乔卉卉（ 1991硕士研究生， 主要从事状态监测与故障诊断的研究。E基金项目： 河北省教育厅自然科学重点项目（ Zh2011228 ） ； 2014 年国家自然科学青年基金（ 51405313 ） J］ ． 石家庄铁道大学学报： 自然科学版， 2015 ， 28 （ 3 ） ： 8185． 乔卉卉， 马怀祥， 胡红岩． 物联网在工程机械领域的应用分析［
第3 期
乔卉卉等： 物联网在工程机械领域的应用分析
83
图1
工程机械物联网架构
环境的了解。机械设备的作业环境与设备利用率 、 使用寿命及设备维护和保养方式息息相关 。设备作业 环境千变万化， 要求感知灵敏、 精确。实现高精度和高灵敏度的感知需要针对具体需要开发的传感部件 和集成丰富信息采集和处理功能的物联网终端 。工程机械物联网的基础感知器件可分为 ： 用于实现主机 角度、 速度等测量的运动控制类传感器； 用于对主机能源消耗情况和运行情况进 直线或旋转运动的位移、 位置、 环境温度进行监测的工作环境类传感器 。 例如 行监测的工作状态监测类传感器 ； 用来对主机身份、 GPS 在压路机辅助管理系统中的应用、 倾角传感器在泵车姿态控制中的应用 、 陀螺仪在臂架振动测量中 GPS 与陀螺仪在远程定位系统中的组合应用 。 的应用、 3． 2． 2 即插即用的标准化通信协议 机械设备种类繁多， 工程机械物联网的通信网络组成方式复杂 ， 接入方式多种多样， 没有统一的通信
挖掘机如何进行定位和测量
挖掘机如何进行定位和测量挖掘机是一种重型工程机械，广泛应用于土方工程、矿山开采、道路建设等领域。
在进行各种工作时，挖掘机需要准确地定位和测量，以确保工作的准确性和效率。
本文将探讨挖掘机的定位和测量方法，以及相关的技术和工具。
一、全球卫星导航系统（GNSS）全球卫星导航系统（GNSS）是目前最常用的挖掘机定位和测量技术之一。
通过接收来自卫星的信号，挖掘机可以确定自身的位置和姿态。
GNSS系统包括美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的Galileo系统等。
挖掘机上安装的GNSS接收器可以接收这些卫星的信号，并通过计算来确定自身的位置和方向。
二、惯性导航系统（INS）惯性导航系统（INS）是另一种常用的挖掘机定位和测量技术。
INS系统通过使用加速度计和陀螺仪等传感器来测量挖掘机的加速度和角速度，从而确定挖掘机的位置和姿态。
INS系统具有较高的精度和稳定性，可以在没有卫星信号的情况下进行定位和测量。
三、激光测距仪激光测距仪是一种常用的挖掘机测量工具。
通过发射激光束并测量其返回时间，激光测距仪可以准确地测量挖掘机与目标物体之间的距离。
挖掘机上安装的激光测距仪可以用于测量挖掘机的工作范围、挖掘深度等参数，以确保工作的准确性。
四、摄像头和传感器挖掘机上安装的摄像头和传感器也可以用于定位和测量。
摄像头可以提供实时的图像和视频，帮助操作员准确地控制挖掘机的位置和姿态。
传感器可以测量挖掘机的倾斜角度、工作状态等参数，以确保工作的安全和准确性。
五、地面控制点地面控制点是一种常用的挖掘机定位和测量方法。
在工程施工前，工作人员会在工作区域内设置一些地面控制点，这些控制点具有已知的坐标和高程。
挖掘机操作员可以通过测量这些控制点的坐标和高程，来确定挖掘机的位置和姿态。
六、挖掘机定位和测量的应用挖掘机的定位和测量技术在各种工程中都有广泛的应用。
例如，在土方工程中，挖掘机可以使用定位和测量技术来确定挖掘的深度和位置，以确保土方工程的准确性和效率。
什么是GPS
什么是GPS：GPS又称全球定位系统（Global Positioning System）。
简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。
这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。
这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地。
全球定位系统(GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。
经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
GPS全球卫星定位系统由三部分组成:GPS空间部分———GPS星座;GPS地面控制部分———地面监控系统; GPS用户设备部分———GPS 信号接收机。
GPS的特点全球定位系统的主要特点：(1)全天候；(2) 全球覆盖；(3)三维定速定时高精度；(4)快速省时高效率：(5)应用广泛多功能。
GPS的应用全球定位系统(GPS)的主要用途：(1)陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；(2)海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；(3)航空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。
GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。
经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。
挖掘机辅助系统功能及正确应用方法
挖掘机辅助系统功能及正确应用方法挖掘机作为一种重要的工程机械设备，广泛应用于土木工程、矿山开采等领域。
为了提高挖掘机的工作效率和安全性，现代挖掘机常常配备了各种辅助系统。
本文将探讨挖掘机辅助系统的功能及正确应用方法。
首先，挖掘机辅助系统的一个重要功能是定位和导航。
通过全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS），挖掘机可以准确地确定自身的位置和方向。
这对于需要按照特定的坐标进行挖掘作业的工程项目来说非常重要。
通过定位和导航系统，挖掘机可以按照预定的路径进行工作，提高工作效率和准确性。
其次，挖掘机辅助系统还包括了防碰撞和避障功能。
在复杂的工地环境中，挖掘机常常需要与其他设备、建筑物以及人员保持安全距离。
通过使用激光雷达、红外线传感器等技术，挖掘机可以实时监测周围环境，避免与障碍物发生碰撞。
这不仅能够保护设备的安全，还可以减少工地事故的发生。
另外，挖掘机辅助系统还可以提供精确的测量和控制功能。
通过使用激光测量仪、摄像头等设备，挖掘机可以实时获取工作面的高度、深度等信息。
这对于需要进行精确挖掘的工程项目来说非常重要。
通过辅助系统提供的数据，操作人员可以更加准确地控制挖掘机的工作，避免过度挖掘或者不足挖掘的情况发生，提高工作质量和效率。
正确应用挖掘机辅助系统也是非常重要的。
首先，操作人员需要熟悉挖掘机辅助系统的功能和操作方法。
只有了解系统的工作原理和使用方法，才能够正确地应用系统进行工作。
此外，操作人员还需要具备一定的技术和经验，能够根据辅助系统提供的数据进行判断和决策。
在复杂的工作环境中，操作人员需要根据实际情况进行灵活调整，确保挖掘机的安全和工作效率。
同时，定期维护和保养挖掘机辅助系统也是至关重要的。
由于挖掘机辅助系统通常由多个传感器、控制器等组成，这些设备需要经常进行检查和维修，以确保其正常工作。
操作人员应该定期检查系统的各个组件，确保其灵敏度和准确性。
此外，及时更新系统的软件和固件也是必要的，以保证系统能够适应不断变化的工作环境。
推土机双天线北斗平地仪使用说明
推土机双天线北斗平地仪使用说明推土机双天线北斗平地仪使用说明一、前言推土机是一种常用的工程机械，广泛应用于各种土方工程中。
为了提高推土机的作业效率和精度，现在许多推土机都配备了双天线北斗平地仪。
本文将详细介绍如何正确使用推土机双天线北斗平地仪。
二、双天线北斗平地仪概述1. 双天线北斗平地仪的作用双天线北斗平地仪是一种用于测量和控制推土机刀口高度和倾角的设备。
它可以实时监测刀口高度和倾角，并将数据传输给推土机上的控制系统，从而实现自动控制。
2. 双天线北斗平地仪的组成双天线北斗平地仪由两个GPS接收器、两个天线、一个控制器和一些电缆组成。
其中一个GPS接收器和一个天线安装在推土机车体上，另一个GPS接收器和一个天线安装在刀口上。
3. 双天线北斗平地仪的优点与传统的单点定位相比，双天线北斗平地仪具有更高的精度和更好的抗干扰能力。
同时，它还可以实现自动控制，提高作业效率。
三、双天线北斗平地仪的安装1. 安装前准备在安装双天线北斗平地仪之前，需要进行一些准备工作。
首先，需要准备好所有的设备和工具，包括GPS接收器、天线、电缆、控制器、螺丝刀等。
其次，需要对推土机进行检查和维护，确保车体和刀口上的安装位置符合要求。
2. 安装步骤（1）安装车体上的GPS接收器和天线：将GPS接收器和天线固定在推土机车体上的指定位置，并连接好电缆。
（2）安装刀口上的GPS接收器和天线：将GPS接收器和天线固定在刀口上的指定位置，并连接好电缆。
（3）连接控制器：将两个GPS接收器和两个天线分别连接到控制器上，并连接好电源。
（4）校准：按照说明书中的要求进行校准操作。
四、双天线北斗平地仪的使用1. 使用前准备在使用双天线北斗平地仪之前，需要进行一些准备工作。
首先，需要对推土机进行检查和维护，确保车体和刀口上的安装位置符合要求。
其次，需要进行一些设置操作，包括设置工作模式、选择工作范围等。
2. 使用步骤（1）启动控制器：按下控制器上的开机按钮，等待系统启动完成。
GPS定位系统的组成
GPS定位系统的组成GPS定位系统由三个独立的部分组成：1.空间部分GPS定位系统的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫星，3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗),轨道倾角为55°。
卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星,并能在卫星中预存的导航信息。
GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。
2.地面控制系统地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成。
地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数据。
3.用户设备部分用户设备部分即【GPS定位器】信号接收终端。
其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。
当接信号接收终端捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。
根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。
接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。
GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。
接收机一般采用机内和机外两种直流电源。
设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。
在用机外电源时机内电池自动充电。
关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。
目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。
其次则为使用者接收器,现有单频与双频两种,但由于价格因素,一般使用者所购买的多为单频接收器。
GPS全球定位系统的应用:全球定位应用于导航:主要是为船舶,汽车,飞机等运动物体进行定位导航。
例如：船舶远洋导航和进港引水；飞机航路引导和进场降落；汽车自主导航；地面车辆跟踪和城市智能交通管理；紧急救生；个人旅游及野外探险；个人通讯终端（与手机，PDA，电子地图等集成一体）全球定位应用于授时校频：电力，邮电，通讯等网络的时间同步；准确时间的授入；准确频率的授入。
GPS基本知识
gps概述即全球定位系统（global positioning system）。
简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。
这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。
这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地。
全球定位系统(gps)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。
经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗gps卫星星座己布设完成。
gps全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分———gps星座；地面控制部分———地面监控系统；用户设备部分———gps 信号接收机。
◆gps的前身gps系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统(transit），1958年研制，64年正式投入使用。
该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。
然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为gps系统的研制埋下了铺垫。
由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。
美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。
为此，美国海军研究实验室(nrl)提出了名为tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是gps系统精确定位的基础。
而美国空军则提出了621-b的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道该计划以伪随机码(prn)为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的１％时也能将其检测出来。
综述全球卫星导航系统
综述全球卫星导航系统全球四大卫星导航系统:①美国的GPS②欧盟的“伽利略”③俄罗斯的“格洛纳斯”④中国的“北斗”1.美国的GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称；在机械领域GPS 则有另外一种含义：产品几何技术规范(Geometrical Product Specifications)-简称GPS。
GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统；其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。
经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
GPS是目前世界上最先进、最完善的卫星导航系统与定位系统。
GPS具有以下特点：全球、全天候工作，有24颗GPS卫星星座，全球覆盖率高达98%。
高精度定位，单击定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。
静态定位观测效率高（快速省时高效率），快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。
应用广泛多功能，主要是为船舶，汽车，飞机等运动物体进行定位导航。
同时，还应用于各种等级的大地测量、水下地形测量、地壳形变测量、大坝和大型建筑物变形监测，工程机械(轮胎吊，推土机等)控制等。
操作越来越简便，随着GPS接收机不断改进，自动化程度越来越高，有的已达“傻瓜化”的程度；接收机的体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻测量工作者的工作紧张程度和劳动强度；使野外工作变得轻松愉快。
定位精度高；应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6，100-500KM可达10-7，1000KM可达10-9。
在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm。
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３ 软件 实 现
系统 软 件流程 图如 图 ３ 示蚴。 所
获 取 定 位 信 息
系统 初 始 化
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（ 北 科 技 大 学 石 家 庄 河 ０ ０５ ） ５ ０ ４
【 摘 要 】 描 述 了一 种 集 车 辆 监 控 、 远 程 诊 断 和 按 揭 管 理 于 一 体 的 系统 设 计 方 案 ，该 系 统 具 有 制 约 客 户 的 欠 款 ，
提供 维保信 息 等优点 。该监 控 系统 由车载终 端、通讯 服 务器 和监 控 中心 组成 。车载 终端 把采 集 到 的信 息 通过 Ｇ ＲＳ发送 到监控 中心 ，由监控 中心解析后 ，以网页 的形 式展 示 出来 ， 而实现 对车辆 的远程监 控与 管理 。该 系 Ｐ 从 统使 工程机械 产品 向信息化 、智 能化方 向发展 ， 因而有 着广 阔 的市场前景 和应用 。
ＡＴ＋ＭＩ Ｐ Ｈ＝１／ 将 缓 存 中 数据 发送 出去 Ｐ ＵＳ ／
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息 经 过 处 理 ， 合 成 系 统 的 协议 类 型 ， 过 ＧＰ 整 通 ＲＳ分
０ Ｋ
打 开各 个 功 能模 块 电 源 ， 测 各 个模 块 是 否 工 作 检 正常， 通过 对 自身 开 关 量检 测 ， 成 自我 检 测 ， 止终 完 防 端本 身被 破坏 。 检测结 果整 理成 相应 的数 据类 型 ， 将 等
待 发送 。 ２ ３ 关 于 对 ＧＰ ． Ｓ模 块 的 应 用
第 ２ ３卷
第 １ １期
电 脑 开 发 与 应 用
取 车辆 数 据 ， 端 处 理 器 的 Ｃ 终 ＡＮ 寄存 器 设 置 成 自动
检测 网络 同步 ， 证终 端 掉线后 能及 时 回复 连接 。 保 终 端 本 身 发 送 车 载 处 理 器 能 识 别 出 来 的 数 据 到
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１所 示 ［ ¨。
图 ２ 硬件 结 构 框 图
２ 硬 件 实现
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及 开 关 量 处 理 等 构 成 。具 体 连 接 方 式 如 图 ２ 示 。 所 ２ １ 关 于车 载 处 理 器 的 数 据 处 理 ．
作 状态信 息 （ 动机转速 ， 发 泵压 ， 液压 ， 温等） 车辆 信 油 、 息（ 发动机 型号 ， 厂家 ， 出厂 日期 等） 维保信 息等等 ， 、 通
工程 机械 因其价格 高 昂 ， 常需要按 揭付 款 方式 常 购买， 由于机械本 身 流动性 大 ， 如用 户 没有按 时付 款 ，
销售 方很 难控制 车辆 ， 追缴欠款 。 如果 能够实现 远程监
控 车辆 ， 确定其所 在位置 ， 通过干扰其正 常工作来 制约
客户 的欠 款行为 可 以保 护销 售方 的利益 ； 同时 能够 为 用户 提供 车辆 的工 作信息 和维保 信 息等 ， 么无 论从 那 销售方还 是用户角度来讲 ， 都是有帮助 的。
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好 的模 式 ， 限制用 户对 车辆 的使用 功 能 ， 到终 端和 车 达 载 处理 器互相 依赖 的关 系 ， 防止恶 意对 终端 进行 破坏 。
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工程 机 械 ＧＰＳ远 程 监 控 系 统
文 章 编 号 ： ０ ３５ ５ （ ０ ０ １ 一 ０ ４ ０ １ ０ －８ ０ ２ １ ） ｌ０ ３ － ２
工 程 机 械 ＧＰ Ｓ远 程 监 控 系 统
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１ 系统 结构
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图 １ 系 统结 构 图
成。 车载终端 通过车载 Ｃ ＡＮ总线 得到车辆状 态信息 ， 然后把 车辆 状态信 息和从 ＧＰ Ｓ得 到的位 置信 息通 过
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终端 连 接 到 车 载处 理 器 Ｃ Ｎ 网络 后 ， Ａ 只需 通 过
数 据 地 址 过 滤 出 终 端 需 要 的 数 据 即 可 ， 有 必 要 处 理 没
系统 通 过 Ｃ ＡＮ 总线 连 接 到车 载处 理 器 ， 而 得 从
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图 ３
软 件 流 程 图
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【 键 词 】 远 程 监 控 ， 工 程 机 械 ，ＧＰ 关 Ｓ
中 国分 类 号 ： Ｐ ７ Ｔ ２３ 文献 标 识 码 ：Ａ