CN103617743B - 基于rfid与电力载波的钢铁企业车辆定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于RFID与电力载波的钢铁企业车辆定位系统及方法，属于车辆定位技术领域。系统包括路标定位器、RFID读写器、车辆及车载电子标签、路段控制器、监控计算机及GIS管理平台。钢铁企业车辆上部署有车载电子标签，路标定位器上部署RFID位置标签、RFID读写器和电力载波通讯模块。优点在于，与现有技术相比，路段定位器和车辆终端上并不采用GPS终端进行定位，仅在安装时采用带GPS模块的RFID读写器将路标GPS坐标一次写入路标定位器中的RFID标签中，通过电力线传输汇总，监控计算机可实时查看车辆路标位置并进行跟踪；便于实现车辆的运输调度。

Description

基于RFID与电力载波的钢铁企业车辆定位系统及方法

技术领域

本发明属于车辆定位技术领域，特别涉及一种基于RFID与电力载波的钢铁企业车辆定位系统及方法。适用于具有电力载波通讯路标的矿区、钢铁企业厂区，方便对车辆的跟踪定位。

背景技术

钢铁企业车辆跟踪和调度直接影响企业的服务和盈利,大多数大型钢铁企业厂内存在运输车辆装卸停歇时间长、车辆利用率低、在途车辆多但运输效率差等问题,它们不仅增加了钢铁企业的运输成本,还严重影响了钢铁企业的生产效率和服务水平。目前基于车辆跟踪定位主流的有全球定位系统GPS、移动运营商基站定位、RFID定位等，采用GPS、GIS、RFID、电力载波通信等物联网技术在这个领域的应用前景十分广阔，通过这些技术的应用对车辆实时定位、跟踪、报警、通信，实现车辆的远程调度监控管理，避免车辆空载等违规现象，对于提高钢铁企业服务管理水平和资源循环利用水平具有重要意义。

目前车辆跟踪技术大多是考虑城市车辆的应用，并依赖于GPS和GPRS技术，这些技术大范围应用不具备成本优势，如专利201220274068.5“一种基于RFID和GPS的车辆定位装置”需在车辆上安装GPS定位装置，RFID标签采用无源电子标签且固定于道路交通信息牌上，通过GPRS发送信息内容至监控中心。专利201110169738.7“车辆定位设备及其定位方法”，采用GPS接收模块、LCD和模拟量、开关量数据采集模块分别连接到嵌入式处理器上，实现远程车辆的监控以及重要参数的采集，是通过GPRS无线通讯方式信息上传。钢铁企业车辆运输有其特定需求，主要需要在特定位置跟踪其运载状态。

单车载GPS接收机价格不算高，但如果在钢铁企业全厂的运输车辆甚至公用交通运输上推广应用，将需要投入大量资金；GPRS通信的使用需后期持续投入使用费用，虽然可以根据时间调节信息发送频率，但为捕捉定位信息准确，车辆每隔几秒至数十秒钟就需要进行一次定位（如接收一次卫星信号），并发送一次定位信息，这样钢铁企业在厂区内长期使用的信息数量非常大，巨量的短消息和后续通信费用是钢铁企业所不能承受的。

随着电力载波通讯技术和射频技术的发展，应用低压电力线作为传输媒质，结合单片机控制和网络等技术实现对设备的在线监控与精确定位已成为可能。电力线网络分布广泛、接入方便、接入成本和建设费用低等特点。

发明200910304431.6公开了“一种路灯管理控制装置”，采用了GPS车辆调度系统和电力载波通讯对路灯的远程监控、节能及寿命预测和日常业务管理，但没有通过控制路灯同时实现运输车辆的定位管理和调度。申请号为200520071759.5的专利申请的“城市车辆定位路标传感器”，应用短距离无线定位误差修正算法实现城市车辆无“盲区”的定位和导航，精确可靠，但需要部署较多的传感器，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于RFID与电力载波的钢铁企业车辆定位系统及方法，改进目前钢铁企业车辆跟踪定位的不足，通过使用车载电子标签（RFID）和路标定位器取代车载GPS接收机，一次投入安装即可免后续使用费，通过使用电力线传输车辆位置信息取代GPRS通信，降低了通信费用。钢铁企业车辆一般行驶在装有路灯等关键路标的道路，本发明方案方便实现车辆相关参数的获取、远程监控和车辆调度，对于公共交通监管、物流配送也具有重要意义。

本发明所解决的技术问题是：路标定位器既能实现对钢铁企业厂区的车辆跟踪定位，又能实现对路灯的节能调节；避免在作业现场铺设专门的通信线路传输数据，通过已有的电力线传输车载电子标签信息和路标位置信息来实现车辆的定位跟踪；根据日出日落时间对路灯进行开闭管理，根据照度对路灯的亮度进行合理的调节达到节能的目的。

本发明的系统包括路标定位器、RFID读写器、车辆及车载电子标签、路段控制器、监控计算机及GIS管理平台。所述RFID读写器与路标定位器通过RFID射频无线连接，RFID读写器向路标定位器写入路标位置信息，所述车载电子标签安装在车辆上面，所述路标定位器与路段控制器通过电力线连接，所述路标定位器与车载电子标签通过RFID射频无线通讯连接，所述路段控制器与监控计算机通过以太网有线连接，所述GIS管理平台软件安装在监控计算机上。

所述路标定位器包括：主控制器（MCU）、电力载波通讯模块、载波接口（耦合电路）、RFID读卡器、RFID位置标签、电源模块、电流电压采集与调光模块、继电器电路等；所述电力载波通讯模块通过载波接口与主控制器电路连接；所述RFID位置标签与RFID读卡器通过RFID无线射频连接，所述RFID读卡器与主控制器通过串口或I2C通信电路连接；所述电源模块与主控制器电路连接，电源模块将电力线上的220/380V交流电压转换成直流电，为电力载波通讯提供偏置电压与主控制器、RFID读卡器提供驱动电能；所述电流电压采集与调光模块、继电器电路与主控制器（MCU）电路连接，实现路灯节能调节与开关控制。所述路标定位器固定在钢铁企业厂区内已有电力线的路灯、计量点、库堆场出入口、装卸点等车辆经过的位置，能方便读到车载电子标签，不需要安装过于密集便可跟踪运输车辆的业务状态。

所述的车载电子标签为RFID有源标签，包括内置电源、射频前端、逻辑控制、存储器等，所述的存储器内存储在运的物品种类、物品名称、生产时间、运输地时间、车辆编号、车辆皮重、车辆毛重、生产车间地址等信息。这些信息经过加密成一串字符作为每辆车的唯一标识符存在RFID标签中。

所述的RFID读写器为手持式或固定式，由主控制器、RFID读写模块、操作显示系统、GPS收发模块、GPRS/WIFI通信接口组成，所述主控制器分别与RFID读写模块、操作显示系统、GPS收发模块、GPRS/WIFI通信模块电路连接；所述GPS收发模块记录当前路标地理位置信息，并将坐标信息存入路标定位器中的RFID位置标签中。

所述的路标定位器均支持物理地址和逻辑地址的配置，路标定位器的应用控制软件支持在线下载，将RFID位置标签内位置信息发送至监控计算机。路标定位器中的电力载波模块采用PL31XX通信控制模块，在路标定位器中RFID位置标签中的坐标信息通过电力载波传至远程监控计算机和GIS管理平台，同时监控计算机接收电力线传来的路标定位器的位置信息，并将其存入本地数据库。收发的通讯信息采用双载波BPSK调制解调技术。

所述的路段控制器采用美国Echelon公司的i.LONSmartServer，主要由MCU、电源电路、时钟模块、以太网口/串口模块、GPRS通信模块、电力载波通信模块组成，采用以太网、外部GPRS调制解调器对辖区内所有路标定位器进行远程监控，并将路标定位器相关参数发送至监控计算机，实时监控车辆定位情况。所述路段控制器方便路标定位器节点的扩展接入。

所述的GIS管理平台，部署在监控计算机上，GIS管理平台包括GIS平台、数字地图数据库、关系数据库、电力载波通信管理模块、地图匹配模块、路径规划模块、监控模块、轨迹回放模块及报警处理模块；所述监控模块具有图形化查询货物、车辆定位、路径查询、路灯节能监控等功能；所述路灯节能监控功能指GIS管理平台向路标定位器发送路灯的调光信息、开关时间等；GIS管理平台可远程修改路标定位器中RFID标签的加密密码。

所述监控计算机通过GIS管理平台，配合路标定位器使用，实时了解车辆跟踪定位情况。监控计算机GIS管理平台以短信方式将物流委托配送、计量计划、运输规划路线发送到车辆手机端，对车辆调度指挥。GIS管理平台具有基于GIS平台钢铁企业运输车辆进行定位查找、统计功能。车辆的定位查找根据车辆编号查询所经过的路径；根据路标定位器编号、路标定位器中RFID标签存储的道路、标志建筑物等信息自动查找临近经过的车辆信息，可对区域内的车辆和路标定位器进行地理统计。

本发明方案所采用的通讯方案是：在路标定位器和路段控制器之间使用电力线载波进行通信，这样做的好处是，电力载波通信借助已有的电力线，无需额外铺设线路和借助需后续维护的GPRS网络，数据通信信道和路灯供电共用供电信道；在路标定位器与车辆之间采用2.4GHz免费频段、且传输距离较远的RFID传感网络，车载有源电子标签具有发射功率小、读写速度快、存储量大、读取距离远、抗干扰性强、实时动态通信等优势，车载电子标签平时处于睡眠状态，当受到某种方式的外部有源读写器激活后开始向外发送信息，并由外部读写器写入数据后转入睡眠状态；车辆经过时，路标定位器向车载电子标签写入当前路标信息，车载电子标签记录车辆的运输作业最新状态；监控中心和路段控制器采用以太网传输，具有可靠性高、成本低廉的特点。

在路标定位器与路段控制器之间，其通信频率可以设定和控制，使用户不必配置每个节点，系统的基本功能（断电检测）是预定的。对于正常的状态更新、定位数据以及其他数据，路标定位控制器节点等待路段控制器的轮询。这样，电力线带宽就能保存，使系统设计不会对配电变压器上节点数目过度敏感。

所述的基于RFID与电力载波的钢铁企业车辆定位方法，其定位方法包括如下步骤：

步骤1：路标定位器安装于钢铁企业厂区内已有电力线的路灯、计量点、库堆场出入口、装卸点等车辆经过的位置，并方便读到车载标签。

步骤2：采用手持式或固定式RFID读写器获取某路标的GPS坐标信息，并通过RFID读写器的读写模块将GPS坐标信息写入路标定位器的RFID位置标签中。

步骤3：路标定位器在车辆经过时，通过RFID读写器向车载电子标签写入当前路标信息，车载电子标签记录车辆的运输作业最新状态，路标定位器主控制器读取其RFID位置标签信息，并通过电力载波通信发送至监控计算机GIS管理平台，重复步骤1-3直至厂区内所有路标定位器安装完毕。

步骤4：GIS管理平台对路标定位器的坐标进行转换并存储到数字地图数据库中。转换步骤为：

1)：GIS管理平台接收到路标定位器中RFID位置标签信息，存储的为路标当前GPS测量的WGS-84坐标系下的地心大地坐标WGS-84（B,L,H）经纬度值。

2)：使用WGS-84坐标系的椭球参数将地心大地坐标WGS-84（B,L,H）经纬度值转换为WGS-84坐标系下的地心直角坐标WGS-84（X,Y,Z）。椭球参数为地心大地坐标转换到地心直角坐标需要使用的参数，为椭球体长半轴a,椭球体短半轴b,扁率f,第一偏心率e²。

3)：使用七参数(城市地理信息系统标准化指南[M],1999,7,第76-86页)将地心直角坐标WGS-84（X_g,Y_g,Z_g）转换为地心直角坐标BJ-54（X_t,Y_t,Z_t）。七参数为不同椭球系下的地心直角坐标系互换所使用到的参数，其中三个平移参数ΔX,ΔY,ΔZ表示两坐标原点的平移值；三个旋转参数ε_x,ε_y,ε_z表示BJ-54坐标系旋转至地心直角坐标系WGS-84平行时，分别绕X_t,Y_t,Z_t的旋转角；K为缩放尺度参数，用于调整椭球的大小，七参数在不同的地区有不同数值，可根据至少3个已知点的地心直角坐标WGS-84（X_g,Y_g,Z_g）和地心直角坐标BJ-54（X_t,Y_t,Z_t）利用最小二乘原理求出七参数。

4)：使用BJ-54坐标系的椭球参数将地心直角坐标BJ-54（X_t,Y_t,Z_t）换算为BJ-54坐标系下的地心大地坐标BJ-54(B,L,H)（徐仕琪等,关于利用七参数法进行WGS-84和BJ-54坐标转换问题的探讨[J],测绘与空间地理信息,2007,5(30)）。

5)：设置投影参数，使用投影参数将地心大地坐标BJ-54(B,L,H)转换为BJ-54坐标系下的平面直角坐标BJ-54（X,Y）。投影参数为同一椭球系下，地心大地坐标转换为平面直角坐标所使用的参数。

6)：使用平面四参数（△X，△Y，A，K）转换为当地独立坐标系下的平面直角坐标。其中平面四参数为同一椭球系下，不同平面坐标系之间的转换所使用的参数，即为两个平面坐标系的坐标原点之间的坐标差值（△X，△Y）；旋转角度A，通过旋转两个平面坐标轴一个角度，可以使两个坐标系的X和Y轴重合在一起；尺度因子K，用于尺度的比例转换，由两个已知点计算得到四参数。

步骤5：GIS管理平台配置运输车辆的规划路线，即调用一定的车辆，组织适当的行车路线，使车辆有序访问经过的装卸点、磅秤计量点、重要路标位置。考虑约束条件：a、不同钢铁货品选择合时的车型；b、车辆载重和容积在允许范围内；c、运送服务在规定的时间窗口内完成,时间窗口外到达的车辆不能卸货；d、确定货物配送优先级。构建任务约束模型，使满足上述约束条件下实现运输路径最小，如下式所示：

$\min z=\underset{i}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}{x}_{\mathrm{ijk}}$

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{g}_i{y}_{\mathrm{ki}}\≤q,\∀k;\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{y}_{\mathrm{ki}}=1,i=1,...,n;\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{x}_{\mathrm{ijk}}=y_{\mathrm{ki}},i=\mathrm{0,1},...,n;\∀k;$

$\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{x}_{\mathrm{ijk}}=y_{\mathrm{kj}},j=\mathrm{0,1},...,n;\∀k;{\mathrm{ET}}_i\≤s_i\≤{\mathrm{LT}}_i,i=1,...,n$

其中c_ij表示从点i到点j的距离；车辆编号为k；g_i为第i点的货运量，q为车辆的额定载重量；任务编号为1,2,…,n；其中ET_i和LT_i分别为任务i允许的最早开始时间和允许的最迟结束时间；x_ijk与y_kj定义为变量：

解决上述问题方法是：根据约束条件将用户分为不同的配送区域，然后用节约构造算法为每个厂区的车辆规划行驶路线，并借助GIS显示规划路线和提供空间决策支持。步骤如下：

1）将钢铁企业配送中心数据、用户数据输入GIS管理平台，确定各个用户点(含配送中心)在GIS地图上的位置；

2）根据用户需求数量、时间、地理位置和车辆的承载能力对用户进行聚类，聚类方法如下：

a、选择种子点。选择原则是选择用户时间窗口最短、用户优先级高的点，以及用户有特殊运输要求的点。

b、然后以种子点与配送中心的直线为扫描线，沿顺时针或逆时针方向旋转该直线直到与某站点相交。

c、当车辆装满后，开始一条新路线，转a，选择新的种子点进行任务站点聚类。

3）根据车辆经过的任务路标点的经过顺序，设计最短路线，方法如下：

a、以钢铁企业厂区配送中心0为起点，连接起点到每一个用户路标为终点的分离路线开始。

b、计算各个路标点i和点j之间路线的节约的里程s(i,j),形成集合M={s(i,j)|s(i,j)>0}，在M内对节约值s(i,j)按从大到小排序，其中s(i,j)＝c_i0+c_0j-c_ij，c_ij表示从点i到点j的距离，c_0i表示从配送点0到用户路标i点的距离，c_0j从配送点0到用户路标j点的距离。

c、根据节约值连接客户点形成路线。注意不要破坏先前连接的任何连线。考察点i和j连接后的线路上总货运量Q,若Q≤q,则转下步,否则转f。

d、计算连接点i和j所在的线路后，车辆到达j点的时间比原路线上车辆到达j点的时间的变化量为：EF_j＝s_i+T_i+t_ij-s_j

(a)若EF_j=0,转e；

(b)若EF_j<0,则计算Δj^-，当|EF_j|≤Δj^-，转e，否则转f；

(c)若EF_j>0,则计算Δj⁺，当|EF_j|≤Δj⁺,转e，否则转f；

式中，Δj^-为线路上j点后面的各任务处均不需要等待的到达j点时间的最大允许提前量；Δj⁺为线路上j点后面的各任务不违反时间约束的到达j点时间的最大允许推迟量。 ${\mathrm{\&Delta;j}}^{-}=\underset{r\&GreaterEqual;j}{\min }\{S_r-{\mathrm{ET}}_r\},{\mathrm{\&Delta;j}}^{+}=\underset{r\&GreaterEqual;j}{\min }\{{\mathrm{LT}}_r-S_r\};$

e、连接点i和点j,计算车辆到达各任务时的新时间；

f、令M=M-s(i,j),转b；

4)按排列顺序连接各站点，形成运输线路。

步骤6：通过GIS管理平台显示配送线路，根据配送路线合理性判断准则确定运输线路，并指派车辆。

步骤7：路标定位器内置的RFID读卡器读取经过的车辆电子标签信息，包括在运物品种类、物品名称、生产时间、运输地时间、车辆编号、车辆皮重、车辆毛重、生产车间地址。

步骤8：路标定位器内主控制器获取车辆电子标签信息、路标定位器中RFID位置标签信息，通过电力载波通信打包发送至监控计算机GIS管理平台。

步骤9：GIS管理平台记录当前车辆信息和路标信息并图形化显示，对不在规划范围内的车辆提示短信报警；如在正常范围内，则记录行驶轨迹，方便查询货物、车辆定位。

本发明有益效果在于，与现有技术相比，路段定位器和车辆终端上并不采用GPS终端进行定位，本发明仅在安装时采用带GPS模块的RFID读写器将路标GPS坐标一次写入路标定位器中的RFID位置标签中，不依赖于GPS接收机反复定位，在车辆经过时将路标位置信息通过电力线传输至监控计算机，配合GIS使用具有定位准确的特点，监控计算机可实时查看车辆路标位置并进行跟踪。路标定位器中电流电压采集与调光模块、继电器电路与主控制器电路连接，可同时实现钢铁企业厂区内路灯节能控制功能，本发明方案可根据业务需求选择特定路标安装路标定位器，具有施工简单，部署方便，免费通讯频段和电力载波通讯，适合钢铁企业、矿企厂区内已有电力线方便部署路标定位器的路灯、计量点、库堆场出入口等车辆经过的位置，便于实现车辆的运输调度；也可扩展用于公交电子站牌车辆定位管理等综合服务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明所述的一种基于RFID与电力载波钢铁企业车辆定位系统应用构架。

图2为本发明所述的路标定位器应用组成框图。

图3是本发明所述的采用RFID与电力载波的钢铁企业车辆跟踪定位方法原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，一种基于RFID与电力载波钢铁企业车辆定位系统包括路标定位器、RFID读写器、车辆及车载电子标签、路段控制器、监控计算机及GIS管理平台。车载电子标签内部存储加密的在运的物品种类、物品名称、生产时间、运输地时间、车辆编号、车辆皮重、车辆毛重、生产车间地址、途经路标等信息。车载电子标签安装在运输车辆方便读写的位置。路标定位器安装固定在厂区内已有电力线的车辆经过的特定路标或位置，如路灯、计量点、库堆场出入口、装卸点等车辆经过的位置，通过RFID读写器（固定式或手持）向路标定位器的RFID位置标签内写入当前安装位置信息；当厂区内车辆经过时，路标定位器会发出RFID射频信号激活车载电子标签，读取车载电子标签存储的车辆信息和货物信息，并将途经路标信息写入车载电子标签中，记录为运输车辆的最新业务状态。路标定位器实时将车载电子标签信息和其内RFID位置标签信息打包通过电力载波通信经过路段控制器中转后，传送至监控计算机和GIS管理平台；路标定位器将数字信号进行载波调制后耦合进电力线传输至路段控制器，路段控制器将收到的调制信号(来自路标定位器)解调，恢复为数字信号，路段控制器通过SOAP/XML接口与监控计算机的GIS管理平台软件进行通信，SOAP/XML接口允许通过WebService方式将数据集成到GIS管理平台后台数据库中，并提供给GIS管理平台路灯管理模块和路段控制器应用程序使用，GIS管理平台监控模块具有用户对车辆路径配置、图形化查询货物、车辆定位、路径查询等数据功能；

如图2所示的路标定位器包括：主控制器（MCU）、电力载波通讯模块、载波接口（耦合电路）、RFID读卡器、RFID位置标签、电流电压采集与调光模块、继电器电路等，路标定位器中电流电压采集与调光模块、继电器电路与主控制器电路连接控制，可实现钢铁企业厂区内路灯节能控制功能。每一个路标定位器均支持物理地址和逻辑地址，路标定位器内RFID位置标签记录当前路标的GPS坐标，用于和GIS系统匹配。RFID读写器（手持或固定式）通过其内GPS收发模块记录当前路标地理位置信息，并将GPS坐标信息通过RFID传感网写至路标定位器中的RFID位置标签中。

如图1所示的GIS管理平台数据库存储有日落日出时间数据表、各路段控制器当前的天气情况、光照度，并定期发送至路段控制器。路段控制器可以独立工作，具有时序调度管理、数据记录应用、报警应用程序；其时序调度管理功能可根据GIS管理平台设置的时序来开、闭路灯和调节路灯的亮度，达到节能的目的；其数据记录应用程序记录路标定位器的电流、电压、电能累积等数据活动，并发送至监控计算机GIS管理平台，可用来进行趋势分析、报告和应用分析；其报警应用程序收集路标定位器报警信息，并识别错误和报警状态，在确认报警条件成立后，将报警发送到监控计算机及管理中心。

如图3所示，基于RFID与电力载波的钢铁企业车辆定位方法步骤是：

步骤1：路标定位器安装于钢铁企业厂区内已有电力线的路灯、计量点、库堆场出入口等车辆经过的位置，并方便读到车载标签。

步骤2：采用手持式或固定式RFID读写器获取当前路标的GPS坐标信息，并通过RFID读写器的读写模块将GPS坐标信息写入路标定位器的RFID位置标签中。

步骤3：路标定位器在车辆经过时，通过RFID读写器向车载电子标签写入当前路标信息，车载电子标签记录车辆的运输作业最新状态，路标定位器主控制器读取其RFID位置标签信息，并通过电力载波通信发送至监控计算机GIS管理平台，重复步骤1-3直至厂区内所有路标定位器安装完毕。

步骤4：GIS管理平台对路标定位器的坐标进行转换并存储到数字地图数据库中。转换步骤为：

1)：GIS管理平台接收到路标定位器中RFID位置标签信息，存储的为路标当前GPS测量的WGS-84坐标系下的地心大地坐标WGS-84（B,L,H）经纬度值。

2)：使用WGS-84坐标系的椭球参数将地心大地坐标WGS-84（B,L,H）经纬度值转换为WGS-84坐标系下的地心直角坐标WGS-84（X,Y,Z）。椭球参数为地心大地坐标转换到地心直角坐标需要使用的参数，为椭球体长半轴a,椭球体短半轴b,扁率f,第一偏心率e²。

3)：使用七参数(城市地理信息系统标准化指南[M],1999,7,第76-86页)将地心直角坐标WGS-84（X_g,Y_g,Z_g）转换为地心直角坐标BJ-54（X_t,Y_t,Z_t）。七参数为不同椭球系下的地心直角坐标系互换所使用到的参数，其中三个平移参数ΔX,ΔY,ΔZ表示两坐标原点的平移值；三个旋转参数ε_x,ε_y,ε_z表示BJ-54坐标系旋转至地心直角坐标系WGS-84平行时，分别绕X_t,Y_t,Z_t的旋转角；K为缩放尺度参数，用于调整椭球的大小，七参数在不同的地区有不同数值，可根据至少3个已知点的地心直角坐标WGS-84（X_g,Y_g,Z_g）和地心直角坐标BJ-54（X_t,Y_t,Z_t）利用最小二乘原理求出七参数。

4)：使用BJ-54坐标系的椭球参数将地心直角坐标BJ-54（X_t,Y_t,Z_t）换算为BJ-54坐标系下的地心大地坐标BJ-54(B,L,H)。

5)：设置投影参数，使用投影参数将地心大地坐标BJ-54(B,L,H)转换为BJ-54坐标系下的平面直角坐标BJ-54（X,Y）。投影参数为同一椭球系下，地心大地坐标转换为平面直角坐标所使用的参数。

6)：使用平面四参数（△X，△Y，A，K）转换为当地独立坐标系下的平面直角坐标。其中平面四参数为同一椭球系下，不同平面坐标系之间的转换所使用的参数，即为两个平面坐标系的坐标原点之间的坐标差值（△X，△Y）；旋转角度A，通过旋转两个平面坐标轴一个角度，可以使两个坐标系的X和Y轴重合在一起；尺度因子K，用于尺度的比例转换，由两个已知点计算得到四参数。

步骤5：GIS管理平台配置运输车辆的规划路线，即调用一定的车辆，组织适当的行车路线，使车辆有序访问经过的装卸点、磅秤计量点、重要路标位置。

考虑约束条件：a、不同钢铁货品选择合时的车型；b、车辆载重和容积在允许范围内；c、运送服务在规定的时间窗口内完成,时间窗口外到达的车辆不能卸货；d、确定货物配送优先级。构建任务约束模型，使满足上述约束条件下实现运输路径最小，如下式所示：

$\min z=\underset{i}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{c}_{\mathrm{ij}}{x}_{\mathrm{ijk}}$

$\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{g}_i{y}_{\mathrm{ki}}\&le;q,\&ForAll;k;\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}{y}_{\mathrm{ki}}=1,i=1,...,n;\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{x}_{\mathrm{ijk}}=y_{\mathrm{ki}},i=\mathrm{0,1},...,n;\&ForAll;k;$

$\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}{x}_{\mathrm{ijk}}=y_{\mathrm{kj}},j=\mathrm{0,1},...,n;\&ForAll;k;{\mathrm{ET}}_i\&le;s_i\&le;{\mathrm{LT}}_i,i=1,...,n$

其中c_ij表示从点i到点j的距离；车辆编号为k；g_i为第i点的货运量，q为车辆的额定载重量；任务编号为1,2,…,n；其中ET_i和LT_i分别为任务i允许的最早开始时间和允许的最迟结束时间；x_ijk与y_kj定义为变量：

解决上述问题方法是：根据约束条件将用户分为不同的配送区域，然后用节约构造算法为每个厂区的车辆规划行驶路线，并借助GIS显示规划路线和提供空间决策支持。步骤如下：

4）将钢铁企业配送中心数据、用户数据输入GIS管理平台，确定各个用户点(含配送中心)在GIS地图上的位置；

5）根据用户需求数量、时间、地理位置和车辆的承载能力对用户进行聚类，聚类方法如下：

a、选择种子点。选择原则是选择用户时间窗口最短、用户优先级高的点，以及用户有特殊运输要求的点。

b、然后以种子点与配送中心的直线为扫描线，沿顺时针或逆时针方向旋转该直线直到与某站点相交。

c、当车辆装满后，开始一条新路线，转a，选择新的种子点进行任务站点聚类。

6）根据车辆经过的任务路标点的经过顺序，设计最短路线，方法如下：

a、以钢铁企业厂区配送中心0为起点，连接起点到每一个用户路标为终点的分离路线开始。

b、计算各个路标点i和点j之间路线的节约的里程s(i,j),形成集合M={s(i,j)|s(i,j)>0}，在M内对节约值s(i,j)按从大到小排序，其中s(i,j)＝c_i0+c_0j-c_ij，c_ij表示从点i到点j的距离，c_0i表示从配送点0到用户路标i点的距离，c_0j从配送点0到用户路标j点的距离。

c、根据节约值连接客户点形成路线。注意不要破坏先前连接的任何连线。考察点i和j连接后的线路上总货运量Q,若Q≤q,则转下步,否则转f。

d、计算连接点i和j所在的线路后，车辆到达j点的时间比原路线上车辆到达j点的时间的变化量为：EF_j＝s_i+T_i+t_ij-s_j

(a)若EF_j=0,转e；

(b)若EF_j<0,则计算Δj^-，当|EF_j|≤Δj^-，转e，否则转f；

(c)若EF_j>0,则计算Δj⁺，当|EF_j|≤Δj⁺,转e，否则转f；

式中，Δj^-为线路上j点后面的各任务处均不需要等待的到达j点时间的最大允许提前量；Δj⁺为线路上j点后面的各任务不违反时间约束的到达j点时间的最大允许推迟量。 ${\mathrm{\&Delta;j}}^{-}=\underset{r\&GreaterEqual;j}{\min }\{S_r-{\mathrm{ET}}_r\},{\mathrm{\&Delta;j}}^{+}=\underset{r\&GreaterEqual;j}{\min }\{{\mathrm{LT}}_r-S_r\};$

e、连接点i和点j,计算车辆到达各任务时的新时间；

f、令M=M-s(i,j),转b；

4)按排列顺序连接各站点，形成运输线路。

步骤6：通过GIS管理平台显示配送线路，根据配送路线合理性判断准则确定运输线路，并指派车辆。

步骤7：路标定位器内置的RFID读卡器读取经过的车辆电子标签信息，包括在运物品种类、物品名称、生产时间、运输地时间、车辆编号、车辆皮重、车辆毛重、生产车间地址。

步骤8：路标定位器内主控制器获取车辆电子标签信息、路标定位器中RFID位置标签信息，通过电力载波通信打包发送至监控计算机GIS管理平台。

步骤9：GIS管理平台记录当前车辆信息和路标信息并图形化显示，对不在规划范围内的车辆提示短信报警；如在正常范围内，则记录行驶轨迹，方便查询货物、车辆定位。

Claims (5)

1.一基于RFID与电力载波的钢铁企业车辆定位系统，其特征在于，包括：路标定位器、RFID读写器、车辆及车载电子标签、路段控制器、监控计算机及GIS管理平台；RFID读写器与路标定位器通过RFID射频无线连接，RFID读写器向路标定位器写入路标位置信息，所述车载电子标签安装在车辆上面，所述路标定位器与路段控制器通过电力线连接，所述路标定位器与车载电子标签通过RFID射频无线连接，所述路段控制器与监控计算机通过以太网有线连接，所述GIS管理平台软件安装在监控计算机上；路标定位器固定在钢铁企业厂区内已有电力线的路灯、计量点、库堆场出入口、装卸点车辆经过的位置；

所述路标定位器包括：主控制器、电力载波通讯模块、载波接口、RFID读卡器、RFID位置标签、电源模块、电流电压采集与调光模块、继电器电路；所述电力载波通讯模块通过载波接口与主控制器电路连接；所述RFID位置标签与RFID读卡器通过RFID无线射频连接，所述RFID读卡器与主控制器通过串口或I²C通信电路连接；所述电源模块与主控制器电路连接，电源模块将电力线上的220/380V交流电压转换成直流电，为电力载波通讯提供偏置电压，为主控制器、RFID读卡器提供驱动电能；所述电流电压采集与调光模块、继电器电路与主控制器电路连接，实现路灯节能调节与开关控制；

所述的RFID读写器为手持式或固定式，由主控制器、RFID读写模块、操作显示系统、GPS收发模块、GPRS/WIFI通信接口组成，RFID读写器的主控制器分别与RFID读写模块、操作显示系统、GPS收发模块、GPRS/WIFI通信模块电路连接；所述GPS收发模块记录当前路标地理位置信息，并将坐标信息存入路标定位器中的RFID位置标签中。

2.如权利要求1所述的车辆定位系统，其特征在于，路标定位器均支持物理地址和逻辑地址的配置，路标定位器的应用控制软件支持在线下载，将RFID位置标签内位置信息发送至监控计算机；路标定位器中的电力载波模块采用PL31XX通信控制模块，将RFID位置标签信息通过双载波BPSK调制解调技术发送到远程监控计算机，同时监控计算机接收电力线传来的路标定位器的位置信息，并将其存入本地数据库。

3.如权利要求1所述的车辆定位系统，其特征在于，车载电子标签采用2.4GHz免费频段的有源标签，贴附在运输车辆上方便路标定位器读到的位置，车载标签内存储在运物品种类、物品名称、生产时间、运输地时间、车辆编号、车辆皮重、车辆毛重、生产车间地址，这些信息经过加密成一串字符作为每辆车的唯一标识符存在RFID标签中。

4.如权利要求1所述的车辆定位系统，其特征在于，路段控制器采用美国Echelon公司的i.LONSmartServer，采用以太网、外部GPRS调制解调器对路标定位器进行远程监控，方便路标定位器节点的扩展接入。

5.如权利要求1所述的车辆定位系统，其特征在于，GIS管理平台，部署在监控计算机上，GIS管理平台包括GIS平台、数字地图数据库、关系数据库、电力载波通信管理模块、地图匹配模块、路径规划模块、监控模块、轨迹回放模块及报警处理模块；所述监控模块具有图形化查询货物、车辆定位、路径查询、路灯节能监控功能；路灯节能监控功能指GIS管理平台向路标定位器发送路灯的调光信息、开关时间；GIS管理平台可远程修改路标定位器中RFID标签的加密密码。