CN217283391U - 具有定位功能的桥吊系统、定位基站、定位终端及服务器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的具有定位功能的桥吊系统，包括定位基站、定位终端、服务器。定位基站架设于GNSS定位质量欠佳区域，包括定位信号收发天线、定位信号收发模块、控制模块、数据传输模块、存储模块，以及电源模块。通过在需要对GNSS信号进行补盲的区域，设置超宽带定位基站，并在待定位装置上设置与超宽带定位基站配合使用的超宽带定位终端。定位终端在GNSS信号覆盖区域，能够利用GNSS信号解算位置信息，在GNSS定位质量欠佳区域，能够利用与定位基站交互超宽带定位信号获得自身的位置信息，从而实现全区域定位。进而实现桥吊系统的自动对位、紧急制动、防撞、人员/车辆出入场跟踪、越界报警、超速报警、轨迹回放等各项智能化功能。

Description

具有定位功能的桥吊系统、定位基站、定位终端及服务器

技术领域

本实用新型涉及无线通信，更具体地，本实用新型涉及定位领域。

背景技术

随着港口自动化、智能化的发展，智能调度、智能远程控制及智能理货等业务需求比重逐渐上升，港口智能化运营成为发展的核心方向。桥吊是港口运行中的重要组成部分，其主要用于将集装箱等货物运载于货轮与陆地、货轮与车辆、陆地与车辆等场景，用于取代人工装卸。然而桥吊在使用过程中需要精确对位，对操控人员的技术要求较高，为了实现桥吊的高效运转，如何提供一种自动化、智能化的桥吊系统是本领域人员亟待解决的问题。

要想实现桥吊系统自动化，首先需要实现对设备、车辆、人员、货物等的高精度定位，进而实现自动对位、紧急制动、防撞、人员/车辆出入场跟踪、越界报警、超速报警、轨迹回放等各项智能化功能。现有的定位设备基本都是基于GNSS(Global NavigationSatellite System)卫星信号实现定位的，例如，美国的GPS卫星信号、俄罗斯GLONASS卫星信号、欧盟GALILEO卫星信号和中国的北斗卫星信号等。然而，桥吊多采用钢架结构，其周围区域集装箱堆放高，通道窄，车量密集，对卫星信号遮挡严重，无法实现定位。需在桥吊系统中自建定位系统以实现定位补盲，现有的自建定位系统，多基于视频、雷达、蓝牙、wifi、红外等体制，但上述定位方式受限于天气、光线、稳定性、精度等因素的影响，导致无法满足在桥吊场景中的定位需要。因此，如何在桥吊场景中提供一种高精度、高稳定度、全天时、全天候的定位系统，以构建自动化、智能化桥吊系统，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

依据本实用新型的一个方面，公开了一种在桥吊系统中使用的定位基站，架设于GNSS定位质量欠佳区域，包括定位信号收发天线、定位信号收发模块、控制模块、数据传输模块、存储模块，以及电源模块，其特征在于，所述定位信号收发天线耦接至定位信号收发模块，以发送定位信号收发模块产生的定位信号，和/或接收其他定位基站或定位终端发送的定位信号并传输给定位信号收发模块进行处理，所述定位信号为超宽带定位信号；所述控制模块耦接至定位信号收发模块，用于记录定位信号收发模块发射和/或接收定位信号的时间信息；所述存储模块用于存储定位基站的星历数据，所述星历数据包括定位基站的编号、定位基站的位置、定位基站发射定位信号的时序关系中的一个或多个；所述数据传输模块耦接至控制模块和存储模块，用于将从控制模块接收到的发射和/或接收定位信号的时间信息和从存储模块接收到的定位基站的星历数据发送给系统中的其他组件，还用于接收包括时序分配指令的控制指令；所述电源模块为所述定位基站提供电能。

依据本实用新型的另一个方面，公开了一种与在桥吊系统中使用的定位基站配合使用的定位终端，包括定位信号收发天线、定位信号收发模块、控制模块、数据传输模块、存储模块，以及电源模块，其特征在于，所述定位信号收发天线耦接至定位信号收发模块，以发送定位信号收发模块产生的定位信号，和/或接收定位基站发送的定位信号并传输给定位信号收发模块进行处理，定位信号为超宽带定位信号；存储模块用于存储定位基站的星历数据，所述星历数据包括定位基站的编号、定位基站的位置、定位基站发射定位信号的时序关系中的一个或多个；控制模块耦接至定位信号收发模块和存储模块，用于记录定位信号收发模块发射和/或接收定位信号的时间信息，并利用所述实现信息和从存储模块中存储的定位基站的星历数据解算定位终端的位置信息，并将解算出的位置信息发送给存储模块进行保存；数据传输模块耦接至控制模块，用于从控制模块接收定位终端的位置信息，并发送给系统中的其他组件，还用于从其他组件接收定位基站的星历数据；所述电源模块为所述定位终端提供电能。

依据本实用新型的另一个方面，公开了一种在桥吊系统中使用的服务器，包括控制模块、数据传输模块、存储模块、人机交互模块，以及电源模块，其特征在于，所述控制模块用于生成对定位基站和/或定位终端的控制指令；所述数据传输模块耦接至所述控制模块，用于将从控制模块接收到的所述控制指令发送至定位基站和/或定位终端，还用于执行从定位基站接收定位基站的星历数据，从定位终端接收位置信息，向定位终端发送其他定位终端的位置信息中的一个或多个；所述存储模块用于存储定位基站的星历数据、定位终端的位置信息、控制模块生成的控制指令；所述人机交互模块耦接至控制模块，包括显示器、扬声器、拾音器、输入键盘中的一个或多个，以供管理人员实现对定位基站和待定位装置位置信息的监控和管理；所述电源模块为所述服务器提供电能。

依据本实用新型的又一个方面，公开了一种具有定位功能的桥吊系统，包括定位基站，定位终端，服务器，其特征在于，令所述定位基站和定位终端在GNSS定位质量欠佳区域利用交互超宽带定位信号获取定位终端的位置信息。

在本实用新型公开的具有定位功能的桥吊系统，通过在需要对GNSS信号进行补盲的区域，例如桥吊下方、集装箱密集区域、室内等，设置超宽带定位基站，并在待定位装置上设置与超宽带定位基站配合使用的超宽带定位终端。定位终端在GNSS信号覆盖区域，能够利用GNSS信号解算位置信息，在GNSS定位质量欠佳区域，能够利用与定位基站交互超宽带定位信号获得自身的位置信息，从而实现全区域定位。且超宽带定位具有高精度、高稳定度、全天时、全天候的特点，能够满足桥吊场景的定位需求。进而实现桥吊系统的自动对位、紧急制动、防撞、人员/车辆出入场跟踪、越界报警、超速报警、轨迹回放等各项智能化功能。

附图说明

图1给出依据本实用新型一种实施例的具有定位功能的桥吊系统100的示意图；

图2给出依据本实用新型一种实施例的定位基站200的模块化示意图；

图3给出依据本实用新型一种实施例的定位终端300的模块化示意图；

图4给出依据本实用新型一种实施例的服务器400的模块化示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

图1给出依据本实用新型一种实施例的具有定位功能的桥吊系统100的示意图。桥吊系统100包括n个定位基站BS1-BSn和不限制个数的待定位装置MS。在一个实施例中，n为大于或等于3的整数，所述n个定位基站具有已知位置。在一个实施例中，所述n个定位基站架设在需要对GNSS信号进行补盲的区域，例如桥吊下方、集装箱密集区域、室内等。在待定位装置MS上设置有能够实现与定位基站收发定位信号的定位终端。由于定位终端置于待定位装置上，可以认为定位终端与待定位装置具有已知的相对位置关系，甚至在某些情况下，由于定位终端与待定位装置之间的距离较小，可以近似地认为定位终端与待定位装置的位置相同，因此，在本文上下文中，为便于描述，对定位终端的定位即当作对待定位装置的定位，相关地，例如，定位基站与定位终端之间收发定位信号这样的描述和定位基站与待定位装置之间收发定位信号这样的描述具有相同的意思表示。在一个实施例中，置于待定位装置上的定位终端为超宽带定位终端，所述各定位终端与定位基站之间交互(或者说收发)超宽带定位信号。定位系统100记录发射和/或接收定位信号的时间信息，并利用定位基站BS的位置信息以及发射和/或接收定位信号的时间信息，采用TDOA(Time Difference ofArrival，到达时间差)或TOA(Time of Arrival，到达时间)解算待定位装置MS的位置信息，由于超宽带信号具有超高的时间分辨力，可以实现较高的定位精度。所述桥吊系统100还包括服务器SE，用于实现对系统的总控功能，包括管理和监控各定位基站和待定位装置、存储位置信息、故障监测、异常告警、数据分析等。

在一个实施例中，n个定位基站BS1-BSn是时钟同步的，其实现同步的方式包括有线同步、无线同步，在一个实施例中，桥吊系统100还包括控制定位基站同步及实现时序分配功能的同步控制器。

各定位基站按照系统分配的时序发射定位信号，定位终端接收定位信号，并利用定位基站的“星历数据”及接收定位信号的时间信息自行解算自身的位置信息。所述定位基站的“星历数据”与卫星定位中的星历数据相类似，包括定位基站的编号、定位基站的位置、定位基站发射定位信号的时序关系中的一个或多个。在一个实施例中，所述定位基站的“星历数据”由定位基站下发，以供待定位装置MS位于定位基站覆盖区域内时从定位基站接收。又在一个实施例中，所述定位基站的“星历数据”存储于服务器SE中，待定位装置MS可根据需要从服务器SE下载部分或全部定位基站的“星历数据”。

在一个实施例中，定位终端在GNSS信号覆盖区域，能够利用GNSS信号解算位置信息。在GNSS定位质量欠佳区域，能够利用与定位基站交互超宽带定位信号获得自身的位置信息，从而实现全区域定位。在一个实施例中，当GNSS信号和超宽带定位信号同时覆盖时，定位终端可根据系统置信度结合两种信号的定位结果得出优化定位结果，以提高定位精度和稳定度。

又在一个实施例中，定位终端包含运动信息采集功能，通过利用陀螺仪、速度计、加速度计等采集待定位装置MS的运动信息，以对利用定位信号解算出的位置信息进行修正。

在一个实施例中，桥吊系统100覆盖有传输数据的网络，以供服务器SE与各定位基站、定位终端交互信息。所述网络包括WIFI、以太网、蓝牙、Zigbee、蜂窝网络中的一种或多种。相适应地，服务器SE、定位基站、定位终端配备有与所述网络相适应的接口模块。

在一个实施例中，所述交互信息包括，定位基站向定位终端和/或服务器SE发送定位基站的“星历数据”，定位终端向定位基站和/或服务器SE发送自身解算出的位置信息，服务器SE向定位终端发送定位基站的“星历数据”，服务器SE向定位基站和/或定位终端发送控制指令，服务器SE向定位终端发送其他待定位装置的位置信息。

又在一个实施例中，所述定位基站向定位终端发送的定位基站的“星历数据”承载在定位信号中，所述定位信号为超宽带定位信号。

在一个实施例中，当待定位装置为车辆时，定位终端包括与车辆控制系统进行交互的CAN接口和/或uart串口，以从车辆控制系统获得速度、加速度等运动信息，和/或向车辆控制系统传输定位信息，以供车辆控制系统通过显示屏向用户显示位置信息，以及实现车辆自动对位、紧急制动、防撞、越界报警、轨迹回放等各项智能化功能。

又在一个实施例中，一个待定位装置上包含多个定位终端，以根据多个定位终端获得的位置信息计算待定位装置的姿态信息。或当某一定位终端发生故障时，启用其他备用定位终端进行定位。

图2给出依据本实用新型一种实施例的定位基站200的模块化示意图。如图2所示，所述定位基站200示例性地包括定位信号收发天线201、定位信号收发模块202、控制模块203、数据传输模块204、存储模块205，以及电源模块206。其中，所述定位信号收发天线201耦接至定位信号收发模块202，以发送定位信号收发模块202产生的定位信号，或接收其他定位基站或定位终端发送的定位信号并传输给定位信号收发模块202进行处理。所述定位信号为超宽带定位信号。控制模块203耦接至定位信号收发模块202，用于记录定位信号收发模块202发射和/或接收定位信号的时间信息。存储模块205用于存储定位基站300的星历数据，所述星历数据包括定位基站的编号、定位基站的位置、定位基站发射定位信号的时序关系中的一个或多个。数据传输模块204耦接至控制模块203和存储模块205，用于将从控制模块203接收到的发射和/或接收定位信号的时间信息和从存储模块205接收到的定位基站的星历数据发送给系统中的其他组件。所述数据传输模块204还用于接收时序分配指令等控制指令。在一个实施例中，所述数据传输模块204还包括蜂窝移动通信模块、WiFi模块、蓝牙模块、RF射频模块、POE模块、Zigbee模块、总线接口中的一个或多个，用于令所述定位基站通过无线蜂窝网络、WiFi、蓝牙、以太网、Zigbee、CAN、RS484网络中的一个或多个实现数据传输。所述电源模块206耦接至其他各模块，以为其他各模块提供电能。在一个实施例中，所述电源模块206包括能量转换器，以将太阳能、风能、热能等环境能量转换为电能。

图3给出依据本实用新型一种实施例的定位终端300的模块化示意图。如图3所示，所述定位终端300示例性地包括定位信号收发天线301、定位信号收发模块302、控制模块303、数据传输模块304、存储模块305，以及电源模块306。其中，所述定位信号收发天线301耦接至定位信号收发模块302，以发送定位信号收发模块302产生的定位信号，或接收定位基站发送的定位信号并传输给定位信号收发模块302进行处理。所述定位信号为超宽带定位信号。控制模块303耦接至定位信号收发模块302，用于记录定位信号收发模块302发射和/或接收定位信号的时间信息，并解算定位终端300的位置信息。存储模块305用于存储定位基站的星历数据，所述星历数据包括定位基站的编号、定位基站的位置、定位基站发射定位信号的时序关系中的一个或多个。控制模块303还利用存储模块305中存储的定位基站的星历数据解算定位终端300的位置信息，并将解算出的位置信息发送给存储模块305进行保存。数据传输模块304耦接至控制模块303，用于从控制模块303接收定位终端的位置信息，并发送给系统中的其他组件。所述数据传输模块304还用于从其他组件接收定位基站的星历数据。在一个实施例中，所述数据传输模块304还包括蜂窝移动通信模块、WiFi模块、蓝牙模块、RF射频模块、POE模块、Zigbee模块、总线接口中的一个或多个，用于令所述定位基站通过无线蜂窝网络、WiFi、蓝牙、以太网、Zigbee、CAN、RS484网络中的一个或多个实现数据传输。所述电源模块306耦接至其他各模块，以为其他各模块提供电能。在一个实施例中，所述电源模块306包括能量转换器，以将太阳能、风能、热能等环境能量转换为电能。

在一个实施例中，所述定位终端300还包括GNSS模块307，以实现在GNSS信号覆盖区域，利用GNSS信号解算位置信息。当利用GNSS模块307和定位信号收发模块302均能实现定位时，控制模块303根据系统置信度结合两种信号的定位结果得出优化定位结果。又在一个实施例中，所述定位终端300还包括IMU模块308，用于采集定位终端300的运动状态信息，以对位置信息进行修正。

在一个实施例中，定位终端300还包括车机接口模块309，用于在定位终端300附着的待定位装置为车辆时，实现与车辆控制系统进行数据交互，以从车辆控制系统获得速度、加速度等运动信息，和/或向车辆控制系统传输定位信息，以供车辆控制系统通过显示屏向用户显示位置信息，以及实现车辆自动对位、紧急制动、防撞、越界报警、轨迹回放等各项智能化功能。在一个实施例中，车机接口模块309具体包括CAN接口和/或uart串口。

图4给出依据本实用新型一种实施例的服务器400的模块化示意图。图4给出依据本发明一种实施例的服务器400的模块化示意图。如图4所示，所述服务器400示例性地包括控制模块401、数据传输模块402、存储模块403、人机交互模块404，以及电源模块405。所述控制模块401用于生成对定位基站和/或定位终端的控制指令。所述数据传输模块402耦接至所述控制模块401，用于将从控制模块401接收到的所述控制指令发送至定位基站和/或定位终端。在一个实施例中，所述数据传输模块402，还用于执行从定位基站接收定位基站的星历数据，从定位终端接收位置信息，向定位终端发送其他定位终端的位置信息中的一个或多个。在一个实施例中，所述数据传输模块402还包括WiFi模块、蓝牙模块、RF射频模块、POE模块、Zigbee模块中的一个或多个，用于令服务器400通过WiFi、蓝牙、无线蜂窝网络、以太网、Zigbee网络实现数据传输。所述存储模块403用于存储定位基站的星历数据、定位终端的位置信息、控制模块生成的控制指令等。所述控制模块402还用于利用从数据传输模块402接收到的定位终端的位置信息，实现管理和监控各定位基站和待定位装置、故障监测、异常告警、数据分析等功能。所述人机交互模块404耦接至控制模块402，包括显示器、扬声器、拾音器、输入键盘等，以供管理人员实现对定位基站和待定位装置位置信息的监控和管理。电源模块405耦接至其他各模块，以为其他各模块提供电能。

在本实用新型公开的具有定位功能的桥吊系统，通过在需要对GNSS信号进行补盲的区域，例如桥吊下方、集装箱密集区域、室内等，设置超宽带定位基站，并在待定位装置上设置与超宽带定位基站配合使用的超宽带定位终端。定位终端在GNSS信号覆盖区域，能够利用GNSS信号解算位置信息，在GNSS定位质量欠佳区域，能够利用与定位基站交互超宽带定位信号获得自身的位置信息，从而实现全区域定位。且超宽带定位具有高精度、高稳定度、全天时、全天候的特点，能够满足桥吊场景的定位需求。进而实现桥吊系统的自动对位、紧急制动、防撞、人员/车辆出入场跟踪、越界报警、超速报警、轨迹回放等各项智能化功能。

如以上所提到的，虽然已经说明和描述了本实用新型的优选实施例，但在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，可进行许多改变。由此，本实用新型的范围不由优选实施例的公开所限制。而是，应当完全参考随后的权利要求来确定本实用新型。

Claims (10)

1.一种在桥吊系统中使用的定位基站，架设于GNSS定位质量欠佳区域，包括定位信号收发天线、定位信号收发模块、控制模块、数据传输模块、存储模块，以及电源模块，其特征在于，

所述定位信号收发天线耦接至定位信号收发模块，以发送定位信号收发模块产生的定位信号，和/或接收其他定位基站或定位终端发送的定位信号并传输给定位信号收发模块进行处理，所述定位信号为超宽带定位信号；

所述控制模块耦接至定位信号收发模块，用于记录定位信号收发模块发射和/或接收定位信号的时间信息；

所述存储模块用于存储定位基站的星历数据，所述星历数据包括定位基站的编号、定位基站的位置、定位基站发射定位信号的时序关系中的一个或多个；

所述数据传输模块耦接至控制模块和存储模块，用于将从控制模块接收到的发射和/或接收定位信号的时间信息和从存储模块接收到的定位基站的星历数据发送给系统中的其他组件，还用于接收包括时序分配指令的控制指令；

所述电源模块为所述定位基站提供电能。

2.如权利要求1所述的在桥吊系统中使用的定位基站，其特征在于，所述数据传输模块包括蜂窝移动通信模块、WiFi模块、蓝牙模块、RF射频模块、POE模块、Zigbee模块、总线接口中的一个或多个，用于令所述定位基站通过无线蜂窝网络、WiFi、蓝牙、以太网、Zigbee、CAN、RS484网络中的一个或多个实现数据传输。

3.一种与在桥吊系统中使用的定位基站配合使用的定位终端，包括定位信号收发天线、定位信号收发模块、控制模块、数据传输模块、存储模块，以及电源模块，其特征在于，

所述定位信号收发天线耦接至定位信号收发模块，以发送定位信号收发模块产生的定位信号，和/或接收定位基站发送的定位信号并传输给定位信号收发模块进行处理，定位信号为超宽带定位信号；

存储模块用于存储定位基站的星历数据，所述星历数据包括定位基站的编号、定位基站的位置、定位基站发射定位信号的时序关系中的一个或多个；

控制模块耦接至定位信号收发模块和存储模块，用于记录定位信号收发模块发射和/或接收定位信号的时间信息，并利用所述实现信息和从存储模块中存储的定位基站的星历数据解算定位终端的位置信息，并将解算出的位置信息发送给存储模块进行保存；

数据传输模块耦接至控制模块，用于从控制模块接收定位终端的位置信息，并发送给系统中的其他组件，还用于从其他组件接收定位基站的星历数据；

所述电源模块为所述定位终端提供电能。

4.如权利要求3所述的定位终端，其特征在于，所述电源模块包括能量转换器，以将环境能量转换为电能，为所述定位终端提供电能。

5.如权利要求3所述的定位终端，其特征在于，所述数据传输模块包括蜂窝移动通信模块、WiFi模块、蓝牙模块、RF射频模块、POE模块、Zigbee模块、总线接口中的一个或多个，用于令所述定位基站通过无线蜂窝网络、WiFi、蓝牙、以太网、Zigbee、CAN、RS484网络中的一个或多个实现数据传输。

6.如权利要求3所述的定位终端，其特征在于，所述定位终端还包括GNSS模块，以令定位终端实现在GNSS信号覆盖区域，利用GNSS信号解算位置信息。

7.如权利要求3所述的定位终端，其特征在于，所述定位终端还包括IMU模块，用于采集定位终端的运动状态信息，以对位置信息进行修正。

8.如权利要求3所述的定位终端，其特征在于，所述定位终端还包括车机接口模块，用于在定位终端附着的待定位装置为车辆时，实现与车辆控制系统进行数据交互，以从车辆控制系统获得速度、加速度等运动信息，和/或向车辆控制系统传输定位信息，以供车辆控制系统通过显示屏向用户显示位置信息，以及实现车辆自动对位、紧急制动、防撞、越界报警、轨迹回放，其中，所述车机接口模块具体包括CAN接口和/或uart串口。

9.一种在桥吊系统中使用的服务器，包括控制模块、数据传输模块、存储模块、人机交互模块，以及电源模块，其特征在于，

所述控制模块用于生成对定位基站和/或定位终端的控制指令；

所述数据传输模块耦接至所述控制模块，用于将从控制模块接收到的所述控制指令发送至定位基站和/或定位终端，还用于执行从定位基站接收定位基站的星历数据，从定位终端接收位置信息，向定位终端发送其他定位终端的位置信息中的一个或多个；

所述存储模块用于存储定位基站的星历数据、定位终端的位置信息、控制模块生成的控制指令；

所述人机交互模块耦接至控制模块，包括显示器、扬声器、拾音器、输入键盘中的一个或多个，以供管理人员实现对定位基站和待定位装置位置信息的监控和管理；

所述电源模块为所述服务器提供电能。

10.一种具有定位功能的桥吊系统，包括如权利要求1-2任一项所述的定位基站，如权利要求3-8任一项所述的定位终端，如权利要求9所述的服务器，其特征在于，令所述定位基站和定位终端在GNSS定位质量欠佳区域利用交互超宽带定位信号获取定位终端的位置信息。

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