專利名稱：集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)以及方法，特別是涉及一種采用了 RFID復(fù)合傳感器、射頻定位和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)集裝箱港口全部集卡車輛、車載集裝箱或裝卸設(shè)備等進(jìn)行自動(dòng)的動(dòng)態(tài)感知和定位管理的集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)以及方法。
背景技術(shù)：
在集裝箱港口內(nèi)，專用集裝箱卡車(以下簡(jiǎn)稱集卡)是集裝箱堆場(chǎng)中運(yùn)行靈活、數(shù)量最大、作業(yè)工況復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，因此要使碼頭設(shè)備合理高效的工作，必須首先解決集卡動(dòng)態(tài)識(shí)別和調(diào)度的問題。
集裝箱港口集裝箱運(yùn)輸包含進(jìn)口作業(yè)和出口作業(yè)兩個(gè)流程，而這兩個(gè)物流作業(yè)流程都離不開集卡和裝卸機(jī)械。目前，一些大型集裝箱港口采用GPS和無(wú)線通訊等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)港區(qū)內(nèi)集卡和裝卸機(jī)械的動(dòng)態(tài)識(shí)別和調(diào)度管理?；贕PS和無(wú)線通訊的集卡調(diào)度系統(tǒng)(TPS)的廣泛使用提高了集卡的效率，但是由于外來(lái)集卡車輛不可能安裝兼容的GPS模塊和無(wú)線通訊系統(tǒng)，因此，難于采用類似的方法對(duì)外部集卡車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)感知和調(diào)度管理，另夕卜，采用GPS技術(shù)的TPS系統(tǒng)也存在著受天氣和遮擋情況影響較大，體積大、成本高、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)不便等問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種采用了 RFID復(fù)合傳感器、射頻定位和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，成本低，維護(hù)方便，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)集裝箱港口全部集卡車輛、車載集裝箱或裝卸設(shè)備等進(jìn)行自動(dòng)的動(dòng)態(tài)感知和定位管理，同時(shí)能避免采用單純無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)需要依賴復(fù)雜定位算法的缺點(diǎn)，同時(shí)也克服了基于GPS和無(wú)線通訊技術(shù)進(jìn)行車輛感知中存在的各種局限的集裝箱港口車輛運(yùn)彳丁狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)。本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問題的一種集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括內(nèi)部集卡、RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)、外部集卡、智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)、通訊鏈路、車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器，裝有集裝箱的集裝箱船位于海岸上，集裝箱船與大海之間安裝有岸橋，內(nèi)部集卡安裝在岸橋上，外部集卡安裝在大海上且RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)可以覆蓋的區(qū)域內(nèi)，出港道口，入港道口，場(chǎng)橋，智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)，通訊鏈路，車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器，出港道口是外部集卡車輛離開集裝箱港口的出口，入港道口是外部集卡車輛進(jìn)入集裝箱港口的入口，智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)、通訊鏈路和車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器均位于海岸上。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)包括RFID閱讀器、RFID天線、車輛檢測(cè)器、射頻發(fā)射器和射頻天線，RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)安放在港區(qū)道路交叉口的正上方，完成車輛的感知定位，相鄰的多個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)互為鄰居節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)通訊半徑內(nèi)，中繼其它節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通訊信號(hào)。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)根據(jù)車輛監(jiān)控與定位的具體需要，可以在所述系統(tǒng)的堆場(chǎng)部分或全部交叉點(diǎn)上安裝。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)包括RFID閱讀器、RFID天線、車輛檢測(cè)器、射頻發(fā)射器和射頻天線，RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)安放在港區(qū)道路交叉口的正上方，完成車輛的感知定位，相鄰的多個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)互為鄰居節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)通訊半徑內(nèi)，中繼其它節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通訊信號(hào)。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)是一種無(wú)線通訊節(jié)點(diǎn)，所述智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)包括無(wú)線接收器、射頻解碼器、數(shù)據(jù)處理器、數(shù)據(jù)發(fā)送器和通訊接口，所述智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)收集匯聚各個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)傳遞來(lái)的信息，將這些信息進(jìn)行匯聚分析，然后通過(guò)通訊鏈路發(fā)送到車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器進(jìn)行處理。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述通訊鏈路為網(wǎng)絡(luò)通訊方式，所述通訊鏈路為有線或無(wú)線鏈路，完成數(shù)據(jù)傳輸。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器為一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 運(yùn)行著車輛感知、定位、監(jiān)控調(diào)度程序，它通過(guò)通訊鏈路與智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)相連接，可以對(duì)智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的車輛感知信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理計(jì)算，得到感知區(qū)域內(nèi)的全部車輛的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而給港口車輛運(yùn)行調(diào)度提供依據(jù)。一種利用集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)感知與定位的方法，所述方法包括如下步驟(I)、將多個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)以一定間距的網(wǎng)格形態(tài)分布在集裝箱口作業(yè)區(qū)域的交叉路口，形成了一個(gè)覆蓋集裝箱碼頭作業(yè)場(chǎng)地的車輛感知區(qū)域，每個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)均有獨(dú)立的編號(hào)和確定的位置；(2)、多個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)的全向RFID天線用于在特定的條件下檢測(cè)車載集裝箱RFID卡信息，具有獨(dú)立地址編號(hào)的四個(gè)定向RFID天線分別對(duì)準(zhǔn)四個(gè)車道方向，用于檢測(cè)識(shí)別每個(gè)車道上車輛正面的RFID卡信息，然后進(jìn)行定位計(jì)算；車輛檢測(cè)器用于判斷某個(gè)方向駛來(lái)的車輛是否進(jìn)入該節(jié)點(diǎn)，然后打開全向RFID天線讀取車載集裝箱的RFID卡信息；所有RFID天線和車輛檢測(cè)器感知的信息均通過(guò)射頻發(fā)射器進(jìn)行調(diào)制后，經(jīng)過(guò)射頻天線發(fā)送到智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)，然后再經(jīng)過(guò)通訊鏈路傳送到車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器進(jìn)行處理，每個(gè)RFID復(fù)合無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)既可以感知定位外部集卡車輛的運(yùn)行狀況，也可以感知定位內(nèi)部集卡車輛的運(yùn)行狀況；構(gòu)成車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)的多個(gè)RFID無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)是以網(wǎng)格形態(tài)配置在集裝箱碼頭的，港區(qū)內(nèi)傳感網(wǎng)絡(luò)的所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行唯一編號(hào)，以進(jìn)行車輛位置感知和定位；在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，采用控制中心定位方式進(jìn)行車輛實(shí)時(shí)感知與定位，即各個(gè)RFID復(fù)合無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)將偵測(cè)到的集卡信息通過(guò)智能節(jié)點(diǎn)和通訊鏈路傳送到車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器，由車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器統(tǒng)一進(jìn)行車輛定位計(jì)算，并繪制車輛動(dòng)態(tài)地圖。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，車輛運(yùn)行狀態(tài)的感知定位方法如下當(dāng)某集卡在港區(qū)內(nèi)集卡車道上運(yùn)行時(shí)，集卡車輛前面的無(wú)源RFID標(biāo)簽就會(huì)朝向某一個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)，該復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)的閱讀器向該集卡的RFID標(biāo)簽發(fā)送連續(xù)定位信號(hào)，根據(jù)發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的時(shí)間差變化，或者利用接收到RFID卡信號(hào)的功率變化來(lái)判斷該集卡與這個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離；這些距離定位算法將編制成軟件程序，并在車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器上運(yùn)行計(jì)算；若該集卡的RFID信號(hào)消失，說(shuō)明該集卡行駛方向發(fā)生改變，則其它RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)將會(huì)偵測(cè)到該集卡的運(yùn)行情況；若該集卡與RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)距離非常接近，并被RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)的車輛檢測(cè)器感知到，說(shuō)明該集卡到達(dá)該節(jié)點(diǎn)所在的位置，并將駛向其它方向，此時(shí)，RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)的全向RFID天線開啟，將會(huì)讀取該集卡所搭載集裝箱上的有源RFID卡的信息，然后通過(guò)智能節(jié)點(diǎn)和通訊鏈路，將該集卡搭載的集裝箱信息發(fā)給車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明提供的集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明涉及的集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)采用了包含RFID在內(nèi)的復(fù)合傳感器網(wǎng)絡(luò)，不需要在集卡車輛上安裝GPS模塊和復(fù)雜的無(wú)線終端設(shè)備，它可以將傳感信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給TPS進(jìn)行處理，也可以利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)將TPS的 調(diào)度指令以可視化的方式發(fā)送給特定的集卡車輛，可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)港區(qū)內(nèi)所有集卡車輛及其負(fù)載情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)感知和監(jiān)控。


圖I為本發(fā)明的集裝箱港口集卡車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)示意圖。圖2為本發(fā)明的RFID復(fù)合無(wú)線感知節(jié)點(diǎn)組成示意圖。圖3為本發(fā)明的車輛運(yùn)行狀態(tài)無(wú)線感知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖I為本發(fā)明的集裝箱港口集卡車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)示意圖。如圖I所示集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)由包含RFID傳感器在內(nèi)的復(fù)合傳感器節(jié)點(diǎn)、智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)、通訊鏈路和車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器等組成。附圖I為集裝箱港口集卡車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)示意圖，其中，I為海岸，2為集裝箱貨船，3為集裝箱，4為內(nèi)部集卡，
5為岸橋，6為RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)，7為集卡車道，8為車輛行駛方向，9為外部集卡，10為出港道口，11為入港道口，12為場(chǎng)橋，13為智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)，14為通訊鏈路，15為車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器。系統(tǒng)部分單元的組成功能說(shuō)明如下RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)6 :是由RFID閱讀器、RFID天線、車輛檢測(cè)器、射頻發(fā)射器和射頻天線組成的一種自治信息感知裝置。它安放在港區(qū)道路交叉口的正上方，完成車輛的感知定位。相鄰的多個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)互為鄰居節(jié)點(diǎn)，即在節(jié)點(diǎn)通訊半徑內(nèi)，中繼其它節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通訊信號(hào)。出港道口 10是外部集卡車輛離開集裝箱港口的出口。不同的集裝箱港口出港道口的位置不同，但都由若干集卡車道組成，每根集卡車道上均安裝有基于RFID的車輛信息檢測(cè)裝置。入港道口 11是外部集卡車輛進(jìn)入集裝箱港口的入口。不同的集裝箱港口入港道口的位置不同，但都由若干集卡車道組成，每根集卡車道上均安裝有基于RFID的車輛信息檢測(cè)裝置。場(chǎng)橋12是指集裝箱堆場(chǎng)橋式吊車，是一種移動(dòng)作業(yè)設(shè)備。它安放于集裝箱堆場(chǎng)(如附圖I所示)，每個(gè)集裝箱堆場(chǎng)根據(jù)需要可以配置若干臺(tái)場(chǎng)橋設(shè)備，用于將堆場(chǎng)的集裝箱吊運(yùn)至集卡，或?qū)⒓ㄉ系募b箱堆放在堆場(chǎng)的相應(yīng)位置。智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)13 :是一種無(wú)線通訊節(jié)點(diǎn)，由無(wú)線接收器、射頻解碼器、數(shù)據(jù)處理器、數(shù)據(jù)發(fā)送器和通訊接口等部分組成。它收集匯聚各個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)傳遞來(lái)的信息，將這些信息進(jìn)行匯聚分析，然后通過(guò)無(wú)線鏈路發(fā)送到車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器進(jìn)行處理。通訊鏈路14 :是某種網(wǎng)絡(luò)通訊方式，可以選擇有線或無(wú)線鏈路，完成數(shù)據(jù)傳輸。車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器15 :是一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，運(yùn)行著車輛感知、定位、監(jiān)控調(diào)度程序，它通過(guò)通訊鏈路與智能節(jié)點(diǎn)相連接，可以對(duì)智能節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的車輛感知信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理計(jì)算，得到感知區(qū)域內(nèi)的全部車輛的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而給港口車輛運(yùn)行調(diào)度提供依據(jù)。 多個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)以一定間距的網(wǎng)格形態(tài)分布在集裝箱口作業(yè)區(qū)域的交叉路口(如圖I所示)，形成了一個(gè)覆蓋集裝箱碼頭作業(yè)場(chǎng)地的車輛感知區(qū)域。每個(gè)RFID復(fù)合無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)均有獨(dú)立的編號(hào)和確定的位置。每個(gè)RFID復(fù)合無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的組成結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中，一個(gè)全向RFID天線用于在特定的條件下檢測(cè)車載集裝箱RFID卡信息，具有獨(dú)立地址編號(hào)的四個(gè)定向RFID天線分別對(duì)準(zhǔn)四個(gè)車道方向，用于檢測(cè)識(shí)別每個(gè)車道上車輛正面的RFID卡信息，然后進(jìn)行定位計(jì)算；車輛檢測(cè)器用于判斷某個(gè)方向駛來(lái)的車輛是否進(jìn)入該節(jié)點(diǎn)，然后打開全向RFID天線讀取車載集裝箱的RFID卡信息(如果有車載集裝箱時(shí))；所有RFID天線和車輛檢測(cè)器感知的信息均通過(guò)射頻發(fā)射器進(jìn)行調(diào)制后，經(jīng)過(guò)射頻天線發(fā)送到智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)13，然后再經(jīng)過(guò)通訊鏈路14傳送到車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器15進(jìn)行處理。每個(gè)RFID復(fù)合無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)既可以感知定位外部集卡車輛的運(yùn)行狀況，也可以感知定位內(nèi)部集卡車輛的運(yùn)行狀況。構(gòu)成車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)(如圖I所示)的多個(gè)RFID無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)是以網(wǎng)格形態(tài)配置在集裝箱碼頭的。圖3是基于RFID無(wú)線傳感器的車輛狀態(tài)無(wú)線感知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。其中，實(shí)心點(diǎn)位置表示安放了 RFID復(fù)合無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)，空心點(diǎn)位置表示沒有安放RFID復(fù)合無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)。港區(qū)內(nèi)傳感網(wǎng)絡(luò)的所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行唯一編號(hào)，以進(jìn)行車輛位置感知和定位。本系統(tǒng)采用控制中心定位方式進(jìn)行車輛實(shí)時(shí)感知與定位，即各個(gè)RFID復(fù)合無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)將偵測(cè)到的集卡信息通過(guò)智能節(jié)點(diǎn)和通訊鏈路傳送到車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器15，由服務(wù)器15統(tǒng)一進(jìn)行車輛定位計(jì)算，并繪制車輛動(dòng)態(tài)地圖。車輛運(yùn)行狀態(tài)的感知定位方法如下當(dāng)某集卡在港區(qū)內(nèi)集卡車道7上運(yùn)行時(shí)，集卡車輛前面的無(wú)源RFID標(biāo)簽就會(huì)朝向某一個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)，該復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)的閱讀器向該集卡的RFID標(biāo)簽發(fā)送連續(xù)定位信號(hào)，根據(jù)發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的時(shí)間差變化(T0A法)，或者利用接收到RFID卡信號(hào)的功率變化(RSSI法)來(lái)判斷該集卡與這個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離。這些距離定位算法將編制成軟件程序，并在車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器15上運(yùn)行計(jì)算。若該集卡的RFID信號(hào)消失，說(shuō)明該集卡行駛方向發(fā)生改變，則其它RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)將會(huì)偵測(cè)到該集卡的運(yùn)行情況；若該集卡與RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)距離非常接近，并被RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)的車輛檢測(cè)器感知到，說(shuō)明該集卡到達(dá)該節(jié)點(diǎn)所在的位置，并將駛向其它方向，此時(shí)，RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)的全向RFID天線開啟，將會(huì)讀取該集卡所搭載集裝箱上的有源RFID卡的信息，然后通過(guò)智能節(jié)點(diǎn)13和通訊鏈路14，將該集卡搭載的集裝箱信息發(fā)給車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器15。
本發(fā)明涉及的集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)(參見附圖1、3)，其具體工作過(guò)程如下由于集卡車輛在傳感網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的感知定位方法類似，因此，僅以傳感區(qū)域一段區(qū)間內(nèi)車輛運(yùn)行時(shí)的感知定位過(guò)程為例加以說(shuō)明。例如，當(dāng)某集卡車輛(內(nèi)部集卡4或外部集卡9)從節(jié)點(diǎn)N21向節(jié)點(diǎn)N22方向行駛時(shí)(如圖3所示)，此時(shí)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)N22就會(huì)檢測(cè)到該車輛前部的無(wú)源RFID標(biāo)簽，于是向其連續(xù)發(fā)射定位射頻信號(hào)，并記錄返回的信號(hào)功率變化或者返回的射頻信號(hào)的時(shí)間，同時(shí)將這些信息通過(guò)智能節(jié)點(diǎn)13 (如圖I)實(shí)時(shí)傳送到車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器15，采用TOA或RSSI算法進(jìn)行車輛定位計(jì)算，從而得到該車輛的實(shí)時(shí)速度和位置等信息。當(dāng)該車輛行駛到RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)N22吋，N22的車輛檢測(cè)器將會(huì)感知該車輛得到達(dá)，同時(shí)將通過(guò)全向RFID天線識(shí)別該集卡車輛的集裝箱信息，若獲得集裝箱的有源RFID卡信息，則將該信息傳送到車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器進(jìn)行記錄管理，否則，說(shuō)明該集卡車輛可能沒有裝載集裝箱，或者集裝箱上沒有安裝有源RFID卡。當(dāng)該集卡車輛越過(guò)節(jié)點(diǎn)N22繼續(xù)向節(jié)點(diǎn)N23方向行駛時(shí)，N22將不能檢測(cè)到該集 卡的RFID信息，此時(shí)RFID復(fù)合無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)N24將檢測(cè)到該集卡的信息并采用與上述相同的方法進(jìn)行車輛的感知與定位計(jì)算。這樣整個(gè)傳感區(qū)域內(nèi)的車輛都能夠被感知與定位，從而實(shí)現(xiàn)集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明涉及的車輛感知與定位系統(tǒng)中的RFID復(fù)合無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和布置方式可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，比如，可以在每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上都安裝ー個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)，也可以按照?qǐng)D3所示方式布置節(jié)點(diǎn)。每個(gè)RFID復(fù)合無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)在布置前需要精確校準(zhǔn)，以保證感知能力一致。另外，由于整個(gè)感知區(qū)域內(nèi)車輛較多，而且車輛行駛方向各異，為了保證車輛RFID信息感知的準(zhǔn)確性，每個(gè)的RFID閱讀器要求具有防碰撞功能。由于室外無(wú)線傳感器的精度會(huì)受到天氣的影響，因此，系統(tǒng)每次使用時(shí)需要以基準(zhǔn)傳感節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傳感定位計(jì)算進(jìn)行校正，以提高車輛感知定位的準(zhǔn)確性。本發(fā)明采用了包含RFID在內(nèi)的復(fù)合傳感器網(wǎng)絡(luò)，不需要在集卡車輛上安裝GPS模塊和復(fù)雜的無(wú)線終端設(shè)備，它可以將傳感信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給TPS進(jìn)行處理，也可以利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)將TPS的調(diào)度指令以可視化的方式發(fā)送給特定的集卡車輛，可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)港區(qū)內(nèi)所有集卡車輛及其負(fù)載情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)感知和監(jiān)控。本發(fā)明涉及的集裝箱港ロ車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)與現(xiàn)有的基于GPS技術(shù)的車輛定位系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単，成本低廉，安裝使用方便，定位準(zhǔn)確，易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)不受天氣狀況的影響，能夠有效解決集裝箱港口集卡車輛運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控的問題。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括內(nèi)部集卡(4)、RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)(6)、外部集卡(9)、智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)(13)、通訊鏈路(14)、車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器(15)，裝有集裝箱(3 )的集裝箱船(2 )位于海岸(I)上，集裝箱船(2 )與大海之間安裝有岸橋(5)，內(nèi)部集卡(4)安裝在岸橋(5)上，外部集卡(9)安裝在大海上且RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)(6)可以覆蓋的區(qū)域內(nèi)，出港道口(10)，入港道口(11)，場(chǎng)橋(12)，智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)(13)，通訊鏈路(14)，車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器(15)，出港道口(10)是外部集卡車輛離開集裝箱港口的出口，入港道口( 11)是外部集卡車輛進(jìn)入集裝箱港口的入口，智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)(13)、通訊鏈路(14)和車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器(15)均位于海岸(I)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)，其特征在于所述RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)(6)包括RFID閱讀器、RFID天線、車輛檢測(cè)器、射頻發(fā)射器和射頻天線，RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)(6)安放在港區(qū)道路交叉口的正上方，完成車輛的感知定位，相鄰 的多個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)互為鄰居節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)通訊半徑內(nèi)，中繼其它節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通訊信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)，其特征在于所述RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)(6)根據(jù)車輛監(jiān)控與定位的具體需要，可以在所述系統(tǒng)的堆場(chǎng)部分或全部交叉點(diǎn)上安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)，其特征在于所述RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)(6)包括RFID閱讀器、RFID天線、車輛檢測(cè)器、射頻發(fā)射器和射頻天線，RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)(6)安放在港區(qū)道路交叉口的正上方，完成車輛的感知定位，相鄰的多個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)互為鄰居節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)通訊半徑內(nèi)，中繼其它節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通訊信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)，其特征在于所述智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)(13)是一種無(wú)線通訊節(jié)點(diǎn)，所述智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)(13)包括無(wú)線接收器、射頻解碼器、數(shù)據(jù)處理器、數(shù)據(jù)發(fā)送器和通訊接口，所述智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)(13)收集匯聚各個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)(6)傳遞來(lái)的信息，將這些信息進(jìn)行匯聚分析，然后通過(guò)通訊鏈路(14)發(fā)送到車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器(15)進(jìn)行處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)，其特征在于所述通訊鏈路(14)為網(wǎng)絡(luò)通訊方式，所述通訊鏈路(14)為有線或無(wú)線鏈路，完成數(shù)據(jù)傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)，其特征在于所述車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器(15)為一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，運(yùn)行著車輛感知、定位、監(jiān)控調(diào)度程序，它通過(guò)通訊鏈路(14)與智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)(13)相連接,可以對(duì)智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)(13)傳來(lái)的車輛感知信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理計(jì)算，得到感知區(qū)域內(nèi)的全部車輛的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而給港口車輛運(yùn)行調(diào)度提供依據(jù)。
8.一種利用權(quán)利要求1-7所述的集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)感知與定位的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟 (1)、將多個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)(6)以一定間距的網(wǎng)格形態(tài)分布在集裝箱口作業(yè)區(qū)域的交叉路口，形成了一個(gè)覆蓋集裝箱碼頭作業(yè)場(chǎng)地的車輛感知區(qū)域，每個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)(6)均有獨(dú)立的編號(hào)和確定的位置； (2)、多個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)(6)中的一個(gè)的全向RFID天線用于在特定的條件下檢測(cè)車載集裝箱RFID卡信息，具有獨(dú)立地址編號(hào)的四個(gè)定向RFID天線分別對(duì)準(zhǔn)四個(gè)車道方向，用于檢測(cè)識(shí)別每個(gè)車道上車輛正面的RFID卡信息，然后進(jìn)行定位計(jì)算；車輛檢測(cè)器用于判斷某個(gè)方向駛來(lái)的車輛是否進(jìn)入該節(jié)點(diǎn)，然后打開全向RFID天線讀取車載集裝箱的RFID卡信息；所有RFID天線和車輛檢測(cè)器感知的信息均通過(guò)射頻發(fā)射器進(jìn)行調(diào)制后，經(jīng)過(guò)射頻天線發(fā)送到智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)(13)，然后再經(jīng)過(guò)通訊鏈路(14)傳送到車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器(15)進(jìn)行處理，每個(gè)RFID復(fù)合無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)既可以感知定位外部集卡車輛的運(yùn)行狀況，也可以感知定位內(nèi)部集卡車輛的運(yùn)行狀況；構(gòu)成車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)的多個(gè)RFID無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)(6)是以網(wǎng)格形態(tài)配置在集裝箱碼頭的，港區(qū)內(nèi)傳感網(wǎng)絡(luò)的所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行唯一編號(hào)，以進(jìn)行車輛位置感知和定位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于采用控制中心定位方式進(jìn)行車輛實(shí)時(shí)感知與定位，即各個(gè)RFID復(fù)合無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)將偵測(cè)到的集卡信息通過(guò)智能節(jié)點(diǎn)和通訊鏈路傳送到車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器(15)，由車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器(15)統(tǒng)一進(jìn)行車輛定位計(jì)算，并 繪制車輛動(dòng)態(tài)地圖。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于車輛運(yùn)行狀態(tài)的感知定位方法如下 當(dāng)某集卡在港區(qū)內(nèi)集卡車道(7)上運(yùn)行時(shí)，集卡車輛前面的無(wú)源RFID標(biāo)簽就會(huì)朝向某一個(gè)RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)，該復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)的閱讀器向該集卡的RFID標(biāo)簽發(fā)送連續(xù)定位信號(hào)，根據(jù)發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的時(shí)間差變化，或者利用接收到RFID卡信號(hào)的功率變化來(lái)判斷該集卡與這個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離；這些距離定位算法將編制成軟件程序，并在車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器(15)上運(yùn)行計(jì)算；若該集卡的RFID信號(hào)消失，說(shuō)明該集卡行駛方向發(fā)生改變，則其它RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)將會(huì)偵測(cè)到該集卡的運(yùn)行情況；若該集卡與RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)距離非常接近，并被RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)的車輛檢測(cè)器感知到，說(shuō)明該集卡到達(dá)該節(jié)點(diǎn)所在的位置，并將駛向其它方向，此時(shí)，RFID復(fù)合傳感節(jié)點(diǎn)的全向RFID天線開啟，將會(huì)讀取該集卡所 搭載集裝箱上的有源RFID卡的信息，然后通過(guò)智能節(jié)點(diǎn)(13)和通訊鏈路(14)，將該集卡搭載的集裝箱信息發(fā)給車輛監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器(15)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)以及方法，本發(fā)明采用了包含RFID在內(nèi)的復(fù)合傳感器網(wǎng)絡(luò)，不需要在集卡車輛上安裝GPS模塊和復(fù)雜的無(wú)線終端設(shè)備，它可以將傳感信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給TPS進(jìn)行處理，也可以利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)將TPS的調(diào)度指令以可視化的方式發(fā)送給特定的集卡車輛，可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)港區(qū)內(nèi)所有集卡車輛及其負(fù)載情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)感知和監(jiān)控。本發(fā)明涉及的集裝箱港口車輛運(yùn)行狀態(tài)感知與定位系統(tǒng)與現(xiàn)有的基于GPS技術(shù)的車輛定位系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，安裝使用方便，定位準(zhǔn)確，易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)不受天氣狀況的影響，能夠有效解決集裝箱港口集卡車輛運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控的問題。
文檔編號(hào)G08G1/01GK102682620SQ20121016383
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者徐為民, 褚建新, 顧偉 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)