Компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом

Предлагаемая система относится к автоматизированным системам для упорядочного транспортирования и складирования контейнеров различного назначения. Компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом содержит диспетчерский геодезический пункт, на котором установлены приемник GPS-сигналов с антенной, передающая радиостанция и дуплексная радиостанция, погрузчики и трейлеры, на каждом из которых установлены дуплексная радиостанция, первый приемник с антенной, предназначенный для получения дифференциальных поправок с диспетчерского геодезического пункта, второй приемник с антенной, предназначенный для приема навигационного GPS-сигнала. Между геодезическим пунктом и каждым погрузчиками и трейлерами установлены пейджинговая и двусторонняя радиосвязи. Каждый погрузчик и трейлер снабжены шестым и седьмым усилителями мощности, третьим дуплексером, третьей приемопередающей антенной, четвертым фазовым детектором, пороговым блоком, световым и звуковым маячками, вторым блоком регистрации, ключом и второй линией задержки. Каждый контейнер снабжен радиочастотной меткой, выполненной в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн и набором отражателей. Встречно-штыревой преобразователь состоит из двух гребенчатых систем электродов, нанесенных на поверхность пьезокристалла. Обеспечивается повышение эффективности и расширение функциональных возможностей управления портовым контейнерным терминалом. 7 ил.

 

Предлагаемая система относится к автоматизированным системам для упорядочного транспортирования и складирования контейнеров различного назначения и может быть использована для принятия оперативных и обоснованных решений на всех уровнях управления и контроля за погрузочно-разгрузочными и транспортно-складскими процессами с использованием компьютерной техники и радиочастотных меток.

Для механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных работ применяются робототехнологические комплексы, управляемые компьютерной техникой (авт. свид. СССР №№830.304, 911.464, 930.254, 1.233.105, 1.276.594, 1.780.080; патенты РФ №№2.094.853, 2.113.012, 2.122.239, 2.172.524; патент США №5.574.648; патент Франции №2.438.877 и другие).

Из известных систем и устройств наиболее близкой к предлагаемой является «Компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом» (патент РФ №2.172.524, G08G 1/123, 2000), которая и выбрана в качестве базового объекта.

Указанная система содержит систему приема и передачи информации, диспетчерский геодезический пункт, на котором установлен приемник GPS-сигналов с антенной, дуплексная и передающая радиостанции, на каждом погрузчике и трейлере установлены два приемника и дуплексерная радиостанция.

В известной системе используются компьютерная техника и машиносчитываемые штриховые коды.

Компьютеризация процесса движения продукции от производителя к потребителю, маркировка продукции машиносчитываемыми штриховыми кодами, как одно из требований выхода продукции на мировой рынок, привели к объективной необходимости разработки универсальной наднациональной системы штрихового кодирования (например, UPC, ЕАН, «2 из 5 с чередованием», «кодобар», алфавитно-цифровые коды 39, 93 и др.) [Горбачев Л.М. и др. Средства автоматической идентификации и перспективы их использования в технологии складской грузотранспортировки. М., 1990, вып.9].

Однако используемые штриховые коды не обеспечивают дистанционного считывания их с контейнеров, что снижает эффективность и функциональные возможности управления портовым контейнерным терминалом.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности и расширение функциональных возможностей управления портовым контейнерным терминалом путем снабжения контейнеров радиочастотными метками на поверхностных акустических волнах.

Поставленная задача решается тем, что компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, диспетчерский геодезический пункт, на котором установлены приемник GPS-сигналов с антенной, предназначенный для приема навигационного сигнала, используемого для вычисления дифференциальных поправок, передающая радиостанция, предназначенная для передачи дифференциальных поправок на погрузчики и трейлеры, и дуплексная радиостанция, на каждом погрузчике установлена дуплексная радиостанция, первый приемник с антенной, предназначенный для получения дифференциальных поправок с диспетчерского пункта, и второй приемник с антенной, предназначенной для приема навигационного GPS-сигнала, используемого для вычисления дифференциальных поправок, при этом между диспетчерским геодезическим пунктом и каждым погрузчиком и трейлером установлены пейджинговая и двухсторонняя радиосвязи непосредственно и/или через систему приема и передачи информации, дуплексная радиостанция, размещенная на диспетчерском геодезическом пункте содержит последовательно включенные компьютер, первый задающий генератор, первый фазовый манипулятор, второй вход которого через источник дискретного сообщения соединен с компьютером, первый амплитудный модулятор, второй вход которого через источник аналогового сообщения соединен с компьютером, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, первый усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, первый дуплексер, вход-выход которого связан с первой приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первый усилитель второй промежуточной частоты, первый усилитель-ограничитель, первый синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, компьютер и блок регистрации, последовательно подключенные к выходу первого усилителя-ограничителя первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первый полосовой фильтр и первый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, а выход подключен к компьютеру, передающая радиостанция содержит последовательно включенные второй задающий генератор, второй фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с прибором дифференциальных поправок, подключенным к выходу приемника GPS-сигналов с антенной, третий усилитель мощности и передающую антенну, дуплексная радиостанция, размещенная на каждом погрузчике и трейлере, содержит последовательно включенные микропроцессор, к которому подключены датчик номера погрузчика или трейлера и датчик погрузки-разгрузки погрузчика или трейлера, третий задающий генератор, третий фазовый манипулятор, второй амплитудный модулятор, второй вход которого соединен с микропроцессором, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второй усилитель второй промежуточной частоты, четвертый усилитель мощности, второй дуплексер, вход-выход которого связан со второй приемопередающей антенной, пятый усилитель мощности, четвертый смеситель, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, второй усилитель первой промежуточной частоты, второй усилитель-ограничитель, второй синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя первой промежуточной частоты, и микропроцессор, последовательно подключенные к выходу второго усилителя-ограничителя второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, второй полосовой фильтр и второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, а выход подключен к микропроцессору, первый приемник, размещенный на каждом погрузчике и трейлере, содержит последовательно включенные вторую приемную антенну, усилитель высокой частоты, первую линию задержки, третий фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, и блок определения местоположения погрузчика или трейлера, второй вход и выход которого подключены к микропроцессору дуплексной радиостанции, второй приемник с третьей приемной антенной, размещенный на каждом погрузчике и трейлере, подключен к микропроцессору дуплексной радиостанции, а также коррелятор, сумматор и второй блок регистрации, отличается от ближайшего аналога тем, что каждый погрузчик и трейлер снабжены шестым и седьмым усилителями мощности, третьим дуплексером, третьей приемопередающей антенной, четвертым фазовым детектором, пороговым блоком, световым и звуковым маячками, вторым блоком регистрации, ключом и второй линией задержки, причем к выходу третьего задающего генератора последовательно подключены шестой усилитель мощности, третий дуплексер, вход-выход которого связан с третьей приемопередающей антенной, седьмой усилитель мощности, четвертый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом третьего задающего генератора, коррелятор, второй вход которого соединен с микропроцессором, пороговый блок, ключ, второй вход которого соединен с выходом четвертого фазового детектора, вторая линия задержки, сумматор, второй и третий входы которого соединены со вторым выходом датчика номера погрузчика или трейлера и микропроцессором соответственно, а выход подключен ко второму входу третьего фазового манипулятора, к выходу порогового блока подключены световой и звуковой маячки, к выходу ключа подключен второй блок регистрации, каждый контейнер снабжен радиочастотной меткой, выполненной в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн и набором отражателей, причем встречно-штыревой преобразователь состоит из двух гребенчатых систем электродов, нанесенных на поверхность пьезокристалла, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, которые в свою очередь соединены с микрополосковой приемопередающей антенной, изготовленной также на поверхности пьезокристалла.

Структурная схема предлагаемой системы представлена на фиг.1. Структурные схемы дуплексной и передающей радиостанций, размещенных на диспетчерском геодезическом пункте, изображены на фиг.2. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов, показана на фиг.3. Структурные схемы дуплексной радиостанции, двух приемников и считывателя, размещенных на каждом погрузчике и трейлере, представлены на фиг.4. Функциональная схема радиочастотной метки изображена на фиг.5. Структурная схема фрагмента радиотелефонной системы общего пользования с сотовой структурой представлена на фиг.6. Геометрическая схема расположения геостационарного ИСЗ-ретранслятора S и двух наземных пунктов А и В показана на фиг.7.

Компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом содержит диспетчерский геодезический пункт 1, на котором размещены дуплексная и передающая радиостанции, объект 2 разгрузки (погрузки) (например, судно), склады 3 контейнеров, таможенную зону отгрузки 4, погрузчики 5.i (i=1, 2…, n), трейлеры 6.j (j=1, 2, …, m), устройства 7.1 (1=1, 2, …, L) для управления робототехнологическими комплексами и систему 8 приема и передачи информации. При этом на каждом погрузчике и трейлере размещена дуплексная радиостанция, два приемника и считыватель. Между диспетчерским геодезическим пунктом 1 и погрузчиками (трейлерами) установлены пейджинговая и двусторонняя радиосвязи непосредственно и/или через систему 8 приема и передачи информации.

Дуплексная радиостанция, размещенная на диспетчерском геодезическом пункте 1, содержит последовательно включенные компьютер 9, первый задающий генератор 10, первый фазовый манипулятор 12, второй вход которого через источник 11 дискретных сообщений соединен с компьютером 9, первый амплитудный модулятор 14, второй вход которого через источник 13 непрерывных сообщений соединен с компьютером 9, первый смеситель 16, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 15, первый усилитель 18 первой промежуточной частоты, первый усилитель 19 мощности, первый дуплексер 20, вход-выход которого связан с первой приемопередающей антенной 21, второй усилитель 22 мощности, второй смеситель 23, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 17, первый усилитель 24 второй промежуточной частоты, первый усилитель-ограничитель 25, первый синхронный детектор 26, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 24 второй промежуточной частоты, компьютер 9 и первый блок 30 регистрации. К выходу первого усилителя-ограничителя 25 последовательно подключены первый перемножитель 27, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 17, первый полосовой фильтр 28 и первый фазовый детектор 29, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 15, а выход подключен к компьютеру 9.

Передающая радиостанция, размещенная на диспетчерском геодезическом пункте 1, содержит последовательно включенные второй задающий генератор 34, второй фазовый манипулятор 35, второй вход которого соединен с прибором 33 дифференциальных поправок, подключенным к выходу приемника 32 GPS-сигналов с антенной 31, третий усилитель 36 мощности и передающую антенну 37.

Дуплексная радиостанция, размещаемая на каждом погрузчике (трейлере), содержит последовательно включенные датчик 38 номера погрузчика (трейлера), микропроцессор 40, к которому подключен датчик 39 погрузки-разгрузки, третий задающий генератор 41, третий фазовый манипулятор 42, второй амплитудный модулятор 43, ко второму входу которого подключен микропроцессор 40, третий смеситель 45, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина 44, второй усилитель 47 второй промежуточной частоты, четвертый усилитель 48 мощности, второй дуплексер 49, вход-выход которого связан со второй приемопередающей антенной 50, пятый усилитель 51 мощности, четвертый смеситель 52, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина 46, второй усилитель 53 первой промежуточной частоты, второй усилитель-ограничитель 54, второй синхронный детектор 55, второй вход которого соединен с выходом усилителя 53 первой промежуточной частоты, и микропроцессор 40. К выходу второго усилителя-ограничителя 54 последовательно подключены второй перемножитель 56, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина 46, второй полосовой фильтр 57 и второй фазовый детектор 58, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 44, а выход подключен к микропроцессору 40.

Первый приемник, размещенный на погрузчике (трейлере), содержит последовательно включенные вторую приемную антенну 59, усилитель 60 высокой частоты, и блок 63 определения местоположения погрузчика (трейлера), второй вход и выход которого соединены с микропроцессором 40.

Второй приемник 65 с третьей приемной антенной 64 обеспечивает прием навигационных GPS-сигналов и подключен к микропроцессору 40.

Считыватель, размещенный на погрузчике (трейлере), содержит последовательно подключенные к выходу третьего задающего генератора 41 шестой усилитель 66 мощности, третий дуплексер 67, вход-выход которого связан с третьей приемопередающей антенной 68, седьмой усилитель 69 мощности, четвертый фазовый детектор 70, второй вход которого соединен с выходом третьего задающего генератора 41, коррелятор 71, второй вход которого соединен с микропроцессором 40, пороговый блок 72, ключ 76, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора 70, вторая линия задержки 77 и сумматор 78, второй и третий входы которого соединены со вторым выходом датчика 38 номера погрузчика (трейлера) и микропроцессором 40 соответственно, а выход подключен ко второму входу третьего фазового манипулятора 42. К выходу порогового блока 72 подключены световой и звуковой маячки. К выходу ключа 76 подключен второй блок 75 регистрации.

Каждый контейнер снабжен радиочастотной меткой, выполненной в виде пьезокристалла 79 с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн (ПАВ) и набором отражателей 84. Причем встречно-штыревой преобразователь ПАВ состоит из двух гребенчатых систем электродов 81, нанесенных на поверхность пьезокристалла 79, электроды 81 каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 82 и 83, которые в свою очередь соединены с микрополосковой приемопередающей антенной 80, изготовленной также на поверхности пьезокристалла 79.

В качестве системы 8 приема и передачи информации может использоваться радиотелефонная система общего пользования с сотовой структурой, фрагмент которой изображен на фиг.6.

Территория портового контейнерного терминала и прилегающая к нему территория разделяются на ячейки (соты), в каждой из которых устанавливается базовая радиостанция 86.к (к=1, 2, …, К), которая связана радиоканалом с погрузчиком 5.i (i=1, 2, …, n) или трейлером 6.j (j=1, 2, …, m). При этом передатчики указанных радиостанций имеют относительно небольшую мощность. Чтобы оптимально разделить определенную территорию на микрозоны без перекрытий и пропусков участков, могут быть использованы только три геометрические фигуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой является шестиугольник, так как если антенну базовой радиостанции 86.к (к=1, 2, …, К) установить в его центре, то круговая форма диаграммы направленности будет покрывать почти всю его площадь. Все микрозоны (соты) связаны соединительными линиями с центральной радиостанцией 85, которая, в свою очередь, соединена с автоматической телефонной сетью (АТС), а через нее и с диспетчерским геодезическим пунктом 1. В качестве соединительных линий могут использоваться кабели и радиорелейные линии. Расчет и практика использования сотовых систем связи показывают, что радиусы зон ячеек могут быть в пределах от 2 до 10 км.

В качестве системы 8 приема и передачи информации может использоваться и спутниковая система связи (фиг.7). При этом искусственные спутники Земли могут размещаться на низких или высоких (геостационарных) орбитах.

Следовательно, в состав предлагаемой системы входят космический сегмент, состоящий из 24 КА, сеть наземных станций наблюдения за их работой и приемники GPS-сигналов, установленные на диспетчерском геодезическом пункте 1, на погрузчиках 5.i (i=1, 2, …, n) и трейлерах 6.j (j=1, 2, …, m). Приемники GPS-сигналов позволяют определять координаты погрузчиков (трейлеров) (широту и долготу), скорость их движения и точное время.

Каждый GPS-спутник излучает на двух частотах (w_I=1757 МГц и w_II=12,275 МГц) специальный навигационный сигнал в виде бинарного фазоманипулированного (ФМн) сигнала, манипулированного по фазе псевдослучайной последовательностью. В сигнале зашифровываются два вида кодов. Один из них - код С/А - доступен широкому кругу гражданских потребителей, в том числе и предлагаемой системе. Он позволяет получать лишь приблизительную оценку местоположения погрузчиков (трейлеров), поэтому называется «грубым» кодом. Передача кода С/А осуществляется на частоте w_I=1575 МГц с использованием фазовой манипуляцией псевдослучайной последовательностью длиной 1023 символа. Защита от ошибок обеспечивается с помощью кода Гоулда. Период повторения С/А-кода - 1 мс. Тактовая частота - 1,023 МГц.

Другой код - Р - обеспечивает более точное вычисление координат, но пользоваться им способны не все, доступ к нему ограничивается провайдером услуг GPS, используется военным ведомством США.

Компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом функционирует следующим образом.

С целью передачи необходимой информации на избранный погрузчик 5.i (i=1, 2, …, n) и/или трейлер 6.j (j=1, 2, …, m) на диспетчерском геодезическом пункте 1 с помощью компьютера 9 включается задающий генератор 10, который формирует высокочастотный сигнал

u_c(t)=U_c·Cos(w_ct+φ_c), 0≤t≤T_c,

где U_c, w_c, φ_с, T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала.

Данный сигнал с выхода задающего генератора 10 поступает на первый вход фазового манипулятора 12, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) с выхода источника 11 дискретных сообщений. На выходе фазового манипулятора 12 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал

u₁(t)=U₁·Cos[w_ct+φ_k1(t)+φ_c], 0≤t≤T_c,

где φ_k1(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t), причем φ_к1(t)=const при Кτ_э<t<(к+1)τ_э и может изменяться скачком при t=Кτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (K=1, 2, …, N-1);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c (Т_с=τ_э·N).

Этот сигнал поступает на первый вход амплитудного модулятора 14, на второй вход которого подается модулирующая функция m₁(t) с выхода источника 13 аналоговых сообщений. На выходе амплитудного модулятора 14 образуется сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-АМ)

u₂(t)=U_c[1+m₁(t)]·Cos[w_ct+φ_k1(t)+φ_c], 0≤t≤T_c,

где m₁(t) - модулирующая функция, отображающая закон амплитудной модуляции.

Работа источников дискретных 11 и аналоговых 13 сообщений синхронизируется компьютером 9.

Сформированный сигнал u₂(t) поступает на первый вход первого смесителя 16, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 15

u_г1(t)=U_г1·Cos(w_г1t+φ_г1).

На выходе смесителя 16 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты

u_up1(t)=U_пр1[1+m₁(t)]·Cos[w_up1t+φ_k(t)+φ_up1], 0≤t≤T_c,

где

w_up1=w_c+w_г1=w₁ - первая промежуточная (суммарная) частота;

φ_up1=φ_c+φ_г1,

которое после усиления в усилителе 19 мощности через дуплексер 20 поступает в приемопередающую антенну 21, излучается ею на частоте w1 в эфир (в направлении портового контейнерного терминала), улавливается приемопередающей антенной 50 погрузчика или трейлера и через дуплексер 49 и усилитель 51 мощности поступает на первый вход смесителя 52, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 46

u_г1(t)=U_г1·Cos(w_г1t+φ_г1).

На выходе смесителя 52 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 53 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты.

u_up2(t)=U_пр2[1+m₁(t)]·Cos[w_up2t+φ_k1(t)+φ_up2], 0≤t≤T_c,

где

w_up2=w_up1-w_г1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_up2=φ_up1-φ_г1,

Это напряжение поступает на вход усилителя-ограничителя 54, на выходе которого образуется напряжение

u₃(t)=U₀·Cos[w_up2t+φ_k1(t)+φ_up2], 0≤t≤T_c,

где U₀ - порог ограничения усилителя-ограничителя 54,

которое представляет собой ФМн-сигнал, используется в качестве опорного напряжения и поступает на второй (опорный) вход синхронного детектора 55. На первый (информационный) вход синхронного детектора 55 подается напряжение u_up2(t) с выхода усилителя 53 второй промежуточной частоты. На выходе синхронного детектора 55 образуется низкочастотное напряжение

u_н1(t)=U_н1[1+m₁(t)],

где

пропорциональное модулирующей функции m₁(t). Это напряжение поступает в микропроцессор 40.

Напряжение u₃(t) с выхода усилителя-ограничителя 54 одновременно поступает на первый вход перемножителя 56, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) с выхода гетеродина 46. На выходе перемножителя 56 образуется напряжение

u₄(t)=U₄·Cos[w_г2t+φ_k1(t)+φ_г2], 0≤t≤T_c,

где

w_г2=w_up2+w_г1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_г2=φ_up2+φ_г1,

которое представляет собой ФМн-сигнал на частоте w_г2 гетеродина 44. Это напряжение выделяется полосовым фильтром 57 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 58, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 44

u_г2(t)=U_г2·Cos(w_г2t+φ_г2).

На выходе фазового детектора 58 образуется низкочастотное напряжение

u_н2(t)=U_н2·Cosφ_к1(t),

где

пропорциональное модулирующему коду M₁(t). Это напряжение поступает в микропроцессор 40.

Частоты w_г1 и w_г2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты (фиг.3)

w_г2+w_г1=w_up2.

Следовательно, в дискретных и аналоговых сообщениях, передаваемых с диспетчерского геодезического пункта 1 на выбранный погрузчик и/или трейлер, содержится вся необходимая информация водителю и/или водителям о номерах контейнеров, их местоположении, порядке действий и т.п.

Скорость обновления навигационных данных - 1 с. Время обнаружения зависит от числа одновременно наблюдаемых спутников и режима определения местоположения погрузчика (трейлера).

Определение навигационных параметров может производиться в двух режимах - 2Д (двухмерном) и 3Д (пространственном). В режиме 2Д устанавливаются широта и долгота. Для этого достаточно присутствия в зоне радиовидимости трех спутников. Точность определения местоположения погрузчика (трейлера) - 15-20 м.

Один из основных методов повышения точности определения местонахождения погрузчика (трейлера) и устранения ошибок, связанных с введением режима селективного доступа, основан на применении известного в радионавигации принципа дифференциальных навигационных измерений.

Дифференциальный режим позволяет установить координаты погрузчика (трейлера) с точностью до 5 м в динамической навигационной обстановке и до 2 м в стационарных условиях.

Дифференциальный режим реализуется с помощью приемника 32 GPS-сигналов, размещенного на диспетчерском геодезическом пункте 1. Приемник 32 GPS-сигналов является многоканальным, каждый канал отслеживает один видимый спутник. Необходимость непрерывного отслеживания каждого КА обусловлена тем, что указанный приемник должен «захватывать» навигационные сообщения раньше, чем приемники погрузчиков (трейлеров). Сравнивая известные координаты, полученные в результате прецизионной геодезической съемки, с измеренными, прибор 33 вырабатывает дифференциальные поправки, которые передаются погрузчикам (трейлерам) по радиоканалу с помощью задающего генератора 34, фазового манипулятора 35, усилителя 36 мощности и передающей антенны 37 в заранее оговоренном формате.

Аппаратура погрузчика (трейлера) включает в себя первый приемник, который и позволяет получать дифференциальные поправки с диспетчерского геодезического пункта 1. Поправки, принятые с пункта 1, автоматически вносятся в результаты собственных измерений вторым приемником погрузчика (трейлера).

Для каждого КА, сигналы которого поступают на приемную антенну 64, поправка, полученная от пункта 1, складывается с результатом измерения псевдодальности.

Для точного определения местоположения погрузчиков и трейлеров на диспетчерском геодезическом пункте 1 задающим генератором 34 формируется высокочастотный сигнал

u_c1(t)=U_c1·Cos(w_c1t+φ_c1), 0≤t≤T_c1,

который поступает на первый вход фазового манипулятора 35, на второй вход которого с выхода прибора 33 дифференциальных поправок поступает модулирующий код M₂(t), содержащий соответствующие поправки к определению местоположения выбранного погрузчика и/или трейлера. На выходе фазового манипулятора 35 образуется ФМн-сигнал

u₅(t)=U₅·Cos[w_c1t+φ_k2(t)+φ_c1], 0≤t≤T_c1,

где φ_к2(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₂(t),

который после усиления в усилителе 36 мощности поступает в приемную антенну 37, излучается ею в эфир, улавливается приемной антенной 59 и через усилитель 60 высокой частоты поступает на два входа фазового детектора 62 непосредственно и через линию задержки 61, время задержки τ_з1 которой выбирается равной длительности τ_э элементарных посылок (τ_з1=τ_э)

u₆(t)=U₅(t-τ_з1)=U₅·Cos[w_c1(t-τ_з1)+φ_k2(t-τ_з1)+φ_с1].

На выходе фазового детектора 62 образуется низкочастотное напряжение

u_н3(t)=U_н3·Cosφ_k2(t), 0≤t≤T_c1,

где

которое поступает на первый вход блока 63 определения местоположения погрузчика (трейлера).

Для точного определения местоположения погрузчика (трейлера) используется и второй приемник 65 с приемной антенной 64, размещенный на его борту, который последовательно захватывает и обрабатывает С/А-сигналы спутниковой системы «Навстар» («Глонасс»). При этом данный приемник попеременно использует два основных режима работы - приема информации и навигационный. В навигационном режиме каждую секунду уточняется местоположение погрузчика (трейлера) и выдаются основные навигационные данные. В режиме приема информации принимаются данные эфемерид и поправок времени, необходимые для навигационного режима, и производятся более редкие (через одну минуту) навигационные измерения.

Микропроцессор 40 выполняет две основные функции: обслуживает второй приемник 65 и производит навигационные расчеты. Первая заключается в выборе рабочего созвездия спутников, вычислении данных целеуказания и управлении работой второго приемника, например переключение из режима приема информации в навигационный режим и обратно. Вторая функция микропроцессора 40 состоит в расчете эфемерид, определении координат местоположения погрузчика (трейлера) и выдаче для отображения на дисплее, который входит в состав блока 63 определения местоположения погрузчика (трейлера).

При получении информации с диспетчерского геодезического пункта 1 о номерах и местоположении контейнеров, которые необходимо обнаружить и погрузить (разгрузить) на соответствующее транспортное средство, погрузчик (трейлер) прибывает в заданный район и включает считыватель. При этом задающий генератор 41 формирует высокочастотный сигнал

u_с(t)=U_с·Cos(w_ct+φ_c), 0≤t≤T_c,

который поступает на первый вход фазового манипулятора 42 и через усилитель 66 мощности и дуплексер 67 поступает в рупорную приемопередающую антенну 68, излучается ею в эфир и облучает ближайший контейнер, снабженный радиочастотной меткой.

Высокочастотный сигнал u_c(t) на частоте w_c улавливается микрополосковой антенной 80, настроенной на частоту w_c, преобразуется встречно-штыревым преобразователем в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла 79, отражается от набора отражателей 84 и опять преобразуется в сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН)

u₇(t)=U_с·Cos[w_ct+φ_k3(t)+φ_c], 0≤t≤T_c,

где φ_k3(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М₃(1), отображающим идентификационный номер контейнера, и определяется топологией встречно-штыревого преобразователя.

В качестве примера на фиг.5 изображен модулирующий код М₃=1011010010110.

Сформированный сложный ФМн-сигнал u₇(t) излучается микрополосковой антенной 80 в эфир, улавливается рупорной приемопередающей антенной 68 и через дуплексер 67 и усилитель 69 мощности, поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 70. На второй (опорный) вход фазового детектора 70 в качестве опорного напряжения подается высокочастотный сигнал u_c(t) с выхода задающего генератора 41. На выходе фазового детектора 70 образуется низкочастотное напряжение

u_н4(t)=U_н4·Cosφ_k3(t),0≤t≤Tc,

где

пропорциональное модулирующему коду М₃(t).

Это напряжение поступает на первый вход коррелятора 71, на второй вход которого подаются модулирующие коды, отражающие номера запрашиваемых контейнеров. Если модулирующие коды совпадают, то на выходе коррелятора 71 формируется максимальное напряжение U_max, которое превышает порговое напряжение U_пop в пороговом блоке 72 (U_max>U_пop). При превышении порогового уровня U_пop в пороговом блоке 72 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 76, открывая его, на световой 73 и звуковой 74 маячки, заставляя их работать. В исходном состоянии ключ 76 всегда закрыт. Световой и звуковой сигналы свидетельствуют об обнаружении необходимого контейнера, номер которого регистрируется блоком 75 регистрации. Одновременно низкочастотное напряжение u_н4(t), пропорциональное модулирующему коду М₃(t), с выхода фазового детектора 70 через открытый ключ 76 поступает на вход линии задержки, где задерживается на время τ_з2, равное длительности номера погрузчика (трейлера) и его местоположения, и поступает на первый вход сумматора 78. На второй вход последнего подается номер погрузчика (трейлера) со второго выхода датчика 38 номера погрузчика (трейлера). На третий вход сумматора 78 подается код местоположения погрузчика (трейлера) из микропроцессора 40. На выходе сумматора 78 образуется суммарный модулирующий код M_Σ(t), состоящий из модулирующего кода М₃(t), номера M₄(t) погрузчика (трейлера) и его местоположения М₅(t)

M_Σ(t)=М₃(t)+M₄(t)+M₅(t),

длительностью τ_з2.

Модулирующий код M_Σ(t) с выхода сумматора 78, коды номера погрузчика (трейлера) и его состояния вместе с информацией о местоположении, текущем времени и найденных контейнерах передаются на диспетчерский геодезический пункт 1. Для этого используются датчик 38 номера погрузчика (трейлера), датчик 39 погрузки-разгрузки (состояния погрузчика), блок 63 определения местоположения погрузчика (трейлера), микропроцессор 40, задающий генератор 41, фазовый манипулятор 42 и амплитудный модулятор 43. На выходе последнего образуется сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМН-АМ)

u₈(t)=U_c[1+m₂(t)]·Cos[w_ct+φ_k4(t)+φ_с], 0≤t≤T_c,

который поступает на первый вход смесителя 45, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 44

u_г2(t)=U_г2·Cos(w_г2t+φ_г2).

На выходе смесителя 45 образуются напряжения комбинационных частот, усилителем 47 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты

u_up3(t)=U_пр3[1+m₂(t)]·Cos[w_up3t-φ_к4(t)+φ_uр3], 0≤t≤T_c,

где

w_up3=w_г2-w_c - третья промежуточная (разностная) частота;

φ_uр3=φ_г2-φ_с,

которое после усиления в усилителе 48 мощности через дуплексер 49 поступает в приемопередающую антенну 50, излучается ею в эфир на частоте w₂=w_up3=w_г1, улавливается приемопередающей антенной 21 диспетчерского геодезического пункта 1 и через дуплексер 20 и усилитель 22 мощности поступает на первый вход смесителя 23, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 17

u_г2(t)=U_г2·Cos(w_г2t+φ_г2).

На выходе смесителя 23 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 24 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты

u_up4(t)=U_пр4[1+m₂(t)]·Cos[w_up2t+φ_к4(t)+φ_uр2], 0≤t≤T_c,

где

w_up2=w_г2-w_up3 - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_uр2=φ_г2-φ_uр3.

Это напряжение поступает на вход усилителя-ограничителя 25, на выходе которого образуется напряжение

u₉(t)=U₀·Cos[w_up2t+φ_к4(t)+φ_uр2], 0≤t≤T_c

где U₀ - порог ограничения,

которое поступает на второй (опорный) вход синхронного детектора 26, на первый (информационный) вход которого подается напряжение u_up4(t) с выхода усилителя 24 второй промежуточной частоты. На выходе синхронного детектора 26 образуется низкочастотное напряжение

u_н5(t)=U_н5·[1+m₂(t)],

где

пропорциональное модулирующей функции m₂(t). Это напряжение поступает в компьютер 9 и затем может регистрироваться блоком 30 регистрации.

Напряжение u₉(t) с выхода усилителя-ограничителя 25 одновременно поступает на первый вход перемножителя 27, на второй вход которого подается напряжение u_г2(t) с выхода гетеродина 17. На выходе перемножителя 27 образуется напряжение

u₁₀(t)=U₁₀·Cos[w_г1t+φ_к4(t)+φ_г1], 0≤t≤T_c,

где

w_г1=w_г2-w_up2=w_up1-w_up2=w_up3;

φ_г1=φ_г2-φ_up2,

которое выделяется полосовым фильтром 28 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 29, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 15

u_г1(t)=U_г1·Cos(w_г1t+φ_г1).

На выходе фазового детектора 29 образуется низкочастотное напряжение

u_н6(t)=U_н6·Cosφ_к4(t),

где

пропорциональное модулирующему коду M_Σ(t). Это напряжение поступает в компьютер 9, а затем может регистрироваться блоком 30 регистрации. В качестве блока 30 регистрации может использоваться монитор компьютера 9 с изображением электронной карты местности портового терминала, города, Северо-Западного региона и т.д. На указанную карту выводится информация о местонахождении и перемещении контейнеров. При этом погрузчики 5.i (i=1, 2, …, n) используются для обнаружения, разгрузки и погрузки контейнеров с объекта разгрузки (погрузки) (например, судно) на склады 3 и таможенную зону 4 отгрузки (или из складов 3 и зоны 4), а трейлеры 6.j (j=1, 2, …, m) для перемещения контейнеров к устройствам 7.l (l=1, 2, …, L) для управления робототехнологическими комплексами.

Описанная выше работа предлагаемой системы соответствует случаю, когда диспетчерский геодезический пункт 1 находится на незначительном расстоянии от портового контейнерного терминала. При этом данная система обеспечивает обнаружение необходимых контейнеров, контролирует перемещение контейнеров с различным грузом от судна, на котором они прибыли в морской порт, до робототехнологических комплексов и наоборот.

При организации региональных или международных перевозок, доставке контейнеров на удаленные на большие расстояния роботехнологические комплексы или наоборот используется система 8 приема и передачи информации, в качестве которой могут применяться радиотелефонная система общего пользования с сотовой структурой и спутниковая система связи.

При использовании радиотелефонной системы общего пользования с сотовой структурой (фиг.6) информация с диспетчерского геодезического пункта 1 по телефонной сети поступает на центральную радиостанцию 85, а затем по соединительной линии на базовую радиостанцию 86.к (к=1, 2, …, К) той микрозоны (соты), где находится вызываемый погрузчик 5.i (i=1, 2, …, n) или трейлер 6.j (j=1, 2,…, m). Базовая радиостанция излучает сигнал, содержащий необходимую информацию, который принимается приемником дуплексной радиостанции, размещенной на погрузчике (трейлере). Погрузчик (трейлер) указанной радиостанции излучает сигнал, содержащий ответную информацию, который принимается базовой радиостанцией той микрозоны (соты), где появляется или находится погрузчик (трейлер). От базовой радиостанции данный сигнал поступает на центральную радиостанцию, а затем через АТС на диспетчерский пункт 1, где фиксируются номер погрузчика (трейлера), передаваемая информация и географические координаты его местоположения.

В качестве системы 8 приема и передачи информации может использоваться спутниковая система связи (фиг.7). При этом диаграмма направленности бортовой антенны геостационарного ИСЗ-ретранслятора S выбирается так, чтобы ретранслированный сигнал мог быть принят в обоих наземных пунктах А и В. На наземном пункте А может располагаться диспетчерский геодезический пункт, а пункте В - портовый контейнерный терминал или трейлеры, перевозящие контейнеры с различным грузом.

Предлагаемая система обеспечивает повышение оперативности и точности определения местоположения контейнеров в процессе их транспортирования (точность 20-100 м) и складирования (точность 1-5 м).

Кроме того, данная система позволяет:

- оперативно планировать работу, используя текущую информацию на портовом контейнерном терминале;

- свести до минимума ручные операции;

- оптимизировать работу погрузочной техники за счет использования диалогового режима при выдаче команд, точной информации о местоположении погрузчиков, оптимизации размещения контейнеров и минимизации перемещений порожних трейлеров;

- сократить время простоя трейлеров, автомашин, судов, железнодорожных составов благодаря планированию работы персонала и погрузочной техники и информации о текущем расположении контейнеров;

- протоколировать время начала, окончания и выполнения операций каждым работником терминала;

- фиксировать и уведомлять менеджера об отклонениях движения погрузчиков от намеченной траектории, т.е. фактах выхода погрузчика за пределы рабочей зоны, неоправданно долгих простоях погрузчика в какой-либо зоне;

- фиксировать достижение трейлером определенной зоны терминала и, следовательно, сокращать простой трейлеров в очередях.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с базовой системой обеспечивает повышение эффективности и расширение функциональных возможностей управления портовым контейнерным терминалом. Это достигается путем снабжения контейнеров радиочастотными метками на поверхностных акустических волнах. Причем каждый погрузчик (трейлер) снабжен считывателем, который имеет следующие основные характеристики:

- мощность передатчика считывателя - не более 10 мВт;

- частотный диапазон - 900-920 МГц;

- дальность обнаружения контейнеров - несколько десятков метров.

Габариты радиочастотной метки, размещаемой на контейнере, - 8×15×5 мм, срок службы - не менее 20 лет, потребляемая мощность - 0 Вт.

Используемая радиочастотная метка по сравнению с машиносчитываемыми штриховыми кодами предоставляет возможность дистанционного считывания информации о контейнере неограниченное число раз, в автоматическом режиме.

Компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом, содержащая диспетчерский геодезический пункт, на котором установлены приемник GPS-сигналов с антенной, предназначенный для приема навигационного сигнала, используемого для вычисления дифференциальных поправок, передающая радиостанция, предназначенная для передачи дифференциальных поправок на погрузчики и трейлеры, и дуплексная радиостанция, на каждом погрузчике и трейлере установлены дуплексная радиостанция, первый приемник с антенной, предназначенный для получения дифференциальных поправок с диспетчерского геодезического пункта, и второй приемник с антенной, предназначенной для приема навигационного GPS-сигнала, используемого для вычисления дифференциальных поправок, при этом между диспетчерским геодезическим пунктом и каждым погрузчиком и трейлером установлены пейджинговая и двухсторонняя радиосвязи непосредственно и/или через систему приема и передачи информации, дуплексная радиостанция, размещенная на диспетчерском геодезическом пункте, содержит последовательно включенные компьютер, первый задающий генератор, первый фазовый манипулятор, второй вход которого через источник дискретного сообщения соединен с компьютером, первый амплитудный модулятор, второй вход которого через источник аналогового сообщения соединен с компьютером, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, первый усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, первый дуплексер, вход-выход которого связан с первой приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первый усилитель второй промежуточной частоты, первый усилитель-ограничитель, первый синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, компьютер и блок регистрации, последовательно подключенные к выходу первого усилителя-ограничителя первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первый полосовой фильтр и первый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, а выход подключен к компьютеру, передающая радиостанция содержит последовательно включенные второй задающий генератор, второй фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с прибором дифференциальных поправок, подключенным к выходу приемника GPS-сигналов с антенной, третий усилитель мощности и передающую антенну, дуплексная радиостанция, размещенная на каждом погрузчике и трейлере, содержит последовательно включенные микропроцессор, к которому подключены датчик номера погрузчика или трейлера и датчик погрузки-разгрузки погрузчика или трейлера, третий задающий генератор, третий фазовый манипулятор, второй амплитудный модулятор, второй вход которого соединен с микропроцессором, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второй усилитель второй промежуточной частоты, четвертый усилитель мощности, второй дуплексер, вход-выход которого связан со второй приемопередающей антенной, пятый усилитель мощности, четвертый смеситель, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, второй усилитель первой промежуточной частоты, второй усилитель-ограничитель, второй синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя первой промежуточной частоты, и микропроцессор, последовательно подключенные к выходу второго усилителя-ограничителя второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, второй полосовой фильтр и второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, а выход подключен к микропроцессору, первый приемник, размещенный на каждом погрузчике и трейлере, содержит последовательно включенные вторую приемную антенну, усилитель высокой частоты, первую линию задержки, третий фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, и блок определения местоположения погрузчика или трейлера, второй вход и выход которого подключены к микропроцессору дуплексной радиостанции, второй приемник с третьей приемной антенной, размещенный на каждом погрузчике и трейлере, подключен к микропроцессору дуплексной радиостанции, а также коррелятор, сумматор и второй блок регистрации, отличающаяся тем, что каждый погрузчик и трейлер снабжены шестым и седьмым усилителями мощности, третьим дуплексером, третьей приемопередающей антенной, четвертым фазовым детектором, пороговым блоком, световым и звуковым маячками, вторым блоком регистрации, ключом и второй линией задержки, причем к выходу третьего задающего генератора последовательно подключены шестой усилитель мощности, третий дуплексер, вход-выход которого связан с третьей приемопередающей антенной, седьмой усилитель мощности, четвертый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом третьего задающего генератора, коррелятор, второй вход которого соединен с микропроцессором, пороговый блок, ключ, второй вход которого соединен с выходом четвертого фазового детектора, вторая линия задержки, сумматор, второй и третий входы которого соединены со вторым выходом датчика номера погрузчика или трейлера и микропроцессором соответственно, а выход подключен ко второму входу третьего фазового манипулятора, к выходу порогового блока подключены световой и звуковой маячки, к выходу ключа подключен второй блок регистрации, каждый контейнер снабжен радиочастотной меткой, выполненной в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн и набором отражателей, причем встречно-штыревой преобразователь состоит из двух гребенчатых систем электродов, нанесенных на поверхность пьезокристалла, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, которые, в свою очередь, соединены с микрополосковой приемопередающей антенной, изготовленной также на поверхности пьезокристалла.