基于差分 G PS定位的叉车考试系统研究

王振环

(温州市特种设备检测研究院 温州 325000)

基于差分 G PS定位的叉车考试系统研究

王振环

(温州市特种设备检测研究院 温州 325000)

设计的叉车考试系统，根据安装于叉车上的差分GPS接收机获取当前叉车位置信息，通过检测主板检测叉车各种动作信息，通过身份证阅读器对考试人员身份确认，最终车载工业电脑通过评判软件结合叉车位置信息及动作信息综合评判考试人员的考试成绩。系统操作简单，避免了人为干扰因素，更加安全可靠。

叉车 差分GPS 考试系统

叉车作为特种设备的一种，其操作既有着机动车的特点又有起重机械的特点，对作业人员的要求较高。目前对叉车的实际操作考试一般采用人工评分的方式，效率低且受人为干预、环境因素影响较大，因此迫切需要一种智能考试系统。该系统采用先进技术，推行科学、高效、公正的考试方法。

1 技术需求

1）差分GPS定位在项目中的应用及开发。包括负责数据存储及处理的数据处理服务器、为差分GPS接收机提供差分数据的差分GPS基准站、与差分GPS基准站进行双向通信的差分GPS接收机的应用及开发。

2）数据的采集及传输。包括数据叉车动作监测采集和运算、车载数据与服务器之间的数据传输。

3）综合评定及结果显示系统的开发及应用。开发一套系统，将各种数据进行汇总运算，自动输出并打印评定结果。

2 系统整体设计

如图1所示为一种基于差分GPS定位的叉车智能考试系统，包括负责数据存储及处理的数据处理服务器、为差分GPS接收机提供差分数据的差分GPS基准站、与差分GPS基准站进行双向通信的差分GPS接收机以及安装在叉车考试用车上的叉车动作监测装置、车载工业电脑、WIFI终端、WIFI基站、记录考试人员考试情况的摄像头及身份证读卡器等。

图1 系统整体设计图

在数据处理服务器端获取差分GPS基准站基准数据，通过WIFI网络传输给车载工业电脑，车载工业电脑通过RS232S接口传输给差分GPS接收机。从而差分GPS接收机能够对考试叉车的位置精确定位。在对叉车当前位置精确定位后，系统将会在软件中建立叉车模型及考试考场模型，在叉车考试的同时，软件会通过计算得出当前考试叉车的行驶路径是否符合相关规定。与此同时，系统通过叉车动作监测装置，检测叉车的相应动作是否符合规定，例如货叉的升降及前后运动等。最终通过评判软件评判结合GPS位置信息以及叉车动作信息综合评判考试成绩。

考试结束后，系统通过WIFI网络将考试成绩上传至服务器，考生通过成绩客户端，查询考试成绩，并获知所有扣分项。考试过程中，安装于叉车内部的摄像头对考生的操作过程进行录像，并通过WIFI网络上传至服务器以备后期查验。在考生考试前，须持本人身份证进行登陆确认考试内容。

3 系统硬件设计

3.1 叉车物理位置检测

在考试过程中，需对作为移动目标的叉车所在物理位置实时精确定位，并计算出其轨迹是否符合相关考试要求，本系统中采用上海某卫星导航技术有限公司双天线定位定向型接收机作为叉车定位定向的检测模块。

安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的，存在误差。基准站利用WIFI网络将改正数据发送出去，由安装于考试叉车上的GPS接收机接收，并且对其解算的GPS接收机坐标进行改正。

图2 叉车模拟场地

叉车考试过程中需完成以下步骤：

1）叉车从甲库起步出发，向左前进沿着S形场地再过一座桥运行至乙库叉货，而后依次将乙库堆码整齐的三个货架中上面两个货架移运到丙库卸货码平。最后将乙库的第三个托盘装在货叉上返回甲库。

2）从甲库起步向左沿着S形场地倒车过桥至乙库卸下货架。

3）从乙库向右倒车运行至甲库停放放下货叉熄火（须驻车）。

在进行叉车物理位置检测时，预先将图中曲线及相关关键点采集至系统中，绘制成为电子地图，当叉车运动于该区域时，通过GPS获取该区域的精确坐标后，叉车当前位置即可在电子地图中准确显示，配合评判软件，即可完成叉车物理位置检测，及是否压线碰桩的检测。

3.2 叉车动作检测

在叉车考试过程中，不仅仅需要检测叉车物理位置信息，还需要结合实际需求检测叉车货叉等机械部件的运动状态。以往的叉车考试系统中需人工去观察各种操作，本系统中通过各类传感器实时监测叉车各部件的状态，例如货叉上下前后运动等。

另外，在叉车考试过程中需叉车基本操作的规范性动作进行实时监测，如鸣笛、开闭转向灯、熄火等。

根据以上两种情况，本系统采用自主研发的检测主板配合相应的传感器进行检测。在机械部件检测时，如图3所示通过接近开关配合在检测主板，当机械部件到达考试要求位置时，三线接近开关输出电信号驱动光耦，CPU即时就能检测相应动作，通过RS232接口将动作信号传输至车载工业电脑。

图3 叉车机械动作检测

在叉车运行的基本操作过程中，将叉车上各种电信号直接连接至检测主板，当发生相应动作时，检测主板能够实时将数据传输至车载工业电脑。

图4 信号检测电路

3.3 考试学员身份确认

为了避免替考现象产生，系统设置了考生身份证信息读取验功能。身份证阅读器以无线传输方式与第二代居民身份证内的专用芯片进行安全认证，将相关信息通过通讯接口上传至车载电脑。信息解码成文字和相片等信息以供考评人员进行对比。

3.4 系统数据传输

本系统采用美国Ubiquiti Networks公司的Bullet M无线WIFI网桥作为数据传输基础，Bullet M是热门Ubiquiti Bullet的最新版。Bullet M内置N-Type RF连接器的无线传输系统，直接插接入天线即可创建功能强大的室外接入点、客户端或网桥，Bullet M的功率高达600 mW且配备增强接收功能，适用于长距离线路连接，针对叉车这种移动目标更为实用。

通过安装于叉车上的无线WIFI网桥连接至WIFI基站，使得车载工业电脑与服务器处于同一局域网内，车载工业电脑实时上传相关考试信息至服务器，使得监考人员能够实时了解考试情况。

4 系统软件设计

4.1 系统工作流程

系统工作流程如图5所示。

图5 系统流程图

4.2 操作要求

1）前进运行须打方向灯，倒车运行须回正方向灯。

2）车辆起步前须鸣喇叭（车辆前进倒车的起步），货叉升降运动之前须鸣喇叭。

3）货叉起升高度应不得少于30cm（货叉底部离地面距离）。

4）在前进运行到桥的上方时，应将货叉放置地上。

5）货叉做起升运动时，应先后靠再起升；货叉做下降运动时，应先下降再前倾。

6）货物应当在指定位置摆放，不能超出规定位置。

7）车辆在运行途中不许停车、熄火。

8）倒车须向后观看。

9）车辆运行途中不许反方向运行。

10）不许运行至场地边界之外（车辆任何部位不许出界）。

在考试过程中，系统根据GPS获取的当前位置，结合以上考试要求一一判定考生的操作是否达标，如不达标，根据相关扣分项进行扣分。例如在起点处，GPS获取的坐标为起点坐标，若考生未鸣喇叭且车辆位置坐标发生改变，说明考生未按考试要求进行起步操作，系统依据扣分项对应的分值扣分。

5 应用情况及效果

本系统已于2016年6月在温州市特种设备检测研究院叉车操作考试中试运行，6个月来共有500名考生使用该系统进行评分，目前系统运行稳定，车辆位置定位误差在±2mm范围内，考生动作误判率小于2‰，均符合设计要求，相比以往人工评判准确率有了很大的提高。

6 结束语

本系统提供了一整套叉车实际操作考试方案，包括叉车行驶路径的检测，车辆位置定位，货叉的升降检测等，采用全电子考试系统，有效避免了人工评判的各种缺陷，使得考试评分更加客观科学、公平公正。这也将促使培训机构提升叉车实际操作培训能力，提高作业人员操作技能，以达到叉车整体的安全运行，减少事故。

本系统除了叉车实际操作考试功能之外，还预留了培训功能，当作业人员在使用本系统训练时，操作存在对操作不规范的情况，及时提醒更正。

经笔者考证此系统在叉车实际操作考试中使用全国尚属首例，将此研究成果可向其他地区推广使用具有较高的社会和经济价值。

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Research on the Forklift Test System Based on Differential GPS Positioning

Wang Zhenhuan
(Wenzhou Special Equipment Inspection and Reasearch Institute Wenzhou 325000)

This paper designed a forklift examination system with differential GPS positioning as the core. The system obtains the position information of the forklift according to differential GPS receiver. It detects all kinds of action information by detecting the mainboard and confirms the identity of the examination staff through the ID card reader. Finally the automobile industrial computer comprehensively evaluates examiners through the evaluation software combined with forklift location information and motion information. It is characterized by the system which is easy to operate. During the whole test process, human interference factors can be avoided. Besides, it is more secure and reliable.

Forklift Differential GPS Test system

X924

B

1673-257X(2017)04-0084-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.04.020

王振环(1972～)，男，本科，工程师，从事特种设备作业人员考试相关工作。

2016-11-11）