北斗卫星导航系统在撬装式加油装置上的应用

窦明远 邹 帅 李浩铭 廖小花 冯 清 黄福川,3

〔1 广西大学机械工程学院 广西南宁 530004；2 国家石油天然气管网集团有限公司华南分公司 广西南宁 530022；3 广西石油学会 广西南宁 530004〕

随着城镇化进程的加快，人们对交通运输的需求也迅猛地增加。但是，在人口稀少或者较为偏远的地区，地面固定式加油站的建设由于多种原因限制，导致其建设期过长(2～3年)，难以满足市场和用油客户的需求。因此，可移动的、模块化的撬装式加油装置是解决大型物流企业、货场以及边远、分散、贫困农村乡镇燃料供应问题的有效方法之一。

1 撬装式加油站简介

撬装式加油装置是将储油罐、加油机、视频监控、大数据管理、安全、消防集为一体的可移动加油系统。撬装式加油装置是以相应的设计规范为依据来设计，以安全、便捷、环保、机动性、智能化为核心理念，是一种集地面防火防爆储油罐、加油机和自动灭火器为一体的安全可靠的撬装式加油系统。该装置适合运用于货场 、港口、码头、物流中心、大型车队、施工场地、规模住宅小区、企业内部、边远分散的贫困农村乡镇等应用场景。在过去的一段时间，撬装式加油装置在使用的过程中，因管理不当而出现偷税漏税、走私油品等多种问题而影响其推广应用。发生这些问题的主要原因之一，就是缺乏对撬装加油装置的时间与位置的有效全程监控和质量管理。目前，国内危险化学品运输物流监测主要依靠国外较为成熟的技术，都是采用基于全球定位系统(Global Positioning System, GPS)[1]。虽然GPS是免费使用的，但是它所开放只是民码，其精度远远小于军码，并且一旦发生特殊情况，民码被关闭，则基于GPS设计的撬装加油站的监测系统则会失去应有的功能。因此，将我国的北斗卫星导航系统与撬装式加油结合应用是最佳的解决方案之一。

2 北斗卫星导航系统简介

北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System)是我国着眼于国家安全和经济社会发展的需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，可为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。北斗卫星导航系统的定位原理是以卫星为参照物，基于三球交汇原理，通过测量4颗以上导航卫星与用户接收机的距离，解算用户的三维位置坐标(见图1)。

图1 北斗卫星导航系统定位原理

20世纪80年代开始，我国开始制定北斗卫星导航系统的计划。2000 年，建成北斗一号系统，向我国提供服务；2012 年，建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务；2020 年，建成北斗三号系统，向全球提供服务。计划2035年，以北斗系统为核心，建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系。

北斗卫星导航系统相比于其他的卫星定位系统，具有以下优点：①空间段采用3种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其在低纬度地区性能优势更为明显；②提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度；③创新融合了导航与通信功能，具备定位导航授时、星基增强、地基增强、精密单点定位、短报文通信和国际搜救等多种服务能力。北斗卫星导航系统的服务性能如表1所示。其中，在亚太地区，定位精度水平5 m、高程5 m(95 %)。实测结果表明，北斗系统服务能力全面达到并优于上述指标。

表1 北斗卫星导航系统的服务性能

到2020年，北斗卫星导航系统已拥有丰富的多领域应用方向，并且可以提供多项的技术服务支持(如表2所示)。其中，对于区域短报文通信服务，服务容量提高到1 000万次/h，接收机发射功率仅为1～3 W，单次通信能力1 000 汉字(14 000 Bit)；全球短报文通信服务，单次通信能力40 汉字(560 Bit)。

表2 北斗卫星服务支持

基于北斗卫星导航系统的技术服务支持，我国多个领域正在构建由基础产品、应用终端、应用系统和运营服务构成的产业链持续加强北斗产业保障、推进和创新体系建设，不断改善大数据应用的产业环境，扩大应用规模，实现融合发展，提升卫星导航产业的综合效益。

3 北斗卫星导航系统在撬装式加油装置上的应用

北斗技术与撬装式加油设备相结合，能通过北斗系统实现车辆加油量终端信息的实时监控与管理；同时，通过北斗技术管理后台，实现用户关联大数据信息的及时获取(如车辆车况及油料实时监控信息、车辆的地理位置信息、货主信息、司机身份信息)和车辆运输路线沿途的“车后市场”关联信息(如沿途的维修、保养、住宿、餐饮等)，利用北斗技术的管理后台实现大数据分析提炼及并网管理，有效整合物流运输产业链的上下游资源。

把每一个合法落地的撬装加油站点都利用北斗加持的物联网技术进行并网管理，实现撬装加油装置与用油车辆之间产生的各种信息的互连与共享，把加油机和每辆用油车辆上的北斗定位终端实现物联网互连，使线下用油车辆的实体与线上物联网管理服务体系充分的融合，把物联网所产生的庞大数据信息流进行有效截取、提炼和分析，向传统物流运输行业的产业链两端延伸，搭建用户与服务增值之间的桥梁。

以撬装加油站为实体站的线下实体加油网络形成后，把大量的用户信息(货源信息、车辆信息、货主企业信息、司机身份信息等)、用油量信息(包括企业月用量、单车用油量)、车后市场信息(汽车金融服务、运输线路沿途修理厂〈保养、快修、大修等〉、餐饮、住宿等)与线上互联网平台服务体系相融合，通过对用油企业及车队客户通过北斗技术的物联网系统进行精细化管理，服务内容包括但不限于大数据分析、货主端的车主端运力匹配、平台用户信用体系建立、第三方金融服务以及结算端口的第三方支付工具等。这样，可进一步降低企业用油等运营成本，增加用油企业的经济效益。

基于线下实体加油网络，以线上北斗物联网工具作为管理方式，精准识别用户，进一步压榨中间各环节使得成本扁平化，创造多点盈利的模式并且可以为客户提供综合服务，使得各个业务间良性共存、互利共赢。北斗智慧撬装式加油装置流程见图2。

图2 北斗智慧撬装式加油装置流程图

通过北斗智能控制管理终端可以随时对撬装加油装置的加油机进行管控，包括：对加油机进行远程开关机、单价设定、定重定颤、读取累计、深夜安全工作模式等。安装进油管理子系统后，可以支持油罐自动进油管理，在室内科研实时掌握实际进油数量。通过油罐管理子系统，可以对油罐测漏报警和实时监测油罐参数；参数包括：密度、温度、液位等。由于橇装式加油装置的环境与加油站有很大的不同；因此，在液位仪选型上需要考虑控制台的防爆性能等因素；撬装式加油装置液位仪包括液位仪探棒、隔爆型控制台等，并可以实现静电接地报警和气体浓度检测等功能。通过北能智控管理终端接入互联网，授权者可上网查询油站经营情况,授权的单位客户也可上网查询其单位加油相关数据。撬装式加油装置的加注设备控制系统可以与客户端管理系统通过4G网络交互通信，从而可以对撬装鹤管状态、IC卡信息、实发量和异常提示等进行状态监控。当加油出现意外情况时可以在现场操作台上由操作员暂停或停止发油，从而实现远程控制加注设备的要求。加注系统也添加了断电保护，一旦突然掉电，系统仍可完整保留所有数据，正在发油的设备将自动进入暂停状态，来电后必须在现场操作台上按继续键才能继续将未发完的量发完。并且，采用负反馈多级阀控的发油控制方法，可以实现发货平稳，无水击现象，控制精度高要求，发货误差小于0.1 %。当出现故障时，撬装式加油装置的加注系统可以采取报警联动的方案，从而把损失降到最小。

加装北斗导航系统的撬装加油装置具备如下优点：

(1)在设备管理系统终端叠加北斗卫星导航技术，有效拓宽了撬装加油站的应用场景，使远程的单站点管理向远程多站点管理变成可能。

(2)北斗卫星导航技术使得传统的撬装加油站重新定义为智慧能源管理网络终端，有效解决大型物流车队、物流中心及广大农村农用车辆及农机用油难、用油成本高的问题。

(3)北斗智慧撬装加油终端设备，可以为用户提供自用油料的安全储存、加注及管理等服务，用户可以把在正规渠道按批发价批量采购的油料进罐安全加注并使用，有效降低用户用油成本、增加用户经济效益，确保国家税利不流失。

(4)北斗卫星导航技术与撬装式加油装置结合可作为成品油综合执法部门的执法参照物，能与其他无证经营、安全性能不达标的非法储油罐或设施进行对比，协助地方执法管理部门更好地对使用“无证”撬装加油装置或罐体非法经营及储存成品油的行为主体进行有效识别与判断，实现对成品油非法经营行为的有效打击，提高执法行动的准确性和有效性，有效减少执法部门因技术原因出现的执法不当和执法过当行为的发生。

4 结束语

北斗智慧撬装式加油装置在边远的农村地区具有广泛的应用场景。在老、少、边、穷地区，北斗智慧撬装式加油装置可解决部分贫困人员就业问题，稳定贫困人员收入水平并巩固脱贫率；现已在广西壮族自治区相关试点推广5套，并取得了良好的社会与经济效益，正计划在全区有条件的地区推广应用。同时，在边远农村地区设置撬装式加油装置，可以覆盖传统加油站不能覆盖的广大农村，有效解决“能源最后一公里输送”的问题和广大农村农用车辆及农机用油难、用油成本高的难题。