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1 GPS系统

1.1 什么是GPS

      GPS即**定位系统(bbbbbb bbbbbbbbing System)是70年代由美国陆、海、空三军联合研制的．具有在海、陆、空进行*实时二三维导航与能力的新一代卫星导航与系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和令球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等目的。经过20余年的研究实验，耗资200亿美元，于1994年全面建成。建成后，一天24小时免费为**提供卫垦导航信号。

       GPS卫星发送两种码：P码(精码)和C／A码(粗码)。P码只供美军及其盟军以及美国**批准的用户使用，定位精度达到3 m；C／A码为民用，对社会开放，定位精度为14 m。出于自身安全的考虑，美国先后实施了SA和AS政策。SA政策是在C／A码中人为引人误差，使定位精度下降到100 m；AS政策是对P码实行加密。2000年5月1日起美国停止了故意降低民用信号性能的SA政策，对民用码不加干扰，使民用信号精度大大提高，SA已经成为历史。

1.2 GPS系统的组成

GPS系统由3部分构成：

(1)空间星座部分：即GPS卫星星座。由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。卫星高度约2.02万干米，均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，24颗卫星均匀分布在6个轨道面上(每轨道面4颗)，轨道倾角为55°。卫星的分布使得在**的任何地方，任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形(DOP)。这就提供了在时间上连续的**导航能力。

(2)地面监控部分：他包括1个主控站、3个注入站和5个监测站，负责卫星的监控和卫星星历(描述卫星运动及其轨道的参数)的计算。监测站设有GPS用户、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监测站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡基地，他的主要任务是收集各监测站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值，另外，他还要对地面监控部分实行全面控制。注入站也设在范登堡基地，他的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把各类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。

(3)用户设备部分：主要由GPS硬件和处理软件组成。用户通过GPS信号接收GPS卫星信号，经软件进行信号处理而获得用户位置、速度、时间等信息，较终实现利用GPS进行导航和的目的。GPS信号是一种可供无数用户免费共享的信息资源，只要用户拥有GPS信号，就可享受免费的导航、授时务。

1.3 GPS定位原理

       GPS基本原理是：卫星不间断地发送卫星讯号，用户接收到这些讯号后，经过计算求出自身的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息，且*为接收的卫星讯号本身支付任何费用。

      24颗GPS卫星在空中环绕地球运行，在任意时刻，在地面上的任意一点，都可以同时观测到4颗以上的卫星。每颗卫星都全天候地向地面传输讯号，讯号中包含有伪乱码、星历资料及Alma。伪乱码是卫星的身份标识，他告诉我们讯号是由哪一颗卫星传输下来的；星历资料含有卫星是否健康、现在的日期、时间等信息；Alma传输轨道信息告诉我们卫星所在天空的位置。就是说，每一颗卫星会告诉GPS3件事：我是*几号卫星，我现在位置在哪里，我什么时候送讯息给你。

       定位计算时，以观测到的4颗卫星(前3颗卫星进行几何，后1颗卫星用于计算卫星钟和的钟差，以提高定位精度。)的瞬间位置作为已知的起算数据，利用三维坐标中的距离公式，可以得到以下4个：

      4个中待测点坐标(x，y，z)和的钟差Vto为未知数，其他数据可从卫星信号中获得，为已知量。其中c为GPS信号的传播速度，即光速，Vti(i=1，2，3，4)为各颗卫星的卫星钟的钟差，di(i=1，2，3，4)为各颗卫星到之间的距离，di=c×△ti(i=1，2，3，4)，△ti(i=1，2，3，4)为各颗卫星的信号到达所经历的时间。

       由以上4个方程即可解算出待测点的坐标(x，y，z)和的钟差Vt0。不断更新位置，就可以计算出移动的方向及速度。

       事实上，往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，可按卫星的星座分布将其分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差较小的一组用作定位，从而提高精度。

       由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，使得民用GPS的定位精度不高。为提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技术，即建立基准站(差分台)进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5 m。

1.4 GPS系统的主要特点

全天候；**覆盖；三维定速、定时，高精度；快速，省时，率；应用广泛，多功能。

1.5 GPS系统的主要用途

(1)陆地应用：主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、**规划控制等。

(2)海洋应用：包括远洋船较佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台、海平面升降监测等。

(3)航空航天应用：包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、制导、航空救援和载人航天器防护探测等。

2 车载导航系统

        虽然GPS一开始是为军事目的而建立的，但很快和民用方面得到了较大的发展。在民用方面，发展较快，较为人们熟悉的就是车载GPS导航了。他可以为人们提供“位置指示”和“导航”服务，即：我在哪里?某处在哪里?去某处怎么走?这是一套较其先进的系统，能够侦测汽车在行驶途中的现时位置，帮助驾驶者在陌生的道路环境中，通过电子地图与语音指南，准确地掌握前往目的地的路线。除了购买GPS设备和电子地图的费用外，GPS导航是没有使用费用的。在发达国家，车载GPS导航已经是一个非常成熟的系统。日本的车载导航体系是**良好的，**过80％的日本新车装有车载导航，不但附带丰富的覆盖全国的电子地图，而且已经实现了几乎全部城市的道路信息实时发布，车载导航系统会根据道路信息实时调整行驶路线，这样既可以减少路程花费时间，又可以帮助交通管理部门调整交通流量，一举两得。

2.1 车载导航系统的组成

       目前的车载GPS系统终端通常由GPS模块、无线通信模块、报警控制模块、语音控制模块、显示模块、车载PC、电子地图、自律导航模块、车速传感器、陀螺传感器、地图匹配模块等几个部分组成。

GPS模块 用来接收GPS卫星讯号。

无线通信模块 通常采用车载无线电话、电台或移动数据终端，以完成信息交互功能。

报警控制模块 向监控中心网络发出报警讯号，通报车辆异常信息。

语音控制模块 完成声音控制及服务等功能。

显示模块 用来显示位置路况等视频图像信息。

       车载PC 整合处理各功能模块，配合相应的软件，完成*功能，如进行数据处理，计算所在位置的经度，纬度，海拔，速度和时间等。

        电子地图 储存着丰富的城市地图、全国的公路网图，此外，一般还储存有加油站、便利商店、**、旅游景点、餐馆、停车场等信息。

        自律导航模块 当汽车行驶到地下隧道、高层楼群、高速公路等遮掩物处而捕捉不到GPS卫星信号时，系统自动导人自律导航系统。此时依靠车速传感器及陀螺传感器两者的信息反馈及车载PC的数据处理，使得在无法接收卫星信号的地方，仍然可以修正到汽车现时的位置，完成精确的无间断的三维坐标、速度和时间的定位。

         地图匹配模块 由GPS卫星导航和自律导航所测到的汽车位置、前进方向都与实际行驶的路线轨迹存在一定误差。为修正这两者间的误差，需要采用地图匹配技术，对汽车行驶的路线与电子地图上道路的误差进行实时相关匹配，并做自动修正，以指示出正确的行驶路线。

2.2 车载导航系统的主要功能

导航功能 使用者在车载GPS导航系统上任意标注两点后，导航系统便会自动根据当前的位置，为车主设计较佳路线，包括较快的路线、较简单的路线、通过高速公路路段次数较少的路线等，供车主选择。另外，还可做人工线路设计：由车主设计起点、终点和途经点等，然后自动进行线路规划，并在显示器上显示出设计的线路。此外，他还有修改功能，如用户因为不小心**路口，没能走选定的线路，车辆位置偏离线路轨迹200 m以上，导航系统会根据车辆所处的位置，为用户设计一条回到原航线的路线，或是重新为用户设计一条从现在位置到终点的较佳线路。

语音提示功能 如果前方遇到路口或者转弯，系统就给出转向等语音提示，以避免车主走弯路。他能够提供全程语音提示，驾车者*观察显示界面就能实现导航的全过程，使行车更加安全方便。

信息查询功能 车载系统都配备了电子地图，电子地图含有全同的各大省会城市及各中小城市，驾车者可以随时查看任一地点的交通、建筑、旅游景点、宾馆、医院等情况。

增加兴趣点功能 由于我国大部分城市都处于建设阶段，随时随地都有可能冒出新的物，一旦遇到电子地图上没有的目标点，只要你认为有必要，就可将该点或者新路线增加到地图上。这些新增加的点与地图上原有的点一样，均可套用进电子地图查阅等功能。

定位功能 通过接收GPS卫星信号，可以准确地定出其所在的位置，并可以在地图上相应的位置用一个记号标记出来。同时，GPS还可以取代传统的指南针显示方向，取代传统的高度计显示海拔高度等信息。

测速功能 通过对卫星信号的接收计算，可以测算出行驶的具体速度，比一般的里程表准确很多。

显示航迹功能 导航系统具有航迹记录功能，可以记录下用户车辆经过的路线。如果在别人带领下去了一个陌生的地方，那么*自返回时，就可以启动他的返程功能，让他领着你顺着米时的路线顺利回家。

2.3 车载导航系统的类别

现有的车载GPS导航系统主要分为3类：

原厂GPS导航系统 目前不少高档车配有原厂GPS导航系统，这种导航系统外形美观，运作稳定可靠，屏幕显示清晰，功能强大且定位迅速准确。原厂的升级和售后服务十分完善，但价格高。

副厂GPS导航系统 目前有很多专业厂商为汽车提供GPS系统的加装。这种GPS装置适合那些没有原厂GPS的车型，性能和售后服务不错，价格也不太高，是很受欢迎的一类。

自攒GPS导航系统 车主可自行购买GPS导航头，通过蓝牙或线缆与笔记本电脑或者掌上电脑连接，配合电子地图，组成GPS系统。这种导航系统效果也很好，并且价格较低廉，但要求车主必须对电脑知识十分熟悉，还要自己动手，因此很难普及。

除以上3类外，还有手持GPS导航仪，他体积较小(和手机差不多)，性能也十分稳定。但是由于手持GPS对电子地图支持不好，屏幕也较小，一般不太适合车载使用。

大连石化MES生产执行系统的成功上线，在公司企业信息化建设史上具有。该系统通过企业生产管理过程基础分析，从生产执行系统角度提出了实时数据库及应用、运行管理系统（OM系统）、LIMS接口、物料移动和物料平衡系统配置、装置质量计算和罐区质量计算，物料移动信息维护、物料路由开关设置、测试及培训等系统化解决方案，有效解决了企业信息化建设多年来长期存在的“信息孤岛”、“应用孤岛”、“资源孤岛”的顽疾，提高了企业信息资产使用价值，促进信息技术与生产实际的有效结合，是公司信息技术高端应用的一次成功实践。

一、信息资源从分散化向集成化应用的转变

以往的企业信息化实践由于过多地关注以岗位职责为核心的应用开发，各种应用系统彼此“各扫门前雪”，系统之间的沟通效率很低，大量信息资源沉睡于数据库中无人问津，形成企业隐性浪费。“信息孤岛”构成信息化建设无法深化的瓶颈。如何有效解决信息资源共享化利用，综合发挥企业生产装置完善的DCS系统数据采集能力、先进的计算机网络通信能力、实时数据库、关系数据库数据存储能力，呼之即来的MES系统，为解决信息资源的集成化应用带来新的思路。

对炼油企业而言，从进厂到常减压、催化裂化、加氢、重整等工艺处理，形成产品达到增值的目的，需要精心组织、精心策划、精心操作，通常以流程化不间断的连续方式争分夺秒地生产，同时需要严格的过程控制和安全**。MES正是通过收集整个生产过程产生的大量实时数据，经过生产模型专业化处理、与管理层（ERP）和控制层（DCS、PLC）保持双向通信能力，获取相应数据并反馈处理结果和生产命令来优化整个生产过程。特点如下：

（1）企业生产计划主要依据市场情况、成品油销售情况、生产装置现有条件、企业生产目标、总部指令安排等因素，在综合优化各方面约束基础上制定的。计划制定的大量依据来自于基层车间上报的各种生产相关数据，经统计、分类、汇总，产生基本计划数据及计划相关报表，并结合财务数据、成本分析数据、物资采购数据、计量统计数据等，有效整合分布于各部门的数据服务于MES系统将有效提高炼厂适应突发事件的应变能力。

（2）企业生产调度体现以满足总部计划排产要求的生产模式，以年计划、月计划、五日计划逐层分解组织生产，表现为连续工艺过程、设备满负荷长周期运转，在满足储油罐周转的前提下较大限度发挥装置潜能安排优化生产。主要考虑产品结构、物料移动、物料平衡、动力平衡、提高收率、降低损耗、缩短生产周期、加快从到成品油罐的周转等问题，保储存提运收支平衡，对生产流程进行全面、合理地调度和监控。

（3）企业生产过程上道工序的产品经常会成为下道工序的原料，对每道工序产生的成品、半成品及外部采购进来的化工原材料都需要通过严格的质量检验并记录检验，为生产执行提供及时的，保产品生产与质量分析同步进行，为MES系统生产指挥、实时调整装置操作参数提供依据，提高合格品率，提高MES系统运行有效性。

（4）随着企业加工种类的增加，生产工艺过程存在工艺机理复杂问题，同样的操作条件很难得到相同的结果，无法对生产过程准确地预测，上级物料和下级物料之间的数量关系经常随温度、压力、物性、季节、工艺条件不同而不同。特别是催化裂化工艺过程，非线性因素很多，生产过程需要在严格管理条件下进行，对设备的严密性、生产操作、环境要求苛刻，生产过程包含复杂的物理化学过程及各种突变和不确定因素。

（5）企业生产过程要满足QHSE体系管理要求，实现规范操作和管理、促进节能降耗，追求成本较低、效益较大化。以信息化建设为契机，以信息技术工具使用为手段，以数据向信息转换、信息向知识转移、知识向决策转变为途径，锻造员工新的价值观念、丰富员工职业道德内涵、提高员工综合素质，创新企业文化建设，是企业未来发展的重要课题。

信息化多层次需求在呼唤综合解决方案，信息资源共享在期待综合沟通平台。MES涉及到业务面宽、信息量大，具有多部门、多专业、多岗位相互协同的特点正好与当前企业信息化需求相吻合。对企业现存的与此项业务相关的调度管理系统、生产统计及计划系统、质量管理系统、计量管理系统、车间管理系统等各类信息系统按照MES需求整合改造，开发系统接口，实现信息编码标准化处理，搭建信息资源共享化平台是保项目顺利实施的重要工作。经过努力，围绕MES系统物料移动及物料平衡系统，编写体现标准化内涵的中英文编码对照表，涵盖45项编码、514项中间料编码、270项产品编码、44项罐区设备编码，对企业现存应用系统进行合理对接、巧妙组合，有效支持了MES系统信息资源整合的信息沟通需求，对于突破“信息孤岛”做出具有示范效应的实践。

二、生产管理从静态化向动态化转变

以往的车间层面生产管理过程由生产运行处下达调度指令安排生产，将统计结果上报，经调度人员分析后判断生产的合理性，由于各应用系统按岗位职责开发，系统之间互不沟通，应用系统表现为人工业务的电子版本，这种“应用孤岛”保证不了生产管理的实时需求，表现为一定程度的静态化，存在很大的滞后性，信息技术与生产管理结合的优势远未发挥出来。

基于Web的实时数据库为MES有效运行提供了数据平台环境，员工可以通过这个平台监控实时数据、查询历史数据，通过KPI指标与工艺参数计算评估装置绩效，通过过程统计分析与控制应用把握生产运行趋势等，推动装置管理从静态化向动态化转变。

在车间层面，可以利用物料动态工艺实时数据加强生产车间的自我绩效评价，对生产装置进行动态成本分析，对产品收率变化实时跟踪，随时做出计划定额指标与实际完成数据的差异比较，对存在差异的数据，及时查明原因，实时调整生产管理方案。

在车间班组层面，可以利用物料动态工艺实时数据加强车间班组的绩效考核，细分生产工序，对班组内每个操作员制定操作定额指标，针对每段工序的水、电、汽、风等能耗情况，计算出该段工序的较低吨加工消耗成本，考核每个操作员的操作能力和工序较大加工能力。

在工艺管理层面，可以利用实时数据获得各装置操作参数，详细观察装置运行状况，持续改进评价与生产实际吻合情况，提高混炼比的上下限及操作条件的准确性，提高装置平稳运行率，减少装置运行波动，确定各装置的优化加工量及产量。

在公司调度层面，可以利用实时数据加强全厂计划执行情况评价，依据五日滚动作业计划各车间实际完成情况，合理调配、半成品、成品油及来料加工油品的提运和存贮，当五日滚动作业计划执行中出现矛盾时，则立即进行协调和平衡，保证调度顺利进行。

在公司管理层面，可以利用实时数据加强生产过程综合评价，通过生产过程监视、综合统计报表及系统维护，对生产过程事故状况进行监视，对生产调度状况进行统计分析，为未来采购、产品结构、成本控制、效益分析提供决策依据。

MES为生产管理提供了展示生产过程细节的数据平台，为生产事前预测、事中控制、事后评价提供了工具，引导员工运用软件技术方法，通过生产现场与生产管理信息的双向沟通，实现优化控制动态管理，实现实时成本可控，以较佳的生产方案、较优的产品结构、较低的生产成本、较高的产品收率，达到较的目的。

三、控制过程从经验化向知识化转变

以往的企业管理过程，虽然辅助以很多信息管理系统，但是从“信息孤岛”引发“应用孤岛”，再到“资源孤岛”，信息化潜力被深埋于经验主导的常规管理之中，企业资源效率自然无法运用信息化思维得以充分展现。

受到资源来源多样化及装置适应能力的约束，员工对加工原料混炼比的把握能力、评价准确能力，加工过程的控制能力，直接反映出员工炼油知识应用能力并直接影响企业的成本效益。利用MES实现生产管理，主要包括：优化排产、生产调度、物料移动、物料平衡、质量控制、产品规范、工艺控制、文档管理、设备监控、动力控制等，无论是技术发展处、生产运行处、车间技术负责人、车间班组操作人员均留有人机数据录入界面，用于生产过程管理实时数据库中位号上下限赋值及进行数值修正和插值需要，其中每一项数值的更新，每一个操作条件的改变都蕴含着复杂的决策分析，MES与生产控制自动化系统的集成化应用，通过数据和信息交换，监控整个生产过程关键点和关键参数，完成整个生产的管理，促进信息利用向物质增值的转换，提高生产管理的科学性。

MES系统运行过程对生产系统各部门有着明确的流程化的职责分工，利用Web技术把相关信息集成于同一个信息平台，其中：技术发展处根据需要及时调整工艺参数上下限，监督生成工艺台帐的过程，对装置进行考核；生产运行处负责及时调整生产方案，确定生产和调度计划对仪表位号的设定值；装置工艺员负责按规定及时完成工艺参数的修改和设置、发布和更改操作指令；装置班组操作班长负责按规定使用操作管理系统，监督操作管理的完成，并协助工艺员完成指令的发布执行；各操作人员按时填写偏差原因、班组日志文件等。

MES系统通过过程控制流程图将每套装置生产关键数据展示于流程图之上，为装置监控提供简洁明快的工具，利用实时数据库提供的计算工具，结合企业实际组态开发计算功能，提供实时的KPI和工艺参数计算，帮助各部门的管理人员实时监控KPI和重要工艺参数，及时作出不同生产装置、不同生产时段、不同工艺过程、不同产品的能源消耗、物料消耗、设备运行状况、产品质量状况等报告。

MES系统通过针对不同装置、数据位号来查询历史数据并生成工艺台帐，辅助对当前工艺状况进行差异分析，通过异常数据变化，激发员工思维灵感，寻找当前工艺条件下的工艺标准、生产规范、物料平衡、能源平衡、产品收率等较佳控制点，用准确的生产模型修正过程控制模型，提高装置控制能力。

MES系统通过选定*装置的工艺位号、质量位号进行统计分析，生成标准的正态分布图，标准偏差等统计分析图，辅助管理人员及时掌握生产过程有统计规律的变量性质，寻找不同组分、压力、温度等参数变化规律、联系、趋势、隐藏特征等，将连续性和非连续性、线性和非线性关系**融合，在众多变量中寻找事件的特征和关联，建立基于历史数据的比对分析，作出变化趋势图，有助于管理人员对装置运行情况做动态分析，使其达到较佳工况。既能改进当前生产控制和产品质量，又为监控装置安全运行同时为炼油企业未来管理、建立*系统做知识性积累。

面对炼油企业流程化生产环节相互关联，信息交换频繁，生产装置具有非线性和大时滞特点，MES系统每一个数据录入、每一项操作参数检查、修正，都给不同岗位管理人员、不同装置的操作人员留下较佳观测点、控制点的思考空间、应用空间，MES系统为不同岗位人员数据的获取、信息的转化、知识的运用、决策的形成提供了便捷的工具，将生产控制过程变得清晰、透明，以流程管理为主线的MES系统应用在引导员工学习掌握立足岗位、关注全局的思维方法，明确自己岗位职责的同时思考自己的所作所为对其他流程的影响，既有技术概念又有管理理念，对于剖析国际复杂组分，优化混炼比，强化细节管理、精细化生产，探索复杂工艺条件下“安、稳、长、满、优”、节能降耗、提高收率的方法、建立员工复合性知识结构规避生产管理风险，培养创新型人才提供了数字化管理平台

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