曾勇

摘 要：為了提高對蕪銅高速公路上車輛的綜合管理水平，本研究提出了基于RTK定位技術的智能車載終端。該終端的優(yōu)勢在于可以達到厘米級別的定位精度，再者配合高分辨率的高速公路電子地圖，能對頻繁變道和占道的車輛進行精確定位、監(jiān)控和預警，實現(xiàn)了傳統(tǒng)導航技術難以達到的車道級監(jiān)控。經過不斷地調試與試運行，證明該終端可以實現(xiàn)高速公路分車道定位。

關鍵詞：RTK；智能終端；電子地圖；高精度

中圖分類號： P208 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）18-168-2

0 引言

智能車載終端[1]作為智能交通的重要組成部分，借助于全球定位導航技術、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術以及計算機數(shù)據(jù)處理技術等高新技術，將現(xiàn)代交通發(fā)展到了新的高度，實現(xiàn)對裝載有智能終端的運行車輛的動態(tài)監(jiān)控管理，并通過GIS平臺實時、準確的顯示車輛的運行狀態(tài)，并實現(xiàn)對運行車輛的動態(tài)定位跟蹤，監(jiān)控以及安全預警。本文采用了網(wǎng)絡實時動態(tài)定位技術[2]（RTK）實現(xiàn)車輛的厘米級定位，將高速公路分車道顯示于GIS地圖上的同時，車輛會以更精準的定位方式高亮定位于各車道內。

1 網(wǎng)絡RTK的基本原理

常規(guī)的RTK技術的基本思路是：在一定的距離范圍內，假設電離層延遲、對流層延遲以及軌道誤差等多種誤差對流動站與基準站的影響沒有任何差異，一般采用雙差組合的數(shù)學處理方法，通過該方法就可以很好地解決由于流動站的各種誤差導致的觀測值精確度不高問題，最后再進行整周模糊度的確定，得到RTK的固定解。因此，常規(guī)的RTK技術由于使用的數(shù)學處理模型比較簡單，誤差的計算與消除具有一定的局限性，因此其定位精度和作用范圍也就很有限。網(wǎng)絡RTK可以較好的克服常規(guī)RTK現(xiàn)有的缺點與不足，其最大的優(yōu)點就是適用于大范圍區(qū)內的精準定位，以及可以實時提供厘米級定位精度數(shù)據(jù)，除此之外網(wǎng)絡RTK的性能、可靠性、可行性等也較常規(guī)RTK有較大的提高。

基于廣域差分和局域差分，考慮到局域差分具有多個基準站的優(yōu)勢，按照其基本原理和方法，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡RTK。憑借誤差分離技術，廣域差分利用參數(shù)對各種主要誤差源進行建模，針對BDS/GPS定位過程中的主要的偽距誤差，根據(jù)其誤差來源，以改正數(shù)的形式分解為電離層誤差改正，衛(wèi)星鐘差改正和衛(wèi)星星歷誤差改正。接收機接收到這些來自廣域差分的改正數(shù)，對自身接收到的BDS/GPS偽距進行誤差改正，利用改正后的偽距進行導航定位，提高精度。與廣義差分播發(fā)單個的誤差源改正不同，局域差分定位系統(tǒng)播發(fā)觀測值改正，這種改正是綜合性的BDS/GPS改正。而BDS/GPS網(wǎng)絡RTK技術均與上述兩種差分系統(tǒng)不同，基于內插法或者線性組合法，網(wǎng)絡RTK求得載波相位觀測值的改正數(shù)，在BDS/GPS高精度導航定位中，差分主要采用載波相位觀測值，所以網(wǎng)絡RTK不對偽距觀測值或者位置進行改正。

2 網(wǎng)絡RTK的相關技術及其優(yōu)勢

2.1 傳統(tǒng)導航定位技術的不足

傳統(tǒng)的智能車載終端平臺基本上都是采用GPS或是BDS單系統(tǒng)單點定位技術[3，4]對車輛進行定位和跟蹤，而GPS或BDS單點定位由于是偽距絕對定位，因此定位誤差均為米級，在大氣條件差的地區(qū)甚至能達到±10m以上的誤差，這將導致難以清楚地將車輛顯示于高速公路的各車道內（無為南至銅陵北段高速為雙向六車道），而且由于定位誤差較大，目前已經難以滿足智能交通和高精度導航的要求。

通常情況下，RTK定位技術是滿足某類特殊項目需求的主要定位方法，可以為其提供實時厘米級的高精度動態(tài)定位服務，然而在實際運行過程中或多或少的存在一些問題[5]：①可靠性不高，基準站雖然向各方向播發(fā)差分改正值，但是流動站一般只接收一個基準站播發(fā)的改正值，這樣會出現(xiàn)萬一基準站由于某種原因出現(xiàn)故障，不能播發(fā)改正值或者播發(fā)錯誤的改正值，造成流動站不能定位或者定位誤差大達不到項目需求。②覆蓋范圍小，由于RTK技術采用雙差模型進行差分定位，流動站需要接收基準站播發(fā)來的差分改正值對自身的觀測值進行差分改正，當流動站與基準站相距較小時（小于10km），星歷誤差、對流層延遲和電離層延遲等空間相關誤差較小，可以通過差分將其消除或削弱。但是當兩站相距較遠時，空間相關性變弱，流動站與基準站的空間誤差失相關，所以RTK技術適用于短基線。③通信鏈路不暢，基準站上一般裝載小功率無線電臺，這使得遠距離的流動站無法接收到基準站播發(fā)的差分改正信息，或者能接收到微弱信號，但易丟包，無法完成實時定位。

2.2 網(wǎng)絡RTK的定位方法及優(yōu)勢

實時動態(tài)（RTK）定位技術是以載波相位觀測值為根據(jù)的實時差分GPS技術，它是GPS測量技術發(fā)展的一個新突破。同時目前現(xiàn)有的定位移動設備雖然種類很多，但是其定位數(shù)據(jù)沒有進行差分等處理，精度不高，接收模塊性能較差，因此本項目通過RTK技術實現(xiàn)車輛的厘米級定位，從而獲取智能車載終端所處地理位置的精準定位坐標。

實時動態(tài)定位（RTK）系統(tǒng)由基準站、流動站和數(shù)據(jù)鏈組成，建立無線數(shù)據(jù)通訊是實時動態(tài)測量的保證，其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點，安置一臺接收機作為參考站，對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，如圖1和圖2所示，本項目在蕪銅高速的無為南和銅陵北高速入口處裝置了基準站。流動站上的接收機在接收衛(wèi)星信號的同時，通過無線電傳輸設備接收基準站上的觀測數(shù)據(jù)，流動站上的計算機（車載終端）根據(jù)相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標和測量精度。這樣用戶就可以實時監(jiān)測車輛的行駛狀態(tài)，并在車載終端的GIS平臺上實時顯示出車輛在高速公路上各車道內的的具體地理位置。

網(wǎng)絡RTK的優(yōu)勢一般包括以下幾個方面[6]：

①定位精度高，由于流動站能接收多個基準站播發(fā)的差分改正值，因此具有較好的均勻性；

②更高的可靠性和可用性，若位于智能車載終端監(jiān)控管理中心系統(tǒng)的主基準站出現(xiàn)故障，系統(tǒng)可以選擇接收其他

基準站播發(fā)的差分改正值，進而估計其空間相關誤差，實現(xiàn)實時高精度定位，此外系統(tǒng)可以利用冗余信息對其他基準站的觀察粗差進行探測，有效地提高了RTK的可靠性和完好性[7，8]；

③更大的作用范圍，使用網(wǎng)絡RTK，流動站只要位于基準站電臺播發(fā)信號范圍內和GSM/GPRS/CDMA網(wǎng)信信號覆蓋的范圍內，就可以為用戶提供高精度定位服務；

④通暢的數(shù)據(jù)鏈路，這一方面主要是得益于GSM/GPRS/CDMA網(wǎng)的信號覆蓋范圍較為廣泛，并且擁有較大的數(shù)據(jù)

帶寬，相比基準站電臺信號，完全可以作為通信數(shù)據(jù)鏈的載體[9，10]；

⑤由于主控中心承擔網(wǎng)絡RTK定位過程中大部分的數(shù)據(jù)計算，流動站的接收機只需進行少量的計算就可以實現(xiàn)高精度定位，這樣就為降低流動站接收機的生產成本帶來契機。

3 利用網(wǎng)絡RTK提高終端的定位精度

蕪銅高速無為南至銅陵北段公路全長約20km，設計時速為100km/h的全封閉、全立交、雙向六車道的高速公路。經綜合考慮，在無為南和銅陵北高速入口處架設基準站。

為了車輛行駛在公路上可以清楚的地示于哪個車道上，利用以往的定位手段是行不通的，因此使用網(wǎng)絡RTK定位方式提高定位精度是最科學也是最用的方法。如圖3所示，利用傳統(tǒng)的單點定位時，車輛定位精度達不到，分不清道路的車道，并且有時也會出現(xiàn)定位數(shù)值偏差太大而偏離道路。而通過網(wǎng)絡RTK接收到的定位數(shù)據(jù)（圖4），可以將車輛清楚地顯示于道路的某一車道內。

由于現(xiàn)有的一些電子地圖（如谷歌、百度、高德等）在道路精細程度上還沒有達到可以顯示高速公路各車道的程度，為了可以更好地深入研究厘米級精準定位，本人實地測出了蕪銅高速無為南至銅陵北段約20公里的高速公路雙向六車道，如圖4所示，可以清晰地看出各個車道。將實地測出的道路轉換成SHP文件，由于精確度的要求，再利用ArcGIS軟件將該SHP文件制作成19級的TPK文件，加載到軟件中。如圖5所示，高速公路分車道顯示。

圖5 智能車載終端應用軟件道路界面圖

4 結束語

將網(wǎng)絡RTK技術應用于車輛導航中，能達到厘米級定位精度，配合高分辨率電子地圖，能對越界以及占道的車輛進行精確定位、監(jiān)控和處理，即實現(xiàn)真正的車道級監(jiān)控，這是傳統(tǒng)導航定位技術所做不到的。實驗證明：通過軟件硬件的多次聯(lián)調，以及網(wǎng)絡RTK基準站與終端的試運行，車輛可以很好的顯示于車道內，基本上可以滿足項目前期要求。

參 考 文 獻

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