曾勇

摘 要：為了提高對(duì)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(shù)的智能車載終端。該終端的優(yōu)勢(shì)在于可以達(dá)到厘米級(jí)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(duì)頻繁變道和占道的車輛進(jìn)行精確定位、監(jiān)控和預(yù)警，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)導(dǎo)航技術(shù)難以達(dá)到的車道級(jí)監(jiān)控。經(jīng)過(guò)不斷地調(diào)試與試運(yùn)行，證明該終端可以實(shí)現(xiàn)高速公路分車道定位。

關(guān)鍵詞：RTK；智能終端；電子地圖；高精度

中圖分類號(hào)： P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(dǎo)航技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)等高新技術(shù)，將現(xiàn)代交通發(fā)展到了新的高度，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝載有智能終端的運(yùn)行車輛的動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理，并通過(guò)GIS平臺(tái)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的顯示車輛的運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行車輛的動(dòng)態(tài)定位跟蹤，監(jiān)控以及安全預(yù)警。本文采用了網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)[2]（RTK）實(shí)現(xiàn)車輛的厘米級(jí)定位，將高速公路分車道顯示于GIS地圖上的同時(shí)，車輛會(huì)以更精準(zhǔn)的定位方式高亮定位于各車道內(nèi)。

1 網(wǎng)絡(luò)RTK的基本原理

常規(guī)的RTK技術(shù)的基本思路是：在一定的距離范圍內(nèi)，假設(shè)電離層延遲、對(duì)流層延遲以及軌道誤差等多種誤差對(duì)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站的影響沒(méi)有任何差異，一般采用雙差組合的數(shù)學(xué)處理方法，通過(guò)該方法就可以很好地解決由于流動(dòng)站的各種誤差導(dǎo)致的觀測(cè)值精確度不高問(wèn)題，最后再進(jìn)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(shù)由于使用的數(shù)學(xué)處理模型比較簡(jiǎn)單，誤差的計(jì)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(luò)RTK可以較好的克服常規(guī)RTK現(xiàn)有的缺點(diǎn)與不足，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是適用于大范圍區(qū)內(nèi)的精準(zhǔn)定位，以及可以實(shí)時(shí)提供厘米級(jí)定位精度數(shù)據(jù)，除此之外網(wǎng)絡(luò)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(gè)基準(zhǔn)站的優(yōu)勢(shì)，按照其基本原理和方法，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)RTK。憑借誤差分離技術(shù)，廣域差分利用參數(shù)對(duì)各種主要誤差源進(jìn)行建模，針對(duì)BDS/GPS定位過(guò)程中的主要的偽距誤差，根據(jù)其誤差來(lái)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(jī)接收到這些來(lái)自廣域差分的改正數(shù)，對(duì)自身接收到的BDS/GPS偽距進(jìn)行誤差改正，利用改正后的偽距進(jìn)行導(dǎo)航定位，提高精度。與廣義差分播發(fā)單個(gè)的誤差源改正不同，局域差分定位系統(tǒng)播發(fā)觀測(cè)值改正，這種改正是綜合性的BDS/GPS改正。而B(niǎo)DS/GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)均與上述兩種差分系統(tǒng)不同，基于內(nèi)插法或者線性組合法，網(wǎng)絡(luò)RTK求得載波相位觀測(cè)值的改正數(shù)，在BDS/GPS高精度導(dǎo)航定位中，差分主要采用載波相位觀測(cè)值，所以網(wǎng)絡(luò)RTK不對(duì)偽距觀測(cè)值或者位置進(jìn)行改正。

2 網(wǎng)絡(luò)RTK的相關(guān)技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)

2.1 傳統(tǒng)導(dǎo)航定位技術(shù)的不足

傳統(tǒng)的智能車載終端平臺(tái)基本上都是采用GPS或是BDS單系統(tǒng)單點(diǎn)定位技術(shù)[3，4]對(duì)車輛進(jìn)行定位和跟蹤，而GPS或BDS單點(diǎn)定位由于是偽距絕對(duì)定位，因此定位誤差均為米級(jí)，在大氣條件差的地區(qū)甚至能達(dá)到±10m以上的誤差，這將導(dǎo)致難以清楚地將車輛顯示于高速公路的各車道內(nèi)（無(wú)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(jīng)難以滿足智能交通和高精度導(dǎo)航的要求。

通常情況下，RTK定位技術(shù)是滿足某類特殊項(xiàng)目需求的主要定位方法，可以為其提供實(shí)時(shí)厘米級(jí)的高精度動(dòng)態(tài)定位服務(wù)，然而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中或多或少的存在一些問(wèn)題[5]：①可靠性不高，基準(zhǔn)站雖然向各方向播發(fā)差分改正值，但是流動(dòng)站一般只接收一個(gè)基準(zhǔn)站播發(fā)的改正值，這樣會(huì)出現(xiàn)萬(wàn)一基準(zhǔn)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(cuò)誤的改正值，造成流動(dòng)站不能定位或者定位誤差大達(dá)不到項(xiàng)目需求。②覆蓋范圍小，由于RTK技術(shù)采用雙差模型進(jìn)行差分定位，流動(dòng)站需要接收基準(zhǔn)站播發(fā)來(lái)的差分改正值對(duì)自身的觀測(cè)值進(jìn)行差分改正，當(dāng)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距較小時(shí)（小于10km），星歷誤差、對(duì)流層延遲和電離層延遲等空間相關(guān)誤差較小，可以通過(guò)差分將其消除或削弱。但是當(dāng)兩站相距較遠(yuǎn)時(shí)，空間相關(guān)性變?nèi)?，流?dòng)站與基準(zhǔn)站的空間誤差失相關(guān)，所以RTK技術(shù)適用于短基線。③通信鏈路不暢，基準(zhǔn)站上一般裝載小功率無(wú)線電臺(tái)，這使得遠(yuǎn)距離的流動(dòng)站無(wú)法接收到基準(zhǔn)站播發(fā)的差分改正信息，或者能接收到微弱信號(hào)，但易丟包，無(wú)法完成實(shí)時(shí)定位。

2.2 網(wǎng)絡(luò)RTK的定位方法及優(yōu)勢(shì)

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位技術(shù)是以載波相位觀測(cè)值為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS技術(shù)，它是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破。同時(shí)目前現(xiàn)有的定位移動(dòng)設(shè)備雖然種類很多，但是其定位數(shù)據(jù)沒(méi)有進(jìn)行差分等處理，精度不高，接收模塊性能較差，因此本項(xiàng)目通過(guò)RTK技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛的厘米級(jí)定位，從而獲取智能車載終端所處地理位置的精準(zhǔn)定位坐標(biāo)。

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和數(shù)據(jù)鏈組成，建立無(wú)線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的保證，其原理是取點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，安置一臺(tái)接收機(jī)作為參考站，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，如圖1和圖2所示，本項(xiàng)目在蕪銅高速的無(wú)為南和銅陵北高速入口處裝置了基準(zhǔn)站。流動(dòng)站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù)，流動(dòng)站上的計(jì)算機(jī)（車載終端）根據(jù)相對(duì)定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測(cè)量精度。這樣用戶就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的行駛狀態(tài)，并在車載終端的GIS平臺(tái)上實(shí)時(shí)顯示出車輛在高速公路上各車道內(nèi)的的具體地理位置。

網(wǎng)絡(luò)RTK的優(yōu)勢(shì)一般包括以下幾個(gè)方面[6]：

①定位精度高，由于流動(dòng)站能接收多個(gè)基準(zhǔn)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(zhǔn)站出現(xiàn)故障，系統(tǒng)可以選擇接收其他

基準(zhǔn)站播發(fā)的差分改正值，進(jìn)而估計(jì)其空間相關(guān)誤差，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高精度定位，此外系統(tǒng)可以利用冗余信息對(duì)其他基準(zhǔn)站的觀察粗差進(jìn)行探測(cè)，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(luò)RTK，流動(dòng)站只要位于基準(zhǔn)站電臺(tái)播發(fā)信號(hào)范圍內(nèi)和GSM/GPRS/CDMA網(wǎng)信信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，就可以為用戶提供高精度定位服務(wù)；

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(hào)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(zhǔn)站電臺(tái)信號(hào)，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(dān)網(wǎng)絡(luò)RTK定位過(guò)程中大部分的數(shù)據(jù)計(jì)算，流動(dòng)站的接收機(jī)只需進(jìn)行少量的計(jì)算就可以實(shí)現(xiàn)高精度定位，這樣就為降低流動(dòng)站接收機(jī)的生產(chǎn)成本帶來(lái)契機(jī)。

3 利用網(wǎng)絡(luò)RTK提高終端的定位精度

蕪銅高速無(wú)為南至銅陵北段公路全長(zhǎng)約20km，設(shè)計(jì)時(shí)速為100km/h的全封閉、全立交、雙向六車道的高速公路。經(jīng)綜合考慮，在無(wú)為南和銅陵北高速入口處架設(shè)基準(zhǔn)站。

為了車輛行駛在公路上可以清楚的地示于哪個(gè)車道上，利用以往的定位手段是行不通的，因此使用網(wǎng)絡(luò)RTK定位方式提高定位精度是最科學(xué)也是最用的方法。如圖3所示，利用傳統(tǒng)的單點(diǎn)定位時(shí)，車輛定位精度達(dá)不到，分不清道路的車道，并且有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)定位數(shù)值偏差太大而偏離道路。而通過(guò)網(wǎng)絡(luò)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(nèi)。

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(xì)程度上還沒(méi)有達(dá)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(jí)精準(zhǔn)定位，本人實(shí)地測(cè)出了蕪銅高速無(wú)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(gè)車道。將實(shí)地測(cè)出的道路轉(zhuǎn)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(jí)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(yīng)用軟件道路界面圖

4 結(jié)束語(yǔ)

將網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)應(yīng)用于車輛導(dǎo)航中，能達(dá)到厘米級(jí)定位精度，配合高分辨率電子地圖，能對(duì)越界以及占道的車輛進(jìn)行精確定位、監(jiān)控和處理，即實(shí)現(xiàn)真正的車道級(jí)監(jiān)控，這是傳統(tǒng)導(dǎo)航定位技術(shù)所做不到的。實(shí)驗(yàn)證明：通過(guò)軟件硬件的多次聯(lián)調(diào)，以及網(wǎng)絡(luò)RTK基準(zhǔn)站與終端的試運(yùn)行，車輛可以很好的顯示于車道內(nèi)，基本上可以滿足項(xiàng)目前期要求。

參 考 文 獻(xiàn)

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