康婷婷，黃 艷，許 原，王亞軍，劉 圓

(1. 北京市計(jì)量檢測(cè)科學(xué)研究院，北京 100029； 2. 國家衛(wèi)星導(dǎo)航定位與授時(shí)產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試中心，北京 100029)

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RTK差分技術(shù)在網(wǎng)約車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)檢測(cè)中的應(yīng)用

康婷婷1,2，黃 艷1,2，許 原1,2，王亞軍1,2，劉 圓1,2

(1. 北京市計(jì)量檢測(cè)科學(xué)研究院，北京 100029； 2. 國家衛(wèi)星導(dǎo)航定位與授時(shí)產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試中心，北京 100029)

2013年以來，隨著打車軟件的流行，網(wǎng)絡(luò)約車不斷進(jìn)入人們的視野并活躍在全國各大城市。隨之而來的網(wǎng)絡(luò)約車軟件定位不準(zhǔn)、計(jì)程不準(zhǔn)而導(dǎo)致的客戶投訴也接踵而來。針對(duì)這些問題，本文提出了一套網(wǎng)絡(luò)約車計(jì)費(fèi)檢測(cè)方法，采用多模多頻RTK載波相位差分技術(shù)和慣性導(dǎo)航組合定位技術(shù)，使用基準(zhǔn)站+流動(dòng)站的RTK差分GNSS接收機(jī)、慣導(dǎo)模塊、高精度扼流圈導(dǎo)航天線及回放儀記錄汽車行駛過程中的信息，包括經(jīng)緯度、乘車時(shí)間、速度等，通過計(jì)算得出汽車行駛里程。通過與司機(jī)手機(jī)計(jì)費(fèi)結(jié)果進(jìn)行比較，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用載波相位差分技術(shù)和組合導(dǎo)航定位的技術(shù)可以有效解決定位失鎖、軌跡不連續(xù)等問題。

網(wǎng)絡(luò)約車；RTK；載波相位差分；慣性導(dǎo)航

出租車作為城市的形象窗口之一,一直以來備受關(guān)注。除去飽受詬病的車況臟亂差外,高峰期打車難,更是不少市民心頭揮之不去的陰影[1]。隨著互聯(lián)網(wǎng)及智能手機(jī)的普及，網(wǎng)絡(luò)預(yù)約出租汽車(以下簡(jiǎn)稱網(wǎng)約車)服務(wù)已經(jīng)滲入眾多城市，成為“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代生活的一大亮點(diǎn)[2]。網(wǎng)約車的原理與電話叫車服務(wù)類似，即乘客在手機(jī)中點(diǎn)擊“我要用車”，并發(fā)送一段語音告知司機(jī)自己想去的地方或輸入當(dāng)前具體的位置和要去的地方，用車信息會(huì)被傳送給離乘客較近的司機(jī)，司機(jī)可以在手機(jī)中一鍵搶應(yīng)。軟件根據(jù)手機(jī)GPS或其他定位模塊進(jìn)行定位和導(dǎo)航，并計(jì)算汽車行駛的里程及時(shí)間，最終得出打車費(fèi)用。

1 網(wǎng)約車計(jì)程問題現(xiàn)狀

1.1 手機(jī)定位不準(zhǔn)

手機(jī)定位服務(wù)也稱為基于位置的服務(wù)(location based service，LBS)，它是利用移動(dòng)運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及定位相關(guān)設(shè)備，獲取終端移動(dòng)用戶位置信息，并通過在網(wǎng)絡(luò)上的電子地圖平臺(tái)為終端用戶提供位置信息(經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù))服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù)[3-6]。這種定位技術(shù)基于移動(dòng)運(yùn)營商信號(hào)基站的定位，利用手機(jī)上的GPS定位模塊將自己的位置信號(hào)發(fā)送到定位后臺(tái)來實(shí)現(xiàn)手機(jī)定位，同時(shí)通過測(cè)算基站與手機(jī)的距離來確定手機(jī)的位置[7]。

如果手機(jī)離基站距離過遠(yuǎn)，地面增強(qiáng)效果就會(huì)很差，定位精度會(huì)大幅下降。內(nèi)置陀螺儀的手機(jī)，可以通過陀螺儀來增強(qiáng)精度，但是即使地面增強(qiáng)效果好，定位精度誤差也只能到5 m左右。而且一般的手機(jī)在定位過程中抵抗干擾的能力非常差，遇到橋梁、隧道或遭遇惡劣的天氣都會(huì)由于失鎖而導(dǎo)致位置信息出現(xiàn)偏差[8]。手機(jī)定位的精度將直接影響網(wǎng)約車計(jì)程的準(zhǔn)確性。

1.2 手機(jī)軟件內(nèi)置地圖數(shù)據(jù)不準(zhǔn)

國內(nèi)具有導(dǎo)航電子地圖生產(chǎn)資質(zhì)的公司數(shù)量從最初的一兩家發(fā)展到現(xiàn)在的幾十家[9]。目前幾家主流的網(wǎng)約車軟件所使用的地圖數(shù)據(jù)包括百度地圖、高德地圖及騰訊地圖。這些地圖廠商的數(shù)據(jù)精度并非完全一樣，甚至同一家地圖廠商的數(shù)據(jù)，在不同的位置精度也不一樣。

網(wǎng)約車在行駛過程中，若遇到橋梁、隧道等衛(wèi)星信號(hào)不好的地方，就會(huì)出現(xiàn)軌跡信息丟失現(xiàn)象，網(wǎng)約車軟件一般會(huì)將軌跡丟失前后兩個(gè)軌跡點(diǎn)制作成一條直線，并且與地圖上的道路進(jìn)行匹配。如果地圖數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，將會(huì)導(dǎo)致這條直線的長度出現(xiàn)很大誤差。圖1和圖2分別為在同一地點(diǎn)使用高德地圖和百度地圖定位的結(jié)果。

圖1 高德地圖定位結(jié)果

圖2 百度地圖定位結(jié)果

1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

由于網(wǎng)約車是一個(gè)新興事物，目前國內(nèi)外對(duì)于網(wǎng)約車計(jì)費(fèi)是否準(zhǔn)確的研究極其稀少。本文針對(duì)以上出現(xiàn)的計(jì)費(fèi)不準(zhǔn)的問題進(jìn)行了分析和試驗(yàn)，提出一種網(wǎng)約車計(jì)費(fèi)檢測(cè)方法，通過GNSS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)GPS/北斗雙模定位，并利用RTK差分相位載波技術(shù)來精確定位，保證3～5 m的動(dòng)態(tài)精度；同時(shí)根據(jù)網(wǎng)約車平臺(tái)公司的計(jì)費(fèi)原理設(shè)計(jì)并開發(fā)相應(yīng)的計(jì)費(fèi)軟件，與司機(jī)手機(jī)計(jì)算的費(fèi)用進(jìn)行比較，檢測(cè)其計(jì)費(fèi)是否準(zhǔn)確。

由表6可知，當(dāng)油炸時(shí)間為2 min時(shí)，牛肉丁的組織狀態(tài)干硬適中而且緊密，色澤具有牛肉丁應(yīng)有的棕紅色色澤，有彈性，口感軟硬合適，外焦內(nèi)嫩。但是，當(dāng)油炸時(shí)間低于2 min時(shí)，牛肉丁未能脫水徹底，色澤偏淺；當(dāng)油炸時(shí)間大于2.5 min時(shí)，太過干硬，色澤發(fā)深，并且油炸時(shí)間過長，風(fēng)味和營養(yǎng)成分等有所散失。因此，通過對(duì)油炸時(shí)間的單因素分析，得出最佳油炸時(shí)間為2 min。

2 硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)

2.1 網(wǎng)約車計(jì)費(fèi)檢測(cè)系統(tǒng)硬件框架

使用兩臺(tái)GNSS接收機(jī)，其中一臺(tái)作為流動(dòng)站，另一臺(tái)作為基準(zhǔn)站。流動(dòng)站接收機(jī)使用TNC接口連接線作為天線饋線，12 V直流電源供電。基準(zhǔn)站接收機(jī)使用相同方式連接天線與信號(hào)發(fā)射電臺(tái)，使用適配器供電。圖3為網(wǎng)約車計(jì)費(fèi)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)框架。

圖3 網(wǎng)約車計(jì)費(fèi)檢測(cè)硬件設(shè)計(jì)框架

在整體的硬件框架中，流動(dòng)站接收機(jī)和基準(zhǔn)站接收機(jī)是導(dǎo)航定位的核心硬件，如圖4、圖5所示?；鶞?zhǔn)站作為固定坐標(biāo)點(diǎn)，在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過信號(hào)發(fā)射電臺(tái)將信號(hào)發(fā)送給流動(dòng)站接收機(jī)。流動(dòng)站接收機(jī)通過全頻全系統(tǒng)天線接收衛(wèi)星信號(hào)，通過接收天線接收基準(zhǔn)站的電臺(tái)信號(hào)，將兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行差分處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星鐘差、對(duì)流層誤差等固定誤差的規(guī)避，提高裝置的定位精度。在供電上，由于接收機(jī)所需電量不大，流動(dòng)站只需要能提供12 V直流電的電瓶即可，同時(shí)使用接收機(jī)適配器連接，以實(shí)現(xiàn)流動(dòng)站的供電。在處理接收機(jī)所獲取的實(shí)時(shí)定位信息時(shí)，使用自設(shè)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。同時(shí)可以使用衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)存儲(chǔ)記錄儀對(duì)接收機(jī)所接收信息進(jìn)行還原，實(shí)現(xiàn)在Google Earth上描繪定位點(diǎn)，顯示實(shí)際行車軌跡。

圖4 基準(zhǔn)站接收機(jī)連接方式

圖5 流動(dòng)站接收機(jī)連接方式

2.2 軟件實(shí)現(xiàn)

軟件設(shè)計(jì)的目的是處理接收機(jī)接收到的數(shù)據(jù)，得到實(shí)際行車的軌跡信息和用于網(wǎng)約車車費(fèi)計(jì)算的里程信息及時(shí)間信息。圖6為軟件設(shè)計(jì)流程圖。

2.2.1 NMEA數(shù)據(jù)提取

接收機(jī)所接收的信息格式為NMEA格式，NMEA是美國國家海洋電子協(xié)會(huì)(National Marine Electronics Association)為統(tǒng)一海洋導(dǎo)航規(guī)范而制定的標(biāo)準(zhǔn)，該格式標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為國際通用的一種格式[10-11]。NMEA格式數(shù)據(jù)串的所有數(shù)據(jù)都采用ASCII文本字符表示，數(shù)據(jù)傳輸以“＄”開頭，后面是語句頭。NMEA已成為所有的GPS接收機(jī)最通用的數(shù)據(jù)輸出格式，同時(shí)也被用于與GPS接收機(jī)接口的大多數(shù)的軟件包里。NMEA中常用的即兼容性最廣的語句包括＄GPGGA、＄GPGSA、＄GPGSV、＄GPRMC、＄GPVTG、＄GPGLL等，本文所涉及的NMEA數(shù)據(jù)只涉及＄GPRMC。數(shù)據(jù)形式如圖7所示。

圖6 軟件設(shè)計(jì)框圖

圖7 NMEA格式部分RMC數(shù)據(jù)

2.2.2 低速時(shí)間計(jì)算

2.2.3 里程計(jì)算

通過RMC語句可以得出每一個(gè)實(shí)時(shí)定位點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，通過這些坐標(biāo)可以計(jì)算相鄰兩點(diǎn)的距離，將所有點(diǎn)的距離和相加，即可完成里程的計(jì)算，在得到實(shí)時(shí)經(jīng)緯度的情況下提取RMC數(shù)據(jù)中的地面航向角，即可完成基于電子地圖的行車軌跡的獲取。

由于地球是一個(gè)近乎標(biāo)準(zhǔn)的橢球體，赤道半徑為6 378.140 km，極半徑為6 356.755 km，平均半徑6 371.004 km。若假設(shè)地球是一個(gè)完美的球體，則球的半徑就是地球的平均半徑，記為R。如果以0°經(jīng)線為基準(zhǔn)，根據(jù)地球表面任意兩點(diǎn)的經(jīng)緯度就可以計(jì)算出這兩點(diǎn)間的地表距離(這里忽略地球表面地形對(duì)計(jì)算帶來的誤差，僅僅是理論上的估算值)[12-15]。

設(shè)第1點(diǎn)A的經(jīng)緯度為(LonA,LatA)，第2點(diǎn)B的經(jīng)緯度為(LonB,LatB)，按照0°經(jīng)線的基準(zhǔn)，東經(jīng)取經(jīng)度的正值(Longitude)，西經(jīng)取經(jīng)度負(fù)值(-Longitude)，北緯取90-緯度值(90-Latitude)，南緯取90+緯度值(90+Latitude)，則經(jīng)過上述處理的兩點(diǎn)計(jì)為(MLonA,MLatA)和(MLonB,MLatB)。根據(jù)三角推導(dǎo)，兩點(diǎn)之間的距離計(jì)算公式為

C=sin(MLatA)sin(MLatB)cos(MLonA-MlonB)+ cos(MLatA)cos(MLatB)

2.2.4 軟件運(yùn)行界面

按照以上算法將RMC數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)費(fèi)軟件，分別得出里程和時(shí)間的計(jì)算結(jié)果，選擇網(wǎng)約車類型，得出最終車費(fèi)。軟件運(yùn)行界面如圖8所示。

圖8 軟件運(yùn)行界面

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

以北京市計(jì)量院到中國計(jì)量院為例進(jìn)行說明，線路如圖9所示。

試驗(yàn)過程中會(huì)經(jīng)過和平西橋，由于在橋梁等地，接收機(jī)會(huì)出現(xiàn)失鎖的情況，這也是目前動(dòng)態(tài)定位都會(huì)遇到的問題。失鎖后，該處的定位信息就會(huì)缺失，因此本次試驗(yàn)使用了接收機(jī)自帶的慣導(dǎo)模塊，該模塊可以在失鎖情況下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，但是并不能持續(xù)太長時(shí)間。由于其頻率高于接收機(jī)的頻率，這樣能保證失鎖后的定位誤差不會(huì)對(duì)實(shí)際定位結(jié)果產(chǎn)生影響。圖10為接收機(jī)獲取的實(shí)時(shí)行車軌跡。

圖10 接收機(jī)獲取的實(shí)時(shí)行車軌跡

最后將手機(jī)計(jì)算結(jié)果與接收機(jī)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，見表1。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果，最終手機(jī)計(jì)算的里程是2.8 km，根據(jù)接收機(jī)接收的數(shù)據(jù)并依據(jù)里程算法計(jì)算出的結(jié)果為2.71 km；手機(jī)計(jì)算出的低速時(shí)間為4 min，通過篩選RMC數(shù)據(jù)所得出的低速時(shí)間為183 s，即3.05 min，所選的計(jì)費(fèi)模式均為舒適型網(wǎng)約車，最終手機(jī)軟件計(jì)費(fèi)結(jié)果為22.2元，計(jì)費(fèi)軟件計(jì)算的車費(fèi)為21.1元?？梢园l(fā)現(xiàn)，采用RTK差分技術(shù)獲取的里程和時(shí)間信息均比手機(jī)計(jì)算的里程和時(shí)間信息少。由于采用RTK差分技術(shù)，避免了衛(wèi)星信號(hào)失鎖帶來的定位誤差，提高了定位的準(zhǔn)確性，從而使得里程和時(shí)間計(jì)算更加準(zhǔn)確。

4 結(jié) 語

本文提出了一種用于網(wǎng)約車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)檢測(cè)的方法，運(yùn)用RTK差分技術(shù)，獲取了實(shí)際行車過程中的動(dòng)態(tài)軌跡信息，進(jìn)而計(jì)算得到里程和時(shí)間數(shù)據(jù)；通過計(jì)費(fèi)軟件得到計(jì)費(fèi)結(jié)果，并與手機(jī)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較。

通過試驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用多模多頻RTK載波相位差分技術(shù)和慣性導(dǎo)航組合定位技術(shù)， 能有效保證定位的準(zhǔn)確性、連續(xù)性、可靠性，避免由于衛(wèi)星信號(hào)失鎖導(dǎo)致定位不準(zhǔn)進(jìn)而引發(fā)計(jì)費(fèi)不準(zhǔn)的問題。該方法在計(jì)量領(lǐng)域是一種新的嘗試，具有較高的可行性和實(shí)用價(jià)值。

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Application of RTK in Testing for App-based Ride-hailing Billing System

KANG Tingting1,2，HUANG Yan1,2，XU Yuan1,2，WANG Yajun1,2，LIU Yuan1,2

(1. Beijing Institute of Metrology，Beijing 100029，China； 2. National Test Center for Navigating and Timing Industry of GNSS，Beijing 100029， China)

Since 2013，with the popularity of a taxi software，app-based ride-hailing continuously come into our vision and become active in major cities throughout the country.Subsequently, the customer complaints that positioning are not precise and the calculating mileage is not right. To solve these problems，this paper puts forward a test method of billing for app-based ride-hailing，using multi-mode, multi-frequency RTK GPS carrier phase differential technique and inertial navigation technique，using RTK differential GNSS receiver of base station and flow station，inertial navigation module，high precision of conjugate ring navigation antenna and playback apparatus to record the information such as latitude and longitude，journey time，speed and so on when the car in the process，then it calculates the mileage of the car.By comparing with the results of driver’s mobile phone，the results show that using carrier phase differential technique and inertial navigation technique can effectively solve the problem of positioning loss of lock，discontinuous of trajectory and so on.

app-based ride-hailing；RTK；carrier phase differential； inertial navigation

康婷婷，黃艷，許原，等.RTK差分技術(shù)在網(wǎng)約車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)檢測(cè)中的應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(7)：120-123.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0237.

2016-11-29

中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)(Z161100004516008)

康婷婷(1985—)，女，碩士，工程師，主要從事衛(wèi)星導(dǎo)航及電磁計(jì)量方面的工作。E-mail：kangtingting@bjjl.cn

P228;P208

A

0494-0911(2017)07-0120-04