□ 文/史貝娜

概述

衛(wèi)星定位系統(tǒng)的發(fā)展

目前，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷前所未有的四大轉(zhuǎn)變：從單一的GPS時(shí)代轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲龑?shí)質(zhì)性的多星座并存兼容的GNSS新時(shí)代，開創(chuàng)衛(wèi)星導(dǎo)航體系全球化和增強(qiáng)多?；男码A段；從以衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用主體轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄎ?、?dǎo)航及授時(shí)（PNT）與移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)等信息載體融合的新時(shí)期，開創(chuàng)信息融合化和產(chǎn)業(yè)一體化，以及應(yīng)用智能化的新階段；從經(jīng)銷應(yīng)用產(chǎn)品為主逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)營(yíng)服務(wù)為主的新局面，開創(chuàng)應(yīng)用大眾化和服務(wù)產(chǎn)業(yè)化，以及信息服務(wù)智能化的新階段；從室外導(dǎo)航定位為主轉(zhuǎn)變?yōu)槭覂?nèi)外無縫導(dǎo)航定位的新時(shí)空服務(wù)體系的新紀(jì)元，開創(chuàng)以衛(wèi)星導(dǎo)航為基石的多手段融合、天地一體化、服務(wù)泛在化和智能化的新階段。

我國(guó)國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十二五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的通知將導(dǎo)航定位及應(yīng)用列為重點(diǎn)發(fā)展方向，要求完善我國(guó)全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，提升衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化水平。2013-08，國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)信息消費(fèi)擴(kuò)大內(nèi)需的若干意見》中指出，加快推動(dòng)北斗導(dǎo)航核心技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，推動(dòng)BDS導(dǎo)航與移動(dòng)通信、地理信息、衛(wèi)星遙感、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等融合發(fā)展，支持位置信息服務(wù)(LBS)市場(chǎng)拓展。2013-09，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，勾劃出產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍(lán)圖,部署了基礎(chǔ)工程、創(chuàng)新工程、安全工程、大眾工程和國(guó)際化工程。提出落實(shí)5項(xiàng)保障措施：加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，形成發(fā)展合力；發(fā)布國(guó)家政策，推廣應(yīng)用服務(wù)；完善政策法規(guī)，優(yōu)化發(fā)展環(huán)境;加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，提升發(fā)展水平；加大公共投入，鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，同時(shí)規(guī)劃強(qiáng)調(diào)至2020年產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值達(dá)到4000億元的目標(biāo)。

衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在道路信息化的應(yīng)用

交通運(yùn)輸部《公路水路交通信息化“十二五”發(fā)展規(guī)劃》描述了交通運(yùn)輸信息化發(fā)展的藍(lán)圖，對(duì)公路水路交通安全應(yīng)急、出行服務(wù)等方面的信息化提出了建設(shè)任務(wù)。隨著聯(lián)網(wǎng)營(yíng)運(yùn)道路交通里程的不斷增加，營(yíng)運(yùn)管理覆蓋范圍的不斷擴(kuò)大，以及社會(huì)整體信息化的發(fā)展趨勢(shì)，道路交通對(duì)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)與服務(wù)智能化提出了新的、更高的需求。信息采集系統(tǒng)是整個(gè)信息化系統(tǒng)的前端組成部分，是指揮調(diào)度和公眾服務(wù)應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。信息采集系統(tǒng)包括路網(wǎng)層采集系統(tǒng)和路段層采集系統(tǒng)。路網(wǎng)層采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)直接上傳至聯(lián)網(wǎng)中心的路網(wǎng)數(shù)據(jù)中心。本文采用衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)采集全路網(wǎng)的信息，包括交通運(yùn)行數(shù)據(jù)、突發(fā)事件數(shù)據(jù)、路網(wǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)、應(yīng)急資源數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)行狀態(tài)、路網(wǎng)環(huán)境、資源等信息的全面感知，為路網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)處理、指揮調(diào)度和公眾服務(wù)的應(yīng)用提供充分的數(shù)據(jù)支撐。

衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

在《衛(wèi)星定位誤差數(shù)據(jù)采集與分析》一文中，作者構(gòu)建了一個(gè)GPS衛(wèi)星定點(diǎn)定位環(huán)境,采集了83天總共717萬個(gè)定點(diǎn)定位數(shù)據(jù)記錄。對(duì)相應(yīng)的定位經(jīng)緯度誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析處理，獲得GPS定位誤差的統(tǒng)計(jì)特性包括：平面定位誤差的均差、均方差；東西向(經(jīng)度方向)偏差的均差、均方差；南北向(緯度方向)偏差的均差、均方差。該文利用獲得的衛(wèi)星定點(diǎn)定位數(shù)據(jù)測(cè)算了定位誤差的概率分布，分析表明GPS定位誤差基本符合正態(tài)分布。同時(shí)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))以其高精度、全天候、全天時(shí)的特點(diǎn)，在定位、導(dǎo)航、測(cè)距、授時(shí)遙感等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，并得到了快速的發(fā)展。衛(wèi)星定位信息采集系統(tǒng)是利用衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，經(jīng)過交通模型的分析處理得到實(shí)時(shí)的平均車速、旅行時(shí)間等道路交通交通路況信息數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。它能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量“四度”：經(jīng)度、緯度、高度、速度，這四度恰好是道路交通車輛數(shù)據(jù)的重要組成部分，為道路交通車輛數(shù)據(jù)采集提供了重要的集成數(shù)據(jù)。

建設(shè)內(nèi)容

衛(wèi)星定位信息采集系統(tǒng)是從運(yùn)管局統(tǒng)一抓取標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)，對(duì)源數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、過濾和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，去除干擾數(shù)據(jù)和無用數(shù)據(jù)，處理生成每輛車的車輛軌跡數(shù)據(jù)，以此獲得行程速度、行程時(shí)間和里程等。該采集系統(tǒng)得到的路況信息將會(huì)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)中心所需的統(tǒng)一編碼格式，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和應(yīng)用。根據(jù)用戶需求，將交通信息通過不同方式提供給不同的用戶群體。系統(tǒng)包括前端數(shù)據(jù)獲取端、數(shù)據(jù)處理端及數(shù)據(jù)發(fā)布端（如圖1所示）。

▲圖1：衛(wèi)星定位信息采集系統(tǒng)構(gòu)成

前端數(shù)據(jù)獲取并按所需接口格式提供使用。數(shù)據(jù)處理端及數(shù)據(jù)發(fā)布端由專業(yè)技術(shù)廠商提供，將衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)處理成為基于路段實(shí)時(shí)路況信息，并轉(zhuǎn)發(fā)成為統(tǒng)一GIS編碼格式，發(fā)布至相應(yīng)位置。

系統(tǒng)架構(gòu)

▲圖2：衛(wèi)星定位信息采集系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)架構(gòu)圖說明如下：

運(yùn)管局為衛(wèi)星定位信息采集系統(tǒng)提供 “兩客一?！钡男l(wèi)星定位數(shù)據(jù)。

基于衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的信息采集系統(tǒng)的衛(wèi)星定位源數(shù)據(jù)服務(wù)器接收兩客一危的衛(wèi)星定位原始數(shù)據(jù)。

衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)預(yù)處理服務(wù)器對(duì)衛(wèi)星定位源數(shù)據(jù)服務(wù)器接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的預(yù)處理，為后續(xù)衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)處理提供數(shù)據(jù)接口。

基于衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的信息采集計(jì)算服務(wù)器從衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)預(yù)處理服務(wù)器的統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口獲取數(shù)據(jù)，并根據(jù)衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)信息采集處理模型進(jìn)行計(jì)算。

衛(wèi)星定位信息采集的交通數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

數(shù)據(jù)共享服務(wù)器把衛(wèi)星定位信息采集的交通數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)匯聚到路網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)主要功能

浮動(dòng)車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基礎(chǔ)功能方案。通過特定接口協(xié)議從浮動(dòng)車采集系統(tǒng)獲取省道路交通已安裝有衛(wèi)星定位設(shè)備的衛(wèi)星定位原始數(shù)據(jù)，例如“兩客一?！睌?shù)據(jù)。該基礎(chǔ)模塊子系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)匯總發(fā)布模塊、參數(shù)配置模塊、系統(tǒng)管理模塊、集群模塊等功能模塊。

數(shù)據(jù)接收模塊。是從衛(wèi)星定位原始數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，實(shí)現(xiàn)如下功能:

對(duì)衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,對(duì)于異常文件或記錄生成異常狀態(tài)報(bào)告,并報(bào)給移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商；

接收模塊需要支持對(duì)移動(dòng)提供的主/備節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取,當(dāng)主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常時(shí),可以自動(dòng)切換到備用主機(jī)獲取數(shù)據(jù)；

接收模塊同時(shí)也支持自身的高可用性，當(dāng)某個(gè)接收模塊出現(xiàn)問題時(shí)，可以自動(dòng)啟動(dòng)另一個(gè)接收進(jìn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。

數(shù)據(jù)計(jì)算模塊。是對(duì)源數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)如下功能：

支持負(fù)載均衡，當(dāng)需要處理的數(shù)據(jù)量贈(zèng)加的，只要?jiǎng)討B(tài)增加計(jì)算節(jié)點(diǎn)即可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算能力的擴(kuò)展；

支持主機(jī)的熱部署，支持動(dòng)態(tài)的主機(jī)增加和減少；

支持動(dòng)態(tài)故障隔離功能，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，該故障不會(huì)擴(kuò)散到其他節(jié)點(diǎn)；

要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算任務(wù)在60秒以內(nèi)完成。

數(shù)據(jù)匯總發(fā)布模塊。是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，并進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布工作。要求實(shí)現(xiàn)如下功能：

匯總節(jié)點(diǎn)支持高可用性集群，當(dāng)某一匯總節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)匯總節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)接管工作；

匯總節(jié)點(diǎn)要求具備對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)的能力，當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算模塊出現(xiàn)異常時(shí)，自動(dòng)剔出該節(jié)點(diǎn)；

數(shù)據(jù)匯總節(jié)點(diǎn)要求在各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘進(jìn)行同步；

數(shù)據(jù)匯總節(jié)點(diǎn)要求在90秒內(nèi)完成任務(wù)。

系統(tǒng)應(yīng)用展示

衛(wèi)星定位采集系統(tǒng)管理界面從為具體操作人員提供友好、簡(jiǎn)潔的操作界面角度出發(fā)；為技術(shù)支持人員提供一個(gè)具有可持續(xù)開發(fā)的系統(tǒng)環(huán)境，適用于相關(guān)人員進(jìn)行運(yùn)營(yíng)維護(hù)。衛(wèi)星定位信息采集系統(tǒng)應(yīng)用展示是從數(shù)據(jù)源及處理結(jié)果數(shù)據(jù)兩個(gè)層次進(jìn)行應(yīng)用展示。數(shù)據(jù)源的應(yīng)用展示將達(dá)到直觀、便捷、實(shí)時(shí)，可通過對(duì)此應(yīng)用展示的圖形及圖表界面快速便捷的判斷數(shù)據(jù)源特征、穩(wěn)定性及可能出現(xiàn)的問題判斷。結(jié)果數(shù)據(jù)展示可通過曲線、柱狀圖、路網(wǎng)狀態(tài)圖等手段直觀把握該數(shù)據(jù)結(jié)果下的路網(wǎng)運(yùn)行狀況。

總結(jié)

基于衛(wèi)星定位的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過向GPS車載終端運(yùn)營(yíng)商提供道路交通實(shí)時(shí)交通狀態(tài)信息，交通事件信息，交通管制信息，氣象信息等信息，由運(yùn)營(yíng)商向其裝載GPS終端的社會(huì)車輛提供實(shí)時(shí)的交通信息誘導(dǎo)服務(wù)。衛(wèi)星定位的數(shù)據(jù)采集方式由于其優(yōu)勢(shì)將在道路交通上信息采集越來越多應(yīng)用，公路交通及為公眾服務(wù)平臺(tái)所能提供的數(shù)據(jù)也會(huì)越來越豐富及精確。