基于北斗卫星定位的智能交通车辆管理系统

胡辉，胡松，蔡映雪，陈伽，尹辉，蔡昭权

（惠州学院，惠州 516007)

基于北斗卫星定位的智能交通车辆管理系统

胡辉，胡松，蔡映雪，陈伽，尹辉，蔡昭权

（惠州学院，惠州 516007)

北斗卫星定位技术是我国自主研发的卫星定位技术，其应用产品北斗卫星导航系统是同类型的美国GPS和俄罗斯GLONASS。北斗卫星定位技术是空间信息系统的核心技术，在地理测绘、水利、救灾等方面具有重大意义，并在北京奥运会及汶川抗震中起到关键作用。经过深入研究北斗卫星定位技术，提出一种基于北斗卫星定位技术的只能交通车辆管理系统实现方案，并对其关键技术及组成结构进行详尽的描述。

北斗卫星定位；空间信息系统；智能交通；车辆管理系统

0 引言

北斗卫星定位技术[1]是我国科学家根据社会经济发展的需要和基于国家国防安全角度的考虑开发出来的空间定位技术，并独立自主的完成了北斗卫星导航系统的研发及建设，自2000年以来已经陆续发射十几颗北斗卫星，逐步完善北斗卫星网络。随着北斗卫星导航系统的逐步完善，相关产品已经开始应用于交通运输、地理测绘、抗震救灾等多领域多行业，为国家空间信息的采集及应用提供了基础设施，同时也在自然灾害发生的时候为国家挽回了不菲的损失[2-3]。北斗卫星导航系统属于军民两用的全球性资源，目前尚处于高投入低使用率的瓶颈，如何深入挖掘其巨额投资背后的潜在价值就成为了当下北斗卫星定位技术推广过程中的重点和难点[4]。

本文提出的基于北斗卫星定位的只能交通车辆管理系统，将北斗卫星定位技术应用于智能交通领域的车辆管理系统，利用其定位功能为车辆提供实时导航服务，通过短报文通讯功能收集车辆运动状态数据，在此基础上实现全国范围内的智能交通大数据分析。

1 研究现状

美国军方早在1958年就开始了在卫星导航领域的探索，到1964年，初步建成卫星导航系统的雏形——“子午仪”卫星导航系统[5]，虽无法做到精确定位，但却为空间地理定位的科学实验积累了大量经验，也为后来的GPS卫星定位系统提供了研究方向。20世纪70年代，美国海陆空三军联合研发的GPS卫星定位系统获得成功，利用24颗GPS卫星实现卫星信号无死角覆盖地球表面，为美军舰船和飞行器提供动态的空间定位服务[6]。从此，人类在空间定位技术及空间信息收集领域迈出了最重要的一步。当前，GPS卫星定位系统是世界上应用最广泛的一种空间定位系统，涉及到科学实验、国防军事、民用导航等方面，主要为人们提供精确的地理位置定位和目标位置导航服务[7]。

我国出于避免国防安全受制于人的考虑，于上世纪末期开始加大投入研制独立自主的卫星定位系统，并最终将国产化卫星定位系统命名为北斗卫星导航系统。迈入21世界的十多年以来，陆续发射了十多颗北斗卫星，先后完成了北斗一代和北斗二代卫星网络的建设，到2012年，北斗卫星导航系统已面向亚太地区用户提供定位、测速、授时等服务[8]。北斗卫星导航系统下一阶段的目标是2020年前后完成35颗卫星网络，为“一带一路”沿线及周边国家提供基础服务。

2 关键技术

2.1 精确定位技术

随着我国高速交通的普及，车辆在道路上行驶的速度也越来越快，当时速达到120km/h或以上的时候，对车辆位置坐标的实时性获取就具有相当高的要求了。由于用户接收到的数据值包含有载波相位观测值，能够较为精确地反映伪距的变化，但整周的模糊度和周跳无法避免，因此需要对载波进行平滑，卡尔曼滤波法就是其中一种典型算法。

车辆的运动状态模型可表示为：

其中m为历元号，S为运动状态向量，δ为状态转移矩阵，K为噪声向量。若T为采样间隔，则有：

联合伪距可得：

结合公式（1）和（3）即可组成卡尔曼滤波系统。

2.2 数据结构化提取技术

车辆装有北斗卫星导航系统的接收器之后，能够从车辆的日常运行过程中获得大量的状态数据，这些数据为交通的智能分析提供了基础。由于数据的多样性及零散性，难以从海量的复杂数据中获取有用信息，因而需要在前期对采集到的数据进行数据的结构化提取。

以检测车流量为例，设同一路段每小时车流量为M，平均数为G，计算Mn与G的增量比Vn，则有：

设阈值P为相同车道数的道路车流增量比，若Vn大于P时判定该时间段为拥堵时间段，阈值P为实测经验值。

3 系统设计

基于北斗卫星定位的智能交通车辆管理系统主要利用适配北斗卫星导航系统的专用接收器接收车辆的地理位置等数据，通过记录、存储这些数据为数据分析提供原始材料，在经过数据分析技术的充分计算后，得到一系列结构化数据，便于进一步的信息提取，从而达到交通状况的智能化管控。

系统由以下关键模块组成：

（1）车辆日常管理模块。

车辆的日常管理模块主要负责接入智能交通车辆管理系统的车辆登记及定期检查等操作。在该模块中需实现车辆信息的录入、存储、查询等功能。

（2）卫星数据接收机。

卫星数据接收机负责实时的获取车辆当前的位置数据等信息，并将这些信息通过网络反馈到服务端，由服务端进行记录和存储，为数据信息的结构化提取以及交通智能化分析提供原材料。

（3）通讯模块。

通讯模块主要实时监听特定端口，保持服务端和卫星数据接收机的通讯连接状态，当有数据发到服务端时，第一时间接收数据并存入数据库。

（4）数据汇聚模块。

数据汇聚模块是从数据库中将同类型或相关联的多种类型的数据提取出来，通过特定的预设公式对数据进行结构化整理，并从中提取出有用的聚合信息，为智能化分析提供基础。

（5）数据分析模块。

数据分析模块需要将数据汇聚模块整理出来的有效信息以表格、图形等方式呈现出来，能够直观的表述交通车辆的实时状态变化，甚至更为深入的得出一些有用的结果或结论，有助于车辆单位、政府职能部门、广告商等单位或部门、公司对特定路段实施富有针对性的策略。

（6）系统管理模块。系统管理模块负责整个系统的参数设置、用户管理、权限管理、系统运营等，是系统的基础模块。

图1 智能交通车辆管理系统模块结构图

4 结语

出于推广北斗卫星导航系统的考虑，结合当前日渐成熟的北斗卫星定位技术，本文从智能交通和大数据分析的角度，提出了一种基于北斗卫星定位的智能交通车辆管理系统的实现方案，将北斗卫星定位技术应用于智能交通领域的车辆管理系统，利用其定位功能为车辆提供实时导航服务，通过短报文通讯功能收集车辆运动状态数据，在此基础上实现全国范围内的智能交通大数据分析。

[1]尹芳芳,沈昱明.北斗卫星/伪卫星组合定位关键技术研究[J].电子科技,2016,29(9):72-74.

[2]刘经南.北斗导航三系统及其作用[J].唯实:现代管理,2012(3):64.

[3]刘晋平.北斗一号民用运营中心在北斗系统民用应用中的作用[J].中国全球定位系统技术应用协会第八次年会,2010.

[4]三木.北斗导航:从技术价值到用户价值——徐港发起中国北斗车载民用市场发展论坛[J].音响改装技术,2013(7):76-77.

[5]郑东英.论数字化地形测量中GPS技术的应用[J].环球人文地理,2016(20).

[6]李校雯,付宇彤,丁家圣.浅谈全球卫星定位系统GPS发展[J].通讯世界,2016(13):69-69.

[7]张治宇.GPS应用与发展[J].新丝路,2016(14):144-144.

[8]贠敏.“一箭双星”加速组网北斗产业前景可期[J].卫星应用,2012(4):53-59.

Abstract：Beidou satellite positioning technology is China's independent research and development of satellite positioning technology,its application products Beidou satellite navigation system is the same type of US GPS and Russia GLONASS.Beidou satellite positioning technology is the core technology of spatial information system,in the geographical surveying,water conservancy,disaster relief and other aspects of great significance,and in the Beijing Olympic Games and Wenchuan earthquake played a key role.Based on the deep research of Beidou satellite positioning technology,puts forward a scheme of traffic vehicle management system based on Beidou satellite positioning technolo⁃gy,and describes the key technology and composition structure in detail.

Keywords：Beidou Satellite Positioning;Spatial Information System;Smart Transportation;Vehicle Management System

Intelligent Traffic Vehicle Management System Based on Beidou Satellite

HU Hui，HU Song，CAI Ying-xue，CHEN Jia，YIN Hui，CAI Zhao-quan
(Huizhou University,Huizhou 516007)

1007-1423（2017）25-0048-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.25.013

惠州市科技计划项目（No.2014B020004023、No.2015B010002002）、广东省普通高校青年创新人才类项目（No.2015B010002002）

胡辉（1979-），女，江苏盐城人，硕士，讲师，研究方向为计算机软件

胡松（1985-），女，河北秦皇岛人，硕士，讲师，研究方向为信息系统和信息管理

蔡映雪（1983-），女，广东汕尾人，本科，研究方向为计算机软件

陈伽（1979-），男，广东惠东人，硕士，研究方向为计算机软件和计算机网络

尹辉（1983-），男，广西桂林人，硕士，研究方向为3s应用

蔡昭权（1970-），男，广东陆丰人，硕士，教授，研究方向为计算机网络、智能计算、数据库

2017-07-11

2017-08-30