交通运输北斗增强技术带来“位置革命”

文|中国交通通信信息中心 殷林 张炳琪

交通运输北斗增强项目面向北斗推广、增强系统建设和智慧交通发展需要，力求解决交通运输行业北斗升级应用的关键技术问题、标准问题和应用问题，提出适用于交通运输领域的卫星导航增强技术、增强系统架构，编制交通运输增强应用核心标准，开发北斗增强技术应用示范系统，为北斗增强系统建设和应用全面推广提供技术基础和应用基础。

架构北斗精度增强系统

该项目根据当前交通运输领域卫星导航增强技术现状和应用现状，采用需求分析、基础技术及标准研究、系统架构研究、应用研究的总体思路，开展研究工作。依托国家“863”课题“面向我国中东部地区的分米级相位增强运行服务系统研制与应用示范”，交通运输信息化技术研究课题“交通运输行业高精度卫星导航技术研究及应用示范”和北京市科技计划项目“基于北斗导航的隧道内行车状态综合监测系统研制”，主要开展卫星导航技术和位置信息应用研究，属地球观测与导航技术领域和智能交通领域。

技术方案示意图

技术路线图

在国家推动北斗应用和发展智慧交通的大背景下，针对当前卫星导航增强基础技术和应用技术不能满足交通运输领域需求的问题，面向国家“北斗地基增强系统”和行业“交通运输高精度位置服务中心”建设，项目创新性提出了交通运输北斗精度增强系统架构，提出了面向交通运输的增强信息播发格式，编制了国家和交通运输行业系列标准，并申请了RTCM104国际标准专用字段，满足大并发用户数、高可靠服务、短传输时间要求的交通运用需求。针对公路隧道存在卫星导航定位盲区，首次提出了复现式扩展定位技术，兼容现有营运车辆卫星导航监控终端。依托原创性基础技术成果，研究了面向水上应用的北斗精度增强技术，开发了专用终端和应用系统；研发了隧道内复现式扩展定位系统和基于位置信息的隧道安全监管系统；研发了基于分米级定位信息的营运车辆精细管理系统。该项目形成了1项国家标准、4项行业标准、4项发明专利，1项实用新型专利和6项软件著作权，发表10篇论文。

四大技术创新点

该项目面向交通运输行业位置信息应用领域，开展基础技术创新、集成应用创新，形成了四大技术创新点，为推动北斗系统交通运输领域升级应用和智慧交通发展起到了基础性作用。

根据增强系统建设发展思路和交通运输领域需求，首次提出精度增强、可用性增强、完好性增强融合的“高可靠、一体化”增强系统架构，提出由多个卫星导航接收机组成的，高可靠的核心基准站建设方案。解决了同类系统可靠性和功能不能满足交通应用需求的问题。全面支持智能驾驶车辆和营运车辆安全管理应用。

系统研究交通运输北斗增强应用涉及的增强信息数据格式、播发方式和位置数据共享方式，并编制了国家和行业标准。首次提出压缩式增强数据传输方式，并获得专用国际标准字段，解决了当前同类标准中数据传输量大，传输时间长，不适用于车辆船舶用户实时、动态定位的问题；首次提出基于FM数字广播播发增强信息协议，解决城市区域车辆低成本、大并发服务问题。编制形成了“差分全球卫星导航系统（DGNSS）技术要求”国家标准报批稿，“交通运输卫星导航增强应用系统”行业标准前4部分，为建设交通运输行业增强系统提供了标准基础。

首次提出了消除公路隧道卫星定位盲区的“复现式扩展定位”技术，开发了可兼容现有定位终端的多源信息融合隧道安全监控系统，解决了4000余座、总长万余公里的长大公路隧道中卫星定位不可用的难题，消除了500万辆重点营运车辆隧道内监控盲区，能够自动发现隧道内营运车辆停靠情况并发出预警，有效预防公路隧道包含“两客一危”车辆在内的营运车辆事故。

首次集成BDS、GPS和AIS研发了高精度终端设备，兼容VHF、FM和数传电台等通信方式；提出了通过高精度位置信息判断营运车辆4项主要危险驾驶行为的方法；开发了基于高精度位置的公路和内河航道安全管理系统，提高了监测营运车辆危险驾驶行为能力和内河船舶避碰能力，为发展智能交通，实现精细化车路协同和车辆船舶精细化安全管理提供了技术基础。

广泛应用于智慧交通项目

项目基于发明的“复现式扩展定位”技术，开发生产了隧道车辆安全管理系统。该系统进入2017年交通运输部科技成果推广目录，获得2017年“小谷围”交通运输创新大赛优胜奖，在北京市青龙桥隧道进行了应用示范，被广东省连英高速公路机电项目、江西省智慧公路示范工程、青海省智慧公路示范工程所采用。

项目开发的基于高精度定位和遥感技术的水上安全管理系统在上海达华测绘有限公司，长江口水文水资源勘测局、上海祥阳水利勘测设计有限公司三个单位进行了示范应用，并在长江口及黄浦江水域内进行了推广应用，在应用过程中，外业合率100%，效率提高15%，安全预警有效性100%，定位精度和通信保障能力相比AIS明显提高。

项目制定的1项国家标准和4项行业标准被4家国产北斗芯片企业、区域增强系统和国家增强系统工程采用，为未来交通运输北斗应用和智慧交通发展提供了技术基础。随着我国智慧交通的发展和该项目产品的进一步成熟完善，未来的市场前景广阔。

高精度内河航道实时导航监控与预警系统