高精度車載定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與對(duì)策及對(duì)策

高精度車載定位系統(tǒng)目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第1章系統(tǒng)概述21.1系統(tǒng)建設(shè)背景21.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)4第2章高精度車載定位系統(tǒng)解決案52.1系統(tǒng)架構(gòu)5第3章實(shí)施本案需考慮要素10系統(tǒng)概述系統(tǒng)建設(shè)背景隨著信息化程度的提高及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，電子政務(wù)、電子商務(wù)、數(shù)字城市、數(shù)字省區(qū)和數(shù)字地球的工程化和現(xiàn)實(shí)化，需要采集多種實(shí)時(shí)地理空間數(shù)據(jù)，因此，中國(guó)發(fā)展CORS系統(tǒng)的緊迫性和必要性越來(lái)越突出。幾年來(lái)，國(guó)不同行業(yè)已經(jīng)陸續(xù)建立了一些專業(yè)性的衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，目前，為滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)信息化的需要，一大批城市、省區(qū)和行業(yè)正在籌劃建立類似的連續(xù)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，一個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)高潮正在到來(lái)。省市建立了我國(guó)第一個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（SZCORS），目前已開(kāi)始全面的測(cè)量應(yīng)用。全國(guó)部分省、市也已初步建成或正在建立類似的省、市級(jí)CORS系統(tǒng)，如：省、省、、XX、XX、、、、、、等。地震局建立的CDCORS，已經(jīng)運(yùn)行三年多，原本主要目標(biāo)是用來(lái)做監(jiān)控地區(qū)地震災(zāi)害，但是通過(guò)對(duì)其潛在功能的挖掘，在GPS測(cè)量面開(kāi)發(fā)利用，通過(guò)授權(quán)撥號(hào)登錄，對(duì)外開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)使用權(quán)，實(shí)現(xiàn)用戶GPS實(shí)時(shí)高精度差分定位，取得了一定的收益。建立CORS的必要性和意義“空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施”是信息社會(huì)、知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的必備的基礎(chǔ)設(shè)施。城市連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（CORS）是“空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施”最為重要的組成部分，可以獲取各類空間的位置、時(shí)間信息及其相關(guān)的動(dòng)態(tài)變化。通過(guò)建設(shè)若干永久性連續(xù)運(yùn)行的GPS基準(zhǔn)站，提供國(guó)際通用各式的基準(zhǔn)站站點(diǎn)坐標(biāo)和GPS測(cè)量數(shù)據(jù)，以滿足各類不同行業(yè)用戶對(duì)精度定位，快速和實(shí)時(shí)定位、導(dǎo)航的要求，及時(shí)地滿足城市規(guī)劃、國(guó)土測(cè)繪、地籍管理、城鄉(xiāng)建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)、交通監(jiān)控，礦山測(cè)量等多種現(xiàn)代化信息化管理的社會(huì)要求。建立CORS的必要性和意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)面：1、CORS的建立可以大大提高測(cè)繪精度、速度與效率,降低測(cè)繪勞動(dòng)強(qiáng)度和成本,省去測(cè)量標(biāo)志保護(hù)與修復(fù)的費(fèi)用,節(jié)省各項(xiàng)測(cè)繪工程實(shí)施過(guò)程中約30%的控制測(cè)量費(fèi)用。由于城市建設(shè)速度加快，對(duì)GPS-C、D、E級(jí)控制點(diǎn)破壞較大，一般在5-8年需重新布設(shè)，至于在路面的圖根控制更不用說(shuō)，一二年就基本沒(méi)有了，各測(cè)繪單位不是花大量的人力重新布設(shè)，就是仍以支站式，這不但保證不了精度，還造成了人力物力財(cái)力的大量浪費(fèi)。隨著CORS基站的建設(shè)和連續(xù)運(yùn)行，就形成了一個(gè)以永久基站為控制點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。所以，可以利用已建成的CORS系統(tǒng)對(duì)外開(kāi)發(fā)使用，收取一定的費(fèi)用，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)各地的投入和實(shí)際情況制定，當(dāng)然這一點(diǎn)上更多的是社會(huì)效益。2、CORS的建立，可以對(duì)工程建設(shè)進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效、長(zhǎng)期的變形監(jiān)測(cè),對(duì)災(zāi)害進(jìn)行快速預(yù)報(bào)。CORS項(xiàng)目完成將為城市諸多領(lǐng)域如氣象、車船導(dǎo)航定位、物體跟蹤、公安消防、測(cè)繪、GIS應(yīng)用等提供精度達(dá)厘米級(jí)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)GPS定位服務(wù),將極加快該城市基礎(chǔ)地理信息的建設(shè)。3、CORS將是城市信息化的重要組成部份,并由此建立起城市空間基礎(chǔ)設(shè)施的三維、動(dòng)態(tài)、地心坐標(biāo)參考框架,從而從實(shí)時(shí)的空間位置信息面上實(shí)現(xiàn)城市真正的數(shù)字化。CORS建成能使更多的部門(mén)和更多的人使用GPS高精度服務(wù),它必將在城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮重要作用。由此帶給城市巨大社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益是不可估量的,它將為城市進(jìn)一步提供良好的建設(shè)和投資環(huán)境。4、南CORS發(fā)展情況當(dāng)前國(guó)不同行業(yè)建設(shè)的CORS系統(tǒng)基本上還是獨(dú)立運(yùn)行的，很多單位的數(shù)據(jù)只在本單位甚至是本部門(mén)共享和利用。目前國(guó)市場(chǎng)上的CORS建站案動(dòng)則百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)的資金投入，相對(duì)于那些對(duì)CORS只停留在小規(guī)模的應(yīng)用的單位而言就顯得投入與產(chǎn)出太過(guò)于失衡，導(dǎo)致多行業(yè)與單位只能對(duì)CORS系統(tǒng)望而怯步。在當(dāng)前技術(shù)水平和市場(chǎng)可供產(chǎn)品條件下，根據(jù)本部門(mén)實(shí)際情況，從提高投資效益角度出發(fā)，選擇單基站CORS系統(tǒng)是比較適合一些地級(jí)市、縣測(cè)繪部門(mén)的一個(gè)優(yōu)選案。區(qū)別于測(cè)繪部門(mén)主導(dǎo)的CORS網(wǎng)，一些特色行業(yè)和部門(mén)根據(jù)實(shí)際情況，自建RTK基準(zhǔn)站，比如駕校、礦區(qū)等。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于使用了GPS的載波相位觀測(cè)量，并利用了參考站和移動(dòng)站之間觀測(cè)誤差的空間相關(guān)性，通過(guò)差分的式除去移動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)中的大部分誤差，從而實(shí)現(xiàn)高精度(分米甚至厘米級(jí))的定位。RTK技術(shù)在應(yīng)用中遇到的最大問(wèn)題就是參考站校正數(shù)據(jù)的有效作用距離。GPS誤差的空間相關(guān)性隨參考站和移動(dòng)站距離的增加而逐漸失去線性，因此在較長(zhǎng)距離下(單頻>10km，雙頻>30km)，經(jīng)過(guò)差分處理后的用戶數(shù)據(jù)仍然含有很大的觀測(cè)誤差，從而導(dǎo)致定位精度的降低和無(wú)法解算載波相位的整模糊。所以，為了保證得到滿意的定位精度，傳統(tǒng)的單機(jī)RTK的作業(yè)距離都非常有限。為了克服傳統(tǒng)RTK技術(shù)的缺陷，在20世紀(jì)90年代中期，人們提出了網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)中，線性衰減的單點(diǎn)GPS誤差模型被區(qū)域型的GPS網(wǎng)絡(luò)誤差模型所取代，即用多個(gè)參考站組成的GPS網(wǎng)絡(luò)來(lái)估計(jì)一個(gè)地區(qū)的GPS誤差模型，并為網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)的用戶提供校正數(shù)據(jù)。而用戶收到的也不是某個(gè)實(shí)際參考站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，而是一個(gè)虛擬參考站的數(shù)據(jù)，和距離自己位置較近的某個(gè)參考網(wǎng)格的校正數(shù)據(jù)，因此網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)又被稱為虛擬參考站技術(shù)(VirtualReference基準(zhǔn)站連續(xù)不間斷的觀測(cè)GPS的衛(wèi)星信號(hào)獲取該地區(qū)和該時(shí)間段的“局域精密星歷”及其他改正參數(shù)，按照用戶要求把靜態(tài)數(shù)據(jù)打包存儲(chǔ)并把基準(zhǔn)站的衛(wèi)星信息送往服務(wù)器上Eagle軟件的指定位置。移動(dòng)站用戶接收定位衛(wèi)星傳來(lái)的信號(hào)，并解算出地理位置坐標(biāo)。移動(dòng)站用戶的數(shù)據(jù)通訊模塊通過(guò)局域網(wǎng)從服務(wù)器的指定位置獲取基準(zhǔn)站提供的差分信息后輸入用戶單元GPS進(jìn)行差分解算。移動(dòng)站用戶在野外完成靜態(tài)測(cè)量后，可以從基準(zhǔn)站軟件下載同步時(shí)間的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行基線聯(lián)合解算系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)高精度車載定位系統(tǒng)，通過(guò)借助測(cè)繪部門(mén)的CORS網(wǎng)絡(luò)或自建CORS基站、配合高精度車載定位終端和系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在預(yù)定圍的高精度定位。停車場(chǎng)應(yīng)用根據(jù)裝在汽車上的高精度定位終端以及標(biāo)定好的停車位位置進(jìn)行車輛停車入位的判斷；公交車應(yīng)用公交行車車道判斷；港口水務(wù)應(yīng)用；礦區(qū)車輛應(yīng)用；其他需要進(jìn)行高精度定位的領(lǐng)域；同時(shí)，基于單基站，實(shí)現(xiàn)如下圍的定位精度；距離水平精度高程精度20KM以10mm+1ppm20mm+1ppm20KM－40KM20mm+1ppm40mm+1ppm40KM－50KM50mm+1ppm80mm+1ppm50KM－100KM亞米級(jí)亞米級(jí)高精度車載定位系統(tǒng)解決案系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)圖圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s11系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖高精度定位系統(tǒng)（高精度差分定位）由一個(gè)或若干個(gè)固定的、連續(xù)運(yùn)行的CORS參考站，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN／WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)精確定位作業(yè)車輛并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩艚K端。高精度GPS定位系統(tǒng)包含設(shè)備端、通訊端、互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)器和監(jiān)控終端?！ぴO(shè)備端：設(shè)備端主要包括GPS終端、GPS基準(zhǔn)站和手機(jī)終端，其中GPS設(shè)備終端主要是管理車輛；GPS基準(zhǔn)站是查看衛(wèi)星狀態(tài)、存儲(chǔ)靜態(tài)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)向Internet發(fā)送差分信息以及監(jiān)控移動(dòng)站作業(yè)情況；手機(jī)終端主要是進(jìn)行信息采集和人員管理?！ねㄓ嵍耍和ㄟ^(guò)設(shè)備gsm/cdma模塊使用移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)向外發(fā)送數(shù)據(jù)，已置設(shè)備無(wú)需購(gòu)買?！せヂ?lián)網(wǎng)：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線接入點(diǎn)進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)傳遞到服務(wù)器?！し?wù)器：包括防火墻、網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)，使用固定IP和端口接受數(shù)據(jù)?！けO(jiān)控端；通過(guò)連接互聯(lián)網(wǎng)的pc端從服務(wù)器上獲取數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)原則高精度差分定位系統(tǒng)需要精密的設(shè)計(jì)思想。因?yàn)樵谔厥鈭?chǎng)合的復(fù)雜環(huán)境下，系統(tǒng)能達(dá)到最佳的穩(wěn)定性和精確度，rtk技術(shù)能使系統(tǒng)大量運(yùn)用于動(dòng)態(tài)高精度定位領(lǐng)域。1.經(jīng)濟(jì)性高精度差分定位系統(tǒng)作為一個(gè)強(qiáng)大的綜合系統(tǒng)，由各種不同軟硬件系統(tǒng)和各種不同的應(yīng)用功能模塊組成。因此，整個(gè)系統(tǒng)除了具有完善的軟件體系結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)的部模塊接口，還需要滿足各種數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)的靈活配置，提供不同類型信息查詢、數(shù)據(jù)分析功能，并可以通過(guò)工作門(mén)戶視圖和權(quán)限管理設(shè)定不同角色視圖，不僅可以給不同角色提供不同信息，也可以靈活便的進(jìn)行信息安全控制。降低系統(tǒng)成本，為企業(yè)持續(xù)發(fā)展提供效益最大化。2.可靠性高精度GPS定位系統(tǒng)應(yīng)采用高可用性結(jié)構(gòu)、容錯(cuò)結(jié)構(gòu)或其他可靠性技術(shù)。系統(tǒng)主要設(shè)備（如服務(wù)器等）必需具備冗余備份、容災(zāi)防御、按需切換功能。支持對(duì)系統(tǒng)自身故障的管理能力，具有自我診斷和故障定位等功能。以及，數(shù)據(jù)采集機(jī)應(yīng)該具有可靠的重傳機(jī)制，防止由于系統(tǒng)當(dāng)機(jī)影響數(shù)據(jù)的及時(shí)更新。另外，高精度GPS定位系統(tǒng)需要支持各項(xiàng)系統(tǒng)運(yùn)行安全性指標(biāo)，包括系統(tǒng)信息安全性，用戶信息安全性和系統(tǒng)軟件安全性等。3.快速反應(yīng)在停車場(chǎng)應(yīng)用中，必須能夠?qū)崿F(xiàn)快速的定位，并上傳至平臺(tái)。平臺(tái)將信息下發(fā)至用戶手機(jī)實(shí)現(xiàn)支付等功能。在港口應(yīng)用中，遇到問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)能幫助調(diào)度員在最快時(shí)間通知各相應(yīng)崗位，避免使碼頭運(yùn)輸工作被迫停止和堆積堵塞等事故，造成港口的重?fù)p失。系統(tǒng)硬件高精度車載定位終端1、接線型優(yōu)勢(shì)：外接天線，信號(hào)穩(wěn)定，適合于需要精準(zhǔn)定位又可以接線的場(chǎng)合；2、OBD型優(yōu)勢(shì)：免接線，容易安裝。但是定位精度相對(duì)于接線型有所降低。（二）GPS基準(zhǔn)站系統(tǒng)軟件（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成（二）服務(wù)器部署根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則規(guī)定，高精度GPS定位系統(tǒng)平臺(tái)采用多層架構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)界面表現(xiàn)與業(yè)務(wù)邏輯分離，采集系統(tǒng)獨(dú)立的構(gòu)件式，通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)總線連接所有的應(yīng)用服務(wù)程序，并提供安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，保障實(shí)施數(shù)據(jù)的上送顯示。系統(tǒng)軟件架構(gòu)分為數(shù)據(jù)獲取層、數(shù)據(jù)服務(wù)層和呈現(xiàn)平臺(tái)層三層架構(gòu)，并結(jié)合不同使用人員的需求，靈活進(jìn)行功能和權(quán)限的定制管理。數(shù)據(jù)獲取層為系統(tǒng)接口平臺(tái)：主要功能是負(fù)責(zé)和需要接入的系統(tǒng)連接，根據(jù)相關(guān)系統(tǒng)接口模型，實(shí)現(xiàn)和相應(yīng)系統(tǒng)的交互，系統(tǒng)可支持文本文件、數(shù)據(jù)庫(kù)中間表、Socket、ASCII、CORBXML等多種接口模式。數(shù)據(jù)服務(wù)層為系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)：主要功能是提供對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)和應(yīng)用等的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的合理性和規(guī)性，減少數(shù)據(jù)在系統(tǒng)引用過(guò)程中的差錯(cuò)率，