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          RTK GPS定位技術在駕駛員道路考試中的應用

          作者: 時間:2012-09-12 來源:網(wǎng)絡 收藏

           0 引 言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/153943.htm

            隨著社會進步,機動車保有量越來越多,汽車成了普通人的代步工具,參加培訓、準備拿駕照的人越來越多,為規(guī)范培訓,有必要研制開發(fā)一種能對的駕駛技能和安全意識進行科學、規(guī)范測試的自動化考評系統(tǒng)。

            現(xiàn)在,駕駛員拿駕照前要通過實際駕駛技能(科目三),即駕駛員在時要駕駛考車在3~5km的實際上完成上車準備、起步、直線行駛、變更車道、通過路口、通過人行橫道線、學校區(qū)域、通過公共汽車站、會車、超車、靠邊停車、掉頭、夜間行駛和綜合評判共計14個考試項目,其中需要檢測考車相對于邊緣線、道路中間線、路口停車線、車道分割線的距離,以及檢測直線行駛、掉頭等考試項目是否合格。

            本文研制的一種駕駛員實際道路駕駛技能自動化考試系統(tǒng)采用 ,能對考車在實際道路上的位置進行動態(tài)和測距,其精度可以達到厘米級,很好地滿足了系統(tǒng)對考車和測距的高精度要求。

            1 載波相位實時動態(tài)差分)定位原理

            采用 定位對考試車輛在道路上的位置進行動態(tài)定位,其系統(tǒng)組成通常包括三部分:基準站,移動站(考車)和通信單元?;鶞收就ǔTO置在考試道路附近的建筑物上或路邊立桿上,移動站安裝在考試車輛上,通信單元用于實現(xiàn)基準站和移動站之間的數(shù)據(jù)通信,如圖1所示?;鶞收緦崟r接收衛(wèi)星信號,其偽距的載波相位觀測量見公式(1),并將觀測量以廣播的形式發(fā)送出去;移動站(考車)實時接收GPS衛(wèi)星信號,其偽距的載波相位觀測量見公式(2),同時接收基準站發(fā)送的載波相位數(shù)據(jù),進行組差解算,其偽距觀測方程見公式(3),通過計算得到厘米級的考車定位坐標。

            式中:Nir,o,Nip,o是整周模糊數(shù);Ni r,Nip是從初始歷元開始至觀測歷元間的相位整周累積數(shù);Φi rip是測量相位的小數(shù)部分;λ是載波波長,L1載波波長是19cm,L2載波波長是24cm.

          圖1 原理組成

          圖1 原理組成

            式中:Δ-ρ是同一觀測歷元的各項殘差之和。

            在使用RTK GPS定位技術對考車位置進行精確測量時,整周模糊數(shù)的正確求解是獲得高精度考車定位位置的必要條件。求解整周模糊數(shù)采用整數(shù)最小二乘理論,即首先利用最小二乘法求出浮點解,再通過快速搜索算法在整數(shù)約束條件下求出整周模糊數(shù),最后得到固定解。在本道路考試系統(tǒng)研制時,為了實現(xiàn)對考車行駛過程中的實時定位,采用組合波寬巷處理技術對整周模糊數(shù)求解,工作時采用雙頻GPS接收機,利用常規(guī)碼載波相位差分測量,得到一個整周模糊度的近似估值,然后對偽距噪聲及多路徑效應進行平滑,減少整周數(shù)的搜索個數(shù),最后根據(jù)雙頻信號,通過兩種波長(巷寬)的線性組合,可以得到一個寬巷的巷寬。

            GPS的二個載波信號:f1=1 575.42 MHz,波長λ1=19cm;f2=1 227.60MHz,波長λ2=24cm,通過公式(4)的計算得到一個寬巷波長λ 寬為86cm 的巷寬。

            寬巷的波長比單頻的波長大4倍,利用寬巷極易在估值范圍內求出巷寬的整周模糊數(shù),再利用f1和寬巷參數(shù)間的線性關系求出f1和整周模糊數(shù)。該方法求解速度快,一般只需要幾秒到十幾秒就可以快速求解出整周模糊數(shù)。在本道路考試系統(tǒng)中,考車行駛時受樹木、建筑物、橋梁和山峰等障礙物影響會出現(xiàn)周跳誤差,導致定位精度變差,考車駛出遮擋物的影響區(qū)域后,在不到10s的時間內就可以消除周跳誤差恢復到精確定位。

            RTK GPS定位系統(tǒng)工作時,基準站需要把觀測得到的載波相位信息實時傳送到考車上的移動站,為保證考車定位信息的高精度,要求數(shù)據(jù)傳送的誤碼率小于10-7,差分信息的更新時間不高于10s,這對基準站和考車之間的無線通信單元提出了較高的要求。

            本道路自動化考試系統(tǒng)研制時,利用滿足IEEE 802.11a/b/g協(xié)議要求的無線基站端、無線客戶端設備(AP)組建一個能在控制中心(基準站)和考車(移動站)之間實現(xiàn)音頻、視頻、數(shù)據(jù)通信的無線局域網(wǎng)來傳送基準站觀測的載波信息到移動站,很好地滿足了RTK GPS定位系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)鏈通信的要求;該通信單元也可以利用中國聯(lián)通、中國電信提供的3G業(yè)務平臺組建一個虛擬專網(wǎng)(VPN)來實現(xiàn)。

          2 在駕駛人道路考試中的

          如此,考車P 到交通標線間的距離可以通過公式(6)計算得出,進而判斷考車在道路上是否按交規(guī)正確行駛和停車,圖4給出了考車在道路上靠邊停車項目考試時的檢測軟件流程圖。

            式中:δ1 =A1xi+B1yi+C1zi+D1,δ2 =A2xi+B2yi+C2zi+D2,n1 = {A1,B1,C1},n2 = {A2,B2,C2}.

            在檢測考車與路邊緣線之間的距離時,實際上檢測考車右前端和右后端離路邊緣線的距離,取其大者作為考車與路邊緣線間的距離。此外,為減少計算量,通常在非道路立交處,考車與道路標線換算為二維平面坐標進行處理。

          圖4 檢測

          圖4 檢測靠邊停車項目考試軟件流程。

            3 結 語。

            RTK GPS定位技術為駕駛人道路考試時對考車位置的高精度、實時測量提供了很好的解決方案,在公安部規(guī)定的100項道路考試檢測項目中,利用RTKGPS定位技術實現(xiàn)的自動檢測項目達到35項,大大提高了整個考試系統(tǒng)的自動化考試程度,且保證了考試要求的檢測精度和實時性要求。

            采用RTK GPS定位技術研制成功的道路駕駛技能(科目三)考試系統(tǒng)減少了考試過程中人為因素對考試結果的影響,提高了道路考試評判的準確性、客觀性和公正性,體現(xiàn)了考試過程的公正、公平、公開,對提高駕駛員的綜合駕駛素質、減少道路交通事故起到了積極的推動作用;同時,道路自動化考試系統(tǒng)的使用實現(xiàn)了考試過程的自動評判和考試管理的計算機化、網(wǎng)絡化,極大地解放了警力,實現(xiàn)了科技強警。

            在道路考試中需要準確檢測出駕駛人駕駛的考車與道路上其他考車、路邊物體、道路邊緣線、道路中間線、路口停車線、車道分界線等之間的距離,以此判斷考車在行駛時是否與其他車輛、物體保持適當?shù)陌踩嚯x,是否把考車停在指定區(qū)域;如此,要先確定考試區(qū)域的參考坐標和相關的地理信息數(shù)據(jù)。

            2.1 道路考試區(qū)域坐標系的建立

            以RTK GPS基準站(天線)位置作為三維坐標系的原點,東西向、南北向和高度分別作為x,y,z 軸,如圖2所示,把考試區(qū)域半徑(3~5km)內的道路信息、標志標線信息、路邊物體信息通過精確測繪得到其坐標,或用相關的直線方程式表示,道路上的曲線用折線來近似代替。

          圖2 道路考試區(qū)域坐標系

          圖2 道路考試區(qū)域坐標系。

            2.2 考車之間距離的檢測

            考車甲在道路上考試,其位置可以通過RTK GPS定位系統(tǒng)實時獲得,假設為P(Xi,Yi,Zi),另一在道路上考試的考車乙的位置實時檢測為Q(Xj,Yj,Zj),考車乙的位置經(jīng)考試系統(tǒng)中的通信單元傳送到考車甲,則二車之間的距離D 通過公式(5)可以計算出:

            實際上,考車是用一個立方體來近似模擬的,并投影到大地平面作為一個長方形來處理。RTK GPS定位系統(tǒng)得到的是安裝在考車車頂GPS天線的坐標,對于確定的車型可以進一步推導出考車右前端(Xjrf,Yjrf,Zjrf)、右后端(Xjrb,Yjrb,Zjrb)、左前端(Xjlf,Yjlf,Zjlf)、左后端(Xjlb,Yjlb,Zjlb)四個點的坐標;考試時,若二車同向行駛,檢測其前后端點之間的距離;若超車,檢測超車考車右前端點與被超考車左后端點之間的距離;若二車相向行使,會車時檢測二車左前端點之間的距離;圖3給出了二車交會時的檢測軟件流程圖。

            2.3 考車與道路標線間的距離測量

            考車在道路上考試,其與道路上各種交通標線的位置需要實時檢測得到,以確定考車是否按規(guī)定正確行駛,考車的位置P(Xi,Yi,Zi)通過RTK GPS定位系統(tǒng)實時測得,道路上的各種交通標線可以用直線表示,曲線可以用折線近似表示,其直線方程在GPS差分基準站確定后通過精密測繪獲得;在空間三維坐標系中,直線方程表示為:{A1x+B1y+C1z+D1=0,A2x+B2y+C2z+D2=0},若是線段可以加上約束條件[(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)];直線方程系數(shù)A1,B1,C1,D1,A2,B2,C2,D2和開始點(x1,y1,z1)、結束點(x2,y2,z2)坐標通過實際測繪得到。

          圖3 檢測二車交會過程的考試軟件流程

          圖3 檢測二車交會過程的考試軟件流程。



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