网络RTK在智能车载终端中的应用

曾勇

摘 要：为了提高对芜铜高速公路上车辆的综合管理水平，本研究提出了基于RTK定位技术的智能车载终端。该终端的优势在于可以达到厘米级别的定位精度，再者配合高分辨率的高速公路电子地图，能对频繁变道和占道的车辆进行精确定位、监控和预警，实现了传统导航技术难以达到的车道级监控。经过不断地调试与试运行，证明该终端可以实现高速公路分车道定位。

关键词：RTK；智能终端；电子地图；高精度

中图分类号： P208 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）18-168-2

0 引言

智能车载终端[1]作为智能交通的重要组成部分，借助于全球定位导航技术、数据通讯传输技术以及计算机数据处理技术等高新技术，将现代交通发展到了新的高度，实现对装载有智能终端的运行车辆的动态监控管理，并通过GIS平台实时、准确的显示车辆的运行状态，并实现对运行车辆的动态定位跟踪，监控以及安全预警。本文采用了网络实时动态定位技术[2]（RTK）实现车辆的厘米级定位，将高速公路分车道显示于GIS地图上的同时，车辆会以更精准的定位方式高亮定位于各车道内。

1 网络RTK的基本原理

常规的RTK技术的基本思路是：在一定的距离范围内，假设电离层延迟、对流层延迟以及轨道误差等多种误差对流动站与基准站的影响没有任何差异，一般采用双差组合的数学处理方法，通过该方法就可以很好地解决由于流动站的各种误差导致的观测值精确度不高问题，最后再进行整周模糊度的确定，得到RTK的固定解。因此，常规的RTK技术由于使用的数学处理模型比较简单，误差的计算与消除具有一定的局限性，因此其定位精度和作用范围也就很有限。网络RTK可以较好的克服常规RTK现有的缺点与不足，其最大的优点就是适用于大范围区内的精准定位，以及可以实时提供厘米级定位精度数据，除此之外网络RTK的性能、可靠性、可行性等也較常规RTK有较大的提高。

基于广域差分和局域差分，考虑到局域差分具有多个基准站的优势，按照其基本原理和方法，从而实现网络RTK。凭借误差分离技术，广域差分利用参数对各种主要误差源进行建模，针对BDS/GPS定位过程中的主要的伪距误差，根据其误差来源，以改正数的形式分解为电离层误差改正，卫星钟差改正和卫星星历误差改正。接收机接收到这些来自广域差分的改正数，对自身接收到的BDS/GPS伪距进行误差改正，利用改正后的伪距进行导航定位，提高精度。与广义差分播发单个的误差源改正不同，局域差分定位系统播发观测值改正，这种改正是综合性的BDS/GPS改正。而BDS/GPS网络RTK技术均与上述两种差分系统不同，基于内插法或者线性组合法，网络RTK求得载波相位观测值的改正数，在BDS/GPS高精度导航定位中，差分主要采用载波相位观测值，所以网络RTK不对伪距观测值或者位置进行改正。

2 网络RTK的相关技术及其优势

2.1 传统导航定位技术的不足

传统的智能车载终端平台基本上都是采用GPS或是BDS单系统单点定位技术[3，4]对车辆进行定位和跟踪，而GPS或BDS单点定位由于是伪距绝对定位，因此定位误差均为米级，在大气条件差的地区甚至能达到±10m以上的误差，这将导致难以清楚地将车辆显示于高速公路的各车道内（无为南至铜陵北段高速为双向六车道），而且由于定位误差较大，目前已经难以满足智能交通和高精度导航的要求。

通常情况下，RTK定位技术是满足某类特殊项目需求的主要定位方法，可以为其提供实时厘米级的高精度动态定位服务，然而在实际运行过程中或多或少的存在一些问题[5]：①可靠性不高，基准站虽然向各方向播发差分改正值，但是流动站一般只接收一个基准站播发的改正值，这样会出现万一基准站由于某种原因出现故障，不能播发改正值或者播发错误的改正值，造成流动站不能定位或者定位误差大达不到项目需求。②覆盖范围小，由于RTK技术采用双差模型进行差分定位，流动站需要接收基准站播发来的差分改正值对自身的观测值进行差分改正，当流动站与基准站相距较小时（小于10km），星历误差、对流层延迟和电离层延迟等空间相关误差较小，可以通过差分将其消除或削弱。但是当两站相距较远时，空间相关性变弱，流动站与基准站的空间误差失相关，所以RTK技术适用于短基线。③通信链路不畅，基准站上一般装载小功率无线电台，这使得远距离的流动站无法接收到基准站播发的差分改正信息，或者能接收到微弱信号，但易丢包，无法完成实时定位。

2.2 网络RTK的定位方法及优势

实时动态（RTK）定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破。同时目前现有的定位移动设备虽然种类很多，但是其定位数据没有进行差分等处理，精度不高，接收模块性能较差，因此本项目通过RTK技术实现车辆的厘米级定位，从而获取智能车载终端所处地理位置的精准定位坐标。

实时动态定位（RTK）系统由基准站、流动站和数据链组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，如图1和图2所示，本项目在芜铜高速的无为南和铜陵北高速入口处装置了基准站。流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，流动站上的计算机（车载终端）根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样用户就可以实时监测车辆的行驶状态，并在车载终端的GIS平台上实时显示出车辆在高速公路上各车道内的的具体地理位置。

网络RTK的优势一般包括以下几个方面[6]：

①定位精度高，由于流动站能接收多个基准站播发的差分改正值，因此具有较好的均匀性；

②更高的可靠性和可用性，若位于智能车载终端监控管理中心系统的主基准站出现故障，系统可以选择接收其他

基准站播发的差分改正值，进而估计其空间相关误差，实现实时高精度定位，此外系统可以利用冗余信息对其他基准站的观察粗差进行探测，有效地提高了RTK的可靠性和完好性[7，8]；

③更大的作用范围，使用网络RTK，流动站只要位于基准站电台播发信号范围内和GSM/GPRS/CDMA网信信号覆盖的范围内，就可以为用户提供高精度定位服务；

④通畅的数据链路，这一方面主要是得益于GSM/GPRS/CDMA网的信号覆盖范围较为广泛，并且拥有较大的数据

带宽，相比基准站电台信号，完全可以作为通信数据链的载体[9，10]；

⑤由于主控中心承担网络RTK定位过程中大部分的数据计算，流动站的接收机只需进行少量的计算就可以实现高精度定位，这样就为降低流动站接收机的生产成本带来契机。

3 利用网络RTK提高终端的定位精度

芜铜高速无为南至铜陵北段公路全长约20km，设计时速为100km/h的全封闭、全立交、双向六车道的高速公路。经综合考虑，在无为南和铜陵北高速入口处架设基准站。

为了车辆行驶在公路上可以清楚的地示于哪个车道上，利用以往的定位手段是行不通的，因此使用网络RTK定位方式提高定位精度是最科学也是最用的方法。如图3所示，利用传统的单点定位时，车辆定位精度达不到，分不清道路的车道，并且有时也会出现定位数值偏差太大而偏離道路。而通过网络RTK接收到的定位数据（图4），可以将车辆清楚地显示于道路的某一车道内。

由于现有的一些电子地图（如谷歌、百度、高德等）在道路精细程度上还没有达到可以显示高速公路各车道的程度，为了可以更好地深入研究厘米级精准定位，本人实地测出了芜铜高速无为南至铜陵北段约20公里的高速公路双向六车道，如图4所示，可以清晰地看出各个车道。将实地测出的道路转换成SHP文件，由于精确度的要求，再利用ArcGIS软件将该SHP文件制作成19级的TPK文件，加载到软件中。如图5所示，高速公路分车道显示。

图5 智能车载终端应用软件道路界面图

4 结束语

将网络RTK技术应用于车辆导航中，能达到厘米级定位精度，配合高分辨率电子地图，能对越界以及占道的车辆进行精确定位、监控和处理，即实现真正的车道级监控，这是传统导航定位技术所做不到的。实验证明：通过软件硬件的多次联调，以及网络RTK基准站与终端的试运行，车辆可以很好的显示于车道内，基本上可以满足项目前期要求。

参 考 文 献

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