应用于道路信息化的卫星定位数据采集系统

□ 文/史贝娜

概述

卫星定位系统的发展

目前，全球卫星导航系统及其产业正经历前所未有的四大转变：从单一的GPS时代转变为真正实质性的多星座并存兼容的GNSS新时代，开创卫星导航体系全球化和增强多模化的新阶段；从以卫星导航应用主体转变为定位、导航及授时（PNT）与移动通信和互联网等信息载体融合的新时期，开创信息融合化和产业一体化，以及应用智能化的新阶段；从经销应用产品为主逐步转变为运营服务为主的新局面，开创应用大众化和服务产业化，以及信息服务智能化的新阶段；从室外导航定位为主转变为室内外无缝导航定位的新时空服务体系的新纪元，开创以卫星导航为基石的多手段融合、天地一体化、服务泛在化和智能化的新阶段。

我国国务院关于印发“十二五”国家战略性新兴产业发展规划的通知将导航定位及应用列为重点发展方向，要求完善我国全球导航定位系统，提升卫星导航定位应用产业化水平。2013-08，国务院发布的《关于促进信息消费扩大内需的若干意见》中指出，加快推动北斗导航核心技术研发和产业化，推动BDS导航与移动通信、地理信息、卫星遥感、移动互联网等融合发展，支持位置信息服务(LBS)市场拓展。2013-09，国务院办公厅印发了《国家卫星导航产业中长期发展规划》，勾划出产业发展蓝图,部署了基础工程、创新工程、安全工程、大众工程和国际化工程。提出落实5项保障措施：加强统筹协调，形成发展合力；发布国家政策，推广应用服务；完善政策法规，优化发展环境;加强标准建设，提升发展水平；加大公共投入，鼓励产业创新，同时规划强调至2020年产业的总产值达到4000亿元的目标。

卫星定位数据采集系统在道路信息化的应用

交通运输部《公路水路交通信息化“十二五”发展规划》描述了交通运输信息化发展的蓝图，对公路水路交通安全应急、出行服务等方面的信息化提出了建设任务。随着联网营运道路交通里程的不断增加，营运管理覆盖范围的不断扩大，以及社会整体信息化的发展趋势，道路交通对联网运营与服务智能化提出了新的、更高的需求。信息采集系统是整个信息化系统的前端组成部分，是指挥调度和公众服务应用的重要基础。信息采集系统包括路网层采集系统和路段层采集系统。路网层采集系统采集的数据直接上传至联网中心的路网数据中心。本文采用卫星定位数据采集全路网的信息，包括交通运行数据、突发事件数据、路网环境数据、基础设施数据、应急资源数据等，实现交通运行状态、路网环境、资源等信息的全面感知，为路网数据中心的存储处理、指挥调度和公众服务的应用提供充分的数据支撑。

卫星定位数据采集系统

卫星定位数据采集系统的优势

在《卫星定位误差数据采集与分析》一文中，作者构建了一个GPS卫星定点定位环境,采集了83天总共717万个定点定位数据记录。对相应的定位经纬度误差数据进行系统的统计分析处理，获得GPS定位误差的统计特性包括：平面定位误差的均差、均方差；东西向(经度方向)偏差的均差、均方差；南北向(纬度方向)偏差的均差、均方差。该文利用获得的卫星定点定位数据测算了定位误差的概率分布，分析表明GPS定位误差基本符合正态分布。同时全球卫星定位系统)以其高精度、全天候、全天时的特点，在定位、导航、测距、授时遥感等领域广泛应用，并得到了快速的发展。卫星定位信息采集系统是利用卫星定位数据，经过交通模型的分析处理得到实时的平均车速、旅行时间等道路交通交通路况信息数据的系统。它能够实时测量“四度”：经度、纬度、高度、速度，这四度恰好是道路交通车辆数据的重要组成部分，为道路交通车辆数据采集提供了重要的集成数据。

建设内容

卫星定位信息采集系统是从运管局统一抓取标准格式数据，对源数据进行校验、过滤和坐标转换，去除干扰数据和无用数据，处理生成每辆车的车辆轨迹数据，以此获得行程速度、行程时间和里程等。该采集系统得到的路况信息将会转换成数据中心所需的统一编码格式，并进行数据的存储和应用。根据用户需求，将交通信息通过不同方式提供给不同的用户群体。系统包括前端数据获取端、数据处理端及数据发布端（如图1所示）。

▲图1：卫星定位信息采集系统构成

前端数据获取并按所需接口格式提供使用。数据处理端及数据发布端由专业技术厂商提供，将卫星定位数据处理成为基于路段实时路况信息，并转发成为统一GIS编码格式，发布至相应位置。

系统架构

▲图2：卫星定位信息采集系统逻辑结构图

系统架构图说明如下：

运管局为卫星定位信息采集系统提供 “两客一危”的卫星定位数据。

基于卫星定位数据的信息采集系统的卫星定位源数据服务器接收两客一危的卫星定位原始数据。

卫星定位数据预处理服务器对卫星定位源数据服务器接收的数据进行统一的预处理，为后续卫星定位数据处理提供数据接口。

基于卫星定位数据的信息采集计算服务器从卫星定位数据预处理服务器的统一数据接口获取数据，并根据卫星定位数据信息采集处理模型进行计算。

卫星定位信息采集的交通数据计算结果保存到数据库服务器。

数据共享服务器把卫星定位信息采集的交通数据计算结果数据汇聚到路网数据中心的数据库。

系统主要功能

浮动车数据采集系统基础功能方案。通过特定接口协议从浮动车采集系统获取省道路交通已安装有卫星定位设备的卫星定位原始数据，例如“两客一危”数据。该基础模块子系统包括：数据接收模块、数据计算模块、数据汇总发布模块、参数配置模块、系统管理模块、集群模块等功能模块。

数据接收模块。是从卫星定位原始数据进行接收，实现如下功能:

对卫星定位数据进行解析,对于异常文件或记录生成异常状态报告,并报给移动运营商；

接收模块需要支持对移动提供的主/备节点上的数据进行获取,当主节点出现异常时,可以自动切换到备用主机获取数据；

接收模块同时也支持自身的高可用性，当某个接收模块出现问题时，可以自动启动另一个接收进程进行数据获取。

数据计算模块。是对源数据进行计算，实现如下功能：

支持负载均衡，当需要处理的数据量赠加的，只要动态增加计算节点即可以实现计算能力的扩展；

支持主机的热部署，支持动态的主机增加和减少；

支持动态故障隔离功能，当某一节点出现故障时，该故障不会扩散到其他节点；

要求每个节点的计算任务在60秒以内完成。

数据汇总发布模块。是对数据进行汇总，并进行数据发布工作。要求实现如下功能：

汇总节点支持高可用性集群，当某一汇总节点出现故障时，另一个汇总节点将自动接管工作；

汇总节点要求具备对数据计算模块进行协调的能力，当某个数据计算模块出现异常时，自动剔出该节点；

数据汇总节点要求在各计算节点的时钟进行同步；

数据汇总节点要求在90秒内完成任务。

系统应用展示

卫星定位采集系统管理界面从为具体操作人员提供友好、简洁的操作界面角度出发；为技术支持人员提供一个具有可持续开发的系统环境，适用于相关人员进行运营维护。卫星定位信息采集系统应用展示是从数据源及处理结果数据两个层次进行应用展示。数据源的应用展示将达到直观、便捷、实时，可通过对此应用展示的图形及图表界面快速便捷的判断数据源特征、稳定性及可能出现的问题判断。结果数据展示可通过曲线、柱状图、路网状态图等手段直观把握该数据结果下的路网运行状况。

总结

基于卫星定位的数据采集系统通过向GPS车载终端运营商提供道路交通实时交通状态信息，交通事件信息，交通管制信息，气象信息等信息，由运营商向其装载GPS终端的社会车辆提供实时的交通信息诱导服务。卫星定位的数据采集方式由于其优势将在道路交通上信息采集越来越多应用，公路交通及为公众服务平台所能提供的数据也会越来越丰富及精确。