基于北斗卫星导航系统的智能交通运输系统设计

廖坤

摘要：北斗卫星导航系统为用户提供了高质量定位、导航及授时服务，将北斗卫星导航系统应用于智能交通运输系统，对于完善现有智能交通运输基础设施具有积极作用。文章依据智能交通系统项目规划，基于北斗卫星导航系统设计了一款智能交通运输系统，在遵循智能交通系统领域及服务功能需求的基础上，充分利用北斗卫星导航系统快速、精准定位的有利特征，对基于北斗卫星导航系统的智能交通运输系统进行了设计。通过信息采集、信息处理、信息发布3层次，实现了智能交通运输系统的设计，以期对后续智能交通运输系统的设计和发展提供一定的启发和辅助。

关键词：北斗卫星导航；智能交通；运输系统；交通运输；自动化系统

中图分类号：TP271

文献标志码：A

0 引言

我国在基于北斗卫星导航系统的智能交通运输系统建设方面仍处于筹划阶段，短期内在城市交通中实现智慧交通运输的目的较难达成^［1］。基于北斗卫星导航系统设计一套行之有效的智能交通运输系统，能有效改善城市道路交通系统复杂性问题，对于优化城市智慧交通管控模式具有积极意义。由此，本文设计了基于北斗卫星导航系统的智能交通运输系统。该系统由信息采集、信息处理、信息发布3个重要模块共同发挥作用，结合用户实际需求，借助GPS数据及GNSS基准站为智能交通运输系统信息采集做铺垫，利用车载终端、车辆智能导航及车路信息交互方式实现对系统运营处理，以期为城市智慧交通的全面实行提供一定辅助。

1 基于北斗卫星导航系统的智能交通运输总体架构

基于北斗卫星导航系统的智能交通运输架构由信息采集、采集处理及信息发布3部分构成，设计总架构如图1所示。

由图1可知，信息采集工作主要由GPRS网络摄像头、高精度激光测量传感器等设备完成，此类设备用于对北斗卫星导航系统提供的相关交通数据信息做全方位采集；信息处理部分选用了H3C R4900 G3服务器，用于实现车辆终端车载及人员定位，并对车辆智能导航及车路信息交互的实现提供服务，该服务器能有效根据用户所提需求，有针对性地对相应的数据信息数据进行扩展或存储^［2］；信息发布工作主要是经信息采集处理后，清晰用户需求，完善智能交通规划方案，为用户提供一定的车辆安全及驾驶辅助信息，为用户提供直观的数据信息，便于用户利用该系统实现智慧交通运输需求。

2 基于北斗卫星导航系统的智能交通运输系统硬件

基于北斗卫星导航系统的智能交通运输硬件主要由监控终端、服务器、通信网络、车辆终端构成。监控终端可以是一台或多台可连接网络通信的普通计算机，使用该监控终端可实现实时监控交通运输状况。能直观对终端车辆信息的地理位置、交通状况、车辆故障等具体情况进行上报显示。北斗卫星导航系统通过发射相关交通数据，由GPRS移动网络端进行采集，发送至服务器进行存储及相关处理^［3］。服务器接收到各类交通信息后，通过数字算法，优化车辆排布，对交通情况提前做好规划，优化各路段交通情况。网络通信由因特网及GPRS移动网络组成，监控终端与服务器连接因特网，交通运输终端连接GPRS移动网络，实现各部门通信连接工作。GNSS基准站由MS35SN2接收机、BestLink GPS-002天线及SDXDG55保护器等部分组成，使用MS35SN2接收机对于高精度板卡可提供良好支持。

3 基于北斗卫星导航系统的智能交通运输系统软件模块

结合系统总架构与各模块应用功能，设计了集GPS数据采集、GNSS基准、人车定位、智能导航、车路交互等功能的智能交通运输系统模块，如图2所示。

图2中，GPS数据采集、GNSS基准站主要负责智能交通运输系统信息部分的采集工作；车载终端、车辆智能导航及车路信息交互模块负责对智能交通运输系统信息内容进行处理；用户终端用于接收最终发布的相关交通信息，通过信息显示的方式，实现基于北斗卫星导航系统的智能交通运输系统设计。

3.1 GPS数据采集

采用GPS数据采集功能模块，实时了解车辆定位数据，将GPS数据采集应用模块加入车载系统，按照GPS设备规范显示编码，向服务器传输最近的道路交通信息情况，服务器通過对GPS定位信息作出详细解读，在第一时间可实现交通信息动态化管理；实现GPS数据采集可通过串口通信的方式进行，一般采集间隔时间为1次/s。

3.2 设计GNSS基准站

设计GNSS基准站的目的在于接收北斗卫星导航系统信号，并由GNSS基准站向服务器安全传输原始测试数据。

3.3 人车定位车载终端

设计和应用人车定位车载终端模块，能有效提升车辆终端在北斗卫星导航定位中的精确性。通过采用5G无线网络进行连接，可实现对北斗卫星导航信息数据的全面化收集。此外，应用人车定位车载终端模块，还能够将GNSS结合原始卫星信号，对交通路段中各行驶车辆进行精确化计算，有助于提升智慧交通管理中车辆定位的便捷性及高精确性。通过对人车进行定位，系统能收集到更为安全、可靠的交通车辆位置的所在信息。

3.3.1 车载定位

设计考虑到车辆定位的用电问题，对车辆终端的电量功耗及重量参数进行了二次突破，通过选用TRK定位模块，提升了车载定位的高精确性，一定程度上满足了智慧道路交通运输的车道导航管控需求。

3.3.2 人员定位

通过借助DGPS定位功能模块，实现人员定位的功能需求。基于人员在车辆运行中一直处于动态模式，在设计中可以适当降低人员流动的精确位置，采用单位“m”对人员流动情况进行定位，为智能交通运输系统的高效科学开发奠定基础。

3.3.3 车辆智能导航计算方式

智能交通运输系统需实时捕捉车辆运动情况，然而GPS数据采集到的图像往往以视频变动的方式呈现，这要求在设计过程中，除了要考虑建立单帧图像数据转换机制，还要依照视频中图像的变化进度，提前对视频接下来的播放帧节进行预测。单一帧图像运动模型见式（1）。

式（1）中，g·（x）表示视频图片在运动过程中，发生在x轴方向的变化速度；g¨（x）表示视频图片在运动过程中，发生在x轴方向上的加速度图像变化，g·（y）表示视频图片在y轴方向上出现的速度变化；g¨（y）表示视频图片发生在y轴方向期间，其加速度发生的变化；w（t）为连续性高斯噪声的时间方程；w（v）为连续性高斯噪声的速度方程。在观察GPS视频动态了解交通数据期间，若要获取机动加速度，可通过式（2）得以实现。

x_Y（t）=-λx_y（v）+w_Y（t）（2）

式（2）中，x_Y（t）表示视频图像在播放期间，y轴的机动频率变化;λ为公式方差;w_Y（t）为出现连续性高斯噪声期间的时间加速度；x_y（v）为连续性高斯噪声速度变化单位。在计算机帮助下，采用离散性定量或定性分析，能够计算出视频的运动状态及其模型性能，依据上述算法，可得出图像运动模型的数据转换方程。系统运行期间，通过将采集到的图像数据相连接，可得出有效的车辆安全行驶数据建议。

3.4 车路信息交互

设计车路信息交互模块，能帮助用户根据现实需求，将车载系统同道路交通路测单元相结合，实现交互信息监控。将短程通信应用于路侧单元与车载单元中，可实现道路交通运输障碍物预警。通过应用RSU向路测单元进行传送，使RSU接收到相关车路信息，经DSRC编码后，车载单元数据可经OBU进行传送。监控中心与车载系统间通过对应解码协议对数据进行还原并得以显现，最终实现车路信息无线通信。

3.5 用户终端设计

用户终端由主控处理器、触摸屏、无线网络及蓝牙语音识别系统构成，良好的用户端界面能直接提升用户的操作体验感。主控处理器经卫星广播信号采集信息后给予响应，用户通过北斗卫星导航提供的数据，可及时获知个人所在交通位置，与此同时，用户端也是服务器采集数据的端口，在对接用户需求和数据系统中，具有关键作用，用户端设置智能应急接口，能有效降低车辆在交通运输中发生事故的可能。

3.6 数据信息显示

采用DataGridView软件可实现基于北斗卫星导航系统的智能交通运输系统信息显示，通过设置DataSoure的属性，可以直接绑定数据中心，识别服务器信息内容。在显示数据信息模块中，应用高精度定位软件即可建立与GNSS基准站的良好连接渠道，用户可以直接从GNSS基准站中，获取原始的测试数据。此外，应用DataGridView及高精度定位软件，可实现实时观察车辆终端的动態信息，当车辆在道路交通中出现人车移动的情况时，由5 G通信网络传输相关数据信息，对道路交通运输状况进行全方位播发，帮助用户在第一时间获取精准道路交通信息。借助用户端LED触摸屏，可直接形成二维GIS实时地图，并精准定位人车位置。用户可通过数据信息显示屏，第一时间获取形象、直观的交通运输数据信息，科学保障人、车在道路交通运行期间的有效性和规范性。

4 结语

本设计以北斗卫星导航系统为基础，利用其收集信息快速、人车定位精确等特点，设计了信息采集、信息处理及信息发布3个层级，用于满足城市交通智能运输需求，推动北斗卫星导航产品在智慧交通上的应用和发展。

参考文献

［1］龚苏宁，纪明媚，陈欣欣，等.OpenCV技术下的智能交通信号灯控制系统设计——以南通崇川区工农路段为例［J］.数字技术与应用，2022（9）：133-138.

［2］黄玮，商林.基于云平台的智能交通信息采集系统设计——以轨道交通信号实验为例［J］.现代信息科技，2022（17）：13-16，20.

［3］王代君，傅俊敏，周天图，等.区域交通基础设施群监测系统设计及应用关键技术研究［J］.公路交通科技，2022（6）：124-135.

（编辑 沈 强）

Design of intelligent transportation system based on Beidou navigation satellite system

Liao Kun

（Jiangxi Intelligent Transportation Affairs Center， Nanchang 330008， China）

Abstract： Beidou Navigation Satellite System provides users with high-quality positioning， navigation and timing services， and the application of BeiDou Navigation Satellite System to intelligent transportation system has a positive effect on improving the existing intelligent transportation infrastructure. Based on the project planning of intelligent transportation system， this paper designs an intelligent transportation system based on BeiDou satellite navigation system， and designs an intelligent transportation system based on BeiDou satellite navigation system on the basis of following the requirements of intelligent transportation system field and service functions， and making full use of the favorable characteristics of fast and accurate positioning of BeiDou satellite navigation system. Through the three levels of information collection， information processing and information release， the design of intelligent transportation system is realized， in order to provide certain inspiration and assistance for the design and development of subsequent intelligent transportation system.

Key words： Beidou satellite navigation; intelligent transportation; transportation; transportation; automation systems