基于Internet的网络RTK系统的机动车驾驶员路考车辆定位技术

基于Internet的网络RTK系统的机动车驾驶员路考车辆定
位技术
摘要：本文采用一种基于internet的vrs网络rtk技术，实现机动车驾驶员路考车辆的实时动态定位，并阐述其数据通讯和数据传输的特点和实现方法，最后采用vc++编程实现定位数据的高斯坐标转换。

关键字：网络rtk；vrs；路考车辆
中图分类号：tn711文献标识码：a 文章编号：
1.机动车路考车辆定位技术现状
近几年，随着人们生活的提高，私家车逐渐普及，机动车驾驶
逐渐成为了社会生活的一种基本技能。

但是，由于机动车驾考学员猛增，也暴露出驾考培训系统的诸多问题。

如驾考理论与实践结合不够紧密，原有考试内容与实际道路差别太大，学员安全文明驾驶的素养不高。

考试效率低，考试不公平的现象时有发生。

我国的机动车驾驶员考核系统面临前所未有的挑战。

2012年3月至今，公安部出台了一系列驾考新细则。

新的驾考细则增加了科目三道路考试的难度，增加了机动车考试里程，对现有的路考评判系统提出新的挑战。

现有路考评判系统采用常规rtk技术进行车辆检测，检测精度不高，常出现误判、漏判的情况，不仅影响考试效率，而且损害了考试过程中的公平，公正原则。

随着考试里程的增加，现有的常规rtk技术已经难以满足考试要求。

基于internet的网络rtk技术克
服了常规rtk的缺点，使中长距离的实时动态定位成为可能。

2. 基于internet网络rtk技术
2.1 网络rtk的原理及组成
网络rtk技术是指在一个广阔的区域内均匀布设若干个(至少3个)固定基准站，构成一个基准站网，并以这些基准站中的一个或多个基准站为基准，计算和播发改正信息，对该地区的卫星定位用户进行实时改正。

原理借鉴了广域差分gps和具有多个基准站的局域差分gps的基本原理和方法。

但与广域差分gps和局域差分gps 不同的是，gps网络rtk技术通过内插法或线性组合法求得改正数，对载波相位进行改正，而非对伪距或位置进行改正，其精度最高，因此得以广泛应用。

目前网络 rtk 按照改正数生成算法的不同，大体可采用三类：vrs（虚拟参考站法）、fkp（区域改正数法）、mac(主辅站技术)。

本文主要采用vrs技术。

基于internet的网络 rtk 是集internet技术、无线通讯技术、计算机网络管理技术和gps定位技术于一体的定位系统。

他由基准站网，数据处理中心，数据通信线路及流动站四个部分组成的。

基准站网是指gps/vrs是利用地面布设的多个参考站组成gps连续运行参考站网络，综合利用各个参考站的观测信息，通过建立精确的误差模型来修正距离相关误差；数据控制中心是整个gps/vrs的核心部分，既负责数据处理，也负责数据通讯；数据通信线路分为有线通讯和无线通讯组成，可以满足不同数据流要求。

流动站即用户(考试车辆)的gps接收机，加上无线通信设备。

数据中心根据观测信息，在用户附近产生一个物理上并不存在的虚拟参考站（vrs）。

由于vrs一般通过流动站用户接收机的单点定位解来确定，故vrs与用户站构成的基线通常只有10m多，只要能够生成vrs的观测值或rtmc差分改正数，就可以在vrs和用户站间进行常规的差分解算。

其工作原理如下：
（1）利用internet或者无线通讯链路把各个基准站的观测信息传送给数据处理中心；
（2）数据处理中心解算gps基准站网内各条基线的载波相位整周模糊度值，并建立电离层、对流层、轨道误差等距离相关误差的空间参数模型；
（3）流动站用户将单点定位获得的概略坐标（nmea-0183格式）发送给数据处理中心，并创建一个虚拟参考站（vrs），通过内插得到vrs上各误差源影响的改正值，并按rtcm格式发给流动用户；
（4）在vrs与用户间构成短基线进行常规差分解算，进而得到自己的精确位置。

2.2网络rtk的数据通讯
数据通讯是对路考车辆进行实时定位的关键技术，基于
internet的网络rtk的通信系统主要由两部分组成: 基准站与数据中心间的通信；数据中心与流动站间的通信。

这两部分通信系统的功能不同，对通信性能的要求不同，需要从技术、经济等多方面综合考虑，选择可行的、适宜的通信方式。

(l) 基准站——数据中心的通信
分布在一定区域范围内的各连续运行参考站向数据中心传输
gps卫星观测数据和运行状态数据，数据中心可向参考站远程发送设置或数据获取指令。

数据信息需要连续的、可靠的、实时的传输。

其特点是连续的，大批量的。

需要提供长时间的连接，并要求有较强的纠错能力。

对通信系统的带宽、时延及可靠性均有较高要求。

因此，参考站与数据中心间的通信易选用有线通信，兼顾到通信系统的建设、维护、运行成本，目前adsl通信为首选方式。

考虑到adsl专线入网费用较高，可使用adsl虚拟拨号入网与vpn相结合的通信方式。

当光纤通信普及后，可近一步提高通信系统的性能。

同时，必须考虑通讯线路的冗余备份，在主要通讯线路中断时间超过预定义的限值后，系统可自动激活并切换到备份通讯线路。

无线通讯服务提供商大多建立了独立的物理通讯线路，可作为有线通讯的备份，gprs与3g通信均可作为备份通讯线路。

(2)数据中心——流动站（考试车辆）通信
公安部颁发的91号令要求考试车辆在行驶过程中的速度应不小于20km/h。

考试车辆的位置是在不停变化且速度较快。

因此流动站需要按一定的频率向数据处理中心传送单点定位的坐标信息。

该部分通信的特点是：流动站的位置不是固定的；数据量相对较小并有阵发性，且其通信是双向的。

因此需要选择无线通信方式。

一般采用gprs/cdma移动通信方式，在移动信号无法覆盖的区域可结合wifi或wimax等技术。

对于需要完成事后处理的一些数据，可通过web访问，ftp文件传输等实现。

3.gps数据分析与处理
3.1 gps数据格式
在路考车辆定位技术中，基本要求是接收考试车辆的gps 空间位置数据。

采用trimble的gps接收机可以利用串口输出数据，波特率一般设为9600，其输出数据格式为nmea-0183 标准格式。

nmea-0183格式以“$”开始。

主要的语句有：gpgga, gpgll, gpvtg, gprmc, gpzda, pkoda, pkodg7, gpgsa,gpgsv等，其中 gpgga 为定位输出语句，包括17个字段：语句标识头，世界时间，纬度，纬度半球，经度，经度半球，定位质量指标，已跟踪的卫星数量，水平精确度，海拔高度，高度单位，大地水准面高度，高度单位，差分gps数据期限，差分参考基站标号，校验和结束标记（用回车符和换行符）。

3.2 gps数据转换
从 gps 接收机获取的是空间位置信息（经度、纬度、高程等），但在实际应用中，通常需要将这种 wg84 坐标转换为二维平面直角坐标即xy 坐标。

平面直角坐标系是利用投影变换将空间坐标（空间直角坐标或空间大地坐标）通过某种数字变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。

投影变换的方法有很多中，本文采用的坐标转换算法是高斯投影算法。

高斯投影是一种正形投影。

正形投影的特点是：在同一点上各方向的长度比相同，但不同点上面的长度比随点位而异，且距中央子午线越远，长度变形越大。

为减少投影变形，按一定经差把椭球
分为若干带，各带分别投影,经常采用的是3度和6度带。

六度带是从0度子午线每隔6度的经度差自西向东分带，于是带号n与相应的中央子午线经度的关系是：
=6n-3
n=(-3)/6
三度带是以六度带的所有中央子午线及边缘子午线为其中央子午线，其带号n与相应的中央子午线经度的关系是：
`=3 n′
n`=/3=2n-1
由于接收机输出的经纬度格式为：ddmm.mmm 的格式（度度分分．分分分）。

高斯变换里所采用的经纬度格式为度格式，在计算时还要将度格式转化弧度格式。

在程序中可利用函数 double
dbl(double a)和函数 void blxy (double tt, double l0,double b, double l, double& x, double& y, int nsystype)来实现坐标的转换。

4 结语
将vrs网络rtk技术应用于科目三路考系统，极大的延长了路考线路，不仅提高了考试效率，保证了考试的公平、公正，也为考查考生在实际道路中的决策判断能力和应变能力提供可靠的技术
支持。

参考文献
[1] 王文忠，郑国宁，郑生春等，gps参考站网络技术[j]，解
放军测绘学院学报，2002，（3）.
[2] rtcm special committee no.104,rtcm recommended standards for different gnss service,version 2.2,1998.
[3]刘晖等，深圳市连续运行卫星定位服务系统的建立与实验[j].测绘通报，2003（9）：33-36.。