高精度车载定位系统方案.docx
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高精度车载定位系统方案
高精度车载定位系统
第1章系统概述
1.1系统建设背景
随着国家信息化程度的提高及计算机网络和通信技术的飞速发展，电子政务、电子商务、数字城市、数字省区和数字地球的工程化和现实化，需要采集多种实时地理空间数据，因此，中国发展CORS系统的紧迫性和必要性越来越突出。
几年来，国内不同行业已经陆续建立了一些专业性的卫星定位连续运行网络，目前，为满足国民经济建设信息化的需要，一大批城市、省区和行业正在筹划建立类似的连续运行网络系统，一个连续运行参考站网络系统的建设高潮正在到来。
广东省深圳市建立了我国第一个连续运行参考站系统（SZCORS），目前已开始全面的测量应用。
全国部分省、市也已初步建成或正在建立类似的省、市级CORS系统，如：
广东省、江苏省、北京、天津、上海、广州、东莞、成都、武汉、昆明、重庆等。
四川地震局建立的CDCORS，已经运行三年多，原本主要目标是用来做监控四川地区地震灾害，但是通过对其潜在功能的挖掘，在GPS大地测量方面开发利用，通过授权拨号登录，对外开放网络使用权，实现用户GPS实时高精度差分定位，取得了一定的收益。
建立CORS的必要性和意义“空间数据基础设施”是信息社会、知识经济时代的必备的基础设施。
城市连续运行参考站系统（CORS）是“空间数据基础设施”最为重要的组成部分，可以获取各类空间的位置、时间信息及其相关的动态变化。
通过建设若干永久性连续运行的GPS基准站，提供国际通用各式的基准站站点坐标和GPS测量数据，以满足各类不同行业用户对精度定位，快速和实时定位、导航的要求，及时地满足城市规划、国土测绘、地籍管理、城乡建设、环境监测、防灾减灾、交通监控，矿山测量等多种现代化信息化管理的社会要求。
建立CORS的必要性和意义主要体现在以下几个方面：
1、CORS的建立可以大大提高测绘精度、速度与效率,降低测绘劳动强度和成本,省去测量标志保护与修复的费用,节省各项测绘工程实施过程中约30%的控制测量费用。
由于城市建设速度加快，对GPS-C、D、E级控制点破坏较大，一般在5-8年需重新布设，至于在路面的图根控制更不用说，一二年就基本没有了，各测绘单位不是花大量的人力重新布设，就是仍以支站方式，这不但保证不了精度，还造成了人力物力财力的大量浪费。
随着CORS基站的建设和连续运行，就形成了一个以永久基站为控制点的网络。
所以，可以利用已建成的CORS系统对外开发使用，收取一定的费用，收费标准可以根据各地的投入和实际情况制定，当然这一点上更多的是社会效益。
2、CORS的建立，可以对工程建设进行实时、有效、长期的变形监测,对灾害进行快速预报。
CORS项目完成将为城市诸多领域如气象、车船导航定位、物体跟踪、公安消防、测绘、GIS应用等提供精度达厘米级的动态实时GPS定位服务,将极大地加快该城市基础地理信息的建设。
3、CORS将是城市信息化的重要组成部份,并由此建立起城市空间基础设施的三维、动态、地心坐标参考框架,从而从实时的空间位置信息面上实现城市真正的数字化。
CORS建成能使更多的部门和更多的人使用GPS高精度服务,它必将在城市经济建设中发挥重要作用。
由此带给城市巨大社会效益和经济效益是不可估量的,它将为城市进一步提供良好的建设和投资环境。
4、南方CORS发展情况当前国内不同行业建设的CORS系统基本上还是独立运行的，很多单位的数据只在本单位甚至是本部门内共享和利用。
目前国内市场上的CORS建站方案动则百万甚至上千万的资金投入，相对于那些对CORS只停留在小规模的应用的单位而言就显得投入与产出太过于失衡，导致许多行业与单位只能对CORS系统望而怯步。
在当前技术水平和市场可供产品条件下，根据本部门实际情况，从提高投资效益角度出发，选择单基站CORS系统是比较适合一些地级市、县测绘部门的一个优选方案。
区别于测绘部门主导的CORS网，一些特色行业和部门根据实际情况，自建RTK基准站，比如驾校、矿区等。
RTK技术的关键在于使用了GPS的载波相位观测量，并利用了参考站和移动站之间观测误差的空间相关性，通过差分的方式除去移动站观测数据中的大部分误差，从而实现高精度（分米甚至厘米级）的定位。
RTK技术在应用中遇到的最大问题就是参考站校正数据的有效作用距离。
GPS误差的空间相关性随参考站和移动站距离的增加而逐渐失去线性，因此在较长距离下（单频>10km，双频>30km），经过差分处理后的用户数据仍然含有很大的观测误差，从而导致定位精度的降低和无法解算载波相位的整周模糊。
所以，为了保证得到满意的定位精度，传统的单机RTK的作业距离都非常有限。
为了克服传统RTK技术的缺陷，在20世纪90年代中期，人们提出了网络RTK技术。
在网络RTK技术中，线性衰减的单点GPS误差模型被区域型的GPS网络误差模型所取代，即用多个参考站组成的GPS网络来估计一个地区的GPS误差模型，并为网络覆盖地区的用户提供校正数据。
而用户收到的也不是某个实际参考站的观测数据，而是一个虚拟参考站的数据，和距离自己位置较近的某个参考网格的校正数据，因此网络RTK技术又被称为虚拟参考站技术（VirtualReference
基准站连续不间断的观测GPS的卫星信号获取该地区和该时间段的“局域精密星历”及其他改正参数，按照用户要求把静态数据打包存储并把基准站的卫星信息送往服务器上Eagle软件的指定位置。
移动站用户接收定位卫星传来的信号，并解算出地理位置坐标。
移动站用户的数据通讯模块通过局域网从服务器的指定位置获取基准站提供的差分信息后输入用户单元GPS进行差分解算。
移动站用户在野外完成静态测量后，可以从基准站软件下载同步时间的静态数据进行基线联合解算
1.2系统实现目标
本系统的实现目标是构建一个高精度车载定位系统，通过借助测绘部门的CORS网络或自建CORS基站、配合高精度车载定位终端和系统平台，实现在预定范围内的高精度定位。
1、停车场应用根据装在汽车上的高精度定位终端以及标定好的停车位位置进行车辆停车入位的判断；
2、公交车应用公交行车车道判断；
3、港口水务应用；
4、矿区车辆应用；
5、其他需要进行高精度定位的领域；
同时，基于单基站，实现如下范围的定位精度；
距离
水平精度
高程精度
20KM以内
10mm+1ppm
20mm+1ppm
20KM－40KM
20mm+1ppm
40mm+1ppm
40KM－50KM
50mm+1ppm
80mm+1ppm
50KM－100KM
亚米级
亚米级
第2章高精度车载定位系统解决方案
2.1系统架构
2.1.1系统架构图
图21系统结构示意图
高精度定位系统（高精度差分定位）由一个或若干个固定的、连续运行的CORS参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网（LAN／WAN）技术组成的网络实时精确定位作业车辆并将数据传输到用户终端。
高精度GPS定位系统包含设备端、通讯端、互联网、服务器和监控终端。
·设备端：
设备端主要包括GPS终端、GPS基准站和手机终端，其中GPS设备终端主要是管理车辆；GPS基准站是查看卫星状态、存储静态数据、实时向Internet发送差分信息以及监控移动站作业情况；手机终端主要是进行信息采集和人员管理。
·通讯端：
通过设备gsm/cdma模块使用移动运营商的移动通信网络向外发送数据，已内置设备无需购买。
·互联网：
移动网络数据通过无线接入点进入互联网传递到服务器。
·服务器：
包括防火墙、网关、交换机，使用固定IP和端口接受数据。
·监控端；通过连接互联网的pc端从服务器上获取数据。
2.1.2设计原则
高精度差分定位系统需要精密的设计思想。
因为在特殊场合的复杂环境下，系统能达到最佳的稳定性和精确度，rtk技术能使系统大量运用于动态高精度定位领域。
1.经济性
高精度差分定位系统作为一个强大的综合系统，由各种不同软硬件系统和各种不同的应用功能模块组成。
因此，整个系统除了具有完善的软件体系结构和标准的内部模块接口，还需要满足各种数据应用服务的灵活配置，提供不同类型信息查询、数据分析功能，并可以通过工作门户视图和权限管理设定不同角色视图，不仅可以给不同角色提供不同信息，也可以灵活方便的进行信息安全控制。
降低系统成本，为企业持续发展提供效益最大化。
2.可靠性
高精度GPS定位系统应采用高可用性结构、容错结构或其他可靠性技术。
系统主要设备（如服务器等）必需具备冗余备份、容灾防御、按需切换功能。
支持对系统自身故障的管理能力，具有自我诊断和故障定位等功能。
以及，数据采集机应该具有可靠的重传机制，防止由于系统当机影响数据的及时更新。
另外，高精度GPS定位系统需要支持各项系统运行安全性指标，包括系统信息安全性，用户信息安全性和系统软件安全性等。
3.快速反应
在停车场应用中，必须能够实现快速的定位，并上传至平台。
平台将信息下发至用户手机实现支付等功能。
在港口应用中，遇到问题时，系统能帮助调度员在最快时间内通知各相应岗位，避免使码头运输工作被迫停止和堆积堵塞等事故，造成港口的严重损失。
2.1.3系统硬件
（一）高精度车载定位终端
1、接线型优势：
外接天线，信号稳定，适合于需要精准定位又可以接线的场合；
2、OBD型优势：
免接线，容易安装。
但是定位精度相对于接线型有所降低。
（二）GPS基准站
2.1.4系统软件
（一）系统结构组成
（二）服务器部署
根据系统设计原则规定，高精度GPS定位系统平台采用多层架构体系，实现界面表现与业务逻辑分离，采集系统独立的构件方式，通过数据服务总线连接所有的应用服务程序，并提供安全可靠的数据传输通道，保障实施数据的上送显示。
系统软件架构分为数据获取层、数据服务层和呈现平台层三层架构，并结合不同使用人员的需求，灵活进行功能和权限的定制管理。
数据获取层为系统接口平台：
主要功能是负责和需要接入的系统连接，根据相关系统接口模型，实现和相应系统的交互，系统可支持文本文件、数据库中间表、Socket、ASCII、CORBXML等多种接口模式。
数据服务层为系统数据平台：
主要功能是提供对系统数据进行处理、存储和应用等的服务，实现数据格式的合理性和规范性，减少数据在系统引用过程中的差错率，提高数据的共享和交互能力。
同时，在数据存储的过程中还可以增加时间周期维度、地理位置维度等信息，形成多维数据模型的数据仓库。
第3章实施本方案需考虑要素
一、如果借助于测绘部门的CORS网，必须向当地主管部门申请，审批后方可入网接入（部分地区要求申请单位需有测绘资质），以福建为例，申请流程为：
二、如果考虑自建RTK或单CORS基站，需整体考虑覆盖范围、站点选址、发射功率、系统成本等各要素；
三、相对于普通定位终端，高精度定位终端在成本上会有整机，对天线的要求也更高；
四、为获得好的定位效果，使用场景需信号较好。
大树下、高楼下对定位效果有所影响。
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