基于DGPS物流車輛聯網技術研究

蔡居昊

（寧波工程學院，浙江寧波，315211）

0 簡述

目前，大型工廠存在大量物料搬運及調度配送工作，需要大量鏟車、叉車等物流車輛以及配備司機，由于車輛、司機、需求端信息不暢通，物流調度不及時、調度路線長油耗高、安全風險高、車輛閑置、運維成本高等問題，急需開展將車輛、司機及物料等信息聯網和管控，提高效率和節約成本。車輛聯網、高精度定位及高效化調度成為熱點[1]，大量文獻主要圍繞自動化駕駛展開高精度定位[2-3]，本文基于北斗定位針對大型工廠車輛進行聯網調度，其廠區地圖缺乏精細化電子化地圖，缺少相應標準，廠區道路和配送路線也是不規則和復雜，本文通過信息化、大數據及智能技術的有效融合，實現了車輛、司機與用戶需求信息的智能關聯和互聯互通，實現了對流動狀態車輛的動態監控，解決了車輛故障問題追蹤難、車輛利用率低、企業資源消耗高等難題，大幅度提升了廠區物流車輛的管理便利和使用效率。

1 主要研究內容

■1.1 地圖電子化

目前，在普通地圖上，一般場區范圍幾乎為空白（如圖1 某船廠廠區地圖），場區內道路及各類廠房建筑等均無明顯標識，難以實現車輛的精確調度。通過對場區航拍圖片疊加，形成廠區范圍內平面圖，實現廠區內的車輛監管直觀化，疊加后的圖片可隨著地圖放大而放大，滿足不同區域車輛的精細化管控。本文采用GIS矢量地圖疊加繪制技術，即場區高精度地圖與GIS地圖融合，通過場區圖進行的優化改進，并疊加到地圖上，實現了場區元素在地圖上的直觀展示，并可與地圖同步縮放，為場區車輛調度和實時監管提供了后臺保障。

圖1 某制造廠廠區地圖

GIS地理信息租用高德Mapabc地圖和高性能柵格地圖引擎，支持地圖在線更新。GIS地圖主要支持功能：地圖縮放:系統提供對地圖的縮放功能，用戶可以通過地方縮放實現對地圖全局狀況監控和局部狀況監控。地圖漫游:系統支持地圖漫游功能，用戶可隨時動地圖到需要觀察的區域。地圖搜索:Mapabc 地圖服務平臺為用戶提供各種搜索服務，包括興趣點查詢、道路查詢、城市代碼查詢、區域查詢等，全方位的滿足將來擴展的搜索需求。海量對象信息疊加:GIS地圖支持在地圖上疊加海量的對象信息，疊加海量對象信息后，可實現海量對象的平滑移動在地圖上清晰顯示。矢量信息疊加:GIS地圖支持區域、線路、點和文字等矢量元素疊加功能，矢量圖形能夠隨地圖平滑移動而移動，支持半透明模式。

■1.2 車輛高精度定位技術

車輛的高精度定位是本文研究的重點，直接影響到車輛精準的調度，本文采用北斗車載設備實時差分精定位技術。關于定位要求，本項目有二個主要關注點：一是定位頻度高，二是定位精度要求到達3～5米，如圖2所示。對于普通的GPS定位或北斗終端定位，其精度約10米左右。考慮現場車輛定位精度要求，采用車載北斗實時差分精確定位技術實現高精度定位需求。

圖2 傳統GPS誤差

本項目考慮到車輛物料調度，由車輛、司機、場地及取料相對位置精準性對智能化物流調度極為關鍵，對其動態行駛位置精度要求較高，為智能化無人化調度奠定基礎，由于大氣層的延遲誤差、衛星星歷誤差、衛星鐘誤差等誤差干擾導致定位提出調整挑戰，為了進一步提高定位精度，本項目采用偽距差分（RTD）的方式來提高定位精度，在基準站上的接收機要求得它至可見衛星的距離，并將此計算出的距離與含有誤差的測量值加以比較，并求出其偏差。然后將所有衛星的測距誤差傳輸給用戶。用戶利用改正后的偽距來解出本身的位置， 就可消去衛星鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對流層誤差等公共誤差，其定位精度能夠達到亞米級，如圖3所示。

圖3 不同RTD間距的定位精度（誤差單位：m）

在每輛車上安裝定位車載終端，高精度車載終端在接收到衛星GPS信號后，可接入地面北斗的基準站，進行衛星定位數據解算，實現高精度差分定位。同時車載終端可通過通訊模塊實時向云端監控中心上傳傳輸定位信息及其他傳感器的數據，實現實時對車輛狀態進行監控及調度管理。本項目采取高精度的差分全球衛星定位系統DGPS，即在傳統的GPS技術基礎之上利用差分技術，能夠從GPS系統中獲得更高的定位精度。如圖4所示，本項目在場地設置北斗GPS基準站，并車輛用戶同時進行 GPS 觀測，將得到的移動定位的結果與基準站坐標比較，可求解出實時差分值，并以數據鏈傳輸方式，將差分修正值立即反饋給GPS用戶，從而修正GPS定位值，從而獲得車輛高精度的米級定位。

圖4 車輛DGPS高精度定位原理

■1.3 網絡通訊

車載終端按設定間隔定期檢測GPS/北斗定位信息，以及對車輛發動機工作狀態信息進行采集，通過3G/4G無線網絡上報至車輛聯網監控調度平臺。數據平臺進行數據的入庫和分析處理后，輸出至到監控中心、司機和用戶手機APP等；手機客戶端通過無線網絡，接入車輛聯網監控平臺，如圖5所示。

圖5 基于北斗車輛聯網架構圖

車聯網通信服務器的軟件采用Java開發平臺，主要包括前后置通訊服務器，前置通訊服務器面向作業車輛的司機手機APP，將所有轉發的GPS信息進行匯總并發送到后置通訊服務器中，同時將調度發送過來數據分發到各用戶智能手機APP。后置通訊服務器負責數據存儲，并將數據轉發到各監控客戶端。通信服務器軟件數據分析處理模塊實時從GPS數據隊列中獲取數據，并根據數據已有基礎數據、歷史GPS數據進行分析處理。主要涉及到數據有效性分析、區域分析、手機APP長時間不在線分析等處理分析功能，獲取高精度定位精度。

由監控中心進行車輛位置、車輛工作狀態（工作、待機、停止工作）、車輛歷史路線、工作時間進行監控，對車輛司機、呼叫車輛用戶、監控中心集中調度人員在一個平臺管控，實現車輛區域化管理和就近原則管理，大幅度提升車輛調度效率。

2 結論

（1）基于DGPS北斗差分GPS定位實現了工廠車輛高精度定位1m范圍；（2）采用GIS矢量疊加地圖實現了大型廠區高清可視化；（3）通過工業互聯網、車載、手機APP實現車輛調度管理。