基于北斗/GPS組合差分技術的城市公交優先系統設計

唐述強，黃倫文

（安徽四創電子股份有限公司，合肥 230031）

基于北斗/GPS組合差分技術的城市公交優先系統設計

唐述強，黃倫文

（安徽四創電子股份有限公司，合肥 230031）

1 引言

我國很多城市交通壓力大，交通擁堵、能源消耗嚴重，引導市民更多的選擇公交出行，對于緩解交通壓力具有重要意義。公交優先控制系統成為體現“公交系統的優越性和優先權，大力發展公交優先基礎設施”的一大亮點。公交優先控制主要是通過對公交車輛的實時定位，優化交通信號燈觸發事件，保證公交車輛優先通行。目前，公交車輛主要是通過安裝車載導航型GPS終端來進行定位，但是這些終端基本采用單點定位方式，定位精度不高，一般只能達到10米，無法區分行車道，更無法辨別車輛的上下行，不能實現車道監控和公交車輛的精準位置監控，無法適合公交優先控制的定位。為了實現公交車輛精確定位，同時解決一些城市遮擋地區定位困難，本文采用北斗/GPS雙模組合差分定位技術來進行公交優先系統的車載實時精確定位。

2 北斗/GPS組合差分定位原理

差分定位技術是利用衛星（北斗、GPS等衛星）載波差分定位原理，在基準站接收機和公交差分終端同步觀測相同衛星的情況下，衛星的軌道誤差、衛星鐘差、接收機鐘差以及電離層和對流層的折射誤差等對觀測量的影響具有一定的相關性。利用載波相位等觀測量的不同組合進行求差實現相對定位，有效地消除或削弱相關誤差的影響，提高相對定位的精度，實現公交車輛亞米級甚至厘米級定位精度[1]。北斗/GPS雙模組合差分定位精度應用于公交優先系統能夠很好解決在衛星信號無遮擋區的公交精確定位，通過北斗和GPS雙系統的衛星信號進行融合差分處理，能夠使得公交在部分城市遮擋地區增加可用解算衛星顆數，彌補單衛星系統在信號遮擋嚴重區域定位困難的不足，保證公交定位終端定位測速可靠性和精度[2]。北斗/GPS組合差分定位原理如圖1所示。

圖1 組合差分定位

3 北斗差分定位的快速公交優先系統設計

3.1 系統架構及工作流程

3.1.1 系統架構

基于北斗/GPS組合差分定位的公交優先系統主要由基準站、數據服務中心、數據通信系統和公交北斗/GPS差分終端組成。系統架構示意圖如圖2所示。

圖2 系架構示意圖

3.1.2 工作流程

整個系統工作流程：基準站進行衛星信號的捕獲、跟蹤、數據采集，并通過線纜、移動網絡向數據服務中心播發該基站的觀測量信息；數據服務中心通過移動網絡進行數據處理、存儲、分流并向公交北斗/GPS差分終端播發獲取的基準站觀測數據、坐標等數據；公交北斗/GPS差分終端獲取數據服務中心發送的數據，并實時接收衛星數據，進行差分解算，實現快速公交的實時高精度位置解算，并根據坐標信息與紅綠燈坐標進行距離解算，并將距離信息反饋，從而由紅綠燈控制系統進行綠燈延遲或紅燈早斷。

3.2 系統實現

3.2.1 基準站建設

基準站實時進行BDS、GPS信號的捕獲、跟蹤及數據采集與傳輸，并通過數據服務中心將觀測數據實時發送給各監測的城市公交終端，以進行差分解算。基準站由觀測墩、北斗/GPS兼容型基準接收機、基準站接收天線、氣象觀測設備及其他通信、供電附屬設備等組成。基準站選址應具備以下原則：

⊙ 應根據公交路線合理進行基準站選址，選址處基準站應有10°以上的地平高度角衛星通視條件。

⊙ 具有穩定、安全可靠的交流電電源，同時交

通應便利，便于人員往來和車輛運輸。

⊙ 基準站遠離電磁干擾區和雷擊區，其距離不小于200m；遠離周邊的高大建筑、樹、水體、和易積水地帶，其距離不小于200m。

⊙ 應避開地質構造不穩定區域，避開鐵路、公

路等易產生振動的地點。

3.2.2 數據服務中心建設

數據服務中心由計算機、網絡設備、專業軟件系統、供電系統以及機房等構成，中心具備數據管理、數據監控、數據處理分析及產品服務等功能，用于匯集、存儲、處理、分析和分發基準站數據，為公交北斗差分終端進行高精度定位提供數據輸入。

圖3 數據服務中心功能

數據服務中心軟件部署如表1所示。

表1 控制中心系統軟件組成

3.2.3 數據通信系統

由于移動通信公共網絡帶寬高，速率快，能提供快速的雙向通信鏈路，本文擬采用移動通信網絡方式通信為主，其他通信方式為輔來實現系統的通信。移動通信網絡播發模式將通過移動通信鏈路向各個公交北斗差分終端實時播發高精度差分數據[6]。通信鏈路能夠保證如下功能：

⊙ 數據服務中心為各城市公交北斗差分終端實時播發差分增強數據，包括RTCM、CMR差分修正信息及系統完備性監測信息。

⊙ 各城市公交北斗差分終端可以實時向數據服務中心發送處理請求。

⊙ 網絡系統采用開放式、標準化的結構，具有良好的功能擴展和升級能力。

⊙ 具備一定的通信網絡安全機制。

3.2.4 公交/GPS北斗差分終端設計

北斗/GPS公交差分終端設計小型化、便攜、適用于接入現有城市公交系統，主機主要由北斗/GPS差分模塊、微控制板和數據鏈組成，主機幾個部分之間采用串口通信[5]。天線采用北斗/GPS兼容型高精度測量型天線，天線在公交車上固定方式采用吸盤方式。差分終端對外通過GPRS輸出車輛實時位置數據。終端設計如圖4所示。

圖4 終端設計

3.2.5 基于北斗/GPS差分位置的優先控制策略

公交差分終端實時（間隔1s）將公交當前位置、速度等數據發送至下一路口紅綠燈控制器系統，紅綠燈控制器系統計算將到達的公交車輛距離路口的距離及到達時間。并與到達時紅綠燈狀態進行對比分析，若公交在車次路口時間無延時，則按照原來的配時方案進行，不調整紅綠燈時間；若到達路口時間有延時，啟動公交優先信號調整方案，根據實際情況，延長紅綠燈時間或者早斷紅燈時間[3],[4]。公交優先信號控制方案如圖5所示。

圖5 公交優先信號控制流程

4 結束語

城市公交優先系統在一定程度上能夠緩解城市交通壓力，減少交通擁堵、能源消耗。本文采用北斗/GPS組合的載波差分定位技術來實現城市公交實時定位和測速，并分析了系統的架構、工作流程和各個部分的具體實現。系統能夠實現各城市公交車輛的實時精確定位和測速，并將數據實時反饋至紅綠燈控制系統和數據服務中心，為便捷城市公交優先通過即將到達的紅綠燈路口，判斷是否需要進行交通信號干預。

[1] 黨亞民等．全球導航衛星系統原理與應用[M]．北京：測繪出版社，2007

[2] 王霞迎．BDS/GPS基線解算算法研究[D]，中國測繪科學研究院，2014

[3] 柳祖鵬．交叉口公交優先信號控制系統研究[J]．武漢科技大學學報，2005（1）

[4] 曹世華，趙方．快速公交信號優先系統的設計與實現[J]．工程應用技術與實現，2009,35(8)

[5] 梁本仁，斯庭勇，王世臣．基于北斗的車輛精確定位監測系統設計與實現[J]．電子世界，2016(1)

[6] 文宗周，陳改霞．基于GPS/GPRS的遠程車輛管理系統的設計[J]．電子測量技術，2013(15)

Design of Urban Public Transport Priority System Based on Beidou/GPS Combined Differential Technology

Tang Shuqiang, Huang Lunwen
(AnHui SunCreate Electronics Co., Ltd., HeFei, 230031)

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.06.009

TN96，U675.75文獻標示碼：A

1672-7274（2017）06-0029-03

唐述強，男，現任安徽四創電子股份有限公司總經理助理，高級工程師。

黃倫文，男，現任安徽四創電子股份有限公司高級工程師。