RTK差分技術在網約車計費系統檢測中的應用

康婷婷，黃 艷，許 原，王亞軍，劉 圓

(1. 北京市計量檢測科學研究院，北京 100029； 2. 國家衛星導航定位與授時產業計量測試中心，北京 100029)

?

RTK差分技術在網約車計費系統檢測中的應用

康婷婷1,2，黃 艷1,2，許 原1,2，王亞軍1,2，劉 圓1,2

(1. 北京市計量檢測科學研究院，北京 100029； 2. 國家衛星導航定位與授時產業計量測試中心，北京 100029)

2013年以來，隨著打車軟件的流行，網絡約車不斷進入人們的視野并活躍在全國各大城市。隨之而來的網絡約車軟件定位不準、計程不準而導致的客戶投訴也接踵而來。針對這些問題，本文提出了一套網絡約車計費檢測方法，采用多模多頻RTK載波相位差分技術和慣性導航組合定位技術，使用基準站+流動站的RTK差分GNSS接收機、慣導模塊、高精度扼流圈導航天線及回放儀記錄汽車行駛過程中的信息，包括經緯度、乘車時間、速度等，通過計算得出汽車行駛里程。通過與司機手機計費結果進行比較，試驗結果表明，采用載波相位差分技術和組合導航定位的技術可以有效解決定位失鎖、軌跡不連續等問題。

網絡約車；RTK；載波相位差分；慣性導航

出租車作為城市的形象窗口之一,一直以來備受關注。除去飽受詬病的車況臟亂差外,高峰期打車難,更是不少市民心頭揮之不去的陰影[1]。隨著互聯網及智能手機的普及，網絡預約出租汽車(以下簡稱網約車)服務已經滲入眾多城市，成為“互聯網+”時代生活的一大亮點[2]。網約車的原理與電話叫車服務類似，即乘客在手機中點擊“我要用車”，并發送一段語音告知司機自己想去的地方或輸入當前具體的位置和要去的地方，用車信息會被傳送給離乘客較近的司機，司機可以在手機中一鍵搶應。軟件根據手機GPS或其他定位模塊進行定位和導航，并計算汽車行駛的里程及時間，最終得出打車費用。

1 網約車計程問題現狀

1.1 手機定位不準

手機定位服務也稱為基于位置的服務(location based service，LBS)，它是利用移動運營網絡平臺及定位相關設備，獲取終端移動用戶位置信息，并通過在網絡上的電子地圖平臺為終端用戶提供位置信息(經緯度坐標數據)服務的一種增值業務[3-6]。這種定位技術基于移動運營商信號基站的定位，利用手機上的GPS定位模塊將自己的位置信號發送到定位后臺來實現手機定位，同時通過測算基站與手機的距離來確定手機的位置[7]。

如果手機離基站距離過遠，地面增強效果就會很差，定位精度會大幅下降。內置陀螺儀的手機，可以通過陀螺儀來增強精度，但是即使地面增強效果好，定位精度誤差也只能到5 m左右。而且一般的手機在定位過程中抵抗干擾的能力非常差，遇到橋梁、隧道或遭遇惡劣的天氣都會由于失鎖而導致位置信息出現偏差[8]。手機定位的精度將直接影響網約車計程的準確性。

1.2 手機軟件內置地圖數據不準

國內具有導航電子地圖生產資質的公司數量從最初的一兩家發展到現在的幾十家[9]。目前幾家主流的網約車軟件所使用的地圖數據包括百度地圖、高德地圖及騰訊地圖。這些地圖廠商的數據精度并非完全一樣，甚至同一家地圖廠商的數據，在不同的位置精度也不一樣。

網約車在行駛過程中，若遇到橋梁、隧道等衛星信號不好的地方，就會出現軌跡信息丟失現象，網約車軟件一般會將軌跡丟失前后兩個軌跡點制作成一條直線，并且與地圖上的道路進行匹配。如果地圖數據不準，將會導致這條直線的長度出現很大誤差。圖1和圖2分別為在同一地點使用高德地圖和百度地圖定位的結果。

圖1 高德地圖定位結果

圖2 百度地圖定位結果

1.3 國內外研究現狀

由于網約車是一個新興事物，目前國內外對于網約車計費是否準確的研究極其稀少。本文針對以上出現的計費不準的問題進行了分析和試驗，提出一種網約車計費檢測方法，通過GNSS接收機實現GPS/北斗雙模定位，并利用RTK差分相位載波技術來精確定位，保證3～5 m的動態精度；同時根據網約車平臺公司的計費原理設計并開發相應的計費軟件，與司機手機計算的費用進行比較，檢測其計費是否準確。

由表6可知，當油炸時間為2 min時，牛肉丁的組織狀態干硬適中而且緊密，色澤具有牛肉丁應有的棕紅色色澤，有彈性，口感軟硬合適，外焦內嫩。但是，當油炸時間低于2 min時，牛肉丁未能脫水徹底，色澤偏淺；當油炸時間大于2.5 min時，太過干硬，色澤發深，并且油炸時間過長，風味和營養成分等有所散失。因此，通過對油炸時間的單因素分析，得出最佳油炸時間為2 min。

2 硬件設計及軟件實現

2.1 網約車計費檢測系統硬件框架

使用兩臺GNSS接收機，其中一臺作為流動站，另一臺作為基準站。流動站接收機使用TNC接口連接線作為天線饋線，12 V直流電源供電。基準站接收機使用相同方式連接天線與信號發射電臺，使用適配器供電。圖3為網約車計費檢測系統的硬件設計框架。

圖3 網約車計費檢測硬件設計框架

在整體的硬件框架中，流動站接收機和基準站接收機是導航定位的核心硬件，如圖4、圖5所示。基準站作為固定坐標點，在接收衛星信號的同時，通過信號發射電臺將信號發送給流動站接收機。流動站接收機通過全頻全系統天線接收衛星信號，通過接收天線接收基準站的電臺信號，將兩個信號進行差分處理，實現對衛星鐘差、對流層誤差等固定誤差的規避，提高裝置的定位精度。在供電上，由于接收機所需電量不大，流動站只需要能提供12 V直流電的電瓶即可，同時使用接收機適配器連接，以實現流動站的供電。在處理接收機所獲取的實時定位信息時，使用自設計軟件對其進行數據處理。同時可以使用衛星導航信號存儲記錄儀對接收機所接收信息進行還原，實現在Google Earth上描繪定位點，顯示實際行車軌跡。

圖4 基準站接收機連接方式

圖5 流動站接收機連接方式

2.2 軟件實現

軟件設計的目的是處理接收機接收到的數據，得到實際行車的軌跡信息和用于網約車車費計算的里程信息及時間信息。圖6為軟件設計流程圖。

2.2.1 NMEA數據提取

接收機所接收的信息格式為NMEA格式，NMEA是美國國家海洋電子協會(National Marine Electronics Association)為統一海洋導航規范而制定的標準，該格式標準已經成為國際通用的一種格式[10-11]。NMEA格式數據串的所有數據都采用ASCII文本字符表示，數據傳輸以“＄”開頭，后面是語句頭。NMEA已成為所有的GPS接收機最通用的數據輸出格式，同時也被用于與GPS接收機接口的大多數的軟件包里。NMEA中常用的即兼容性最廣的語句包括＄GPGGA、＄GPGSA、＄GPGSV、＄GPRMC、＄GPVTG、＄GPGLL等，本文所涉及的NMEA數據只涉及＄GPRMC。數據形式如圖7所示。

圖6 軟件設計框圖

圖7 NMEA格式部分RMC數據

2.2.2 低速時間計算

2.2.3 里程計算

通過RMC語句可以得出每一個實時定位點的經緯度坐標，通過這些坐標可以計算相鄰兩點的距離，將所有點的距離和相加，即可完成里程的計算，在得到實時經緯度的情況下提取RMC數據中的地面航向角，即可完成基于電子地圖的行車軌跡的獲取。

由于地球是一個近乎標準的橢球體，赤道半徑為6 378.140 km，極半徑為6 356.755 km，平均半徑6 371.004 km。若假設地球是一個完美的球體，則球的半徑就是地球的平均半徑，記為R。如果以0°經線為基準，根據地球表面任意兩點的經緯度就可以計算出這兩點間的地表距離(這里忽略地球表面地形對計算帶來的誤差，僅僅是理論上的估算值)[12-15]。

設第1點A的經緯度為(LonA,LatA)，第2點B的經緯度為(LonB,LatB)，按照0°經線的基準，東經取經度的正值(Longitude)，西經取經度負值(-Longitude)，北緯取90-緯度值(90-Latitude)，南緯取90+緯度值(90+Latitude)，則經過上述處理的兩點計為(MLonA,MLatA)和(MLonB,MLatB)。根據三角推導，兩點之間的距離計算公式為

C=sin(MLatA)sin(MLatB)cos(MLonA-MlonB)+ cos(MLatA)cos(MLatB)

2.2.4 軟件運行界面

按照以上算法將RMC數據導入計費軟件，分別得出里程和時間的計算結果，選擇網約車類型，得出最終車費。軟件運行界面如圖8所示。

圖8 軟件運行界面

3 試驗結果及分析

以北京市計量院到中國計量院為例進行說明，線路如圖9所示。

試驗過程中會經過和平西橋，由于在橋梁等地，接收機會出現失鎖的情況，這也是目前動態定位都會遇到的問題。失鎖后，該處的定位信息就會缺失，因此本次試驗使用了接收機自帶的慣導模塊，該模塊可以在失鎖情況下對數據進行修正，但是并不能持續太長時間。由于其頻率高于接收機的頻率，這樣能保證失鎖后的定位誤差不會對實際定位結果產生影響。圖10為接收機獲取的實時行車軌跡。

圖10 接收機獲取的實時行車軌跡

最后將手機計算結果與接收機計算結果進行比較，見表1。

表1 試驗數據

根據試驗對比結果，最終手機計算的里程是2.8 km，根據接收機接收的數據并依據里程算法計算出的結果為2.71 km；手機計算出的低速時間為4 min，通過篩選RMC數據所得出的低速時間為183 s，即3.05 min，所選的計費模式均為舒適型網約車，最終手機軟件計費結果為22.2元，計費軟件計算的車費為21.1元。可以發現，采用RTK差分技術獲取的里程和時間信息均比手機計算的里程和時間信息少。由于采用RTK差分技術，避免了衛星信號失鎖帶來的定位誤差，提高了定位的準確性，從而使得里程和時間計算更加準確。

4 結 語

本文提出了一種用于網約車計費系統檢測的方法，運用RTK差分技術，獲取了實際行車過程中的動態軌跡信息，進而計算得到里程和時間數據；通過計費軟件得到計費結果，并與手機計算的結果進行比較。

通過試驗對比發現，運用多模多頻RTK載波相位差分技術和慣性導航組合定位技術， 能有效保證定位的準確性、連續性、可靠性，避免由于衛星信號失鎖導致定位不準進而引發計費不準的問題。該方法在計量領域是一種新的嘗試，具有較高的可行性和實用價值。

[1] 林宇.“網約車合法化”引爭議，互聯網沖擊下出租車如何轉型[J].滬港經濟，2015(12):38-41.

[2] 黃月梅.關于專車服務問題的探討[J].交通企業管理，2015(5):6-7.

[3] 張國生，高博，姚慧敏.手機定位服務與電子地圖[J].測繪科學技術學報，2007，24(3):216-218.

[4] 喻樂.基于位置服務的手機定位系統的研究[D]. 武漢：武漢理工大學，2013:7-9.

[5] 張帥，范榮雙，梁勇，等.基于手機定位方法的研究與精度分析[J].全球定位系統，2011(2):45-47.

[6] 張健欽，仇培元，徐志潔，等.一種基于手機定位數據的出行行程識別方法[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版)，2013，37(5):934-938.

[7] 陳佳，胡波，左小清，等.利用手機定位數據的用戶特征挖掘[J].武漢大學學報(信息科學版)，2014，39(6):734-738.

[8] 朱麗莉，王金華.手機定位服務系統的研究[J].華東理工大學學報(自然科學版)，2007，33(6):21-23.

[9] 王慶社，彭瑜.導航電子地圖的生產質量控制[J].測繪通報，2009(7):55-57.

[10] 方書山，章傳銀，秘金鐘.NMEA-0183格式數據流解析的一種實用方法[J].測繪通報，2013(11):114-116.

[11] 劉成勇，許昌如.基于NMEA2000協議的GPS數據傳輸與處理研究[J].船舶工程，2009，31(4):63-66.

[12] 張照杰.網絡RTK定位原理與算法研究[D].青島：山東科技大學，2007:33-34.

[13] 王凱，張志祥，葉勇，等.兩點間曲面距離計算模型及應用[J].安徽農業大學學報，2003，30(3)：345-348.

[14] 賀勇.基于高精細地圖的GPS導航方法研究[D].上海：上海交通大學，2015：35-36.

[15] 楊玉華.GPS/電子地圖車輛導航系統[D].太原：華北工學院，2004：21-22.

Application of RTK in Testing for App-based Ride-hailing Billing System

KANG Tingting1,2，HUANG Yan1,2，XU Yuan1,2，WANG Yajun1,2，LIU Yuan1,2

(1. Beijing Institute of Metrology，Beijing 100029，China； 2. National Test Center for Navigating and Timing Industry of GNSS，Beijing 100029， China)

Since 2013，with the popularity of a taxi software，app-based ride-hailing continuously come into our vision and become active in major cities throughout the country.Subsequently, the customer complaints that positioning are not precise and the calculating mileage is not right. To solve these problems，this paper puts forward a test method of billing for app-based ride-hailing，using multi-mode, multi-frequency RTK GPS carrier phase differential technique and inertial navigation technique，using RTK differential GNSS receiver of base station and flow station，inertial navigation module，high precision of conjugate ring navigation antenna and playback apparatus to record the information such as latitude and longitude，journey time，speed and so on when the car in the process，then it calculates the mileage of the car.By comparing with the results of driver’s mobile phone，the results show that using carrier phase differential technique and inertial navigation technique can effectively solve the problem of positioning loss of lock，discontinuous of trajectory and so on.

app-based ride-hailing；RTK；carrier phase differential； inertial navigation

康婷婷，黃艷，許原，等.RTK差分技術在網約車計費系統檢測中的應用[J].測繪通報，2017(7)：120-123.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0237.

2016-11-29

中央引導地方科技發展專項(Z161100004516008)

康婷婷(1985—)，女，碩士，工程師，主要從事衛星導航及電磁計量方面的工作。E-mail：kangtingting@bjjl.cn

P228;P208

A

0494-0911(2017)07-0120-04