基于北斗衛星導航的車聯網系統研究

郝雅潔 胡欣宇 李富忠

摘 要：隨著消費者對汽車功能需求的提高，車聯網系統隨汽車智能化的提升應運而生，我國自主研發的北斗衛星導航系統可以作為新型車載終端為車聯網系統提供服務。基于北斗衛星的車聯網系統較傳統的GPS作為導航車載終端有較為明顯的優勢，然而該系統也存在一些擬解決的關鍵問題。文章首先對基于北斗衛星的車聯網系統進行了簡要介紹，接著對系統總體框架包括北斗車聯網系統的全國網絡架構和省級網絡架構以及系統應用服務平臺進行闡述，方便讀者深入了解基于北斗車聯網系統的智能化、優越性。

關鍵詞：車聯網系統;北斗衛星導航;網絡架構;智能化;GIS;遙感

中圖分類號：TP273+.5文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）07-00-04

0 引 言

隨著我國經濟的飛速發展，人民生活質量越來越高，現在汽車不僅僅是代步工具，消費者還需要更多先進的智能高端功能，所以對汽車制造業的要求越來越高，因此車聯網系統應運而生。車聯網通過車輛裝載的相應終端借助高端識別技術獲取車輛的各項信息、靜態屬性信息及動態運行狀態信息等[1]。目前我國車輛所安裝的車載終端均為GPS定位系統，然而一旦美國不再提供GPS信號，就會導致系統完全失效，尤其在戰時緊急狀態，國家需要對車輛進行緊急管控時，若因GPS信號的實效性導致調度失敗，將產生重大影響[2]，因此基于我國北斗衛星的車聯網系統研發勢在必行。

美國GPS的精度只有20 m，需要經過地面站的加強系統處理，才可以達到水平1 m、垂直1.5 m的精度。而我國自主研發的北斗系統，民用級別精確度高達10 m，軍用級別精確度更高，基于北斗的車聯網系統覆蓋了全國乃至東北亞、東南亞以及西亞邊貿口岸，到2020年，北斗系統將覆蓋全世界，精度達到毫米級[3]。

北斗導航系統符合國家產業政策方向，是政府未來幾年力推的重點產業。而車聯網系統正是基于北斗導航系統實現的車與車、車與人、車與路、車與傳感設備進行互聯互通的動態移動通信系統，具有一定的創新性和產業發展能力[4]。

北斗車聯網系統為每輛車配有10多個傳感器對其進行信息監控，并將得到的信息匯集到黑匣子中，北斗衛星通過黑匣子實時獲取監控狀態信號，如駕駛員的駕駛狀態等，指揮中心可以通過北斗衛星獲取狀態信息從而更全面地對車輛進行控制監管[5]。若車輛在運行過程中發生異常現象，如改變行車路線或者發生交通事故時，指揮中心會立即報警，呼叫就近的救援團隊趕赴現場救援。該系統較傳統的GPS導航更為先進，在手機沒有信號的情況下同樣適用，大大縮短了信息從地面反饋到指揮中心的時間，用時縮短到0.01 s左右。

1 北斗車聯網系統總體概述

1.1 北斗車聯網系統的全國網絡架構

1.1.1 技術架構

系統技術架構是指利用傳感、計算、網絡等先進技術對大范圍、大容量的車輛、道路及交通狀況進行感知與控制，以便提高交通效率和交通安全。北斗車聯網技術架構如圖1所示。

從網絡的角度來看，北斗車聯網系統具有三層體系架構，分別是端系統、管系統和云系統[6]。

（1）端系統負責感知與采集車輛的行車狀態與環境信息，同時作為一個通信終端，可以實現車與車、車與網間的通信，使汽車能夠進行IOV尋址，具備網絡可信標識等能力。

（2）管系統統一了公網與專網，實現了車輛間自組織網絡與異構網絡間的通信漫游，提升了網絡廣泛性，可解決車與車、車與網、車與路之間的聯通問題，保障系統的實時性[7]。

（3）云系統可以虛擬化并存儲各行業類型車輛的海量運行信息，并對這些數據進行匯集、計算，進而對車輛進行調度、監控與管理。

1.1.2 云平臺架構

車聯網系統由覆蓋全國車聯網指揮中心及網絡、車聯網數據及應用平臺的建設、車聯網技術研發中心、車聯網國家級產業園的建設、車聯網運營服務公司等構成[8]。

系統采用矩陣式部署，在全國組成網絡系統，主要面向與銀行、電信、移動、交通、公安等重點行業進行專業對接。北斗車聯網系統的云平臺架構如圖2所示。

北斗車聯網系統利用GIS技術進行科學的管理和決策：將GIS應用到車聯網行業，增加行業的應用分析功能，科學地管理好橋隧信息[9]。北斗車聯網系統的遙感地理信息系統如圖3所示。

（1）全國路網及其地形信息、屬性信息以數據形式保存在全國云數據磁盤陣列中，通過專業光纖傳輸至各省市車聯網數據中心的數據庫，無需重復勘測和投資，避免精度降低引起誤差從而降低數據的利用率，可大幅提高工作處理效率;

（2）通過BDS和RS及時更新GIS中的數據，為車聯網用戶提供最新最準確的路網圖，保證信息數據的現勢性;

（3）GIS可以自動計算車聯網行業的業務量，減少人工計算引起的誤差，如車輛路徑尋優技術，貨運的多任務規劃與協同等，有效提高了資源利用率[10]。

1.2 北斗車聯網系統的省級網絡架構

北斗車聯網系統分為省外和省內兩部分，省外通過高速光纖專線信道將本省北斗車聯網數據應用中心與全國北斗車聯網數據應用中心相連，通過該通道與全國其他省級和國際口岸進行數據交換，形成開放的應用網絡架構。

省內系統由省級北斗車聯網平臺和已有車輛業務平臺系統構成，它們通過信息交換服務與數據共享網關進行松耦合連接，彼此業務獨立，數據共享，相互支撐[11]。其中省級北斗車聯網平臺包括省北斗車聯網數據與應用中心、省車聯網運維服務中心和省車聯網客戶呼叫服務中心。

1.2.1 車聯網數據共享中心

北斗車聯網系統車輛可以通過一系列傳感器、圖像處理裝置等進行車輛靜態位置、動態速度和路線數據信息的采集，并將這些數據運用移動互聯技術傳輸匯聚到省車聯網數據中心[12]。數據中心分析和處理車輛的數據信息，對路況現狀進行匯報及對交通信號燈進行安排。車聯網系統省級數據平臺如圖4所示。

1.2.2 信息交換服務與數據共享網關

建立省統一的信息資源交換平臺，實現信息交換服務和數據共享網關功能，將省車聯網數據中心建成全省車聯網信息的樞紐，加強與公路交通、執法監督、物流運輸等車輛管理系統之間的數據共享和交換，建立車聯網信息資源目錄，與各市交通運輸局、廳直各單位自身信息資源建立目錄共享服務[13]。

1.2.3 客戶呼叫服務中心

車聯網呼叫中心是一個較為龐大的系統工程，涉及方言配比、遠程服務內容、坐席數量等因素，由于目前車主的付費意愿不強，廠家收不到服務費，所以需要投入大量資金建立北斗車聯網呼叫中心，中心基于Telematics的E-CALL，B-CALL及I-CALL為用戶提供人工領航服務、聲控導航等個性化服務，用戶可以通過一鍵通按鈕對服務中心進行呼叫，隨時享受其提供的全方位服務[14]。

1.3 北斗車聯網系統應用服務平臺

1.3.1 第三方應用服務平臺

車聯網應用模式建立在OpenAPI基礎上，它是Web，IM，SMS等服務的提供者。第三方應用開發商通過該技術與車聯網平臺互動，通過即時通信軟件，基于其OpenAPI客戶端進行交互，車聯網相當于是一個存活于OpenAPI基礎之上的互聯網服務中心[15]。降低第三方應用開發和接入的成本有利于系統應用數量的增長與用戶數量的增長。三方應用技術架構如圖5所示。

1.3.2 計費系統

北斗車聯網的計費系統功能繁多，包括客戶管理、計費處理、賬務處理、資費管理等，其中語音業務、信息服務業務需要付費[16]。

1.3.3 銀行結算與支付系統

北斗車聯網利用中國銀聯的NFC可信賴服務管理者（TSM）平臺，將TSM平臺整合于車聯網運營商與企業，讓TSM平臺不僅可用于支付卡，還能用于儲值卡、社保卡、學生卡、賒購卡及移動門票等的結算與支付[17]。

1.3.4 手機聯網支付系統

北斗車聯網與手機支付已有成熟的商業合作，手機就像銀行卡，車載終端就像一臺移動POS機，用戶在加油、寬帶充值、銀行卡轉賬、買電影票以及預訂酒店機票等時可以進行手機支付[18]。

2 北斗車聯網系統擬解決的難點問題

車聯網系統亦有其局限性與需要解決的難題。隨著經濟發展的全球化，車流的跨地域活動越來越頻繁，當某一省的車輛離開省境時，車與車、車與路、車與人的數據鏈接都會因為省級車聯網數據中心的限制而變得困難，另外跨省移動通信資費等問題也難以解決。

同樣，當省外車輛進入省境時，也會因為普通省級車聯網平臺的限制，使車輛處于監管盲區，這對于估算省內物流、客流的情況極為不利。

3 結 語

中國自主研發的全球定位導航系統—北斗衛星導航系統可以為用戶大范圍、全天候的提供高精度且可靠的定位導航信息服務，方便快捷。基于北斗的車聯網系統也可以為用戶提供精確高效、實時性高的信息，以便更好地控制和管理車輛，實現智能一體化。

參 考 文 獻

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