營運車輛車載衛(wèi)星定位裝置快速檢測檢定系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

馮永寬 黃慶程

（1.福建省交通科研院有限公司； 2.福建省公路、水運工程重點實驗室，福州 350004）

1 引言

近年來, 我國交通運輸部積極組織開展推廣應(yīng)用衛(wèi)星定位汽車行駛記錄儀的工作, 以全面提升道路交通安全動態(tài)監(jiān)管能力,利用運輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng),加強道路運輸安全管理,實時監(jiān)控運輸車輛駕駛?cè)顺傩旭偂⑵隈{駛等違法行為,有效遏制重特大事故,實現(xiàn)道路運輸科學(xué)發(fā)展、安全發(fā)展；但是,目前營運車輛車載衛(wèi)星定位裝置存在著檢用不一的情況, 安裝在營運車輛的車載衛(wèi)星定位裝置質(zhì)量也存在一些問題, 其所上傳的數(shù)據(jù)可能存在虛假等現(xiàn)象, 致使無法確保運輸企業(yè)的車載衛(wèi)星定位裝置量值的準確可靠、運行狀態(tài)的正常,因而,若運輸企業(yè)車輛從事違法、違規(guī)運輸時,主管部門無法進行有效監(jiān)管,進而導(dǎo)致嚴重的安全隱患,造成社會安全問題。因此,開展車載衛(wèi)星定位裝置的檢測檢定工作, 保證裝置量值傳遞的準確可靠就顯得至關(guān)重要。

根據(jù) 《衛(wèi)星定位系統(tǒng)車載終端測速裝置檢定規(guī)程》JJG(閩)1045-2011,車載衛(wèi)星定位裝置的定位精度、速度精度、里程、方位等重要計量參數(shù)需要每年定期檢定,以確定車載衛(wèi)星定位裝置的功能是否正常,定位、測速是否準確、穩(wěn)定、可靠,從而判斷車載衛(wèi)星定位裝置合格與否。檢測時需要把檢測設(shè)備接到車載衛(wèi)星定位裝置, 由于車輛衛(wèi)星定位裝置都安裝在不易接觸的地方, 接入困難,需要衛(wèi)星定位裝置廠家配合,檢測檢定工作效率低下,需要等候時間較長,造成了司機抵觸的情緒,同時需要把被檢的車輛集中在一起,占用比較大的場地,也給運輸企業(yè)營運工作帶來很大的麻煩, 并且大多數(shù)被檢車載終端沒有配備手柄或調(diào)度屏,位置、速度、里程和方位等計量參數(shù)實測值都無法現(xiàn)場提取, 檢測完成后還需到各運輸企業(yè)監(jiān)控管理平臺通過軌跡回放獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù), 經(jīng)初步統(tǒng)計,福建省安裝衛(wèi)星定位系統(tǒng)的營運車輛約12 萬輛,量大面廣,分布又極為分散,如果全部按照《衛(wèi)星定位系統(tǒng)車載終端測速裝置檢定規(guī)程》JJG (閩)1045-2011 進行檢測檢定,任務(wù)量巨大,在規(guī)定時間內(nèi)難以完成檢測和檢定的工作,同時也會給營運企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟負擔(dān)。

2 快速檢測檢定方法設(shè)計

根據(jù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)車載終端測速裝置檢定規(guī)程,對營運車輛車載衛(wèi)星定位裝置進行現(xiàn)場實車檢測檢定,在檢測檢定過程中發(fā)現(xiàn)存在以下主要問題：

(1)需要對車載衛(wèi)星定位裝置進行接線、停電復(fù)位、重啟設(shè)備等操作, 由于部分車輛車載衛(wèi)星定位裝置安裝在內(nèi)部, 在進行檢測檢定時需要相關(guān)技術(shù)人員配合拆裝設(shè)備和接線,檢測檢定過程繁瑣,在將車輛集中停放在一起的情況下,平均一天檢測檢定車輛約20～30 輛,效率低下,完全不能滿足全省約十多萬輛營運車輛車載衛(wèi)星定位裝置檢測檢定的要求。

(2)由于信號源發(fā)送的相關(guān)標準數(shù)據(jù)與車輛實際運動軌跡不匹配, 車載衛(wèi)星定位運營商平臺會誤認為是異常數(shù)據(jù),對衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)不予保存,導(dǎo)致該部分的數(shù)據(jù)無法調(diào)用查看, 從而無法判斷車載衛(wèi)星定位裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)是否準確。

(3)信號源發(fā)送的相關(guān)標準數(shù)據(jù)需要通過車載衛(wèi)星定位運營商平臺獲取,存在檢測檢定數(shù)據(jù)失真的風(fēng)險。

(4)各車載衛(wèi)星定位運營商監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)開放接口標準不統(tǒng)一,存在數(shù)據(jù)獲取困難。

針對在現(xiàn)場檢測檢定過程中存在的問題, 提出了以下解決技術(shù)方案：

(1)采用無線發(fā)送設(shè)備,替代傳統(tǒng)有線接入方式,解決拆裝設(shè)備、接線等問題,同時設(shè)備采用蓄電池供電,便于攜帶,可大大提高檢測檢定工作效率。 無線衛(wèi)星信號發(fā)送裝置如圖1 所示,無線輻射功率可根據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)節(jié)。

圖1 無線衛(wèi)星信號發(fā)送裝置示意圖

(2) 要求各車載衛(wèi)星定位運營商平臺按照相關(guān)標準,開放數(shù)據(jù)接口, 檢測檢定平臺通過省級道路運輸車輛動態(tài)安全監(jiān)管平臺對車載衛(wèi)星定位裝置發(fā)送指令, 把車載衛(wèi)星定位裝置指向運營商管理平臺的地址暫時改為檢測檢定平臺的地址,并重新啟動終端設(shè)備,從而把車載衛(wèi)星定位裝置由原來與車載衛(wèi)星定位運營商平臺通信轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯优c檢測檢定平臺進行通信, 解決了檢測檢定數(shù)據(jù)需要通過運營商平臺轉(zhuǎn)發(fā)可能數(shù)據(jù)失真或丟失等問題,并把數(shù)據(jù)上傳頻率由30s/次改為5s/次, 增加了數(shù)據(jù)的采樣頻率,從而提高了檢測和檢定數(shù)據(jù)的準確度。

3 檢測檢定平臺設(shè)計

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)主要由五層構(gòu)成(圖2)：

(1)終端層：負責(zé)衛(wèi)星定位終端的接入、數(shù)據(jù)解析及存儲。

(2)存儲層：主要負責(zé)對平臺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行維護管理。

(3)服務(wù)層：針對對每個業(yè)務(wù)對象(如用戶、標準器等)的業(yè)務(wù)服務(wù)。

(4)應(yīng)用層：基于各類服務(wù)組合的系統(tǒng)應(yīng)用。

(5)接口層：本系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的接口服務(wù)。

3.2 檢測檢定業(yè)務(wù)流程

(1)當(dāng)營運車輛到達待檢區(qū),車主或駕駛員向檢定人員提出車載衛(wèi)星定位裝置檢定申請, 檢定人員通過手持移動終端APP 對車輛進行識別, 形成檢定業(yè)務(wù)委托協(xié)議單,車主或駕駛員在電子協(xié)議單上簽字確認。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

(2) 啟動GNSS 標準信號模擬器, 手持移動終端APP對車輛進行識別后, 將車牌等相關(guān)信息發(fā)送給檢測檢定管理平臺, 檢測檢定管理平臺通過省級道路運輸車輛動態(tài)安全監(jiān)管平臺和車載衛(wèi)星定位運營商平臺, 在營運車輛衛(wèi)星定位裝置與檢測檢定管理平臺之間建立檢測檢定臨時通信傳輸通道, 對該車車載衛(wèi)星定位裝置自動進行相關(guān)設(shè)置(如IP 設(shè)置),將發(fā)送數(shù)據(jù)間隔時間臨時改為5s發(fā)送一次數(shù)據(jù), 自動遙控車載衛(wèi)星定位裝置重啟進行自檢, 并將設(shè)置結(jié)果通過檢測檢定管理平臺通知到現(xiàn)場檢測檢定人員手中移動終端APP。

(3)現(xiàn)場檢測檢定人員通過手持移動終端APP 得到正常反饋信息后開始進行檢測檢定, 發(fā)送檢定用的標準信號, 當(dāng)車載衛(wèi)星定位裝置接收到標準信號模擬器發(fā)出的無線信號時, 車載衛(wèi)星定位裝置會得到相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù),并通過臨時通道上傳檢測數(shù)據(jù)到檢測檢定管理平臺。

(4)檢測檢定管理平臺根據(jù)檢測檢定要求對各計量參量的數(shù)據(jù)進行采集, 并將上傳的檢測數(shù)據(jù)與平臺上的標準數(shù)據(jù)進行比較、分析與計算,得出檢測檢定結(jié)果(合格或不合格)。

(5)檢測檢定管理平臺把檢定結(jié)果回傳給現(xiàn)場檢定人員的移動終端上,并自動應(yīng)生成檢測檢定結(jié)果回饋單。 若結(jié)果是合格的, 則自動生成檢測檢定原始記錄及檢定證書, 并將檢定合格的結(jié)果回傳給現(xiàn)場檢定人員的移動終端；若檢測檢定結(jié)果是不合格的,則將不合格的結(jié)果及對應(yīng)不合格參量的實際數(shù)據(jù)一并回傳給現(xiàn)場檢定人員移動終端,并由現(xiàn)場檢定人員當(dāng)場通知車主或駕駛員。

(6)設(shè)備檢測檢定結(jié)束后,關(guān)閉GNSS 標準信號模擬器,系統(tǒng)自動對已設(shè)置的設(shè)備進行恢復(fù),復(fù)位到原始狀態(tài),并重啟設(shè)備,同時通過移動終端告知現(xiàn)場檢測人員。

(7)整個檢測檢定過程完后,將生成的檢測檢定原始記錄和檢測檢定電子證書, 同時也將檢測檢定結(jié)果上傳給運政管理部門, 為運政管理部門對運營車輛的監(jiān)管提供服務(wù)。

3.3 系統(tǒng)功能設(shè)置

3.3.1 終端接入服務(wù)

(1)定位終端直連

當(dāng)采用該模式時, 車載衛(wèi)星定位終端接入服務(wù)支持基于省級道路運輸車輛動態(tài)安全監(jiān)管平臺提供的定位終端管理能力,或通過運營商管理平臺人工處理,將待檢定終端的服務(wù)器IP 及端口更改至檢定平臺,并支持設(shè)置指定時間后自動切換終端原服務(wù)器地址。

(2)省衛(wèi)星定位平臺數(shù)據(jù)接口

當(dāng)車載衛(wèi)星定位終端無法直接更改服務(wù)器地址至檢定平臺時, 車載衛(wèi)星定位裝置接入服務(wù)支持基于省級道路運輸車輛動態(tài)安全監(jiān)管平臺提供的動態(tài)數(shù)據(jù)查詢接口獲取終端上報的數(shù)據(jù)。

3.3.2 終端數(shù)據(jù)解析服務(wù)

終端數(shù)據(jù)解析服務(wù), 主要功能為在接收車載衛(wèi)星定位終端上傳的原始二進制數(shù)據(jù)后,按照《道路運輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng) 終端通訊協(xié)議及數(shù)據(jù)格式》標準,將終端數(shù)據(jù)解析成車牌號碼、經(jīng)緯度、速度、方向、里程等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

3.3.3 終端控制服務(wù)

終端控制服務(wù)主要功能為對車載衛(wèi)星定位終端進行指令控制,如設(shè)置定位數(shù)據(jù)上報頻率、設(shè)置超速閥值、設(shè)置行駛路線等操作。

3.3.4 終端數(shù)據(jù)存儲服務(wù)

終端數(shù)據(jù)存儲服務(wù)主要功能為存儲解析后的定位及狀態(tài)數(shù)據(jù)。衛(wèi)星定位的動態(tài)數(shù)據(jù)分為熱數(shù)據(jù)和冷數(shù)據(jù)；熱數(shù)據(jù)由于在短期內(nèi)需要經(jīng)常查詢分析所以性能要求較高； 冷數(shù)據(jù)主要用于歸檔備份以及大數(shù)據(jù)分析對于性能要求偏低,綜合以上特點,系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)對冷熱數(shù)據(jù)分離存儲,在保持系統(tǒng)高可用的前提下降低運維成本, 終端數(shù)據(jù)支持保存一年以上。

3.3.5 終端數(shù)據(jù)查詢服務(wù)

采用地圖的形式, 查詢車載衛(wèi)星定位終端的實時位置,狀態(tài)和歷史軌跡。

(1)終端位置查詢

可以同時查看選定車載衛(wèi)星定位終端最后位置信息,在電子地圖上通過不同顏色展示車輛狀態(tài),深綠色表示車輛不在線或無末次數(shù)據(jù), 紅色表示在線車輛報警,藍色表示在線車輛正常行駛,綠色表示在線車輛正常停止。

在地圖上點擊車輛圖標時可以顯示車輛檔案和衛(wèi)星定位信息,并支持快速進入軌跡回放、查看信息等操作,如圖3。

圖3 車載衛(wèi)星定位終端位置信息圖

(2)軌跡回放

對指定時間范圍內(nèi)的行駛軌跡和各項行駛參數(shù)的查詢在地圖上播放展示,如今天,昨天,前天,本周,上周時間等。

軌跡數(shù)據(jù)查詢完畢后自動調(diào)整地圖視野到軌跡全圖,具有播放進度顯示和調(diào)整播放進度功能。

支持快、中、慢三種不同的播放速度選擇；在播放過程支持暫停/繼續(xù)功能；軌跡播放過程時支持車輛視野跟隨。 如圖4。

(3)行駛記錄儀數(shù)據(jù)查看

圖4 車載衛(wèi)星定位終端軌跡回放圖

在檢測檢定平臺上遠程向車載衛(wèi)星定位終端提取和查看數(shù)據(jù),包括脈沖速度,剎車狀態(tài)、轉(zhuǎn)向燈狀態(tài)等標準要求的必要信息。

(4)報警數(shù)據(jù)查看

在檢測檢定平臺上遠程實時展示車載衛(wèi)星定位終端上報的各類報警,如超速報警、線路偏移報警等檢測檢定工作要求的報警數(shù)據(jù)。

3.3.6 檢測檢定管理

(1)業(yè)務(wù)委托協(xié)議單

檢測檢定工作的初始流程為生成業(yè)務(wù)委托協(xié)議單,協(xié)議單由檢測檢定人員在平臺上錄入, 協(xié)議單內(nèi)容至少包含：車牌號碼、終端廠家、終端型號、SIM卡號、終端標識、業(yè)主、聯(lián)系方式、郵箱地址等,系統(tǒng)自動補充檢測檢定時間等必要信息,并支持打印成指定的格式。

(2)終端數(shù)據(jù)接入

根據(jù)業(yè)務(wù)委托協(xié)議單,通過終端接入服務(wù),接入待檢測檢定的車載衛(wèi)星定位終端的數(shù)據(jù), 自動設(shè)置終端上報頻率、行駛線路等參數(shù),可通過數(shù)據(jù)查詢服務(wù)查看終端數(shù)據(jù)是否正常。

(3)自動檢定

根據(jù)GNSS標準信號模擬器發(fā)送信號, 按信號源時間段提取出該時段終端上報的所有衛(wèi)星定位數(shù)據(jù), 并通過標準算法, 計算終端實際數(shù)據(jù)與標準信號數(shù)據(jù)的誤差值及重點功能是否符合要求,主要包含：

1)定位誤差：誤差值是否在允許誤差范圍內(nèi)；

2)速度誤差：誤差值是否在允許誤差范圍內(nèi)；

3)里程誤差：誤差值是否在允許誤差范圍內(nèi)；

4)方向角誤差：誤差值是否在允許誤差范圍內(nèi)；

5)超速報警功能：是否有按要求產(chǎn)生報警。

(4)人工檢定

對于檢測檢定過程中無法自動化的部分, 檢測檢定平臺支持人工檢測并填錄檢測檢定結(jié)果。 檢測方式為人工進行指定的操作后, 利用終端數(shù)據(jù)查詢服務(wù)或觀察終端狀態(tài)等方式進行判斷分析,檢測項目主要包含：

1)設(shè)備外觀；

2)斷電報警；

3)左右轉(zhuǎn)向燈狀態(tài)；

4)剎車狀態(tài)；

5)車門狀態(tài)；

6)遠光燈狀態(tài)；

7)ACC狀態(tài)。

3.3.7 系統(tǒng)管理

(1)角色管理

系統(tǒng)分級角色管理, 可為不同角色分配不同的功能權(quán)限,系統(tǒng)將功能細化到數(shù)據(jù)操作粒度,并支持功能分組。如是否允許管理用戶,是否允許管理標準等；系統(tǒng)默認角色包含：系統(tǒng)管理員、檢定機構(gòu)及檢定人員。

(2)用戶管理

支持多級用戶管理, 上級用戶可以創(chuàng)建和管理下級用戶,用戶信息至少包含：姓名,賬號,聯(lián)系電話,地址,備注,所屬角色等。

(3)GNSS標準器管理

主要對下發(fā)的GNSS模擬信號標準器進行統(tǒng)一管理,包括發(fā)放、設(shè)備溯源、標準信號源維護更新管理等。

(4)標準信號源維護

添加、修改和刪除用于檢定的GNSS模擬信號數(shù)據(jù),信號源包含：世界時間,緯度,緯度半球,經(jīng)度,經(jīng)度半球,定位質(zhì)量指示,使用衛(wèi)星數(shù)量,HDOP-水平精度因子,橢球高,高度單位,大地水準面高度異常差值,高度單位,差分GPS數(shù)據(jù)期限,差分參考基站標號等,示例數(shù)據(jù)：

$GPGGA,024125.00,3110.01166000,N,12123.40000000,E,1,05,2.87,10,M,00.000,M,,*7F

$GPGGA,024126.00,3110.01166000,N,12123.40000000,E,1,05,2.87,10,M,00.000,M,,*7C

$GPGGA,024127.00,3110.01166000,N,12123.40000000,E,1,05,2.87,10,M,00.000,M,,*7D

$GPGGA,024128.00,3110.01166000,N,12123.40000000,E,1,05,2.87,10,M,00.000,M,,*72

$GPGGA,024129.00,3110.01166000,N,12123.40000000,E,1,05,2.87,10,M,00.000,M,,*73

4 平臺運用效果

檢測檢定平臺已實現(xiàn)了與福州創(chuàng)想衛(wèi)星定位安全服務(wù)運營平臺的數(shù)據(jù)對接,通過了現(xiàn)場的實際測試,系統(tǒng)具有高效、準確、使用簡單等特點,平均30min可檢測檢定一部營運車輛車載衛(wèi)星定位裝置, 達到了對營運車輛車載衛(wèi)星定位裝置快速檢測檢定的目標,如果依托各汽車綜合性能檢測站,在對營運車輛進行性能檢測的同時對車載衛(wèi)星定位裝置進行檢測檢定,可大大節(jié)省司機等待的時間,減少運輸企業(yè)的人力、物力和財力成本,并可滿足福建省12萬輛營運車輛衛(wèi)星定位車載終端檢測檢定的要求。

5 結(jié)束語

隨著道路運輸?shù)陌l(fā)展, 運輸車輛保有量將越來越大,對運輸車輛(包括客運車輛和特殊貨物車輛)的管理問題將會越來越突出。 本文介紹的快速檢測檢定平臺可解決政府部門關(guān)于對營運車輛車載衛(wèi)星定位裝置檢測檢定的任務(wù)要求, 可大大提高了車輛衛(wèi)星定位裝置安裝質(zhì)量,從而有效地提升運輸車輛的行車安全, 并且設(shè)計的標準信號模擬器攜帶方便, 也適用于交通執(zhí)法部門對營運車輛安裝衛(wèi)星定位車載終端的現(xiàn)場稽查, 增強了對運輸車輛車載衛(wèi)星定位裝置有效的監(jiān)督和管理。