基于高精定位的汽車道路試驗作業管理應用研究

岳承翰　劉東儉　鄒慧珍　劉爽

摘 要：隨著試驗場內駕駛輔助功能及智能網聯汽車測試業務的不斷增長，管理員、試驗工程師對試驗車輛試驗過程的監管及試驗數據追溯的需求愈發強烈。本文基于5G技術、北斗高精度定位技術及關于汽車道路試驗管理信息化、智能化的建設要求，通過將北斗高精度定位終端部署在道路試驗車輛上實時獲取其高精度位置信息，研究了北斗高精度定位技術在道路試驗高精度定位跟蹤、試驗計劃、進度跟蹤、統計考核的應用。通過實踐證明了該技術在道路試驗的應用實效，研究成果將作為一種道路試驗的創新運營服務模式推動生產經營和管理模式的變化。

關鍵詞：5G 高精定位 試驗過程的監管 技術應用研究

Research on Application of Automobile Road Test Operation Management Based on High-precision Positioning

Yue Chenghan，Liu Dongjian，Zou Huizhen，Liu Shuang

Abstract：With the continuous growth of driving assistance functions and intelligent connected vehicle testing services in the proving ground， administrators and test engineers have increasingly strong demands for the supervision of the test vehicle test process and the traceability of test data. Based on 5G technology， Beidou high-precision positioning technology， and the construction requirements of informatization and intelligentization of automobile road test management， this paper studies the application of Beidou high-precision positioning terminal in high-precision positioning tracking， test planning， progress tracking， and statistical assessment of road tests by deploying Beidou high-precision positioning terminal on road test vehicles to obtain its high-precision position information in real time. The practical efficiency of the application of this technology in road trials has been proved by practice， and the research results will be used as an innovative operation service model for road trials to promote changes in production， operation and management models.

Key words：5G high-precision positioning， supervision of test process， technology application research

1 業務需求背景分析

隨著汽車工業飛速發展，汽車試驗場的信息化、智能化建設也進入了一個全新的時代。為滿足各類試驗客戶對試驗作業過程的監管、試驗數據采集及記錄等方面提出更高的要求，實現對生產過程的精細化管理，汽車試驗場作為向汽車企業提供測試道路與測試服務的第三方技術服務平臺，也在汽車測試服務能力建設和試驗場信息化管理方面的要求不斷提高。該系統基于汽車試驗場對車輛作業過程進行精細化監控和管理的需求，構建一套“云管端”一體化汽車試驗作業管理解決方案。

系統針對目前我國存在的汽車試驗場的道路信息、運行狀態、試驗過程進行一個有效的管理，著重滿足開展性能試驗，可靠性、耐久性試驗車輛作業監控及試驗場地內其他車輛的運行管理[1]。通過車輛作業監控、試驗作業監控數據統計、試驗作業管理、試驗規范管理和綜合管理等功能，實現對試驗作業過程可靠性、耐久性信息化管理。系統主要需要滿足以下幾個要求：

（1）實時監控車輛的作業過程：能夠實時展示車輛的作業狀態、作業信息、作業完成進度和累計里程數等信息。

（2）作業過程回放：對于基礎測試場的作業，支持軌跡回放，對于可靠性、耐久性測試場的作業，支持測試過程回放。

（3）作業規范告警：對于不規范的作業，系統進行告警提示。支持試驗車輛作業規則配置，對不符合作業規則監控條件的車輛進行系統告警;支持可靠性、耐久性試驗的作業車輛試驗計劃和規范配置，對不符合規范的測試記為無效試驗，試驗計劃可地圖預覽，并可對每個試驗計劃的完成情況和有效性進行統計分析。

（4）系統對接：根據業務需求定義本項目系統中的數據接口和通信協議，保證該項目系統能夠和業主已有業務系統實現部分信息互通。

（5）高精度地圖的對接：為了提高試驗作業管理精度，系統采用高精度地圖，滿足與高精度地圖對接。

2 汽車道路試驗業務邏輯分析

通過對行業中汽車試驗場業務監管現狀的分析，將汽車試驗場的業務分為三個階段：試驗前，試驗中和試驗后。并根據調研經驗對每個階段在業務監控信息化之前的風險作出預估，并對應提出具體信息化建議，見表1。

以國內某試車場為例，該試驗場業務主要分為場地試驗技術服務和全委托測試服務，場地試驗服務業務中包含直線性能路、高速環道、綜合耐久路等13種可試驗道路，全委托測試服務包含輪胎測試、汽車可靠性、耐久性測試[2]和智能網聯汽車測試。本系統可服務于通用的場地試驗技術服務過程以及汽車性能、可靠性、耐久性耐久測試。本系統的架構設計和業務流程也可為全委托測試中的智能網聯汽車測試過程提供監控管理能力，因為主要需求不涉及，本期暫不考慮，后續可根據延伸需求基于系統基礎能力繼續擴展業務應用范圍。

3 系統總體方案設計

5G 和北斗衛星導航系統同為“大國重器”，5G具有的泛在連接、超低時延的特性[3]，可提供毫秒級的傳輸服務，因而可以承載各種精密的指令和信息[4];北斗為全球用戶提供位置服務的國家重要空間基礎設施，提供實時導航、快速定位、精確授時和位置報告等功能。中國移動從2019年底開始，全面開啟了高精度定位基準站的建設工程，在全國31個省份里，全面建設4400個基準站，輔以差分解算技術（如RTK實時動態載波相位差分）剔除設備的誤差影響，并計算出電離層和對流層的誤差修正模型，從而提升終端的定位精度至亞米級、厘米級。

結合實際業務需求、適當的系統先進性和可維護性，綜合考慮系統拓撲如圖1。

針對汽車試驗場內高精度定位車輛運行監控系統項目特點制定了符合試驗場業務需求及未來發展的基礎架構方案，本系統采用BS架構，采取前后端分離技術來實現。結合業務需求，汽車道路試驗管理系統總體架構如圖2。

汽車道路試驗管理系統從客戶現有的業務系統中獲取訂單、司機、測試規范等基礎數據，從高精地圖中獲取場地、道路、路面等信息，通過車載終端采集的車輛試驗位置信息對車輛作業進行管理。

車載終端：車載終端選用支持交通部標準JT808協議的普通GPS終端和高精度終端，分別用于性能試驗車輛和可靠性、耐久性試驗車輛。

系統對接：車輛作業管理系統提供http接口和現有業務系統對接。

地圖數據對接：地圖對接有兩部分，web門戶頁面和后臺，web調用地圖的http接口，后臺由于需要頻繁調用地圖數據，本方案采取websocket長連接的方式，保證數據讀取高效。

通訊方式：為提高數據回傳的實時性以及車輛位置的準確性，高精度定位終端采樣率設置50Hz，通過RTK差分數據解算實現厘米級定位，實時數據信息通過5G網絡回傳服務器。

作業違規分析：車輛作業時，通過車輛位置信息與試驗場地道路的經緯度進行分析，判斷車輛所在道路，通過道路id獲取道路的測試規范，如果車輛速度超過規范的速度或者低于規范的速度記為違規;通過車輛位置和道路的經緯度計算道路上的車輛數量，如果超過道路規范的車輛數量也記為違規，如有違規，則本次試驗記為不合格。

試驗進度計算：試驗計劃添加試驗特征路面（道路），將試驗計劃里的特征路面（道路）的里程之和作為計劃一次循環的里程，計劃循環次數乘以一次循環里程作為試驗計劃總里程。試驗車輛每經過一個計劃內的特征路面（道路），將該特征路面（道路）的里程作為計劃的已試驗里程，累加到計劃已試驗總里程中，通過已完成的試驗里程除以計劃總里程算出該計劃試驗進度。

無效試驗分析：針對可靠性、耐久性可靠性、耐久性道路試驗，如果車輛在路面的平均速度不符合該特征路面（道路）規定車速范圍，視為無效試驗，試驗里程也記為無效里程。

額外試驗里程：如果車輛試驗進行進度達到100%，但是存在無效試驗路面，則可增加額外的試驗里程，作業進度達到100%后的試驗里程記錄在試驗計劃額外試驗里程中。

4 系統功能設計

4.1 車輛作業監控模塊

試驗場內開展的道路試驗類型按照結算方式可以分為兩大類：性能試驗（按照場地使用時間結算）;可靠性、耐久試驗（按試驗場內的行駛里程）。根據試驗類型將管理權限分成三類：系統管理員;性能試驗管理員;可靠性、系統管理員。

作為功能預留選項配置管員的自定義模式，系統管理員可根據試驗開展的具體情況主動設置管理員的權限。

系統管理員功能：

擁有對試驗車輛作業管理的最高權限，具備監控管理，試驗制定，權限配置等全部權限。

性能試驗性能試驗管理員的功能主要有：

監控車輛作業位置。

查看車輛進出場地信息。

查看性能試驗車輛違規列表。

可靠性、耐久性試驗管理員的主要功能有：

監控車輛作業位置。

查看進度總體完成情況列表。

查看實驗進度今日統計情況。

查看今日車輛試驗里程top5列表。

查看無效試驗記錄。

4.2 作業管理模塊

作業管理主要是對車輛作業信息以及過程的管理。

性能試驗管理員主要功能有：

數據總覽：車輛數量統計、違規試驗數量統計、待試驗計劃數量、今日總試驗里程、實際試驗里程，車輛進出場地/道路/路面列表、車輛違規告警列表等。

可靠性、耐久性場地管理員主要功能有：

數據總覽：車輛數量統計、違規試驗數量統計、待試驗計劃數量、今日總試驗里程、實際試驗里程，車輛進出場地/道路/路面列表、可靠性、耐久性試驗總體完成情況統計報表、今日車輛試驗里程統計報表、可靠性、耐久性試驗無效記錄列表。

試驗計劃管理：新增試驗計劃，可選擇已有試驗模板，可新增，新增后可選擇”同時保存為試驗模板“。生成唯一名稱/ID， 錄入品牌、車型、路面、次數等。查詢已創建的試驗計劃清單，提供預覽字段（預計作業量包括里程等）、以及單個計劃詳情。修改已創建的實驗計劃名稱及詳情，可修改未執行過的循環和路面編排。刪除未進行的試驗計劃。

試驗過程管理：查看計劃每天試驗過程，包括路面名稱、駛入時間、駛出時間、平均速度、速度偏離值、是否有效里程、是否額外里程等信息。過程回放，在高精地圖上回放車輛的軌跡以及在每個路面的試驗情況，包括當時的位置、里程、進度等信息。

可靠性、耐久性試驗模板管理：試驗模板為一系列路面組合，支持模板增、刪、改、查。

4.3 試驗規范

試驗規范管理主要是針對通用試驗場地的試驗規范，主要功能如下。

增加試驗規范，支持手動錄入、支持EXCEL形式導入，道路、試驗類型為劃分，包括限速、時間、同時車輛數等監控事項。

查詢試驗規范清單，支持調取試驗規范詳細信息。

修改已創建的試驗規范名稱及詳情，可選擇保存（ID不變）和另存為（ID改變）。

刪除試驗規范。

4.4 綜合管理

綜合管理主要是對系統的基礎數據錄入以及排版管理，主要功能如下：

設備管理：車載終端的增、刪、改、查。

車輛綁定：從信息化系統獲取訂單信息和車輛信息，可綁定設備。

排班管理：測試計劃（車貼號）和司機，針對每天上下午排班綁定，支持修改當天來的司機名稱（或者沒來的支持刪除排班），支持調用司機歷史排班信息和試驗計劃匹配信息。

司機管理：司機信息的增、刪、改、查，司機累計作業量、有效作業量統計，司機跑過的車輛數和行駛時長、測試計劃完成效率等信息統計。

4.5 系統管理

系統管理主要是對系統的基礎信息的管理，主要包括：

用戶管理：用戶信息的增、刪、改、查，用戶所屬角色設置。

角色管理：角色信息的增、刪、改、查，角色權限的設置。

日志維護：系統操作日志的查看。

5 結語

自2009年以來中國汽車產銷量已經連續12年位居世界第一，新能源汽車產銷量連續6年位居全球第一，累計推廣了超過550萬輛。汽車試驗場作為汽車測試領域重資產試驗資源是汽車工作發展的關鍵一環，起安全、高效的運營能夠為汽車的研發、測試道路試驗的開展提供有力的保障。除傳統試驗外，隨著試驗場內駕駛輔助功能及智能網聯汽車測試業務的不斷增長，管理員、試驗工程師對試驗車輛試驗過程的監管及試驗數據追溯的需求愈發強烈。本文基于5G技術、北斗高精度定位技術及關于汽車道路試驗管理信息化、智能化的建設要求，通過將北斗高精度定位終端部署在道路試驗車輛上實時獲取其高精度位置信息，研究了北斗高精度定位技術在道路試驗高精度定位跟蹤、試驗計劃、進度跟蹤、統計考核的應用。通過實踐證明了該技術在道路試驗的應用實效，研究成果將作為一種道路試驗的創新運營服務模式推動生產經營和管理模式的變化。

基金項目：國家重點研發計劃項目-測試示范區協同創新的環境構建、運行組織與管理技術研究（2018YFB0105201）。

參考文獻：

[1]唐邦晏，劉能，閆冬，曾敬.汽車試驗場道路運行安全規范建立探討.

[2]鄧青青，陳黎君，周鈺川.整車道路耐久性試驗自動化排程研究與應用[J].汽車實用技術，2018，000（023）：141-143.

[3]趙建霞，趙龍.面向5G移動通信網高精度定位技術研究[J].信息記錄材料，2020（7）.

[4]陳豫蓉.5G與北斗高精度定位融合發展趨勢分析[J].電信工程技術與標準化，2020（4）：1-6.

[5]李旭偉，蔣薈，王華偉，崔中偉，劉宗洋.北斗高精度定位技術的鐵路物流園區應用研究[C]//第十五屆中國智能交通年會.2020.