基于北斗衛星導航系統的智能交通運輸系統設計

廖坤

摘要：北斗衛星導航系統為用戶提供了高質量定位、導航及授時服務，將北斗衛星導航系統應用于智能交通運輸系統，對于完善現有智能交通運輸基礎設施具有積極作用。文章依據智能交通系統項目規劃，基于北斗衛星導航系統設計了一款智能交通運輸系統，在遵循智能交通系統領域及服務功能需求的基礎上，充分利用北斗衛星導航系統快速、精準定位的有利特征，對基于北斗衛星導航系統的智能交通運輸系統進行了設計。通過信息采集、信息處理、信息發布3層次，實現了智能交通運輸系統的設計，以期對后續智能交通運輸系統的設計和發展提供一定的啟發和輔助。

關鍵詞：北斗衛星導航；智能交通；運輸系統；交通運輸；自動化系統

中圖分類號：TP271

文獻標志碼：A

0 引言

我國在基于北斗衛星導航系統的智能交通運輸系統建設方面仍處于籌劃階段，短期內在城市交通中實現智慧交通運輸的目的較難達成^［1］。基于北斗衛星導航系統設計一套行之有效的智能交通運輸系統，能有效改善城市道路交通系統復雜性問題，對于優化城市智慧交通管控模式具有積極意義。由此，本文設計了基于北斗衛星導航系統的智能交通運輸系統。該系統由信息采集、信息處理、信息發布3個重要模塊共同發揮作用，結合用戶實際需求，借助GPS數據及GNSS基準站為智能交通運輸系統信息采集做鋪墊，利用車載終端、車輛智能導航及車路信息交互方式實現對系統運營處理，以期為城市智慧交通的全面實行提供一定輔助。

1 基于北斗衛星導航系統的智能交通運輸總體架構

基于北斗衛星導航系統的智能交通運輸架構由信息采集、采集處理及信息發布3部分構成，設計總架構如圖1所示。

由圖1可知，信息采集工作主要由GPRS網絡攝像頭、高精度激光測量傳感器等設備完成，此類設備用于對北斗衛星導航系統提供的相關交通數據信息做全方位采集；信息處理部分選用了H3C R4900 G3服務器，用于實現車輛終端車載及人員定位，并對車輛智能導航及車路信息交互的實現提供服務，該服務器能有效根據用戶所提需求，有針對性地對相應的數據信息數據進行擴展或存儲^［2］；信息發布工作主要是經信息采集處理后，清晰用戶需求，完善智能交通規劃方案，為用戶提供一定的車輛安全及駕駛輔助信息，為用戶提供直觀的數據信息，便于用戶利用該系統實現智慧交通運輸需求。

2 基于北斗衛星導航系統的智能交通運輸系統硬件

基于北斗衛星導航系統的智能交通運輸硬件主要由監控終端、服務器、通信網絡、車輛終端構成。監控終端可以是一臺或多臺可連接網絡通信的普通計算機，使用該監控終端可實現實時監控交通運輸狀況。能直觀對終端車輛信息的地理位置、交通狀況、車輛故障等具體情況進行上報顯示。北斗衛星導航系統通過發射相關交通數據，由GPRS移動網絡端進行采集，發送至服務器進行存儲及相關處理^［3］。服務器接收到各類交通信息后，通過數字算法，優化車輛排布，對交通情況提前做好規劃，優化各路段交通情況。網絡通信由因特網及GPRS移動網絡組成，監控終端與服務器連接因特網，交通運輸終端連接GPRS移動網絡，實現各部門通信連接工作。GNSS基準站由MS35SN2接收機、BestLink GPS-002天線及SDXDG55保護器等部分組成，使用MS35SN2接收機對于高精度板卡可提供良好支持。

3 基于北斗衛星導航系統的智能交通運輸系統軟件模塊

結合系統總架構與各模塊應用功能，設計了集GPS數據采集、GNSS基準、人車定位、智能導航、車路交互等功能的智能交通運輸系統模塊，如圖2所示。

圖2中，GPS數據采集、GNSS基準站主要負責智能交通運輸系統信息部分的采集工作；車載終端、車輛智能導航及車路信息交互模塊負責對智能交通運輸系統信息內容進行處理；用戶終端用于接收最終發布的相關交通信息，通過信息顯示的方式，實現基于北斗衛星導航系統的智能交通運輸系統設計。

3.1 GPS數據采集

采用GPS數據采集功能模塊，實時了解車輛定位數據，將GPS數據采集應用模塊加入車載系統，按照GPS設備規范顯示編碼，向服務器傳輸最近的道路交通信息情況，服務器通過對GPS定位信息作出詳細解讀，在第一時間可實現交通信息動態化管理；實現GPS數據采集可通過串口通信的方式進行，一般采集間隔時間為1次/s。

3.2 設計GNSS基準站

設計GNSS基準站的目的在于接收北斗衛星導航系統信號，并由GNSS基準站向服務器安全傳輸原始測試數據。

3.3 人車定位車載終端

設計和應用人車定位車載終端模塊，能有效提升車輛終端在北斗衛星導航定位中的精確性。通過采用5G無線網絡進行連接，可實現對北斗衛星導航信息數據的全面化收集。此外，應用人車定位車載終端模塊，還能夠將GNSS結合原始衛星信號，對交通路段中各行駛車輛進行精確化計算，有助于提升智慧交通管理中車輛定位的便捷性及高精確性。通過對人車進行定位，系統能收集到更為安全、可靠的交通車輛位置的所在信息。

3.3.1 車載定位

設計考慮到車輛定位的用電問題，對車輛終端的電量功耗及重量參數進行了二次突破，通過選用TRK定位模塊，提升了車載定位的高精確性，一定程度上滿足了智慧道路交通運輸的車道導航管控需求。

3.3.2 人員定位

通過借助DGPS定位功能模塊，實現人員定位的功能需求。基于人員在車輛運行中一直處于動態模式，在設計中可以適當降低人員流動的精確位置，采用單位“m”對人員流動情況進行定位，為智能交通運輸系統的高效科學開發奠定基礎。

3.3.3 車輛智能導航計算方式

智能交通運輸系統需實時捕捉車輛運動情況，然而GPS數據采集到的圖像往往以視頻變動的方式呈現，這要求在設計過程中，除了要考慮建立單幀圖像數據轉換機制，還要依照視頻中圖像的變化進度，提前對視頻接下來的播放幀節進行預測。單一幀圖像運動模型見式（1）。

式（1）中，g·（x）表示視頻圖片在運動過程中，發生在x軸方向的變化速度；g¨（x）表示視頻圖片在運動過程中，發生在x軸方向上的加速度圖像變化，g·（y）表示視頻圖片在y軸方向上出現的速度變化；g¨（y）表示視頻圖片發生在y軸方向期間，其加速度發生的變化；w（t）為連續性高斯噪聲的時間方程；w（v）為連續性高斯噪聲的速度方程。在觀察GPS視頻動態了解交通數據期間，若要獲取機動加速度，可通過式（2）得以實現。

x_Y（t）=-λx_y（v）+w_Y（t）（2）

式（2）中，x_Y（t）表示視頻圖像在播放期間，y軸的機動頻率變化;λ為公式方差;w_Y（t）為出現連續性高斯噪聲期間的時間加速度；x_y（v）為連續性高斯噪聲速度變化單位。在計算機幫助下，采用離散性定量或定性分析，能夠計算出視頻的運動狀態及其模型性能，依據上述算法，可得出圖像運動模型的數據轉換方程。系統運行期間，通過將采集到的圖像數據相連接，可得出有效的車輛安全行駛數據建議。

3.4 車路信息交互

設計車路信息交互模塊，能幫助用戶根據現實需求，將車載系統同道路交通路測單元相結合，實現交互信息監控。將短程通信應用于路側單元與車載單元中，可實現道路交通運輸障礙物預警。通過應用RSU向路測單元進行傳送，使RSU接收到相關車路信息，經DSRC編碼后，車載單元數據可經OBU進行傳送。監控中心與車載系統間通過對應解碼協議對數據進行還原并得以顯現，最終實現車路信息無線通信。

3.5 用戶終端設計

用戶終端由主控處理器、觸摸屏、無線網絡及藍牙語音識別系統構成，良好的用戶端界面能直接提升用戶的操作體驗感。主控處理器經衛星廣播信號采集信息后給予響應，用戶通過北斗衛星導航提供的數據，可及時獲知個人所在交通位置，與此同時，用戶端也是服務器采集數據的端口，在對接用戶需求和數據系統中，具有關鍵作用，用戶端設置智能應急接口，能有效降低車輛在交通運輸中發生事故的可能。

3.6 數據信息顯示

采用DataGridView軟件可實現基于北斗衛星導航系統的智能交通運輸系統信息顯示，通過設置DataSoure的屬性，可以直接綁定數據中心，識別服務器信息內容。在顯示數據信息模塊中，應用高精度定位軟件即可建立與GNSS基準站的良好連接渠道，用戶可以直接從GNSS基準站中，獲取原始的測試數據。此外，應用DataGridView及高精度定位軟件，可實現實時觀察車輛終端的動態信息，當車輛在道路交通中出現人車移動的情況時，由5 G通信網絡傳輸相關數據信息，對道路交通運輸狀況進行全方位播發，幫助用戶在第一時間獲取精準道路交通信息。借助用戶端LED觸摸屏，可直接形成二維GIS實時地圖，并精準定位人車位置。用戶可通過數據信息顯示屏，第一時間獲取形象、直觀的交通運輸數據信息，科學保障人、車在道路交通運行期間的有效性和規范性。

4 結語

本設計以北斗衛星導航系統為基礎，利用其收集信息快速、人車定位精確等特點，設計了信息采集、信息處理及信息發布3個層級，用于滿足城市交通智能運輸需求，推動北斗衛星導航產品在智慧交通上的應用和發展。

參考文獻

［1］龔蘇寧，紀明媚，陳欣欣，等.OpenCV技術下的智能交通信號燈控制系統設計——以南通崇川區工農路段為例［J］.數字技術與應用，2022（9）：133-138.

［2］黃瑋，商林.基于云平臺的智能交通信息采集系統設計——以軌道交通信號實驗為例［J］.現代信息科技，2022（17）：13-16，20.

［3］王代君，傅俊敏，周天圖，等.區域交通基礎設施群監測系統設計及應用關鍵技術研究［J］.公路交通科技，2022（6）：124-135.

（編輯 沈 強）

Design of intelligent transportation system based on Beidou navigation satellite system

Liao Kun

（Jiangxi Intelligent Transportation Affairs Center， Nanchang 330008， China）

Abstract： Beidou Navigation Satellite System provides users with high-quality positioning， navigation and timing services， and the application of BeiDou Navigation Satellite System to intelligent transportation system has a positive effect on improving the existing intelligent transportation infrastructure. Based on the project planning of intelligent transportation system， this paper designs an intelligent transportation system based on BeiDou satellite navigation system， and designs an intelligent transportation system based on BeiDou satellite navigation system on the basis of following the requirements of intelligent transportation system field and service functions， and making full use of the favorable characteristics of fast and accurate positioning of BeiDou satellite navigation system. Through the three levels of information collection， information processing and information release， the design of intelligent transportation system is realized， in order to provide certain inspiration and assistance for the design and development of subsequent intelligent transportation system.

Key words： Beidou satellite navigation; intelligent transportation; transportation; transportation; automation systems