摘要：我國駕駛員考試及培訓(xùn)數(shù)量逐年增多，高精度北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)憑借其精度高、全天候、設(shè)備穩(wěn)定、受環(huán)境及場地影響小、維護(hù)升級(jí)簡單、使用率高等優(yōu)勢(shì)，成功應(yīng)用于駕駛員自動(dòng)化考試與培訓(xùn)系統(tǒng)，BDS與GPS組合能夠有效的保障“城市峽谷”等特殊情況的系統(tǒng)可靠性，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，RTK定位技術(shù)，北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)

1   引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國汽車需求量逐年攀升，駕駛員培訓(xùn)數(shù)量也隨之大幅度增加。具國家統(tǒng)計(jì)局2012年統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，全國汽車保有量已達(dá)到1.4億輛，年增長率達(dá)18.3%，城鎮(zhèn)居民每百戶擁有家用汽車21.5輛。業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，2020年我國汽車保有量將突破2億輛，未來10年左右每百戶汽車擁有量將達(dá)到或接近60輛。2012年全國駕駛員培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、教練車、教練員對(duì)比2006年已分別增長42.2%、75.3%和106.6%，駕駛員數(shù)量將以平均每年2000余萬人的速度快速增長。傳統(tǒng)的考試模式已經(jīng)不能滿足高效、高精度、公正、自動(dòng)化的考試要求，基于北斗的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）在駕駛員自動(dòng)化考試與培訓(xùn)中的應(yīng)用為該領(lǐng)域帶來革命性的影響。

2   傳統(tǒng)模式的駕駛員考試系統(tǒng)

傳統(tǒng)的駕駛員考試系統(tǒng)需要在考試車輛及考試場地內(nèi)安裝大量電子傳感器設(shè)備（如圖1）。由于需要在場地路面上進(jìn)行管線預(yù)埋、布線、設(shè)備安裝、調(diào)試等工作，因而施工量巨大，建設(shè)工期長，維護(hù)不方便。并且由于場地的傳感器設(shè)備長期裸露在外，風(fēng)吹日曬容易老化，給設(shè)備的穩(wěn)定性帶來隱患，常常因?yàn)閭€(gè)別傳感器的失效導(dǎo)致整個(gè)駕考系統(tǒng)的癱瘓，嚴(yán)重影響考試效率及全面性，而且在考試過程中存在監(jiān)管盲區(qū)，對(duì)于考試成績的判斷可能需要人為輔助干預(yù)及誤判，嚴(yán)重影響考試結(jié)果的公正性。



圖1 傳統(tǒng)模式的駕駛員考試、培訓(xùn)現(xiàn)場

3北斗高精度衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在駕駛員考試系統(tǒng)中的應(yīng)用

北斗高精度衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)作為全新的駕駛員練習(xí)與考評(píng)手段，具有定位精度高、全天候、設(shè)備穩(wěn)定、受惡劣天氣影響小、不受場地條件限制、維護(hù)升級(jí)簡單、使用率高等優(yōu)勢(shì)。為駕駛員考試系統(tǒng)提供了新的技術(shù)路線和設(shè)計(jì)理念，有著極大的現(xiàn)實(shí)意義。

3.1   系統(tǒng)組成

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)化駕駛員考試系統(tǒng)是利用接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)載波相位差分即RTK定位技術(shù)(Real Time Kinematic)，結(jié)合一機(jī)雙天線定位技術(shù)，通過準(zhǔn)確的建立考車模型模擬考車整體運(yùn)動(dòng)情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)考車在實(shí)際道路上的位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)定位和測(cè)距，其精度誤差可以達(dá)到厘米級(jí)，有效的確保了道路考試評(píng)判的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、客觀性和公正性。
該系統(tǒng)是由基準(zhǔn)站、監(jiān)測(cè)站、通信系統(tǒng)和自動(dòng)化判讀軟件組成（如圖2）?；鶞?zhǔn)站將接收到的衛(wèi)星差分信息經(jīng)過無線方式實(shí)時(shí)傳遞給移動(dòng)站，移動(dòng)站接收衛(wèi)星信號(hào)及基準(zhǔn)站信息進(jìn)行實(shí)時(shí)差分^[1]，獲得測(cè)點(diǎn)三維空間坐標(biāo)與車輛姿態(tài)。



圖2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)化駕駛員考試系統(tǒng)

3.2   基本算法原理

首先，通過RTK定位技術(shù)獲得雙天線實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)（X,Y,Z）、方向角、俯仰角五個(gè)參數(shù)信息；然后，對(duì)車輛外輪廓模型進(jìn)行位置和姿態(tài)換算；最后，通過坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換將車輛位置在電子地圖中進(jìn)行準(zhǔn)確顯示。對(duì)轉(zhuǎn)換后的車輛外輪廓坐標(biāo)，采用空間邏輯算法判斷車輛是否停留在考試科目對(duì)應(yīng)的“虛擬傳感器”區(qū)域內(nèi)，并進(jìn)行考試分?jǐn)?shù)評(píng)判。
空間邏輯算法原理：采用線相交的方式，對(duì)車輛模型的兩兩相鄰點(diǎn)之間構(gòu)成的線與“虛擬傳感器”邊界進(jìn)行判斷，檢查是否存在相交，如果相交說明車體落在了“虛擬傳感器”區(qū)域內(nèi)；如果沒有相交點(diǎn)則表示車輛不在“虛擬傳感器”區(qū)域內(nèi)；通過對(duì)車輛模型數(shù)據(jù)進(jìn)行分、分類判斷，實(shí)現(xiàn)具體判別落入“虛擬傳感器”區(qū)域內(nèi)的是車輛車體、車輪還是反光鏡等部位。

3.3   北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)在駕駛員考試系統(tǒng)中的應(yīng)用

北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)能夠保證在一個(gè)較大的區(qū)域范圍內(nèi)，通過布設(shè)少量的基準(zhǔn)站，利用參考站網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)覆蓋區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)誤差建模，再對(duì)該區(qū)域內(nèi)流動(dòng)用戶站的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)誤差估算，盡可能消除系統(tǒng)誤差影響，獲得厘米級(jí)實(shí)時(shí)定位結(jié)果，且精度分布均勻，能夠滿足當(dāng)?shù)赜脩舨煌瑢哟螌?duì)空間信息技術(shù)服務(wù)的需要。在包含北斗RTK作業(yè)模式的全部優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，還具有系統(tǒng)覆蓋面廣、作業(yè)效率高、零基站架設(shè)，無場地限制，系統(tǒng)安全穩(wěn)定，開放性良好，節(jié)約運(yùn)營成本，一次投資長期收益等特點(diǎn)。

4 BDS+GPS在駕駛員考試系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

BDS+GPS的組合系統(tǒng)可大量應(yīng)用于科目二、科目三考試，通過判讀軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)考車姿態(tài)及考車模型位置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，對(duì)考車所在區(qū)域、位置、行駛狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)地圖顯示，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判讀，厘米級(jí)的判讀精度完全可以滿足公安部頒布的123號(hào)令對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)精度的要求；還可以實(shí)時(shí)上傳考試信息，便于監(jiān)管部門對(duì)考試過程進(jìn)行有效控制，通過歷史回放等功能可有效的解決爭議，確保考試公正性。
采用衛(wèi)星定位技術(shù)的駕駛員考試系統(tǒng)能夠大大節(jié)省場地設(shè)備和基礎(chǔ)建設(shè)投入，建設(shè)周期短，運(yùn)營及維護(hù)成本低，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，升級(jí)擴(kuò)展容易，環(huán)境適用性強(qiáng)。并且，各考試車輛相互獨(dú)立，不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)別考車出現(xiàn)故障而導(dǎo)致整個(gè)考場考試癱瘓；可以連續(xù)不間斷發(fā)車、同時(shí)選擇多個(gè)起點(diǎn)和終點(diǎn)、考試和訓(xùn)練同時(shí)進(jìn)行；在同一個(gè)項(xiàng)目上可以考不同車型，同一個(gè)場地上可考不同項(xiàng)目，同一個(gè)場地可以租賃給不同的考試單位，大大增加了考場的使用率及考試效率。
此外，采用BDS+GPS與傳統(tǒng)的GPS+GLONASS相比，效果也有明顯的提高^[2]，其應(yīng)用不僅僅能夠滿足科目二場地考試，而且在科目三等復(fù)雜路段上也表現(xiàn)良好，其主要原因?yàn)椋?br /> Ø BDS與GPS都為碼分多址，工作原理基本一致；
Ø 獨(dú)特的組網(wǎng)方式，同步觀測(cè)衛(wèi)星增加可跟蹤衛(wèi)星數(shù)量^[3]；
Ø 較高的衛(wèi)星軌道，保證了高遮擋路段的衛(wèi)星跟蹤^[4]；
Ø BDS三頻技術(shù)，增加RTK解算的可靠性與可用性^[5]。

5   結(jié)論

通過千余考場近一年多的實(shí)際運(yùn)營驗(yàn)證，基于高精度BDS的自動(dòng)化考試系統(tǒng)能夠完全滿足公安部123號(hào)令的考試要求，大大提高考試效率與公正性。特別是BDS+GPS組合應(yīng)用，在遇到“城市峽谷”等特殊情況時(shí)，能夠有效的彌補(bǔ)可見星不多的情況，提高定位精度，確保駕考、駕培過程的可靠性，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

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