基于北斗卫星导航系统的高速公路应用研究与示范应用研究.pdf
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1、基于北斗卫星导航系统的高速公路应用研究与示范应用研究刘 永摘要:近年来,北斗卫星导航系统的应用越来越广泛,特别是其在高速公路中的应用更是为智慧高速的打造提供了有力的支持。为了进一步强化北斗卫星导航系统在高速公路上的应用。采用文献分析法,对近年来国内外关于北斗卫星导航系统研究的文献的分析。通过研究可知北斗卫星导航系统在高速公路中已经有了大量的应用,并取得了突出的效果。北斗卫星导航系统作为集团智慧高速研究建设的一个基础设施,还将在高速公路中得到更为广泛的应用,进而提供更好的服务。关键词:高速公路;智慧高速;北斗卫星导航系统一、前言2020 年 5月12日,为落实国家创新驱动发展战略和交通强国建设纲
2、要,进一步提升公路工程技术创新能力和技术水平,支撑公路行业转型升级和高质量发展,交通运输部组织起草了 关于深入推进公路工程技术创新工作的意见(征求意见稿)(以下简称“意见”),并对外发布征求意见。意见要求坚持创新驱动、绿色发展、科技引领、机制保障四项基本原则,明确加快推动智能感知、北斗系统、5G 通信等技术在公路工程技术中的深入应用,并提出要大力推进北斗卫星导航系统在公路基础设施的系统应用。北斗卫星导航系统是我国重要的战略基础性设施,也是支持智慧高速发展的重要基础。北斗在高速公路智能服务管理系统中的应用,为实现高速公路舒适、安全、高效、畅通提供了保障,可大大提高高速公路的管理服务水平和道路使用
3、效率,使服务、管理、监测达到最优化1。二、国内外现状高速公路自由流收费系统是从国外发展而来,普遍采用两种技术方案:一种是基于卫星导航的定位技术,另一种基于 DSRC 技术。从国内研究现状来看,现阶段我国的北斗卫星导航定位系统性能已达到世界先进水平。截至 2022 年底,国产北斗兼容型芯片及模块销量达到亿级规模,季度出货量突破 1800万片;具有北斗定位功能的终端产品社会总保有量超过 10 亿台/套;2022 年国内厘米级应用高精度芯片、模块和板卡的总出货量高速增长至突破 160万片。交通运输领域,北斗系统广泛应用于重点运输过程监控、公路基础设施安全监控、港口高精度实时定位调度监控等领域。截至目
4、前,国内外尚无关于北斗技术与 CPC 卡技术相结合的产品应用,深入推进基于北斗的高速公路复合通行卡产品研究及应用示范工作,符合交通运输部提出的关于深入推进公路工程技术创新工作的意见2。144信息系统工程学术研究三、北斗卫星导航系统简介我国研发的北斗卫星导航系统(BDS)是在美国成功研发的全球定位系统(GPS)与俄罗斯研发的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后研发出的卫星导航系统。我国在 2000 年成功建设了北斗导航试验系统,成为全球第三个拥有自主卫星导航系统的国家,仅次于美国和俄罗斯。结合我国北斗导航试验系统建设的整体规划,在 2020 年时,我国成功建设了覆盖全球的“北斗卫星导航系统
5、”。北斗一号系统作为我国自主研发,具备自主控制与自主知识产权的区域性卫星导航定位系统。北斗一号系统不仅能够获得精确的定位,而且该系统的容量大且能够精密授时,当前该系统已经被广泛应用在气象行业、水运、海运、军事、铁路智能交通、道路交通管理、航空运输、个人位置服务、农林牧副渔、应急救援等各个领域中3。四、基于北斗卫星导航系统的高速公路应用研究与示范应用(一)运营公路北斗基准站布设需求研究研究以集团高速公路为研究立足点,根据观测、维护、组网需求设计北斗地面基准站的点位,研究北斗基准站的点位布设方案,通信链路设计、定位精度与检测、定位服务应用等,为集团高速公路的基础设施监测及公路运营提供基础定位服务。
6、(二)北斗 CPC 卡研究与试点应用研究基于北斗与 ETC、DSRC 技术相结合的高速公路复合通行卡产品工程应用及性能验证、基于北斗 CPC的路侧软硬件系统开发及建设、基于北斗 CPC 的路网收费系统后台及车道软件开发,基于北斗 CPC 产品的示范系统在临清或楚姚试点路段的运行测试验证及相关支撑技术研究等。(三)北斗车辆及路网综合大数据研究在试验高速及周边路网划定研究区域,从全国两客一危及重点营运车辆监管平台截取通过研究路网的北斗车辆,进行差异化收费研究。通过分析车辆经过上述区域的经过路段、车辆周期通行规律、通过各路段的车型特点、车辆来源地分析、通行费测算等进行研究,进而提高车辆通行效率,优化
7、路网综合通行能力,可为业主方提供引流车辆建议,以及通行费增加预测等研究成果。(四)基于北斗大数据的收费稽核云平台分析基于北斗大数据的收费稽核云平台系统原理和工作运行过程,提出实现基于北斗大数据的云收费稽核平台的基本要素;其次,考虑到系统架构的整体复杂度高,在明确需求的基础上,分析研究北斗大数据的云平台架构;最后,根据前期分析研究结果,开发基于北斗大数据的收费稽核云平台系统,为高速公路差异化收费提供研究基础平台4。(五)基于北斗卫星导航系统的差异化收费研究试验验证。对比基于 ETC 模式的收费系统,对基于北斗卫星导航系统的自由流收费系统进行联调联试及试验验证,通过轨迹图对比、路网视频监控等方法,
8、测试基于北斗导航定位的自由流收费云平台系统在收费功能实现以及收费的准确性、差异性等指标,并对测试情况予以评价。(六)运营公路北斗基准站布设需求研究北斗地基增强网系统,即CORS(Continuous Operational Reference Station,连续运行参考站)系统是重大地理空间基础设施。北斗地基增强服务系统是基于 GNSS卫星定位技术、数字通讯技术、计算机网络技术等,通过在一定区域布设若干个 GNSS 连续运行参考基站,采用多基站网络 RTK 技术为用户提供更精确的差分改正,对区域GNSS定位误差进行整体建模,通过无线数据通讯网络向用户播发定位增强信息,提高用户的定位精度,且定
9、位精度分布均匀、可靠性高、实时性好。北斗卫星地基增强系统可快速、高精度地获取空间数据和地理特征,是动态的、连续的空间数据参考框架。立足公路规划、建设施工、运营管理等相关业务的需求,挖掘北斗高精度导航定位的行业服务能力和对业务的提升作用。结合地形地貌和路网状态,以“满足需求、节约成本、分布合理、多元服务”为目标要求,开展公路运营北斗地基增强基准站布设需求方案研究,形成公路领域北斗位置服务系统的设计方案,建立一个覆盖全省的北斗 CORS 监测站网络,为车辆终端全域北斗高精度厘米级乃至毫米级定位提供基准5。(七)基于北斗数据的辅助收费稽核研究北斗轨迹还原途经 ETC 门架功能。具备依托全国重点营运车
10、辆联网联控系统和全国道路货运车辆公共监管与服务平台的道路运输行业数据,利用重点营运车辆北斗实时定位数据还原途经 ETC 门架信息功能。车辆相关信息主动推送功能。面向高速公路联网收费系统,具备实时提供途经某个 ETC 门架的重点营运车辆信息的能力;具备实时提供车辆进出高速全程、途经收费站及 ETC 门架信息的能力车辆相关信息查询调用功能。具备接收高速公路联网收费系统的北斗路径信息查询请求,提供车辆全程途经 ETC 门架精确轨迹信息的能力。145信息系统工程学术研究基础信息配置功能。采集所有 ETC 门架和收费站的空间位置静态基础信息,并在电子地图准确展示;配置整个路网范围内的 ETC 门架和收费
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