交通運輸北斗增強技術帶來“位置革命”

文|中國交通通信信息中心 殷林 張炳琪

交通運輸北斗增強項目面向北斗推廣、增強系統(tǒng)建設和智慧交通發(fā)展需要，力求解決交通運輸行業(yè)北斗升級應用的關鍵技術問題、標準問題和應用問題，提出適用于交通運輸領域的衛(wèi)星導航增強技術、增強系統(tǒng)架構，編制交通運輸增強應用核心標準，開發(fā)北斗增強技術應用示范系統(tǒng)，為北斗增強系統(tǒng)建設和應用全面推廣提供技術基礎和應用基礎。

架構北斗精度增強系統(tǒng)

該項目根據當前交通運輸領域衛(wèi)星導航增強技術現(xiàn)狀和應用現(xiàn)狀，采用需求分析、基礎技術及標準研究、系統(tǒng)架構研究、應用研究的總體思路，開展研究工作。依托國家“863”課題“面向我國中東部地區(qū)的分米級相位增強運行服務系統(tǒng)研制與應用示范”，交通運輸信息化技術研究課題“交通運輸行業(yè)高精度衛(wèi)星導航技術研究及應用示范”和北京市科技計劃項目“基于北斗導航的隧道內行車狀態(tài)綜合監(jiān)測系統(tǒng)研制”，主要開展衛(wèi)星導航技術和位置信息應用研究，屬地球觀測與導航技術領域和智能交通領域。

技術方案示意圖

技術路線圖

在國家推動北斗應用和發(fā)展智慧交通的大背景下，針對當前衛(wèi)星導航增強基礎技術和應用技術不能滿足交通運輸領域需求的問題，面向國家“北斗地基增強系統(tǒng)”和行業(yè)“交通運輸高精度位置服務中心”建設，項目創(chuàng)新性提出了交通運輸北斗精度增強系統(tǒng)架構，提出了面向交通運輸?shù)脑鰪娦畔⒉グl(fā)格式，編制了國家和交通運輸行業(yè)系列標準，并申請了RTCM104國際標準專用字段，滿足大并發(fā)用戶數(shù)、高可靠服務、短傳輸時間要求的交通運用需求。針對公路隧道存在衛(wèi)星導航定位盲區(qū)，首次提出了復現(xiàn)式擴展定位技術，兼容現(xiàn)有營運車輛衛(wèi)星導航監(jiān)控終端。依托原創(chuàng)性基礎技術成果，研究了面向水上應用的北斗精度增強技術，開發(fā)了專用終端和應用系統(tǒng)；研發(fā)了隧道內復現(xiàn)式擴展定位系統(tǒng)和基于位置信息的隧道安全監(jiān)管系統(tǒng)；研發(fā)了基于分米級定位信息的營運車輛精細管理系統(tǒng)。該項目形成了1項國家標準、4項行業(yè)標準、4項發(fā)明專利，1項實用新型專利和6項軟件著作權，發(fā)表10篇論文。

四大技術創(chuàng)新點

該項目面向交通運輸行業(yè)位置信息應用領域，開展基礎技術創(chuàng)新、集成應用創(chuàng)新，形成了四大技術創(chuàng)新點，為推動北斗系統(tǒng)交通運輸領域升級應用和智慧交通發(fā)展起到了基礎性作用。

根據增強系統(tǒng)建設發(fā)展思路和交通運輸領域需求，首次提出精度增強、可用性增強、完好性增強融合的“高可靠、一體化”增強系統(tǒng)架構，提出由多個衛(wèi)星導航接收機組成的，高可靠的核心基準站建設方案。解決了同類系統(tǒng)可靠性和功能不能滿足交通應用需求的問題。全面支持智能駕駛車輛和營運車輛安全管理應用。

系統(tǒng)研究交通運輸北斗增強應用涉及的增強信息數(shù)據格式、播發(fā)方式和位置數(shù)據共享方式，并編制了國家和行業(yè)標準。首次提出壓縮式增強數(shù)據傳輸方式，并獲得專用國際標準字段，解決了當前同類標準中數(shù)據傳輸量大，傳輸時間長，不適用于車輛船舶用戶實時、動態(tài)定位的問題；首次提出基于FM數(shù)字廣播播發(fā)增強信息協(xié)議，解決城市區(qū)域車輛低成本、大并發(fā)服務問題。編制形成了“差分全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（DGNSS）技術要求”國家標準報批稿，“交通運輸衛(wèi)星導航增強應用系統(tǒng)”行業(yè)標準前4部分，為建設交通運輸行業(yè)增強系統(tǒng)提供了標準基礎。

首次提出了消除公路隧道衛(wèi)星定位盲區(qū)的“復現(xiàn)式擴展定位”技術，開發(fā)了可兼容現(xiàn)有定位終端的多源信息融合隧道安全監(jiān)控系統(tǒng)，解決了4000余座、總長萬余公里的長大公路隧道中衛(wèi)星定位不可用的難題，消除了500萬輛重點營運車輛隧道內監(jiān)控盲區(qū)，能夠自動發(fā)現(xiàn)隧道內營運車輛?？壳闆r并發(fā)出預警，有效預防公路隧道包含“兩客一危”車輛在內的營運車輛事故。

首次集成BDS、GPS和AIS研發(fā)了高精度終端設備，兼容VHF、FM和數(shù)傳電臺等通信方式；提出了通過高精度位置信息判斷營運車輛4項主要危險駕駛行為的方法；開發(fā)了基于高精度位置的公路和內河航道安全管理系統(tǒng)，提高了監(jiān)測營運車輛危險駕駛行為能力和內河船舶避碰能力，為發(fā)展智能交通，實現(xiàn)精細化車路協(xié)同和車輛船舶精細化安全管理提供了技術基礎。

廣泛應用于智慧交通項目

項目基于發(fā)明的“復現(xiàn)式擴展定位”技術，開發(fā)生產了隧道車輛安全管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)進入2017年交通運輸部科技成果推廣目錄，獲得2017年“小谷圍”交通運輸創(chuàng)新大賽優(yōu)勝獎，在北京市青龍橋隧道進行了應用示范，被廣東省連英高速公路機電項目、江西省智慧公路示范工程、青海省智慧公路示范工程所采用。

項目開發(fā)的基于高精度定位和遙感技術的水上安全管理系統(tǒng)在上海達華測繪有限公司，長江口水文水資源勘測局、上海祥陽水利勘測設計有限公司三個單位進行了示范應用，并在長江口及黃浦江水域內進行了推廣應用，在應用過程中，外業(yè)合率100%，效率提高15%，安全預警有效性100%，定位精度和通信保障能力相比AIS明顯提高。

項目制定的1項國家標準和4項行業(yè)標準被4家國產北斗芯片企業(yè)、區(qū)域增強系統(tǒng)和國家增強系統(tǒng)工程采用，為未來交通運輸北斗應用和智慧交通發(fā)展提供了技術基礎。隨著我國智慧交通的發(fā)展和該項目產品的進一步成熟完善，未來的市場前景廣闊。

高精度內河航道實時導航監(jiān)控與預警系統(tǒng)