基于DGPS物流車輛聯(lián)網(wǎng)技術研究

蔡居昊

（寧波工程學院，浙江寧波，315211）

0 簡述

目前，大型工廠存在大量物料搬運及調度配送工作，需要大量鏟車、叉車等物流車輛以及配備司機，由于車輛、司機、需求端信息不暢通，物流調度不及時、調度路線長油耗高、安全風險高、車輛閑置、運維成本高等問題，急需開展將車輛、司機及物料等信息聯(lián)網(wǎng)和管控，提高效率和節(jié)約成本。車輛聯(lián)網(wǎng)、高精度定位及高效化調度成為熱點[1]，大量文獻主要圍繞自動化駕駛展開高精度定位[2-3]，本文基于北斗定位針對大型工廠車輛進行聯(lián)網(wǎng)調度，其廠區(qū)地圖缺乏精細化電子化地圖，缺少相應標準，廠區(qū)道路和配送路線也是不規(guī)則和復雜，本文通過信息化、大數(shù)據(jù)及智能技術的有效融合，實現(xiàn)了車輛、司機與用戶需求信息的智能關聯(lián)和互聯(lián)互通，實現(xiàn)了對流動狀態(tài)車輛的動態(tài)監(jiān)控，解決了車輛故障問題追蹤難、車輛利用率低、企業(yè)資源消耗高等難題，大幅度提升了廠區(qū)物流車輛的管理便利和使用效率。

1 主要研究內容

■1.1 地圖電子化

目前，在普通地圖上，一般場區(qū)范圍幾乎為空白（如圖1 某船廠廠區(qū)地圖），場區(qū)內道路及各類廠房建筑等均無明顯標識，難以實現(xiàn)車輛的精確調度。通過對場區(qū)航拍圖片疊加，形成廠區(qū)范圍內平面圖，實現(xiàn)廠區(qū)內的車輛監(jiān)管直觀化，疊加后的圖片可隨著地圖放大而放大，滿足不同區(qū)域車輛的精細化管控。本文采用GIS矢量地圖疊加繪制技術，即場區(qū)高精度地圖與GIS地圖融合，通過場區(qū)圖進行的優(yōu)化改進，并疊加到地圖上，實現(xiàn)了場區(qū)元素在地圖上的直觀展示，并可與地圖同步縮放，為場區(qū)車輛調度和實時監(jiān)管提供了后臺保障。

圖1 某制造廠廠區(qū)地圖

GIS地理信息租用高德Mapabc地圖和高性能柵格地圖引擎，支持地圖在線更新。GIS地圖主要支持功能：地圖縮放:系統(tǒng)提供對地圖的縮放功能，用戶可以通過地方縮放實現(xiàn)對地圖全局狀況監(jiān)控和局部狀況監(jiān)控。地圖漫游:系統(tǒng)支持地圖漫游功能，用戶可隨時動地圖到需要觀察的區(qū)域。地圖搜索:Mapabc 地圖服務平臺為用戶提供各種搜索服務，包括興趣點查詢、道路查詢、城市代碼查詢、區(qū)域查詢等，全方位的滿足將來擴展的搜索需求。海量對象信息疊加:GIS地圖支持在地圖上疊加海量的對象信息，疊加海量對象信息后，可實現(xiàn)海量對象的平滑移動在地圖上清晰顯示。矢量信息疊加:GIS地圖支持區(qū)域、線路、點和文字等矢量元素疊加功能，矢量圖形能夠隨地圖平滑移動而移動，支持半透明模式。

■1.2 車輛高精度定位技術

車輛的高精度定位是本文研究的重點，直接影響到車輛精準的調度，本文采用北斗車載設備實時差分精定位技術。關于定位要求，本項目有二個主要關注點：一是定位頻度高，二是定位精度要求到達3～5米，如圖2所示。對于普通的GPS定位或北斗終端定位，其精度約10米左右?？紤]現(xiàn)場車輛定位精度要求，采用車載北斗實時差分精確定位技術實現(xiàn)高精度定位需求。

圖2 傳統(tǒng)GPS誤差

本項目考慮到車輛物料調度，由車輛、司機、場地及取料相對位置精準性對智能化物流調度極為關鍵，對其動態(tài)行駛位置精度要求較高，為智能化無人化調度奠定基礎，由于大氣層的延遲誤差、衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差等誤差干擾導致定位提出調整挑戰(zhàn)，為了進一步提高定位精度，本項目采用偽距差分（RTD）的方式來提高定位精度，在基準站上的接收機要求得它至可見衛(wèi)星的距離，并將此計算出的距離與含有誤差的測量值加以比較，并求出其偏差。然后將所有衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶。用戶利用改正后的偽距來解出本身的位置， 就可消去衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對流層誤差等公共誤差，其定位精度能夠達到亞米級，如圖3所示。

圖3 不同RTD間距的定位精度（誤差單位：m）

在每輛車上安裝定位車載終端，高精度車載終端在接收到衛(wèi)星GPS信號后，可接入地面北斗的基準站，進行衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)解算，實現(xiàn)高精度差分定位。同時車載終端可通過通訊模塊實時向云端監(jiān)控中心上傳傳輸定位信息及其他傳感器的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時對車輛狀態(tài)進行監(jiān)控及調度管理。本項目采取高精度的差分全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)DGPS，即在傳統(tǒng)的GPS技術基礎之上利用差分技術，能夠從GPS系統(tǒng)中獲得更高的定位精度。如圖4所示，本項目在場地設置北斗GPS基準站，并車輛用戶同時進行 GPS 觀測，將得到的移動定位的結果與基準站坐標比較，可求解出實時差分值，并以數(shù)據(jù)鏈傳輸方式，將差分修正值立即反饋給GPS用戶，從而修正GPS定位值，從而獲得車輛高精度的米級定位。

圖4 車輛DGPS高精度定位原理

■1.3 網(wǎng)絡通訊

車載終端按設定間隔定期檢測GPS/北斗定位信息，以及對車輛發(fā)動機工作狀態(tài)信息進行采集，通過3G/4G無線網(wǎng)絡上報至車輛聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控調度平臺。數(shù)據(jù)平臺進行數(shù)據(jù)的入庫和分析處理后，輸出至到監(jiān)控中心、司機和用戶手機APP等；手機客戶端通過無線網(wǎng)絡，接入車輛聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，如圖5所示。

圖5 基于北斗車輛聯(lián)網(wǎng)架構圖

車聯(lián)網(wǎng)通信服務器的軟件采用Java開發(fā)平臺，主要包括前后置通訊服務器，前置通訊服務器面向作業(yè)車輛的司機手機APP，將所有轉發(fā)的GPS信息進行匯總并發(fā)送到后置通訊服務器中，同時將調度發(fā)送過來數(shù)據(jù)分發(fā)到各用戶智能手機APP。后置通訊服務器負責數(shù)據(jù)存儲，并將數(shù)據(jù)轉發(fā)到各監(jiān)控客戶端。通信服務器軟件數(shù)據(jù)分析處理模塊實時從GPS數(shù)據(jù)隊列中獲取數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)已有基礎數(shù)據(jù)、歷史GPS數(shù)據(jù)進行分析處理。主要涉及到數(shù)據(jù)有效性分析、區(qū)域分析、手機APP長時間不在線分析等處理分析功能，獲取高精度定位精度。

由監(jiān)控中心進行車輛位置、車輛工作狀態(tài)（工作、待機、停止工作）、車輛歷史路線、工作時間進行監(jiān)控，對車輛司機、呼叫車輛用戶、監(jiān)控中心集中調度人員在一個平臺管控，實現(xiàn)車輛區(qū)域化管理和就近原則管理，大幅度提升車輛調度效率。

2 結論

（1）基于DGPS北斗差分GPS定位實現(xiàn)了工廠車輛高精度定位1m范圍；（2）采用GIS矢量疊加地圖實現(xiàn)了大型廠區(qū)高清可視化；（3）通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車載、手機APP實現(xiàn)車輛調度管理。