基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研究

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人民生活質(zhì)量越來(lái)越高，現(xiàn)在汽車不僅僅是代步工具，消費(fèi)者還需要更多先進(jìn)的智能高端功能，所以對(duì)汽車制造業(yè)的要求越來(lái)越高，因此車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。車聯(lián)網(wǎng)通過(guò)車輛裝載的相應(yīng)終端借助高端識(shí)別技術(shù)獲取車輛的各項(xiàng)信息、靜態(tài)屬性信息及動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)信息等 [1]。目前我國(guó)車輛所安裝的車載終端均為 GPS 定位系統(tǒng)， 然而一旦美國(guó)不再提供 GPS 信號(hào)，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)完全失效， 尤其在戰(zhàn)時(shí)緊急狀態(tài)，國(guó)家需要對(duì)車輛進(jìn)行緊急管控時(shí)，若因 GPS 信號(hào)的實(shí)效性導(dǎo)致調(diào)度失敗，將產(chǎn)生重大影響 [2]，因此基于我國(guó)北斗衛(wèi)星的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)勢(shì)在必行。

美國(guó) GPS 的精度只有 20 m，需要經(jīng)過(guò)地面站的加強(qiáng)系統(tǒng)處理，才可以達(dá)到水平 1 m、垂直 1.5 m 的精度。而我國(guó)自主研發(fā)的北斗系統(tǒng)，民用級(jí)別精確度高達(dá) 10 m，軍用級(jí)別精確度更高，基于北斗的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)覆蓋了全國(guó)乃至東北亞、東南亞以及西亞邊貿(mào)口岸，到 2020 年，北斗系統(tǒng)將覆蓋全世界，精度達(dá)到毫米級(jí) [3]。

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策方向，是政府未來(lái)幾年力推的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)。而車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)正是基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的車與車、車與人、車與路、車與傳感設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通的動(dòng)態(tài)移動(dòng)通信系統(tǒng)，具有一定的創(chuàng)新性和產(chǎn)業(yè)發(fā)展能力 [4]。

北斗車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為每輛車配有 10多個(gè)傳感器對(duì)其進(jìn)行信息監(jiān)控，并將得到的信息匯集到黑匣子中，北斗衛(wèi)星通過(guò)黑匣子實(shí)時(shí)獲取監(jiān)控狀態(tài)信號(hào)，如駕駛員的駕駛狀態(tài)等，指揮中心可以通過(guò)北斗衛(wèi)星獲取狀態(tài)信息從而更全面地對(duì)車輛進(jìn)行控制監(jiān)管 [5]。若車輛在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生異?，F(xiàn)象，如改變行車路線或者發(fā)生交通事故時(shí)，指揮中心會(huì)立即報(bào)警，呼叫就近的救援團(tuán)隊(duì)趕赴現(xiàn)場(chǎng)救援。該系統(tǒng)較傳統(tǒng)的 GPS 導(dǎo)航更為先進(jìn)，在手機(jī)沒(méi)有信號(hào)的情況下同樣適用，大大縮短了信息從地面反饋到指揮中心的時(shí)間，用時(shí)縮短到 0.01 s 左右。

1 北斗車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)總體概述

1.1 北斗車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的全國(guó)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.1.1 技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)是指利用傳感、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)對(duì)大范圍、大容量的車輛、道路及交通狀況進(jìn)行感知與控制， 以便提高交通效率和交通安全。北斗車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)如圖 1 所示。

從網(wǎng)絡(luò)的角度來(lái)看，北斗車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有三層體系架構(gòu)， 分別是端系統(tǒng)、管系統(tǒng)和云系統(tǒng) [6]。

(1) 端系統(tǒng)負(fù)責(zé)感知與采集車輛的行車狀態(tài)與環(huán)境信息，同時(shí)作為一個(gè)通信終端，可以實(shí)現(xiàn)車與車、車與網(wǎng)間的通信，使汽車能夠進(jìn)行 IOV尋址，具備網(wǎng)絡(luò)可信標(biāo)識(shí)等能力。

(2) 管系統(tǒng)統(tǒng)一了公網(wǎng)與專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了車輛間自組織網(wǎng)絡(luò)與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的通信漫游，提升了網(wǎng)絡(luò)廣泛性，可解決車與車、車與網(wǎng)、車與路之間的聯(lián)通問(wèn)題，保障系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性 [7]。

(3) 云系統(tǒng)可以虛擬化并存儲(chǔ)各行業(yè)類型車輛的海量運(yùn)行信息，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、計(jì)算，進(jìn)而對(duì)車輛進(jìn)行調(diào)度、監(jiān)控與管理。

1.1.2 云平臺(tái)架構(gòu)

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由覆蓋全國(guó)車聯(lián)網(wǎng)指揮中心及網(wǎng)絡(luò)、車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)及應(yīng)用平臺(tái)的建設(shè)、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心、車聯(lián)網(wǎng)國(guó)家級(jí)產(chǎn)業(yè)園的建設(shè)、車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)服務(wù)公司等構(gòu)成 [8]。

系統(tǒng)采用矩陣式部署，在全國(guó)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要面向與銀行、電信、移動(dòng)、交通、公安等重點(diǎn)行業(yè)進(jìn)行專業(yè)對(duì)接。北斗車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的云平臺(tái)架構(gòu)如圖 2 所示。

北斗車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)利用 GIS 技術(shù)進(jìn)行科學(xué)的管理和決策 ： 將 GIS 應(yīng)用到車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，增加行業(yè)的應(yīng)用分析功能，科學(xué)地管理好橋隧信息 [9]。北斗車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的遙感地理信息系統(tǒng)如圖 3 所示。

(1) 全國(guó)路網(wǎng)及其地形信息、屬性信息以數(shù)據(jù)形式保存 在全國(guó)云數(shù)據(jù)磁盤(pán)陣列中，通過(guò)專業(yè)光纖傳輸至各省市車聯(lián) 網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)需重復(fù)勘測(cè)和投資，避免精度降低 引起誤差從而降低數(shù)據(jù)的利用率，可大幅提高工作處理效率 ；

(2) 通過(guò) BDS 和 RS 及時(shí)更新 GIS 中的數(shù)據(jù)，為車聯(lián)網(wǎng)用戶提供最新最準(zhǔn)確的路網(wǎng)圖，保證信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性 ；

(3) GIS 可以自動(dòng)計(jì)算車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的業(yè)務(wù)量，減少人工計(jì)算引起的誤差，如車輛路徑尋優(yōu)技術(shù)，貨運(yùn)的多任務(wù)規(guī)劃與協(xié)同等，有效提高了資源利用率 [10]。

1.2 北斗車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的省級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

北斗車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)分為省外和省內(nèi)兩部分，省外通過(guò)高速光纖專線信道將本省北斗車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用中心與全國(guó)北斗車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用中心相連，通過(guò)該通道與全國(guó)其他省級(jí)和國(guó)際口岸進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，形成開(kāi)放的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

省內(nèi)系統(tǒng)由省級(jí)北斗車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和已有車輛業(yè)務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)成，它們通過(guò)信息交換服務(wù)與數(shù)據(jù)共享網(wǎng)關(guān)進(jìn)行松耦合連接，彼此業(yè)務(wù)獨(dú)立，數(shù)據(jù)共享，相互支撐 [11]。其中省級(jí)北斗車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)包括省北斗車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)與應(yīng)用中心、省車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維服務(wù)中心和省車聯(lián)網(wǎng)客戶呼叫服務(wù)中心。

1.2.1 車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享中心

北斗車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)車輛可以通過(guò)一系列傳感器、圖像處理裝置等進(jìn)行車輛靜態(tài)位置、動(dòng)態(tài)速度和路線數(shù)據(jù)信息的采集， 并將這些數(shù)據(jù)運(yùn)用移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)傳輸匯聚到省車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心 [12]。數(shù)據(jù)中心分析和處理車輛的數(shù)據(jù)信息，對(duì)路況現(xiàn)狀進(jìn)行匯報(bào)及對(duì)交通信號(hào)燈進(jìn)行安排。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)省級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)如圖 4 所示。

1.2.2 信息交換服務(wù)與數(shù)據(jù)共享網(wǎng)關(guān)

建立省統(tǒng)一的信息資源交換平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息交換服務(wù)和數(shù)據(jù)共享網(wǎng)關(guān)功能，將省車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心建成全省車聯(lián)網(wǎng)信息的樞紐，加強(qiáng)與公路交通、執(zhí)法監(jiān)督、物流運(yùn)輸?shù)溶囕v管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和交換，建立車聯(lián)網(wǎng)信息資源目錄， 與各市交通運(yùn)輸局、廳直各單位自身信息資源建立目錄共享服務(wù) [13]。

1.2.3 客戶呼叫服務(wù)中心

車聯(lián)網(wǎng)呼叫中心是一個(gè)較為龐大的系統(tǒng)工程，涉及方言配比、遠(yuǎn)程服務(wù)內(nèi)容、坐席數(shù)量等因素，由于目前車主的付費(fèi)意愿不強(qiáng)，廠家收不到服務(wù)費(fèi)，所以需要投入大量資金建立北斗車聯(lián)網(wǎng)呼叫中心， 中心基于 Telematics 的 E-CALL， B-CALL 及 I-CALL 為用戶提供人工領(lǐng)航服務(wù)、聲控導(dǎo)航等個(gè)性化服務(wù)，用戶可以通過(guò)一鍵通按鈕對(duì)服務(wù)中心進(jìn)行呼叫， 隨時(shí)享受其提供的全方位服務(wù) [14]。

1.3 北斗車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)

1.3.1 第三方應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)

車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式建立在 OpenAPI 基礎(chǔ)上， 它是 Web， IM，SMS 等服務(wù)的提供者。第三方應(yīng)用開(kāi)發(fā)商通過(guò)該技術(shù)與車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)互動(dòng)，通過(guò)即時(shí)通信軟件，基于其 OpenAPI 客戶端進(jìn)行交互，車聯(lián)網(wǎng)相當(dāng)于是一個(gè)存活于 OpenAPI 基礎(chǔ)之上的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)中心 [15]。降低第三方應(yīng)用開(kāi)發(fā)和接入的成本有利于系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)量的增長(zhǎng)與用戶數(shù)量的增長(zhǎng)。三方應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)如圖 5 所示。

1.3.2 計(jì)費(fèi)系統(tǒng)

北斗車聯(lián)網(wǎng)的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)功能繁多，包括客戶管理、計(jì)費(fèi)處理、賬務(wù)處理、資費(fèi)管理等，其中語(yǔ)音業(yè)務(wù)、信息服務(wù)業(yè)務(wù)需要付費(fèi) [16]。

1.3.3 銀行結(jié)算與支付系統(tǒng)

北斗車聯(lián)網(wǎng)利用中國(guó)銀聯(lián)的 NFC 可信賴服務(wù)管理者（TSM）平臺(tái)，將 TSM 平臺(tái)整合于車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商與企業(yè)，讓TSM 平臺(tái)不僅可用于支付卡，還能用于儲(chǔ)值卡、社?？?、學(xué)生卡、賒購(gòu)卡及移動(dòng)門(mén)票等的結(jié)算與支付 [17]。

1.3.4 手機(jī)聯(lián)網(wǎng)支付系統(tǒng)

北斗車聯(lián)網(wǎng)與手機(jī)支付已有成熟的商業(yè)合作，手機(jī)就像銀行卡，車載終端就像一臺(tái)移動(dòng) POS 機(jī)，用戶在加油、寬帶充值、銀行卡轉(zhuǎn)賬、買電影票以及預(yù)訂酒店機(jī)票等時(shí)可以進(jìn)行手機(jī)支付 [18]。

2 北斗車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)擬解決的難點(diǎn)問(wèn)題

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)亦有其局限性與需要解決的難題。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的全球化，車流的跨地域活動(dòng)越來(lái)越頻繁，當(dāng)某一省的車輛離開(kāi)省境時(shí)，車與車、車與路、車與人的數(shù)據(jù)鏈接都會(huì)因?yàn)槭〖?jí)車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的限制而變得困難，另外跨省移動(dòng)通信資費(fèi)等問(wèn)題也難以解決。

同樣，當(dāng)省外車輛進(jìn)入省境時(shí)，也會(huì)因?yàn)槠胀ㄊ〖?jí)車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的限制，使車輛處于監(jiān)管盲區(qū)，這對(duì)于估算省內(nèi)物流、客流的情況極為不利。

3 結(jié) 語(yǔ)

中國(guó)自主研發(fā)的全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)—北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以為用戶大范圍、全天候的提供高精度且可靠的定位導(dǎo)航信息服務(wù)，方便快捷?；诒倍返能嚶?lián)網(wǎng)系統(tǒng)也可以為用戶提供精確高效、實(shí)時(shí)性高的信息，以便更好地控制和管理車輛，實(shí)現(xiàn)智能一體化。