基于北斗卫星导航定位技术的机动车驾驶人驾驶技能考试培训系统.docx
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基于北斗卫星导航定位技术的机动车驾驶人驾驶技能考试培训系统.docx
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基于北斗卫星导航定位技术的机动车驾驶人驾驶技能考试培训系统
基于北斗卫星导航定位技术的
机动车驾驶人驾驶技能考试培训系统
设计方案
1、概述
(1)系统简介
按照2013年1月1日发布修订后的《机动车驾驶证申领和使用规定》---公安部第123号令和最新国标《机动车驾驶人考试内容和方法》(GA1026-2012),公司研发出一套新型数据采集系统,具有高精度定位、航向、姿态测量等功能,是驾校科目二、三考试中的一款革命性创新产品。
该系统采用虚拟传感器技术,结合考场区域电子地图,快速,准确判断输出考试评判结果,如能直接判断出车身或车轮哪个位置是否压线,是否出边线,是否出口,定点停车是否合格等等。
本系统将惯性导航技术、卫星导航技术与姿态测量技术融合一体,采用车型位置定位推导技术,可以实时的连续提供车辆各控制点的绝对位置和姿态,相对于以往将整个车辆看做是一个点的系统来说精度、准确性、实用性大大提高,特别在地面起伏不平的情况下准确判断。
另外,该系统具有惯性导航功能,能在暂时卫星失锁情况下维系位置输出一段时间,该系统能适合在各种恶劣环境下能连续、实时的采集各种车辆测量参数。
(2)设计理念
※虚拟传感器=高精度卫星定位*车辆航向测量*车辆姿态测量+场地测绘技术+考评软件,是惯性导航、卫星导航、姿态测量技术的完美融合;
※无需对考试场地进行改造,加快项目实施速度;
※在车辆上安装少许设备即可实现数据采集;
※专用设备,自动的场地测绘、地图生成;
※配套数据分析软件与数据显示软件;
※虚拟传感器实现真正的免维护。
(3)技术特点
※惯性导航+卫星导航+姿态测量=全环境下精确自主测量;
※以高精度卫星导航定位技术达到无误差积累的精确测量;
※以地面上惯性测量技术实现车辆四轮定位稳定测量;
※以车辆上安装的传感器进行测量误差的自动化修正;
※在地图上任意指定点/线/区域作为虚拟传感器测量。
(4)应用特点
※高精度、稳定性、维护性的和谐一体;
※以高科技综合应用解决驾校考试具体问题;
※利用虚拟传感器技术为用户实现缩短项目建设周期,减少维护成本。
2、系统组成
本系统主要用于驾校科目考试中,主要由基准站设备、车载移动设备、通讯链路设备和测绘系统四大部分组成。
(1)基准站设备
主要包括基站SM39接收机、北斗天线、通讯链(如电台,WIFI)等设备。
基准站用以长期连续跟踪观测卫星信号,通过通讯链路(如电台)实时传输解算出的差分修正信息,实时为各个车载移动站提供高精度的载波相位差分数据。
由于差分信息播发的连续性和可靠性与车载移动站定位精度密切相关,它所提供的差分修正信息是保障移动站定位精度的基础。
因此,在选择基准站安装位置时要从以下几个方面综合考虑:
◆场地稳固,年平均下沉和位移小于3mm;
◆视野开阔,视场内障碍物的高度不宜超过视野仰角15°;
◆远离大功率无线电台发射源(如电视台,电台,微波站等),其距离不得小于200米,远离高压输电线和微波无线电传送通道,其距离不得小于50米;
◆观测标志应远离振动源。
一般基准点位置可选在稳固地基的场地或楼顶,以楼顶基准站设置为例,基准站固定方式可采用混凝土观测墩,钢筋支柱固定等方式
(2)车载移动设备
车载移动设备主要包括主机——SM39/SM38(科目三专用)、SM36(科目二专用)、北斗天线等。
在实际应用中,车载移动站的北斗天线固定在车辆顶部,将移动主机放置在车辆内部(如后备箱中),通过数据线和车载平板电脑连接,进行数据传输、查看,并将数据通过无线通讯方式传输至控制中心,移动设备和电脑通讯方式为RS232接口或者RJ45接口。
1.SM39/SM38系统介绍
SM39是一款专为科目三考试而设计研发的一款产品,该产品具备RS232接口和RJ45接口,可通过外接通讯模块或网络实时接收差分数据,实现高精度的定位,根据车辆的行进方向,和车辆的位置,能实现科目三考试的要求。
※SM39连接示意图:
SM38是在SM39基础上研制,主要内置了GPRS网络模块和数传电台模块,集成整合了车载终端的电子设备,更加坚固稳定。
※SM39应用于科目三中的部分项目评判:
◆变更车道时判断车距是否合理,是否连续变更两条以上车道;
◆通过路口前是否减速慢行,左转时是否在路口中心点左侧转弯;
◆通过人行横道线、学校区域和公交车站是否按规定减速慢行;
◆在没有中心隔离设施或者中心线的道路上会车时是否减速靠右行驶;
◆靠边停车后,车身是否超过道路右侧边缘线或者人行横道边缘,车身距离道路右侧边缘线或者人行横道边缘是否大于30cm;
◆掉头地点选择是否恰当;
◆车辆行驶时是否轧车道中心实线;
2.SM36高精度定位定姿系统介绍
SM36高精度定位定姿系统是专为科目二考试设计的一款产品,采用双主板,双天线设计,内置了了陀螺仪等传感器,通过融合算法,能在任何地理情况下输出车辆轮廓信息,在卫星信号受遮挡或丢失时,陀螺仪保持其速度方向,位置变化,达到连续的定位数据输出。
SM36高精度定位定姿系统是一款革命性的产品,该产品结合南方卫星导航独特的四轮推导技术和合格判定程序,不同于传统的单一传感器,只提供某一个方面的传感数据,还需要二次开发才能使用,而是一个全方位的解决方案,可直接输出几乎所有科目二考试项目的判定结果,如车轮是否压线,车身是否出线、车辆是否溜车或中途停车等等。
该产品还可以准确的输出车辆的方向信息和姿态信息,同时也可接收地面基准站差分数据链(如SM39),实现实时载波相位差分定位功能。
SM36高精度定位定姿系统内置了高精度卫星定位模块,陀螺仪惯性导航模块,是一款全方位无盲区的车载移动定位终端设备。
该设备除了可以准确输出科目二考试项目的判定结果外,还可以准确输出移动载体的位置、航向、俯仰角,横滚角等姿态信息。
甚至在北斗信号受到遮挡时,可以由惯性导航模块继续推导出位置信息,可用于要求连续的科目二或科目三考试当中。
※SM36产品特点
◆可自动输出科目二考试项目的判定结果
◆成本低、精度高、无累计误差
◆不受磁场环境影响,无惯性漂移
※产品连接示意图
※实际安装示意图
※SM36技术特点
使用高精度定位定向定姿技术可以给出四个轮胎内外边缘接地的位置,直接利用轮胎接地位置可以准确的进行压线判断。
在考试路段电子地图上设置轮胎位置的评判边界线用于考试项目的评判,车辆边缘位置越界即判为不合格。
※相比于单GNSS方法的测量原理的优势
如上图所示,只在车体上安装一个GNSS天线,车体的朝向是无法确定的,如果车体朝向是向前的,那么车没有压线,如果车体偏向一个角度那么右前轮已经压线。
本方案提供的定位定向技术直接提供四个车轮位置,无论车体朝向如何,均可以准确判断压线与否。
※SM36用于科目二考试中的项目判定
SM36可用于如下科目二考试中的项目判定,但不限于此。
车载移动设备输出信息对照表
(3)通讯链路设备
产品支持多种通讯链路,可以根据实际需求来选择
3.数传电台
为基站和车载移动系统实时跟踪解算、提供高速、远距离、抗干扰的无线数据链。
电台结构精致、重量轻、高效省电、操作简单、性能稳定、工作可靠。
4.移动网络
支持使用GPRS/CDMA/3G或者WIFI等作为通讯链路的功能。
1)GPRS/CDMA/3G:
在移动运营商信号支持的地方,可以通过网络将基站位置信息实时传到车载移动端进行位置解算,以保证实时准确的提供厘米级的定位误差。
2)WIFI:
在小范围内使用WIFI局域网或有WIFI热点的区域通过互联网实时将基站差分数据传输到车载移动设备,以进行载波相位差分解算。
三、系统在科目二场地驾驶技能考试项目中的应用说明
(1)场地地图数据采集说明
按照驾校的实际场地编排,测绘出场地地图。
场地路形数据采集
场地路形数据采集
生成地图
(2)考试车辆车型文件采集说明
根据车辆的实际情况,测绘出车身上具有标志性的24个车身点,8个车轮内外侧位置点,以及安装在车顶上的两个GNSS天线的位置。
(3)车辆虚拟传感器说明
利用场地地图数据,加工成一个虚拟场地,然后通过安装在车顶的前后天线及其与车身、车轮的相对位置关系,实时的定位出车辆在虚拟场地中的位置,实现车辆在考试项目中的实时判断。
(4)坡道定点停车和起步项目说明
在坡道定点停车和起步项目中,采用高精度北斗卫星导航定位技术生成的车辆虚拟传感器数据,实时检测考试车辆通过坡道项目时车身前保险杠相对定位中心点和右前轮、右后轮外侧着力点的精确位置,判断考试车辆的定位和溜车情况。
定点停车不准
(5)侧方停车项目说明
在侧方停车项目中,采用高精度北斗卫星导航定位技术生成的车辆虚拟传感器数据,实时检测考试车辆通过侧方停车项目时车身相对定位点和左右前轮、左右后轮外侧着力点的精确位置,判断考试车辆的车轮压线、车身出线、行驶路线和中途停车情况。
侧方停车车尾压边线
(6)曲线行驶项目说明
在曲线行驶项目中,采用高精度北斗卫星导航定位技术生成的车辆虚拟传感器数据,实时检测考试车辆通过曲线行驶项目时左右前轮、左右后轮外侧着力点的精确位置,判断考试车辆的车轮压线、过线、行驶路线和中途停车情况。
曲线行驶左前轮压线
(7)直角转弯项目说明
在直角转弯项目中,采用高精度北斗卫星导航定位技术生成的车辆虚拟传感器数据,实时检测考试车辆通过直角转弯项目时左右前轮、左右后轮外侧着力点的精确位置,判断考试车辆的车轮压线、过线、行驶路线和中途停车情况。
(8)倒车入库项目说明
在倒车入库项目中,采用高精度北斗卫星导航定位技术生成的车辆虚拟传感器数据,实时检测考试车辆通过倒车入库项目时车身相对定位点和左右前轮、左右后轮外侧着力点的精确位置,判断考试车辆的车轮压线、车身出线、行驶路线和中途停车情况。
倒车入库压右边线
(9)考试检测监控项目说明
※曲线行驶
※直角转弯
※侧方停车
※坡道定点停车和起步
※倒车入库
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