RTK差分技術(shù)在網(wǎng)約車計費系統(tǒng)檢測中的應用

康婷婷，黃 艷，許 原，王亞軍，劉 圓

(1. 北京市計量檢測科學研究院，北京 100029； 2. 國家衛(wèi)星導航定位與授時產(chǎn)業(yè)計量測試中心，北京 100029)

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RTK差分技術(shù)在網(wǎng)約車計費系統(tǒng)檢測中的應用

康婷婷1,2，黃 艷1,2，許 原1,2，王亞軍1,2，劉 圓1,2

(1. 北京市計量檢測科學研究院，北京 100029； 2. 國家衛(wèi)星導航定位與授時產(chǎn)業(yè)計量測試中心，北京 100029)

2013年以來，隨著打車軟件的流行，網(wǎng)絡(luò)約車不斷進入人們的視野并活躍在全國各大城市。隨之而來的網(wǎng)絡(luò)約車軟件定位不準、計程不準而導致的客戶投訴也接踵而來。針對這些問題，本文提出了一套網(wǎng)絡(luò)約車計費檢測方法，采用多模多頻RTK載波相位差分技術(shù)和慣性導航組合定位技術(shù)，使用基準站+流動站的RTK差分GNSS接收機、慣導模塊、高精度扼流圈導航天線及回放儀記錄汽車行駛過程中的信息，包括經(jīng)緯度、乘車時間、速度等，通過計算得出汽車行駛里程。通過與司機手機計費結(jié)果進行比較，試驗結(jié)果表明，采用載波相位差分技術(shù)和組合導航定位的技術(shù)可以有效解決定位失鎖、軌跡不連續(xù)等問題。

網(wǎng)絡(luò)約車；RTK；載波相位差分；慣性導航

出租車作為城市的形象窗口之一,一直以來備受關(guān)注。除去飽受詬病的車況臟亂差外,高峰期打車難,更是不少市民心頭揮之不去的陰影[1]。隨著互聯(lián)網(wǎng)及智能手機的普及，網(wǎng)絡(luò)預約出租汽車(以下簡稱網(wǎng)約車)服務已經(jīng)滲入眾多城市，成為“互聯(lián)網(wǎng)+”時代生活的一大亮點[2]。網(wǎng)約車的原理與電話叫車服務類似，即乘客在手機中點擊“我要用車”，并發(fā)送一段語音告知司機自己想去的地方或輸入當前具體的位置和要去的地方，用車信息會被傳送給離乘客較近的司機，司機可以在手機中一鍵搶應。軟件根據(jù)手機GPS或其他定位模塊進行定位和導航，并計算汽車行駛的里程及時間，最終得出打車費用。

1 網(wǎng)約車計程問題現(xiàn)狀

1.1 手機定位不準

手機定位服務也稱為基于位置的服務(location based service，LBS)，它是利用移動運營網(wǎng)絡(luò)平臺及定位相關(guān)設(shè)備，獲取終端移動用戶位置信息，并通過在網(wǎng)絡(luò)上的電子地圖平臺為終端用戶提供位置信息(經(jīng)緯度坐標數(shù)據(jù))服務的一種增值業(yè)務[3-6]。這種定位技術(shù)基于移動運營商信號基站的定位，利用手機上的GPS定位模塊將自己的位置信號發(fā)送到定位后臺來實現(xiàn)手機定位，同時通過測算基站與手機的距離來確定手機的位置[7]。

如果手機離基站距離過遠，地面增強效果就會很差，定位精度會大幅下降。內(nèi)置陀螺儀的手機，可以通過陀螺儀來增強精度，但是即使地面增強效果好，定位精度誤差也只能到5 m左右。而且一般的手機在定位過程中抵抗干擾的能力非常差，遇到橋梁、隧道或遭遇惡劣的天氣都會由于失鎖而導致位置信息出現(xiàn)偏差[8]。手機定位的精度將直接影響網(wǎng)約車計程的準確性。

1.2 手機軟件內(nèi)置地圖數(shù)據(jù)不準

國內(nèi)具有導航電子地圖生產(chǎn)資質(zhì)的公司數(shù)量從最初的一兩家發(fā)展到現(xiàn)在的幾十家[9]。目前幾家主流的網(wǎng)約車軟件所使用的地圖數(shù)據(jù)包括百度地圖、高德地圖及騰訊地圖。這些地圖廠商的數(shù)據(jù)精度并非完全一樣，甚至同一家地圖廠商的數(shù)據(jù)，在不同的位置精度也不一樣。

網(wǎng)約車在行駛過程中，若遇到橋梁、隧道等衛(wèi)星信號不好的地方，就會出現(xiàn)軌跡信息丟失現(xiàn)象，網(wǎng)約車軟件一般會將軌跡丟失前后兩個軌跡點制作成一條直線，并且與地圖上的道路進行匹配。如果地圖數(shù)據(jù)不準，將會導致這條直線的長度出現(xiàn)很大誤差。圖1和圖2分別為在同一地點使用高德地圖和百度地圖定位的結(jié)果。

圖1 高德地圖定位結(jié)果

圖2 百度地圖定位結(jié)果

1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

由于網(wǎng)約車是一個新興事物，目前國內(nèi)外對于網(wǎng)約車計費是否準確的研究極其稀少。本文針對以上出現(xiàn)的計費不準的問題進行了分析和試驗，提出一種網(wǎng)約車計費檢測方法，通過GNSS接收機實現(xiàn)GPS/北斗雙模定位，并利用RTK差分相位載波技術(shù)來精確定位，保證3～5 m的動態(tài)精度；同時根據(jù)網(wǎng)約車平臺公司的計費原理設(shè)計并開發(fā)相應的計費軟件，與司機手機計算的費用進行比較，檢測其計費是否準確。

由表6可知，當油炸時間為2 min時，牛肉丁的組織狀態(tài)干硬適中而且緊密，色澤具有牛肉丁應有的棕紅色色澤，有彈性，口感軟硬合適，外焦內(nèi)嫩。但是，當油炸時間低于2 min時，牛肉丁未能脫水徹底，色澤偏淺；當油炸時間大于2.5 min時，太過干硬，色澤發(fā)深，并且油炸時間過長，風味和營養(yǎng)成分等有所散失。因此，通過對油炸時間的單因素分析，得出最佳油炸時間為2 min。

2 硬件設(shè)計及軟件實現(xiàn)

2.1 網(wǎng)約車計費檢測系統(tǒng)硬件框架

使用兩臺GNSS接收機，其中一臺作為流動站，另一臺作為基準站。流動站接收機使用TNC接口連接線作為天線饋線，12 V直流電源供電。基準站接收機使用相同方式連接天線與信號發(fā)射電臺，使用適配器供電。圖3為網(wǎng)約車計費檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計框架。

圖3 網(wǎng)約車計費檢測硬件設(shè)計框架

在整體的硬件框架中，流動站接收機和基準站接收機是導航定位的核心硬件，如圖4、圖5所示。基準站作為固定坐標點，在接收衛(wèi)星信號的同時，通過信號發(fā)射電臺將信號發(fā)送給流動站接收機。流動站接收機通過全頻全系統(tǒng)天線接收衛(wèi)星信號，通過接收天線接收基準站的電臺信號，將兩個信號進行差分處理，實現(xiàn)對衛(wèi)星鐘差、對流層誤差等固定誤差的規(guī)避，提高裝置的定位精度。在供電上，由于接收機所需電量不大，流動站只需要能提供12 V直流電的電瓶即可，同時使用接收機適配器連接，以實現(xiàn)流動站的供電。在處理接收機所獲取的實時定位信息時，使用自設(shè)計軟件對其進行數(shù)據(jù)處理。同時可以使用衛(wèi)星導航信號存儲記錄儀對接收機所接收信息進行還原，實現(xiàn)在Google Earth上描繪定位點，顯示實際行車軌跡。

圖4 基準站接收機連接方式

圖5 流動站接收機連接方式

2.2 軟件實現(xiàn)

軟件設(shè)計的目的是處理接收機接收到的數(shù)據(jù)，得到實際行車的軌跡信息和用于網(wǎng)約車車費計算的里程信息及時間信息。圖6為軟件設(shè)計流程圖。

2.2.1 NMEA數(shù)據(jù)提取

接收機所接收的信息格式為NMEA格式，NMEA是美國國家海洋電子協(xié)會(National Marine Electronics Association)為統(tǒng)一海洋導航規(guī)范而制定的標準，該格式標準已經(jīng)成為國際通用的一種格式[10-11]。NMEA格式數(shù)據(jù)串的所有數(shù)據(jù)都采用ASCII文本字符表示，數(shù)據(jù)傳輸以“＄”開頭，后面是語句頭。NMEA已成為所有的GPS接收機最通用的數(shù)據(jù)輸出格式，同時也被用于與GPS接收機接口的大多數(shù)的軟件包里。NMEA中常用的即兼容性最廣的語句包括＄GPGGA、＄GPGSA、＄GPGSV、＄GPRMC、＄GPVTG、＄GPGLL等，本文所涉及的NMEA數(shù)據(jù)只涉及＄GPRMC。數(shù)據(jù)形式如圖7所示。

圖6 軟件設(shè)計框圖

圖7 NMEA格式部分RMC數(shù)據(jù)

2.2.2 低速時間計算

2.2.3 里程計算

通過RMC語句可以得出每一個實時定位點的經(jīng)緯度坐標，通過這些坐標可以計算相鄰兩點的距離，將所有點的距離和相加，即可完成里程的計算，在得到實時經(jīng)緯度的情況下提取RMC數(shù)據(jù)中的地面航向角，即可完成基于電子地圖的行車軌跡的獲取。

由于地球是一個近乎標準的橢球體，赤道半徑為6 378.140 km，極半徑為6 356.755 km，平均半徑6 371.004 km。若假設(shè)地球是一個完美的球體，則球的半徑就是地球的平均半徑，記為R。如果以0°經(jīng)線為基準，根據(jù)地球表面任意兩點的經(jīng)緯度就可以計算出這兩點間的地表距離(這里忽略地球表面地形對計算帶來的誤差，僅僅是理論上的估算值)[12-15]。

設(shè)第1點A的經(jīng)緯度為(LonA,LatA)，第2點B的經(jīng)緯度為(LonB,LatB)，按照0°經(jīng)線的基準，東經(jīng)取經(jīng)度的正值(Longitude)，西經(jīng)取經(jīng)度負值(-Longitude)，北緯取90-緯度值(90-Latitude)，南緯取90+緯度值(90+Latitude)，則經(jīng)過上述處理的兩點計為(MLonA,MLatA)和(MLonB,MLatB)。根據(jù)三角推導，兩點之間的距離計算公式為

C=sin(MLatA)sin(MLatB)cos(MLonA-MlonB)+ cos(MLatA)cos(MLatB)

2.2.4 軟件運行界面

按照以上算法將RMC數(shù)據(jù)導入計費軟件，分別得出里程和時間的計算結(jié)果，選擇網(wǎng)約車類型，得出最終車費。軟件運行界面如圖8所示。

圖8 軟件運行界面

3 試驗結(jié)果及分析

以北京市計量院到中國計量院為例進行說明，線路如圖9所示。

試驗過程中會經(jīng)過和平西橋，由于在橋梁等地，接收機會出現(xiàn)失鎖的情況，這也是目前動態(tài)定位都會遇到的問題。失鎖后，該處的定位信息就會缺失，因此本次試驗使用了接收機自帶的慣導模塊，該模塊可以在失鎖情況下對數(shù)據(jù)進行修正，但是并不能持續(xù)太長時間。由于其頻率高于接收機的頻率，這樣能保證失鎖后的定位誤差不會對實際定位結(jié)果產(chǎn)生影響。圖10為接收機獲取的實時行車軌跡。

圖10 接收機獲取的實時行車軌跡

最后將手機計算結(jié)果與接收機計算結(jié)果進行比較，見表1。

表1 試驗數(shù)據(jù)

根據(jù)試驗對比結(jié)果，最終手機計算的里程是2.8 km，根據(jù)接收機接收的數(shù)據(jù)并依據(jù)里程算法計算出的結(jié)果為2.71 km；手機計算出的低速時間為4 min，通過篩選RMC數(shù)據(jù)所得出的低速時間為183 s，即3.05 min，所選的計費模式均為舒適型網(wǎng)約車，最終手機軟件計費結(jié)果為22.2元，計費軟件計算的車費為21.1元。可以發(fā)現(xiàn)，采用RTK差分技術(shù)獲取的里程和時間信息均比手機計算的里程和時間信息少。由于采用RTK差分技術(shù)，避免了衛(wèi)星信號失鎖帶來的定位誤差，提高了定位的準確性，從而使得里程和時間計算更加準確。

4 結(jié) 語

本文提出了一種用于網(wǎng)約車計費系統(tǒng)檢測的方法，運用RTK差分技術(shù)，獲取了實際行車過程中的動態(tài)軌跡信息，進而計算得到里程和時間數(shù)據(jù)；通過計費軟件得到計費結(jié)果，并與手機計算的結(jié)果進行比較。

通過試驗對比發(fā)現(xiàn)，運用多模多頻RTK載波相位差分技術(shù)和慣性導航組合定位技術(shù)， 能有效保證定位的準確性、連續(xù)性、可靠性，避免由于衛(wèi)星信號失鎖導致定位不準進而引發(fā)計費不準的問題。該方法在計量領(lǐng)域是一種新的嘗試，具有較高的可行性和實用價值。

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Application of RTK in Testing for App-based Ride-hailing Billing System

KANG Tingting1,2，HUANG Yan1,2，XU Yuan1,2，WANG Yajun1,2，LIU Yuan1,2

(1. Beijing Institute of Metrology，Beijing 100029，China； 2. National Test Center for Navigating and Timing Industry of GNSS，Beijing 100029， China)

Since 2013，with the popularity of a taxi software，app-based ride-hailing continuously come into our vision and become active in major cities throughout the country.Subsequently, the customer complaints that positioning are not precise and the calculating mileage is not right. To solve these problems，this paper puts forward a test method of billing for app-based ride-hailing，using multi-mode, multi-frequency RTK GPS carrier phase differential technique and inertial navigation technique，using RTK differential GNSS receiver of base station and flow station，inertial navigation module，high precision of conjugate ring navigation antenna and playback apparatus to record the information such as latitude and longitude，journey time，speed and so on when the car in the process，then it calculates the mileage of the car.By comparing with the results of driver’s mobile phone，the results show that using carrier phase differential technique and inertial navigation technique can effectively solve the problem of positioning loss of lock，discontinuous of trajectory and so on.

app-based ride-hailing；RTK；carrier phase differential； inertial navigation

康婷婷，黃艷，許原，等.RTK差分技術(shù)在網(wǎng)約車計費系統(tǒng)檢測中的應用[J].測繪通報，2017(7)：120-123.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0237.

2016-11-29

中央引導地方科技發(fā)展專項(Z161100004516008)

康婷婷(1985—)，女，碩士，工程師，主要從事衛(wèi)星導航及電磁計量方面的工作。E-mail：kangtingting@bjjl.cn

P228;P208

A

0494-0911(2017)07-0120-04