基于云平臺的新能源汽車通信網(wǎng)絡定位技術

張佳佳

（商丘職業(yè)技術學院校地合作處，河南 商丘 476000）

0 引 言

在新能源汽車通信網(wǎng)絡中，定位技術至關重要。通過準確獲取車輛的位置信息，可以實現(xiàn)導航、交通管制、車輛調(diào)配等功能，從而提高道路的利用效率，優(yōu)化交通流量，提升用戶體驗。云平臺作為一個強大的計算和存儲資源集合，對于新能源汽車通信網(wǎng)絡定位技術的發(fā)展和應用具有重要影響。

云平臺提供了大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和分析的能力，能夠接收和處理來自不同車輛與其他交通設備的定位信息。通過云平臺的計算能力和分布式存儲，可以實時整合與分析海量的位置數(shù)據(jù)，為交通管理部門提供更準確的交通狀況和預測信息，為車主提供更智能的導航和交通建議。基于此，文章提出一種基于云平臺的新能源汽車通信網(wǎng)絡定位技術。在該技術的研究過程中，重點關注通信技術的發(fā)展和創(chuàng)新。利用物聯(lián)網(wǎng)技術，通過車輛信號傳感器、無線通信模塊和云平臺的結合，可以實現(xiàn)更準確、更穩(wěn)定的定位。充分利用云平臺的計算和存儲資源，結合通信技術的創(chuàng)新與發(fā)展，實現(xiàn)對新能源汽車的準確定位。

1 云平臺下新能源汽車通信網(wǎng)絡定位

1.1 云平臺下汽車位置數(shù)據(jù)采集與通信

新能源汽車通信網(wǎng)絡定位技術的應用是依托云平臺內(nèi)所部署的數(shù)據(jù)應用服務，通過云平臺提供的應用程序接口，獲取云平臺上部署的全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）設備的數(shù)據(jù)信息，將其存儲到云端的同時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫履茉雌囃ㄐ啪W(wǎng)絡終端，完成GPS 設備與新能源汽車通信網(wǎng)絡的交互[1]。云平臺由多個云端服務器組成，對于新能源汽車通信網(wǎng)絡定位，其具有GPS 數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)服務層以及分析管理層3個功能層，具體內(nèi)容如下。

第一，GPS 數(shù)據(jù)存儲層。由GPS 設備采集新能源汽車的位置數(shù)據(jù)，并由遠程無線通信網(wǎng)絡將其傳送至云端服務器，以完成數(shù)據(jù)格式的變換，利用消息隊列遙測傳輸（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）協(xié)議將其傳送至云端，然后，采用云端數(shù)據(jù)庫與本地數(shù)據(jù)庫并行的方式進行數(shù)據(jù)存儲[2]。

第二，數(shù)據(jù)服務層。新能源汽車GPS 數(shù)據(jù)上傳至云端，通過在云平臺上搭建模型，實現(xiàn)對新能源汽車通信網(wǎng)絡的定位，并對其進行可視化展示[3]。

第三，分析管理層。通過分析汽車GPS 數(shù)據(jù)，確定汽車在地圖上的具體位置，為新能源汽車通信網(wǎng)絡定位提供數(shù)據(jù)基礎。云平臺下新能源汽車的GPS數(shù)據(jù)傳輸如圖1 所示。

圖1 云平臺下新能源汽車GPS 數(shù)據(jù)傳輸

采集和傳輸汽車GPS 數(shù)據(jù)，在云平臺上創(chuàng)建產(chǎn)品和添加設備，采用蜂窩模式連接汽車通信網(wǎng)絡[4]。創(chuàng)建完產(chǎn)品后，在云平臺網(wǎng)關中心添加GPS 設備，選中聯(lián)網(wǎng)的GPS 設備名稱，云平臺會自動生成設備三元組，表達式為

式中：U為云平臺上GPS 設備三元組；PK為設備鑰匙；DN為設備名稱；DS為設備密碼。利用生成的三元組將GPS 設備接入云平臺，GPS 設備可以在云平臺上進行通信。GPS 設備采集到新能源汽車的坐標數(shù)據(jù)后，采用Topic 定義云平臺上云端與GPS 端的通信格式。根據(jù)Topic 定義將汽車GPS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_上，用于后續(xù)新能源汽車的地圖匹配。

1.2 新能源汽車地圖匹配

在云平臺下的汽車位置數(shù)據(jù)采集與通信結果基礎上，為新能源汽車位置進行地圖匹配。該過程實際為新能源汽車通信網(wǎng)絡定位的校正過程。用一個均勻位置概率分布函數(shù)約束新能源汽車可能活動的區(qū)域，將汽車位置映射到新能源汽車通信地圖上。匹配公式為

式中：P(x,y)為新能源汽車的地圖匹配結果；k為常數(shù)，表示匹配地圖；0 為不匹配地圖；N為新能源汽車的活動區(qū)域范圍。

1.3 新能源汽車通信網(wǎng)絡差分定位

在新能源汽車通信網(wǎng)絡中，已知基站的位置、基站向GPS 設備發(fā)射信號的時間、GPS 設備向基站反饋信號的時間，計算GPS 信號發(fā)射與接收時間差為

式中：T為GPS 信號傳輸時長；t0為GPS 設備向新能源汽車通信網(wǎng)絡基站發(fā)射信號的時間；t1為新能源汽車通信網(wǎng)絡基站接收到GPS 信號的時間[9]。根據(jù)信號傳輸速度，得到GPS 設備載體新能源汽車與基站距離變化長度為

式中：H為GPS 設備載體新能源汽車與基站距離變化長度；v為GPS 信號的傳輸速度。假設新能源汽車與通信網(wǎng)絡基站在同一個二維坐標平面內(nèi)，根據(jù)新能源汽車通信網(wǎng)絡的基站坐標，得到新能源汽車的坐標為

式中：xo為原點橫坐標；yo為原點縱坐標；xe為新能源汽車通信網(wǎng)絡的基站橫坐標；ye為新能源汽車通信網(wǎng)絡的基站縱坐標；xb為當前新能源汽車在二維坐標系中的橫坐標；yb為當前新能源汽車在二維坐標系中的縱坐標。

將基站坐標和原點坐標代入式（5），即可得到新能源汽車的位置坐標。如果該坐標在新能源汽車活動范圍內(nèi)，則將該點映射到新能源汽車通信網(wǎng)絡地圖上；如果該坐標不在新能源汽車活動范圍內(nèi)，則不能將該點映射到新能源汽車通信網(wǎng)絡地圖上。利用經(jīng)驗校正系數(shù)校正定位坐標，再重新映射，直至定位點成功映射到地圖上為止。將定位結果通過地圖進行可視化展示，以此實現(xiàn)基于云平臺的新能源汽車通信網(wǎng)絡定位。

2 實驗分析

選擇20 臺新能源汽車為研究對象，在汽車上安裝GPS 設備，并與汽車通信網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)。將該20臺新能源汽車作為車載終端，配置華為公司生產(chǎn)的云平臺為云端。云平臺具有10 個計算節(jié)點，均配有Windows 2010 操作系統(tǒng)、X 86 架構、12 GB 內(nèi)存以及Intel Core i8 處理器，汽車通信網(wǎng)絡基準帶寬為1.52 Gb/s。新能源汽車在道路上勻速行駛，行駛時間為70 min，行駛速度為10 km/h。GPS 設備共采集到1.62 GB 數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理與分析，定位新能源汽車在地圖中的位置。隨機選擇1 臺新能源汽車，其通信網(wǎng)絡定位結果如表1 所示。

表1 新能源汽車通信網(wǎng)絡定位結果 單位：m

由表1 可知，新能源汽車通信網(wǎng)絡定位結果與真實位置存在較小偏差。本文方法的定位結果更接近真實位置，有助于提高定位的精確度。在復雜的道路和環(huán)境條件下，穩(wěn)定的定位結果能夠確保車輛的導航和行駛更可靠，減少因定位誤差導致的誤判和誤操作。在面對各種復雜環(huán)境和通信條件時，本文方法能夠提供相對穩(wěn)定的定位結果，降低因定位誤差導致的安全風險。為凸顯本文技術在新能源汽車通信網(wǎng)絡定位中的性能，對比本文技術與文獻[5]技術（考慮通信時延的智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同定位技術）、文獻[6]技術（一種城市環(huán)境下GNSS/MEMS IMU 車載實時精密定位方法技術），利用定位偏移率定性分析3 種技術的定位結果[5-6]。定位結果比真實位置小，表示負偏移；定位結果比真實位置大，則表示正偏移。參照實驗中記錄的新能源汽車通信網(wǎng)絡定位結果，計算出3 種技術的定位偏移率，其計算公式為

式中：D為新能源汽車通信網(wǎng)絡的定位偏移率；α為新能源汽車通信網(wǎng)絡定位的正偏移量；β為新能源汽車通信網(wǎng)絡定位的負偏移量。定位偏移率值越大，新能源汽車通信網(wǎng)絡定位精度越低，定位偏差越大。實驗選取10 臺新能源汽車，其定位偏移率計算結果如表2 所示。

表2 新能源汽車通信網(wǎng)絡定位偏移率計算結果 單位：%

由表2 可知，對于新能源汽車通信網(wǎng)絡定位，3 種技術均存在定位偏移問題。但是本文技術的定位偏移率較低，平均定位偏移率為0.201%，說明本文技術定位結果基本與新能源汽車實際位置一致。文獻[5]技術的平均偏移率為10.716%，文獻[6]技術的平均偏移率為15.436%，均高于本文技術。通過對比分析，證明了本文技術能夠?qū)崿F(xiàn)對新能源汽車通信網(wǎng)絡的精準定位。

3 結 論

云平臺的新能源汽車通信網(wǎng)絡定位技術是一種基于云計算手段的創(chuàng)新型解決方案。該技術利用云平臺作為數(shù)據(jù)存儲和計算的核心，通過與新能源汽車通信網(wǎng)絡的無縫結合，實現(xiàn)對車輛位置信息的精準定位和持續(xù)跟蹤，為車輛運營管理和智能交通系統(tǒng)提供重要支持。在未來的研究中，可以繼續(xù)深入研究如何提升定位精度，強化車聯(lián)網(wǎng)通信，從而進一步提高數(shù)據(jù)安全性。