基于北斗卫星导航的车联网系统研究

0 引 言

随着我国经济的飞速发展，人民生活质量越来越高，现在汽车不仅仅是代步工具，消费者还需要更多先进的智能高端功能，所以对汽车制造业的要求越来越高，因此车联网系统应运而生。车联网通过车辆装载的相应终端借助高端识别技术获取车辆的各项信息、静态属性信息及动态运行状态信息等[1]。目前我国车辆所安装的车载终端均为GPS定位系统，然而一旦美国不再提供GPS信号，就会导致系统完全失效，尤其在战时紧急状态，国家需要对车辆进行紧急管控时，若因GPS信号的实效性导致调度失败，将产生重大影响[2]，因此基于我国北斗卫星的车联网系统研发势在必行。

美国GPS的精度只有20 m，需要经过地面站的加强系统处理，才可以达到水平1 m、垂直1.5 m的精度。而我国自主研发的北斗系统，民用级别精确度高达10 m，军用级别精确度更高，基于北斗的车联网系统覆盖了全国乃至东北亚、东南亚以及西亚边贸口岸，到2020年，北斗系统将覆盖全世界，精度达到毫米级[3]。

北斗导航系统符合国家产业政策方向，是政府未来几年力推的重点产业。而车联网系统正是基于北斗导航系统实现的车与车、车与人、车与路、车与传感设备进行互联互通的动态移动通信系统，具有一定的创新性和产业发展能力[4]。

北斗车联网系统为每辆车配有10多个传感器对其进行信息监控，并将得到的信息汇集到黑匣子中，北斗卫星通过黑匣子实时获取监控状态信号，如驾驶员的驾驶状态等，指挥中心可以通过北斗卫星获取状态信息从而更全面地对车辆进行控制监管[5]。若车辆在运行过程中发生异常现象，如改变行车路线或者发生交通事故时，指挥中心会立即报警，呼叫就近的救援团队赶赴现场救援。该系统较传统的GPS导航更为先进，在手机没有信号的情况下同样适用，大大缩短了信息从地面反馈到指挥中心的时间，用时缩短到0.01 s左右。

1 北斗车联网系统总体概述

1.1 北斗车联网系统的全国网络架构

1.1.1 技术架构

系统技术架构是指利用传感、计算、网络等先进技术对大范围、大容量的车辆、道路及交通状况进行感知与控制，以便提高交通效率和交通安全。北斗车联网技术架构如图1所示。

从网络的角度来看，北斗车联网系统具有三层体系架构，分别是端系统、管系统和云系统[6]。

（1）端系统负责感知与采集车辆的行车状态与环境信息，同时作为一个通信终端，可以实现车与车、车与网间的通信，使汽车能够进行IOV寻址，具备网络可信标识等能力。

（2）管系统统一了公网与专网，实现了车辆间自组织网络与异构网络间的通信漫游，提升了网络广泛性，可解决车与车、车与网、车与路之间的联通问题，保障系统的实时性[7]。

（3）云系统可以虚拟化并存储各行业类型车辆的海量运行信息，并对这些数据进行汇集、计算，进而对车辆进行调度、监控与管理。

1.1.2 云平台架构

车联网系统由覆盖全国车联网指挥中心及网络、车联网数据及应用平台的建设、车联网技术研发中心、车联网国家级产业园的建设、车联网运营服务公司等构成[8]。

图1 北斗车联网技术架构

系统采用矩阵式部署，在全国组成网络系统，主要面向与银行、电信、移动、交通、公安等重点行业进行专业对接。北斗车联网系统的云平台架构如图2所示。

图2 北斗车联网系统的云平台架构

北斗车联网系统利用GIS技术进行科学的管理和决策：将GIS应用到车联网行业，增加行业的应用分析功能，科学地管理好桥隧信息[9]。北斗车联网系统的遥感地理信息系统如图3所示。

图3 北斗车联网系统的遥感地理信息系统

（1）全国路网及其地形信息、属性信息以数据形式保存在全国云数据磁盘阵列中，通过专业光纤传输至各省市车联网数据中心的数据库，无需重复勘测和投资，避免精度降低引起误差从而降低数据的利用率，可大幅提高工作处理效率；

（2）通过BDS和RS及时更新GIS中的数据，为车联网用户提供最新最准确的路网图，保证信息数据的现势性；

（3）GIS可以自动计算车联网行业的业务量，减少人工计算引起的误差，如车辆路径寻优技术，货运的多任务规划与协同等，有效提高了资源利用率[10]。

1.2 北斗车联网系统的省级网络架构

北斗车联网系统分为省外和省内两部分，省外通过高速光纤专线信道将本省北斗车联网数据应用中心与全国北斗车联网数据应用中心相连，通过该通道与全国其他省级和国际口岸进行数据交换，形成开放的应用网络架构。

文章来源：《遥感学报》 网址: http://www.ygxbzz.cn/qikandaodu/2021/0409/599.html