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司南导航:基于GNSS的机场车辆调度方案(原理篇)

  • 分类:技术文章
  • 作者:王振国
  • 来源:司南导航
  • 发布时间:2021-10-26 11:43
  • 访问量:

【概要描述】随着我国民航产业快速发展,机场内飞机和特种车辆的数量日益增多,地面车辆与飞机、车辆与车辆之间都存在发生碰撞的隐患,在大风大雾等恶劣天气情况下尤是如此,严重的威胁到了机场运营安全。在此背景下,建设机场高精度GNSS 车辆监控系统,辅助机场安全管理,是非常必要的。

司南导航:基于GNSS的机场车辆调度方案(原理篇)

【概要描述】随着我国民航产业快速发展,机场内飞机和特种车辆的数量日益增多,地面车辆与飞机、车辆与车辆之间都存在发生碰撞的隐患,在大风大雾等恶劣天气情况下尤是如此,严重的威胁到了机场运营安全。在此背景下,建设机场高精度GNSS 车辆监控系统,辅助机场安全管理,是非常必要的。

  • 分类:技术文章
  • 作者:王振国
  • 来源:司南导航
  • 发布时间:2021-10-26 11:43
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 司南导航www.sinognss.com

  一、 前言

  随着我国民航产业快速发展,机场内飞机和特种车辆的数量日益增多,地面车辆与飞机、车辆与车辆之间都存在发生碰撞的隐患,在大风大雾等恶劣天气情况下尤是如此,严重的威胁到了机场运营安全。在此背景下,建设机场高精度GNSS 车辆监控系统,辅助机场安全管理,是非常必要的。

  基于GNSS的机场车辆调度系统综合运用了GNSS、通讯、智能控制等多种技术,实现的主要功能包括:

  Ø 采用GNSS差分技术实现的厘米级或亚米级精确定位;

  Ø 基于二维电子地图或三维地图来实现车辆的空间可视化监控管理;

  Ø 通过监控车辆的实时运行情况来处理各种突发事件,并对危险状况(如超速、越界等)进行预警;

  Ø 通过各种车辆数据的采集和分析,针对性的制定有效措施,促进机场安全管理系统的改善,提高机场生产运营的效率与安全性。

  二、 需求概述

  Ø 实现机场区域内高精度的车辆位置监控,精度要求亚米级或更高;

  Ø 需建立高精度的机场区域电子地图系统;

  Ø 建立高精度GNSS差分系统;

  Ø 需考虑到机场中的各种外界因素对GNSS工作和无线通信系统的影响,并制定规避措施;

  Ø 实现车载位置数据与监控中心的实时通讯;

  Ø 定位数据更新率要求不低于10HZ;

  Ø 支持提供经纬坐标信息和平面坐标信息等;

  Ø 数据格式为标准NMEA数据,亦可提供自定义报文;

  Ø 考虑车载报警提示的功能设计。

  三、 总体方案设计

  本方案设计的核心功能是高精度车辆定位,基于GNSS卫星载波相位差分技术是目前在高精度定位方面最先进的技术,而且经过十几年的广泛应用,成熟度也非常高,而近几年中国北斗卫星导航系统(BDS)的蓬勃发展和应用,使GNSS高精度定位技术在稳定性方面和可靠性方面又得到极大的提升。GNSS定位技术的几个显著特点是:

  Ø 全天候工作,不受雨雪风天气的影响,不受光线影响;

  Ø 定位精度高,载波相位差分技术(RTK)动态定位精度最高可达±1cm;

  Ø 测速精度高,测速精度可达0.03m/s。

  另外,考虑到机场环境的复杂性,实际应用中存在卫星观测条件不好的情况,例如建筑物遮挡等,因此为了确保车载终端在任何情况下能够连续定位,必须考虑辅助定位方法,本方案将采用惯性导航技术作为辅助手段,但是由于纯惯性定位存在误差积累的特性,即误差会随着时间的延长而降低,因此本方案中采用了惯性-卫星组合导航方法,基于最优估计算法—卡尔曼滤波算法融合两种导航算法,获得最优的导航结果;尤其是当卫星导航系统无法工作时,利用惯性导航系统使得导航系统继续工作,保证导航系统的正常工作,提高了系统的稳定性和可靠性。

  除高精度定位技术外,通讯是本方案的另一个关键环节,通信链路系统是监控中心与车载终端之间、GNSS基准站与车载终端之间通讯的通道。通讯技术目前可选方法多种多样,通讯主要考虑安装便捷性、传输稳定性、可容纳终端容量、网络安全和安装及维护成本等,综合考虑上述因素,我们提供了几种可选方案,具体见下文。

  监控中心是整个系统的功能操作和实现的核心,其主要职能是实现对机场车辆的监控、调度和管理,还负责响应并处理紧急事件,提供跟踪定位、和远程控制等处理措施,监控中心的主要组成部分包括数据处理软件、数据库服务器和实时显示系统。其中,数据处理软件负责与各车载终端的信息交互,完成各种信息的分类、记录、修改和转发,对车辆运行状况进行实时监控和调度,并及时处理报警信息,同时对整个网络状况进行监控管理;数据库服务器要确保安全、高效、实用。数据库是整个服务器系统的信息中心,对所有的车辆信息和定位数据,图片等进行数据存储;实时显示系统负责图形化、图表化显示机场车辆总体运行情况,包括电子地图、车辆位置坐标、速度、油量、驾驶员信息、车牌号等。

  基于上述技术分析与项目需求,基本上确立了本方案的三大部分,即监控中心部分、GNSS基准站部分和车载终端部分,而通讯数据链则是连接各部分功能的纽带。

  (一)方案原理和拓扑结构

  图1 系统原理图

  图2 系统拓扑图

  (二)系统工作原理

  GNSS参考站自动实时播发差分改正数据给车载终端的GNSS接收机,车载终端中的GNSS接收机实时接收差分数据并进行差分定位解算,并将解算结果(精确坐标和速度)再实时发送到机场监控指挥中心。

  除GNSS数据外,车辆的状态信息、报警信息及服务请求信息(如有)等也可以通过无线网络发送到监控指挥中心。

  数据中心收集到上述各种信息后,综合分析处理,并作出明确的报告结果和预警指示,展示在大屏幕上。指挥中心可以根据当前车辆的运行情况,给受控车辆发出调度指令。

  (三)系统信息流程

  1. GNSS接收机接收卫星信号,同时接收差分无线网络发送的差分信号,进行解算后通过串口把坐标发送给无线通信模块。

  2. 无线通信模块把GNSS信息和车辆状态信息转发到通信服务器。

  3. 通信服务器把接收到的信息存储到数据库服务器中,同时根据监控终端的应用需求,把信息实时转发给数据处理中心。

  4. 数据处理中心接收到通信服务器发送来的信息后,发送给数据库服务器进行存储,同时发送给监控终端进行可视化显示,实现车辆监控。

  司南导航:www.sinognss.com

 

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