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【导航圈】基于RTK 技术的科目二考试系统研究 之GNSS部分

导航圈2019-02-17 14:53:59

912日那期导航圈中,我们简单谈了现今科目二考试系统的大致分类和每部分组成的大体框架。本期将重点讨论GNSS部分。


上期中我们对基于RTK技术的驾考的背景做了比较详细的阐述。那科目二考试系统的项目需求是什么呢?

(1)车载工控机

(2)车载LCD触摸显示器

(3)电源模块

(4)车载语音提示

(5)车载传感器组合

(6)机械零件

(7)安装附件

(8)车载系统软件

(9)高精度卫星导航系统

(10)车内音、视频监控设备

(11)车外视频监控设备

(12)音、视频监控系统软件

其中:

1)车载工控机:Intel双核 1.8G4GBDDR3 RDIMM 内存;32G固态SSD硬盘,工作温度-20+65摄氏度。含WIFI无线网络设备终端;

2)车载LCD触摸显示器:8寸高亮液晶屏(LED背光),分辨率800*600

3)电源模块:智能化管理电源模块,包括具有升压/降压双功能的稳压模块、辅助电瓶、单向充电控制电路、稳压模块等;

4)车载语音提示:车内音响系统,用于考试系统提示考生进入考试和播报成绩;

5)车载传感器组合:采集信号用于考试评判的各种车辆信号,如档位、高精度里程计、各种灯光信号、刹车、油门、副刹车、安全带、手刹、绕车一周雷达、回头观望视觉传感器、加速度计、陀螺仪等信号;

6)机械零件:安装档位传感器、高精度里程计等传感器组合的机械零件加工;

7)安装附件:线材、航空插头、机械标准件等;

8)车载系统软件:模拟考试过程自动评判,数据实时无线传输,触摸屏操作方式,语音提示功能,自动识别考试项目,专用训练功能,包含车辆模型的建立、电子地图绘制及辅助评判软件数据输出;

9)高精度卫星导航系统:RTK高精度卫星定位系统、满足定位1cm+1ppm,定向0.2°/m精度;

10)车内音、视频监控设备:考试车内安装一部彩色摄像机,支持夜间红外灯自动补光模式,视角大于120度,要求能同时采集到正副驾驶人员面部图像,自带监听级麦克风。1/3" CCD,清晰度720p,最低照度 0.05Lux

11)车外视频监控设备:考试车顶部安装了一个前向车外摄像机,监控前方道路上的情况,支持夜间模式,夜间红外补光灯有效作用距离50米。1/3" CCD,清晰度720p

12)音、视频监控系统软件:车载视频服务器支持H.264, Main Profile压缩算法,支持实时D1HD1CIFQCIF编码,支持双码流,具备本地SD卡录像储存功能,最高支持32GB。车载音、视频图像实时传送到考试监控管理中心的监控计算机及监控室、侯考大厅监视器上显示并任意切换;可实现对任意考试车的语音监听、对讲功能;考试监控管理中心能同步保存音、视频录像。


而本期我们只对其中的第8项,即车载系统软件进行分析。这也是整套系统中最为核心的部分,值得我们用一篇文章对它进行研究。


说到车载系统软件,很容易就会想到车辆模型的建立、电子地图绘制及辅助评判软件数据输出。其实这些软件全部是基于GPS OEM板卡所输出的时间、速度、定位、定向等信息来实现的。


而车辆模型的建立所需要的平面直角坐标也是由GPS输出的大地坐标通过空间对准来实现的。电子地图也是通过GPS数据的引入,同样需要对GPS数据进行空间对准来保证电子地图读取的准确性。


说了这么多,我们知道GPS硬件的精度、稳定性对于整套系统的重要性了。下面就来介绍下本期的主角—NovAtel OEM617D板卡。


1OEM617D板卡

  • 单板卡测向

板载双射频头,支持双天线信号输入,可实现单板卡高精度测向。

  • 支持GPS+GLO+BDS双频测向、RTK解算

除了传统的GPS信号接收外,OEM617D还支持GLONASSBDSGalileo的信号接收,同时还支持GPS+GLO+BDS多系统双频的测向、RTK解算。

  • 小尺寸、超低功耗、重量轻

46*71*11mm的体积,<2W的超低功耗,<24g重量,适合于集成开发。

  • 最高50Hz数据输出

支持50Hz的原始数据和定位数据输出。

  • 支持接收机自主完好性检测(RAIM

此功能可提高输出结果的可靠性。

  • 用户自定义API


OEM617D板卡上有可供使用的应用程序接口(API)功能。基于推荐的API类库,使用标准C/C++环境可以在接收机平台上直接运行;消除了硬件系统,减少了开发周期,更快地让产品投入市场。


在了解板卡特性的基础上进行车辆上导航部分的硬件研发,并基于板卡进行ARM和电台的硬件连接,实现硬件无故障稳定的运行。下图2为根据OEM617D板卡设计的电源部分电路。



2OEM617D板卡设计的电源部分电路


3为基于AVR 32MCUARM与板卡、SPI接口的电台进行对接的部分原理图。


3电台部分原理图


4是根据OEM617D板卡的针脚定义完成的测试底板部分原理图。


4底板部分原理图


其按照NovAtel OEM617D板卡实现基准站与车载端通过电台进行通讯,并通过ARM实现定制语句的输出。其中最关键的是如果解决SPI接口的电台以及32MCUARM与板卡的匹配兼容问题。


辅助评判软件中用到的协议接口,其实根本上是从OEM板卡中的定位、定向和速度信息中转变过来的。空间对准中的WGS-84系下的坐标也是直接从OEM板卡中提取的。所以针对以上的数据需求,要求板卡输出的语句有:时间、位置(纬度经度海拔高,WGS椭球系统)、速度矢量(东向北向天向,地理坐标系)、姿态角度(仅限航向)。


最终提取的协议为ASCII码的#BESTPOSA定位信息、#HEADING3A定向信息和$GPRMC速度信息。ASCII码格式字段分隔符为“,”,每条语句间的条分隔符为[CR][LF]


在辅助评判软件调用分析这三条语句时,由于三条语句不能严格保证输出顺序一致,所以在每一帧输出的三条数据的时间到达之后,按照一组数据的顺序去处理,不需要等到固定的时间去处理。设置三个变量,读取的时候,分别存储这三条语句的时间,当处理数据的时候,要判断三个时间是否一样,如时间标一致则证明是一组数据。如果不一致,则继续往下读取,直到读到一样的时间点为止,做时间对齐。这样可以确保三条语句是同一时刻的,之后再去判断字头,提取所需数据。同时为了确保数据提取的快速性,在三条数据到来的时刻,以BESTPOSA作为标志,看到BESTPOSA字头正常输出,看到是GPRMC字头,人为的加10ms左右的延时,让板卡输出的顺序按照希望的顺序输出。这样既可以保证输出顺序的一致性,又可以在顺序不一致的情况下通过对齐时间标的方式来正常提取数据。


以上,对驾考系统中的GPS部分做了较为详细的分析。如果感兴趣的话,可以订阅我们的导航圈。另外,下一期的《基于RTK 技术的科目二考试系统研究》我们将重点讲一下关于空间对准方面的问题。敬请期待。

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