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杭州腾动信息技术有限公司
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机场特种车辆定位管理系统
一、前言中国的客运飞速发展，机场的新建和扩建规模巨大，新的机场扩容对以往的管理系统提出了严峻的挑战：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，如何建设高效安全的机场特种车辆定位管理系统变得非常得重要。
基于北斗和UWB技术的机场车辆调度系统综合运用了北斗定位、UWB定位、智能控制、4G通信等多种技术，实现的主要功能包括：
特种车辆行进间得厘米级或亚米级精确定位；
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；
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；
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
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；
需建立高精度的机场区域电子地图系统；
防止无线系统对定位系统的干扰
实现车载位置数据与监控中心的实时通讯；
定位数据更新率要求不低于10HZ；
支持提供经纬坐标信息和平面坐标信息等
车载定位终端能够声光报警。
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，近几年中国北斗卫星导航系统（BDS）的蓬勃发展和应用，使北斗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。北斗定位技术的几个显著特点是：
全天候工作，不受雨雪风天气的影响，不受光线影响；
定位精度高，动态定位精度可达±1cm；
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UWB技术作为辅助手段，腾动UWB定位系统能够提供高达5cm精度的定位功能，能够非常有效的和北斗定位系统相结合，形成整个系统厘米级别的定位精度。
除高精度定位技术外，应急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定位基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，考虑采用了4G的通信手段，作为整个通信的传输网络。
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。
综述，整个机场特种车辆定位管理方案的三大部分，即监控中心部分、北斗和UWB定位基站部分和车载终端部分，数据传输采用了光纤、4G传输的模式。
- 系统示意图
1、系统工作原理
北斗参考站自动实时播发差分改正数据给车载终端的接收机，车载终端中的北斗接收机实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。除北斗定位数据外，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。
系统信息流程
- 北斗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。
- 无线通信模块把北斗信息和车辆状态信息转发到通信服务器。
- 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。
- 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。
1、北斗基准站
北斗基准站主要负责实时播发RTK差分改正数，使车载移动站接收机能够达到厘米级的定位精度。基准站接收机通常与天线、无线数传模块及其组件一起组成基准站系统。
在北斗基准站选址和建设过程中，用户可以根据对易建性、实用性、美观性等因素的不同需求，采取不同的方法，为保证设备能够长期稳定工作，需要能够提供的稳定的电流和电压，需要采用UPS电源。另外，基准站须根据现场的条件采取适当的防雷措施，
2、车载终端
车载终端部分主要包括北斗接收机、通信传输单元、UWB定位模块，其中车载终端放置在车内，对供电进行一定的保障。车载终端提供如下功能：
负责接收北斗定位信息和机场UWB定位基站信息；
负责计算和输出标准格式的高精度定位结果和速度信息；
负责通过通信网络把位置和速度信息上传至监控中心；
接收监控中心对驾驶室远程发送指令和预警。
UWB基站接收UWB定位终端的信息，并把终端的信息发送到定位中心进行计算，计算的结果和北斗系统的定位结果做比较。在划定的区域内部以UWB定位结果为准。
3、通讯方案设计
本系统中，主要是北斗系统差分定位需要传递数据，通信方案采用4G LTE的模式，通过运营商的LTE网络来传输相应的数据。
对于UWB定位基站，则主要采用光纤传输的模式。UWB定位基站和定位中心数据服务器相连。
4、电子地图
本项目需要厘米级别的车辆监控定位，电子地图的精度达到厘米级，因此电子地图要求的指标如下：
厘米级精度要求；
地图的格式，测绘成图一般是AUTOCAD图形，
监控软件须能够接入；
地图形式可以是2D或者3D；
地图元素至少应包括车道、关键区域以及所需要标示的重要地物；
如果已有高精度地图，且满足要求，则可以直接使用，但是可能需要做如下工作：
(1)坐标系转换，即北斗系统给出的坐标系需要转换到已有地图坐标系中。
(2)坐标格式，根据地图的需要提供对应格式的坐标，例如经纬度坐标或平面坐标。
5、数据中心定位服务器引擎
数据中心是整个系统的核心组件，包括核心数据处理、通信处理和业务处理三大职能，因此服务器的稳定运行时整个系统稳定运行的基础。数据服务器是关键节点，关系到系统的安全性，所以数据服务器采用安全和容错机制。
UWB定位系统的定位计算主要是由定位引擎来实现，UWB定位基站上传UWB定位终端的位置信息，经过定位引擎解算得二维或者三维的坐标，在电子地图上进行呈现。
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