摘要：我国驾驶员考试及培训数量逐年增多，高精度北斗卫星导航系统凭借其精度高、全天候、设备稳定、受环境及场地影响小、维护升级简单、使用率高等优势，成功应用于驾驶员自动化考试与培训系统，BDS与GPS组合能够有效的保障“城市峡谷”等特殊情况的系统可靠性，具有一定的现实意义。
关键词：北斗卫星导航系统，RTK定位技术，北斗地基增强系统

1    引言

随着我国国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，我国汽车需求量逐年攀升，驾驶员培训数量也随之大幅度增加。具国家统计局2012年统计公报显示，全国汽车保有量已达到1.4亿辆，年增长率达18.3%，城镇居民每百户拥有家用汽车21.5辆。业内预计，2020年我国汽车保有量将突破2亿辆，未来10年左右每百户汽车拥有量将达到或接近60辆。2012年全国驾驶员培训机构、教练车、教练员对比2006年已分别增长42.2%、75.3%和106.6%，驾驶员数量将以平均每年2000余万人的速度快速增长。传统的考试模式已经不能满足高效、高精度、公正、自动化的考试要求，基于北斗的卫星导航系统（BDS）在驾驶员自动化考试与培训中的应用为该领域带来革命性的影响。

2    传统模式的驾驶员考试系统

传统的驾驶员考试系统需要在考试车辆及考试场地内安装大量电子传感器设备（如图1）。由于需要在场地路面上进行管线预埋、布线、设备安装、调试等工作，因而施工量巨大，建设工期长，维护不方便。并且由于场地的传感器设备长期裸露在外，风吹日晒容易老化，给设备的稳定性带来隐患，常常因为个别传感器的失效导致整个驾考系统的瘫痪，严重影响考试效率及全面性，而且在考试过程中存在监管盲区，对于考试成绩的判断可能需要人为辅助干预及误判，严重影响考试结果的公正性。

 

图1 传统模式的驾驶员考试、培训现场

3北斗高精度卫星导航系统在驾驶员考试系统中的应用

北斗高精度卫星导航技术作为全新的驾驶员练习与考评手段，具有定位精度高、全天候、设备稳定、受恶劣天气影响小、不受场地条件限制、维护升级简单、使用率高等优势。为驾驶员考试系统提供了新的技术路线和设计理念，有着极大的现实意义。

3.1    系统组成

北斗卫星导航自动化驾驶员考试系统是利用接收卫星导航信号进行实时载波相位差分即RTK定位技术(Real Time Kinematic)，结合一机双天线定位技术，通过准确的建立考车模型模拟考车整体运动情况，实现对考车在实际道路上的位置进行动态定位和测距，其精度误差可以达到厘米级，有效的确保了道路考试评判的实时性、准确性、客观性和公正性。
该系统是由基准站、监测站、通信系统和自动化判读软件组成（如图2）。基准站将接收到的卫星差分信息经过无线方式实时传递给移动站，移动站接收卫星信号及基准站信息进行实时差分^[1]，获得测点三维空间坐标与车辆姿态。



图2 北斗卫星导航自动化驾驶员考试系统

3.2    基本算法原理

首先，通过RTK定位技术获得双天线实时三维坐标（X,Y,Z）、方向角、俯仰角五个参数信息；然后，对车辆外轮廓模型进行位置和姿态换算；最后，通过坐标投影转换将车辆位置在电子地图中进行准确显示。对转换后的车辆外轮廓坐标，采用空间逻辑算法判断车辆是否停留在考试科目对应的“虚拟传感器”区域内，并进行考试分数评判。
空间逻辑算法原理：采用线相交的方式，对车辆模型的两两相邻点之间构成的线与“虚拟传感器”边界进行判断，检查是否存在相交，如果相交说明车体落在了“虚拟传感器”区域内；如果没有相交点则表示车辆不在“虚拟传感器”区域内；通过对车辆模型数据进行分、分类判断，实现具体判别落入“虚拟传感器”区域内的是车辆车体、车轮还是反光镜等部位。

3.3    北斗地基增强系统在驾驶员考试系统中的应用

北斗地基增强系统能够保证在一个较大的区域范围内，通过布设少量的基准站，利用参考站网络的实时观测数据对覆盖区域进行系统误差建模，再对该区域内流动用户站的观测数据进行系统误差估算，尽可能消除系统误差影响，获得厘米级实时定位结果，且精度分布均匀，能够满足当地用户不同层次对空间信息技术服务的需要。在包含北斗RTK作业模式的全部优点基础上，还具有系统覆盖面广、作业效率高、零基站架设，无场地限制，系统安全稳定，开放性良好，节约运营成本，一次投资长期收益等特点。

4    BDS+GPS在驾驶员考试系统中的应用优势

BDS+GPS的组合系统可大量应用于科目二、科目三考试，通过判读软件可实现对考车姿态及考车模型位置信息进行实时分析，对考车所在区域、位置、行驶状态可实现地图显示，最终实现自动判读，厘米级的判读精度完全可以满足公安部颁布的123号令对技术标准精度的要求；还可以实时上传考试信息，便于监管部门对考试过程进行有效控制，通过历史回放等功能可有效的解决争议，确保考试公正性。
采用卫星定位技术的驾驶员考试系统能够大大节省场地设备和基础建设投入，建设周期短，运营及维护成本低，系统稳定性高，升级扩展容易，环境适用性强。并且，各考试车辆相互独立，不会因为某个别考车出现故障而导致整个考场考试瘫痪；可以连续不间断发车、同时选择多个起点和终点、考试和训练同时进行；在同一个项目上可以考不同车型，同一个场地上可考不同项目，同一个场地可以租赁给不同的考试单位，大大增加了考场的使用率及考试效率。
此外，采用BDS+GPS与传统的GPS+GLONASS相比，效果也有明显的提高^[2]，其应用不仅仅能够满足科目二场地考试，而且在科目三等复杂路段上也表现良好，其主要原因为：
Ø  BDS与GPS都为码分多址，工作原理基本一致；
Ø  独特的组网方式，同步观测卫星增加可跟踪卫星数量^[3]；
Ø  较高的卫星轨道，保证了高遮挡路段的卫星跟踪^[4]；
Ø  BDS三频技术，增加RTK解算的可靠性与可用性^[5]。

5    结论

通过千余考场近一年多的实际运营验证，基于高精度BDS的自动化考试系统能够完全满足公安部123号令的考试要求，大大提高考试效率与公正性。特别是BDS+GPS组合应用，在遇到“城市峡谷”等特殊情况时，能够有效的弥补可见星不多的情况，提高定位精度，确保驾考、驾培过程的可靠性，具有一定的现实意义。

参考文献

[1]徐绍铨,张华海,杨志强,王泽民.GPS 测量原理及应用[M] .武汉测绘科技大学出版社.2000.
[2]李金龙,杨元喜,徐君毅,何海波,郭海荣,王爱兵.北斗卫星导航系统单历元双频RTK性能分析.信息工程大学.
[3]李振海,焦文海,范进,耿长江,白羽.北斗卫星导航系统区域星座空间覆盖性分析.中国卫星导航系统管理办公室评估研究中心.
[4]魏东岩,袁洪,李亮,袁超,张晓坤.针对高轨道平台的GNSS卫星可视化分析研究.中国科学院光电研究院.
[5]郭海荣,李金龙,徐君毅,何海波,王爱兵.北斗三频RTK试验验证与分析.北京卫星导航中心.