RTK差分技术在网约车计费系统检测中的应用

康婷婷，黄 艳，许 原，王亚军，刘 圆

(1. 北京市计量检测科学研究院，北京 100029； 2. 国家卫星导航定位与授时产业计量测试中心，北京 100029)



RTK差分技术在网约车计费系统检测中的应用

康婷婷1,2，黄 艳1,2，许 原1,2，王亚军1,2，刘 圆1,2

(1. 北京市计量检测科学研究院，北京 100029； 2. 国家卫星导航定位与授时产业计量测试中心，北京 100029)

2013年以来，随着打车软件的流行，网络约车不断进入人们的视野并活跃在全国各大城市。随之而来的网络约车软件定位不准、计程不准而导致的客户投诉也接踵而来。针对这些问题，本文提出了一套网络约车计费检测方法，采用多模多频RTK载波相位差分技术和惯性导航组合定位技术，使用基准站+流动站的RTK差分GNSS接收机、惯导模块、高精度扼流圈导航天线及回放仪记录汽车行驶过程中的信息，包括经纬度、乘车时间、速度等，通过计算得出汽车行驶里程。通过与司机手机计费结果进行比较，试验结果表明，采用载波相位差分技术和组合导航定位的技术可以有效解决定位失锁、轨迹不连续等问题。

网络约车；RTK；载波相位差分；惯性导航

出租车作为城市的形象窗口之一,一直以来备受关注。除去饱受诟病的车况脏乱差外,高峰期打车难,更是不少市民心头挥之不去的阴影[1]。随着互联网及智能手机的普及，网络预约出租汽车(以下简称网约车)服务已经渗入众多城市，成为“互联网+”时代生活的一大亮点[2]。网约车的原理与电话叫车服务类似，即乘客在手机中点击“我要用车”，并发送一段语音告知司机自己想去的地方或输入当前具体的位置和要去的地方，用车信息会被传送给离乘客较近的司机，司机可以在手机中一键抢应。软件根据手机GPS或其他定位模块进行定位和导航，并计算汽车行驶的里程及时间，最终得出打车费用。

1 网约车计程问题现状

1.1 手机定位不准

手机定位服务也称为基于位置的服务(location based service，LBS)，它是利用移动运营网络平台及定位相关设备，获取终端移动用户位置信息，并通过在网络上的电子地图平台为终端用户提供位置信息(经纬度坐标数据)服务的一种增值业务[3-6]。这种定位技术基于移动运营商信号基站的定位，利用手机上的GPS定位模块将自己的位置信号发送到定位后台来实现手机定位，同时通过测算基站与手机的距离来确定手机的位置[7]。

如果手机离基站距离过远，地面增强效果就会很差，定位精度会大幅下降。内置陀螺仪的手机，可以通过陀螺仪来增强精度，但是即使地面增强效果好，定位精度误差也只能到5 m左右。而且一般的手机在定位过程中抵抗干扰的能力非常差，遇到桥梁、隧道或遭遇恶劣的天气都会由于失锁而导致位置信息出现偏差[8]。手机定位的精度将直接影响网约车计程的准确性。

1.2 手机软件内置地图数据不准

国内具有导航电子地图生产资质的公司数量从最初的一两家发展到现在的几十家[9]。目前几家主流的网约车软件所使用的地图数据包括百度地图、高德地图及腾讯地图。这些地图厂商的数据精度并非完全一样，甚至同一家地图厂商的数据，在不同的位置精度也不一样。

网约车在行驶过程中，若遇到桥梁、隧道等卫星信号不好的地方，就会出现轨迹信息丢失现象，网约车软件一般会将轨迹丢失前后两个轨迹点制作成一条直线，并且与地图上的道路进行匹配。如果地图数据不准，将会导致这条直线的长度出现很大误差。图1和图2分别为在同一地点使用高德地图和百度地图定位的结果。

图1 高德地图定位结果

图2 百度地图定位结果

1.3 国内外研究现状

由于网约车是一个新兴事物，目前国内外对于网约车计费是否准确的研究极其稀少。本文针对以上出现的计费不准的问题进行了分析和试验，提出一种网约车计费检测方法，通过GNSS接收机实现GPS/北斗双模定位，并利用RTK差分相位载波技术来精确定位，保证3～5 m的动态精度；同时根据网约车平台公司的计费原理设计并开发相应的计费软件，与司机手机计算的费用进行比较，检测其计费是否准确。

由表6可知，当油炸时间为2 min时，牛肉丁的组织状态干硬适中而且紧密，色泽具有牛肉丁应有的棕红色色泽，有弹性，口感软硬合适，外焦内嫩。但是，当油炸时间低于2 min时，牛肉丁未能脱水彻底，色泽偏浅；当油炸时间大于2.5 min时，太过干硬，色泽发深，并且油炸时间过长，风味和营养成分等有所散失。因此，通过对油炸时间的单因素分析，得出最佳油炸时间为2 min。

2 硬件设计及软件实现

2.1 网约车计费检测系统硬件框架

使用两台GNSS接收机，其中一台作为流动站，另一台作为基准站。流动站接收机使用TNC接口连接线作为天线馈线，12 V直流电源供电。基准站接收机使用相同方式连接天线与信号发射电台，使用适配器供电。图3为网约车计费检测系统的硬件设计框架。

图3 网约车计费检测硬件设计框架

在整体的硬件框架中，流动站接收机和基准站接收机是导航定位的核心硬件，如图4、图5所示。基准站作为固定坐标点，在接收卫星信号的同时，通过信号发射电台将信号发送给流动站接收机。流动站接收机通过全频全系统天线接收卫星信号，通过接收天线接收基准站的电台信号，将两个信号进行差分处理，实现对卫星钟差、对流层误差等固定误差的规避，提高装置的定位精度。在供电上，由于接收机所需电量不大，流动站只需要能提供12 V直流电的电瓶即可，同时使用接收机适配器连接，以实现流动站的供电。在处理接收机所获取的实时定位信息时，使用自设计软件对其进行数据处理。同时可以使用卫星导航信号存储记录仪对接收机所接收信息进行还原，实现在Google Earth上描绘定位点，显示实际行车轨迹。

图4 基准站接收机连接方式

图5 流动站接收机连接方式

2.2 软件实现

软件设计的目的是处理接收机接收到的数据，得到实际行车的轨迹信息和用于网约车车费计算的里程信息及时间信息。图6为软件设计流程图。

2.2.1 NMEA数据提取

接收机所接收的信息格式为NMEA格式，NMEA是美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association)为统一海洋导航规范而制定的标准，该格式标准已经成为国际通用的一种格式[10-11]。NMEA格式数据串的所有数据都采用ASCII文本字符表示，数据传输以“＄”开头，后面是语句头。NMEA已成为所有的GPS接收机最通用的数据输出格式，同时也被用于与GPS接收机接口的大多数的软件包里。NMEA中常用的即兼容性最广的语句包括＄GPGGA、＄GPGSA、＄GPGSV、＄GPRMC、＄GPVTG、＄GPGLL等，本文所涉及的NMEA数据只涉及＄GPRMC。数据形式如图7所示。

图6 软件设计框图

图7 NMEA格式部分RMC数据

2.2.2 低速时间计算

2.2.3 里程计算

通过RMC语句可以得出每一个实时定位点的经纬度坐标，通过这些坐标可以计算相邻两点的距离，将所有点的距离和相加，即可完成里程的计算，在得到实时经纬度的情况下提取RMC数据中的地面航向角，即可完成基于电子地图的行车轨迹的获取。

由于地球是一个近乎标准的椭球体，赤道半径为6 378.140 km，极半径为6 356.755 km，平均半径6 371.004 km。若假设地球是一个完美的球体，则球的半径就是地球的平均半径，记为R。如果以0°经线为基准，根据地球表面任意两点的经纬度就可以计算出这两点间的地表距离(这里忽略地球表面地形对计算带来的误差，仅仅是理论上的估算值)[12-15]。

设第1点A的经纬度为(LonA,LatA)，第2点B的经纬度为(LonB,LatB)，按照0°经线的基准，东经取经度的正值(Longitude)，西经取经度负值(-Longitude)，北纬取90-纬度值(90-Latitude)，南纬取90+纬度值(90+Latitude)，则经过上述处理的两点计为(MLonA,MLatA)和(MLonB,MLatB)。根据三角推导，两点之间的距离计算公式为

C=sin(MLatA)sin(MLatB)cos(MLonA-MlonB)+ cos(MLatA)cos(MLatB)

2.2.4 软件运行界面

按照以上算法将RMC数据导入计费软件，分别得出里程和时间的计算结果，选择网约车类型，得出最终车费。软件运行界面如图8所示。

图8 软件运行界面

3 试验结果及分析

以北京市计量院到中国计量院为例进行说明，线路如图9所示。

试验过程中会经过和平西桥，由于在桥梁等地，接收机会出现失锁的情况，这也是目前动态定位都会遇到的问题。失锁后，该处的定位信息就会缺失，因此本次试验使用了接收机自带的惯导模块，该模块可以在失锁情况下对数据进行修正，但是并不能持续太长时间。由于其频率高于接收机的频率，这样能保证失锁后的定位误差不会对实际定位结果产生影响。图10为接收机获取的实时行车轨迹。

图10 接收机获取的实时行车轨迹

最后将手机计算结果与接收机计算结果进行比较，见表1。

表1 试验数据

根据试验对比结果，最终手机计算的里程是2.8 km，根据接收机接收的数据并依据里程算法计算出的结果为2.71 km；手机计算出的低速时间为4 min，通过筛选RMC数据所得出的低速时间为183 s，即3.05 min，所选的计费模式均为舒适型网约车，最终手机软件计费结果为22.2元，计费软件计算的车费为21.1元。可以发现，采用RTK差分技术获取的里程和时间信息均比手机计算的里程和时间信息少。由于采用RTK差分技术，避免了卫星信号失锁带来的定位误差，提高了定位的准确性，从而使得里程和时间计算更加准确。

4 结 语

本文提出了一种用于网约车计费系统检测的方法，运用RTK差分技术，获取了实际行车过程中的动态轨迹信息，进而计算得到里程和时间数据；通过计费软件得到计费结果，并与手机计算的结果进行比较。

通过试验对比发现，运用多模多频RTK载波相位差分技术和惯性导航组合定位技术， 能有效保证定位的准确性、连续性、可靠性，避免由于卫星信号失锁导致定位不准进而引发计费不准的问题。该方法在计量领域是一种新的尝试，具有较高的可行性和实用价值。

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Application of RTK in Testing for App-based Ride-hailing Billing System

KANG Tingting1,2，HUANG Yan1,2，XU Yuan1,2，WANG Yajun1,2，LIU Yuan1,2

(1. Beijing Institute of Metrology，Beijing 100029，China； 2. National Test Center for Navigating and Timing Industry of GNSS，Beijing 100029， China)

Since 2013，with the popularity of a taxi software，app-based ride-hailing continuously come into our vision and become active in major cities throughout the country.Subsequently, the customer complaints that positioning are not precise and the calculating mileage is not right. To solve these problems，this paper puts forward a test method of billing for app-based ride-hailing，using multi-mode, multi-frequency RTK GPS carrier phase differential technique and inertial navigation technique，using RTK differential GNSS receiver of base station and flow station，inertial navigation module，high precision of conjugate ring navigation antenna and playback apparatus to record the information such as latitude and longitude，journey time，speed and so on when the car in the process，then it calculates the mileage of the car.By comparing with the results of driver’s mobile phone，the results show that using carrier phase differential technique and inertial navigation technique can effectively solve the problem of positioning loss of lock，discontinuous of trajectory and so on.

app-based ride-hailing；RTK；carrier phase differential； inertial navigation

康婷婷，黄艳，许原，等.RTK差分技术在网约车计费系统检测中的应用[J].测绘通报，2017(7)：120-123.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0237.

2016-11-29

中央引导地方科技发展专项(Z161100004516008)

康婷婷(1985—)，女，硕士，工程师，主要从事卫星导航及电磁计量方面的工作。E-mail：kangtingting@bjjl.cn

P228;P208

A

0494-0911(2017)07-0120-04