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摘要：盲区中的车辆精确定位是当前车联网中的研究热点和难题之一。本文在车联网中采用全球定位系统（GPS）和捷联惯性导航系统（SINS）相结合的联合定位方式，全面提高了系统的准确度，增加了车联网系统的定位可靠性。
关键词：GPS；SINS；车联网
1.引言
车联网简称为汽车移动物联网，它将车载导航定位系统、网络信息平臺，移动通讯技术及智能终端设备相结合，一方面实现了车与车、车与城市、车与路之间的信息互联互通，另一方面实现了对路、车、位畳、人等信息进行全面的管理和监控。
车联网系统的中心部分即车载定位导航系统。而车辆导航定位领域的两大技术分别是捷联惯性导航系统（SINS，strapdownintertial navigation system）和全球定位系统（GPS，globa positioning system）。捷联惯性导航系统（SINS）在丢星条件下运用牛顿第一定律测算出载体在惯性参考系中的加速度信息，然后再对其进行积分变换，从而获得车辆在具体位置的定位参数信息。但SINS有它的不足之处即无法实现高精度长时间的定位。GPS之所以可提供实时、全天候车辆载体的高精度速度信息和位置信息且误差不随时间积累，但它的缺点是在隧道和城市高楼等卫星被遮挡区域易受干扰，甚至因丢星而无法定位。因此结合GPS与SINS系统存在的优缺点，文中提出了一种车联网GPS/SINS相组合的新的定位导航技术。
2.GPS/SINS组合定位的优点
惯性导航系统（INS）和卫星导航系统（GPS）具有很强的互补性，两者之间的组合可以扬长避短总结起来两者组合的优点主要体现在如下几个方面：
（1）捷联惯性导航系统（SINS）的系统误差将伴随时间的积累而不断累加，而卫星导航系统的系统误差则不会随着时间的推移而累加，且GPS定位精度较髙，所以当卫星导航系统（GPS）处于有效状态时，采用GPS定位。如果GPS信号受到干扰，组合定位系统仍旧可以通过捷联惯性导航系统在较短时间内计算出相对准确的状态、位置、速率等定位信息。鉴于此我们在实际应用中便提出了将SINS设备当中嵌入GPS用户接收机电路板的方案，既节约经济成本，又提髙导航设备的便携性。
（2）捷联惯性导航系统（SINS）的初始化时间较长，但其比GPS有着更快的导航信息输出速率并且接收导航信息没有延迟时间；卫星导航系统（GPS）的导航信息的输出速率较慢，而用户接收机的初始化时间短。因此有效的结合GPS与SINS系统，既可以解决导航信息的接收时延，导航信息输出速度问题又可以减少系统的初始化校准时间。
（3）在GPS和SINS系统的超紧组合可实现GPS用户接收机对卫星星座的实时跟踪，有效地提髙用户接收机抵御外界干乱的能力。
综合上述分析，得出如下结论：将GPS/SINS组合定位导航系统应用于车联网中，一方面解决惯性导航系统随时间积累的误差増长问题，提高车联网系统的精准度，另一方面可使车联网系统的导航定位信息更加实时可靠。
3.GPS/SINS组合定位系统设计
本系统采用以客户机/服务器结构（C/S）为主、浏览器/服务器结构（B/S）为辅的架构。系统由4部分组成：卫星导航系统（GPS）、车载模块、GPRS网络、车辆网系统服务器.本系统采用GPS/SINS组合定位方法，联系相关的数据处理技术、汽车电子技术、电子地图技术等，将GPRS网络作为基本通讯平台，以此有效地监控车载设备返回的数据。
（1）GPS卫星导航系统
GPS可以提供行驶路线监控，车辆定位、防盗、反劫以及呼叫指挥等功能。GPS包括空间部分、地面控制系统和GPS接收机3个主要元素。该系统中GPS接收机的主要功能是将接收到的GPS定位信息进行信号放大和变换，并计算出卫星到载体接收机天线的传播时间，最后实时地计算显示出载体的三维位置（经度、高程和纬度）、时间和速度。地面监控系统的功能包括：监测卫星上的各种装备能否正常运转；接收每颗GPS卫星所发送的星历；对没有沿着预定轨道运行的卫星进行控制更改。空间部分包括24颗GPS卫星。该24颗卫星构成GPS卫星星座，它们均匀分布在6个轨道平面内，平均每一轨道平面上分配有4颗卫星，每颗GPS卫星都送出定位信息。
（2） 车联网系统服务器
服务器中心的定位系统是整个车联网定位系统能否实现的核心要素。它由车辆调度子系统、信息管理子系统和地理信息子系统组成。1）车辆调度子系统的功能如下：一是查询车辆位置，并通过监控终端在电子地图上显示出来；二是设置区域报警并在监控终端指挥中心的电子地图上显示相应范围。当区域范围报警设置完成后，一旦车辆离开或进入设置的区域后将发出报警信号；三是调度中心用人工语音或短信息的方式对目标车辆进行实时调度。如果在车辆不受指挥或出现异常，调度中心可以自动对车辆执行遥控指令。2）信息管理子系统的主要功能如下：一是对不同人员访问、操作不同模块的权限进行修改和设置；二是对日常操作如车辆定位、消息接收发送等进行统计、查询等简单操作；三是对驾驶员信息和车辆信息进行机器化、自动化、智能化管理。3）地理信息子系统的职能即对地图进行任意开窗漫游、放大、缩小等，调整GIS比例。当图形开窗缩小与放大时，为了使屏幕承载度合理，避免屏幕显示过密，可根据图形缩放比例的不同，显示不同详细程度的地图内容。
（3）GPRS网络
GPS接收器采集到的数据通过GPRS网络与服务器建立连接并进行数据传输。而数据传输过程中需要遵照必要的网络传输协议。因为TCP协议为网络中的各个主机提供面向连接的可靠通讯服务，所以选择TCP协议。
（4）车载GPS/SINS定位模块
硬件电路和软件设计两部分构成了GPS/SINS组合定位系统。该系统的硬件电路部分主要包括GPS接收模块、加速度传感器、中央处理器、陀螺仪传感器单元等。在丢星的情况下由陀螺仪传感器和加速度传感器实时完成车辆的位置、速度和航向信息采集，经转换后将数据传递给中央处理器进行计算处理。
4.系统实验
在城市内随机选择某一道路，比如社区小道、主干道和快速道，然后分别使用GPS/SINS组合车辆定位系统和普通GPS定位系统记载沿路位置坐标，然后分别标注在地图上，通过实验对比可得出结论：对于距离建筑物近的社区小路，采取普同GPS定位系统则出现大量 GPS信号丢失，无法准确定位，而采用组合定位则可精确定位。
5.结语
本文通过对测试过程中车联网系统数据库中试验车辆的位置信息数据进行提取分析，验证了GPS/SINS组合车辆定位系统可以得到连续的定位信号，并同时提髙位置信息采集的覆盖率，解决了城市中由于信号反射和建筑物群遮挡造成的无法连续定位或定位不精确的问题。改进了普通车辆GPS定位系统。鉴于此，本文验证了GPS/SINS组合定位方式可有效地为车联网提供定位信息，以及GPS/SINS组合定位技术在车联网系统中应用的适用性。
参考文献：
[1]李兴.GPS/DR/MM车辆组合导航定位系统研究[J].湖北汽车工业学院学报，2014：66～69
[2]ZhuYi-yun，Liu You-rong. Application of GPS Technology in High Cut Slope SafetyMonitoring[J]. Hydro-Science and Engineering，vol. 3， Sep， 2013： 103～105
[3]秦永元.惯性导航[M].北京：科学出版社，2014：170～173
[4]刘晶璟.采用加速度传感器技术实现盲区定位的研究和开发[J].计算机应用与软件，2015：274～277
（基金项目：江西省教育厅科技项目GJJ151150，江西科技学院自然科学项目ZR14QN07）
关键词：GPS；SINS；车联网
1.引言
车联网简称为汽车移动物联网，它将车载导航定位系统、网络信息平臺，移动通讯技术及智能终端设备相结合，一方面实现了车与车、车与城市、车与路之间的信息互联互通，另一方面实现了对路、车、位畳、人等信息进行全面的管理和监控。
车联网系统的中心部分即车载定位导航系统。而车辆导航定位领域的两大技术分别是捷联惯性导航系统（SINS，strapdownintertial navigation system）和全球定位系统（GPS，globa positioning system）。捷联惯性导航系统（SINS）在丢星条件下运用牛顿第一定律测算出载体在惯性参考系中的加速度信息，然后再对其进行积分变换，从而获得车辆在具体位置的定位参数信息。但SINS有它的不足之处即无法实现高精度长时间的定位。GPS之所以可提供实时、全天候车辆载体的高精度速度信息和位置信息且误差不随时间积累，但它的缺点是在隧道和城市高楼等卫星被遮挡区域易受干扰，甚至因丢星而无法定位。因此结合GPS与SINS系统存在的优缺点，文中提出了一种车联网GPS/SINS相组合的新的定位导航技术。
2.GPS/SINS组合定位的优点
惯性导航系统（INS）和卫星导航系统（GPS）具有很强的互补性，两者之间的组合可以扬长避短总结起来两者组合的优点主要体现在如下几个方面：
（1）捷联惯性导航系统（SINS）的系统误差将伴随时间的积累而不断累加，而卫星导航系统的系统误差则不会随着时间的推移而累加，且GPS定位精度较髙，所以当卫星导航系统（GPS）处于有效状态时，采用GPS定位。如果GPS信号受到干扰，组合定位系统仍旧可以通过捷联惯性导航系统在较短时间内计算出相对准确的状态、位置、速率等定位信息。鉴于此我们在实际应用中便提出了将SINS设备当中嵌入GPS用户接收机电路板的方案，既节约经济成本，又提髙导航设备的便携性。
（2）捷联惯性导航系统（SINS）的初始化时间较长，但其比GPS有着更快的导航信息输出速率并且接收导航信息没有延迟时间；卫星导航系统（GPS）的导航信息的输出速率较慢，而用户接收机的初始化时间短。因此有效的结合GPS与SINS系统，既可以解决导航信息的接收时延，导航信息输出速度问题又可以减少系统的初始化校准时间。
（3）在GPS和SINS系统的超紧组合可实现GPS用户接收机对卫星星座的实时跟踪，有效地提髙用户接收机抵御外界干乱的能力。
综合上述分析，得出如下结论：将GPS/SINS组合定位导航系统应用于车联网中，一方面解决惯性导航系统随时间积累的误差増长问题，提高车联网系统的精准度，另一方面可使车联网系统的导航定位信息更加实时可靠。
3.GPS/SINS组合定位系统设计
本系统采用以客户机/服务器结构（C/S）为主、浏览器/服务器结构（B/S）为辅的架构。系统由4部分组成：卫星导航系统（GPS）、车载模块、GPRS网络、车辆网系统服务器.本系统采用GPS/SINS组合定位方法，联系相关的数据处理技术、汽车电子技术、电子地图技术等，将GPRS网络作为基本通讯平台，以此有效地监控车载设备返回的数据。
（1）GPS卫星导航系统
GPS可以提供行驶路线监控，车辆定位、防盗、反劫以及呼叫指挥等功能。GPS包括空间部分、地面控制系统和GPS接收机3个主要元素。该系统中GPS接收机的主要功能是将接收到的GPS定位信息进行信号放大和变换，并计算出卫星到载体接收机天线的传播时间，最后实时地计算显示出载体的三维位置（经度、高程和纬度）、时间和速度。地面监控系统的功能包括：监测卫星上的各种装备能否正常运转；接收每颗GPS卫星所发送的星历；对没有沿着预定轨道运行的卫星进行控制更改。空间部分包括24颗GPS卫星。该24颗卫星构成GPS卫星星座，它们均匀分布在6个轨道平面内，平均每一轨道平面上分配有4颗卫星，每颗GPS卫星都送出定位信息。
（2） 车联网系统服务器
服务器中心的定位系统是整个车联网定位系统能否实现的核心要素。它由车辆调度子系统、信息管理子系统和地理信息子系统组成。1）车辆调度子系统的功能如下：一是查询车辆位置，并通过监控终端在电子地图上显示出来；二是设置区域报警并在监控终端指挥中心的电子地图上显示相应范围。当区域范围报警设置完成后，一旦车辆离开或进入设置的区域后将发出报警信号；三是调度中心用人工语音或短信息的方式对目标车辆进行实时调度。如果在车辆不受指挥或出现异常，调度中心可以自动对车辆执行遥控指令。2）信息管理子系统的主要功能如下：一是对不同人员访问、操作不同模块的权限进行修改和设置；二是对日常操作如车辆定位、消息接收发送等进行统计、查询等简单操作；三是对驾驶员信息和车辆信息进行机器化、自动化、智能化管理。3）地理信息子系统的职能即对地图进行任意开窗漫游、放大、缩小等，调整GIS比例。当图形开窗缩小与放大时，为了使屏幕承载度合理，避免屏幕显示过密，可根据图形缩放比例的不同，显示不同详细程度的地图内容。
（3）GPRS网络
GPS接收器采集到的数据通过GPRS网络与服务器建立连接并进行数据传输。而数据传输过程中需要遵照必要的网络传输协议。因为TCP协议为网络中的各个主机提供面向连接的可靠通讯服务，所以选择TCP协议。
（4）车载GPS/SINS定位模块
硬件电路和软件设计两部分构成了GPS/SINS组合定位系统。该系统的硬件电路部分主要包括GPS接收模块、加速度传感器、中央处理器、陀螺仪传感器单元等。在丢星的情况下由陀螺仪传感器和加速度传感器实时完成车辆的位置、速度和航向信息采集，经转换后将数据传递给中央处理器进行计算处理。
4.系统实验
在城市内随机选择某一道路，比如社区小道、主干道和快速道，然后分别使用GPS/SINS组合车辆定位系统和普通GPS定位系统记载沿路位置坐标，然后分别标注在地图上，通过实验对比可得出结论：对于距离建筑物近的社区小路，采取普同GPS定位系统则出现大量 GPS信号丢失，无法准确定位，而采用组合定位则可精确定位。
5.结语
本文通过对测试过程中车联网系统数据库中试验车辆的位置信息数据进行提取分析，验证了GPS/SINS组合车辆定位系统可以得到连续的定位信号，并同时提髙位置信息采集的覆盖率，解决了城市中由于信号反射和建筑物群遮挡造成的无法连续定位或定位不精确的问题。改进了普通车辆GPS定位系统。鉴于此，本文验证了GPS/SINS组合定位方式可有效地为车联网提供定位信息，以及GPS/SINS组合定位技术在车联网系统中应用的适用性。
参考文献：
[1]李兴.GPS/DR/MM车辆组合导航定位系统研究[J].湖北汽车工业学院学报，2014：66～69
[2]ZhuYi-yun，Liu You-rong. Application of GPS Technology in High Cut Slope SafetyMonitoring[J]. Hydro-Science and Engineering，vol. 3， Sep， 2013： 103～105
[3]秦永元.惯性导航[M].北京：科学出版社，2014：170～173
[4]刘晶璟.采用加速度传感器技术实现盲区定位的研究和开发[J].计算机应用与软件，2015：274～277
（基金项目：江西省教育厅科技项目GJJ151150，江西科技学院自然科学项目ZR14QN07）