共享单车的电子围栏——基于RTK技术的高精度定位

Posted 2022-03-31 格格巫 MMQ!!

共享单车解决了民众最后一公里的出行问题,方便快捷，低碳环保，缓解了交通拥堵。然而，乱停乱放成为这一新兴事物发展过程中需要解决的迫在眉睫的问题。这真是个伤脑筋的问题，虽然很多城市已经推出共享单车电子围栏，由于GPS定位精度的问题，效果却差强人意。

高精度定位是电子围栏的基础，我们经常会遇到车停在围栏内而app显示车辆确在围栏外，或者找车位置变差大，很难做到精准定位，目前由于卫星轨道误差，电离层，对流层对GPS定位影响很大，GPS定位精度也无法满足精准电子围栏的要求，而引入RTK（Real - time kinematic，载波相位差分技术）可以使GPS定位控制在厘米级范围内，则大大提高了电子围栏的精准有效性。

什么是RTK？

RTK（Real - time kinematic，实时动态）载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。RTK技术是什么？它运用一些相似性的原理来消除误差，也就是说，它的载波信号，通过一个已知坐标进行观测，把RTCM数字和相邻的进行解算，所以它有一个“地面基站”的概念。

我们同样先来了解下GPS的工作原理，以及到底是什么引起了误差，即谁让GPS跑偏了？

1.大气层影响

大气层中的电离层和对流层对电磁波的折射效应，使得GPS 信号的传播速度发生变化，从而让GPS 信号产生延迟。

2.卫星星历误差

由于卫星运行中受到复杂的外力作用，而地面控制站和接收终端无法测定和掌握其规律，从而无法消除产生的误差。这里面，其实它的星历的固定轨迹也有一定的公差。

3.卫星钟差

指GPS 卫星时钟与GPS标准时间的差别。卫星上使用铯原子钟，所以两者的时间也许不同步，就像你的手表跟你家客厅挂钟的时间不同步一样。

4.多路径效应

多路径效应可能大家听得比较多了，GPS信号也有可能是在不同障碍物间反射后才被接收到，由此产生误差。

这些因素叠加之后，它会变得很复杂，使得GPS在民用级别都是5-10米的误差，在城市复杂环境，可能是几十米的误差，甚至更多。那怎么把误差消除呢？这就是RTK技术（RTK，Real-time Kinematic，载波相位差分）。

那什么是“差分”？ 差分就是把GPS 的误差想方设法分离出去。具体做法是，在已知位置的参考点上装上基准站——参考点通常使用国家的基准点，它是一个厘米级甚至毫米级的位置点——通过RTCM数据就能知道它的定位。也就是说，这个基准站会说明两件事：告诉我所在的精准位置在哪里；我接到数据时的精准时间。然后把这个数据发送给想要获取高精度定位信息的移动站，后者就可以通过它获取的这个信息，修正或消除：大气层钟的传播误差、卫星星历误差和卫星钟差，把精准度做到厘米级。

RTK技术是一个很成熟的技术，可以帮助到城市交通管理，城市环境美化。我们觉得未来的城市一定是精准化、数据化为核心，这样，整个城市的智能化、智慧化就很快到来了。上海、杭州、广州、深圳、福州、郑州、南京、武汉8大城市相继对共享单车发出命令，要求共享单车企业暂停投放新车，目前这些城市的共享单车挤占道路造成交通拥堵，各大城市的交委工作量连连翻倍，简直快哭瞎，乱停乱放问题迫在眉睫。RTK技术有效的解决了问题，电子围栏得以实行，让城市恢复一个干净，文明的面貌！所以我们希望更多的人参与进来，了解、利用RTK技术，为我们的城市面貌、安全做一些贡献。

普玄问答1：如何解决多路径效应？

这是一个比较复杂的问题，简单来说，就是让地面基站分布更密集，有更多共同的路径的卫星信号源，这样可以减少或者消除误差。一般来说，在农业，大部分障碍来源于防风林，还有一些杆塔、信号塔、供电房等等。这种情况，采用就近架设移动基站的方式来解决，采用双路径来保障信号的到达，其中双路径是电台和无线网络。

普玄问答2：RTK技术对基站的依赖大吗？如果当地基站数量少，RTK技术能多大程度上提高飞行精度？如何解决这个问题呢？

可以说很依赖。目前无线网络情况稳定性还是有一定局限性，在城市复杂环境下，很多地方没有网络信号，甚至打电话都很困难，这个时候没有移动基站，难以获取差分数据。如果当地基站数量少，RTK技术能采用相对精度来解决，比如说，打一个水泥桩，用RTK采集数据，下次在此区域作业的时候，把移动基站放在此水泥桩上，输入上次一样的坐标，一样飞的厘米级精度。如果只用RTK摆静态，则误差在1米左右，单点静态主要看采用的RTK主板参数。基站少，可以多使用移动基站，一般来说，一个固定站可以覆盖30～80公里的位置。也就是说：采用RTK技术，一定是需要依赖基站的，目前主要是三种方式：国家CORS、或千寻账号、或基站。

普玄问答3：有没很好的方式解决桥梁下面或港口弱GPS环境下如何定位和避障的方式？

在弱GPS和桥梁下，换句话来说就是非常容易丢星，RTK难以达到固定解，一般目前的做法都是综合应用RTK＋惯导，或者综合应用RTK＋惯导＋视觉，综合根据环境，来设置占比，要经过大量的实际数据，才能获取比较好的效果，比如视觉的双目避障。