文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2017.04.005
中文引用格式： 彭璇，王夢(mèng)媛，曾潔茹，等. 高精度北斗定位技術(shù)在交管執(zhí)法取證中的應(yīng)用研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2017，43(4)：21-23，28.
英文引用格式： Peng Xuan，Wang Mengyuan，Zeng Jieru，et al. Application of high precision BDS positioning technology for traffic management law enforcement and evidence collection[J].Application of Electronic Technique，2017，43(4)：21-23，28.
0 引言
隨著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)及國(guó)家北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的日益完善，其在交通工程及管理方面的應(yīng)用越來(lái)越多。尤其高精度定位技術(shù)在高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistant System，ADAS）、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、交警執(zhí)法取證等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為交通管理部門(mén)對(duì)車(chē)道級(jí)交通違法行為執(zhí)法取證提供了有效手段。
利用高精度GNSS定位技術(shù)，解決公安交管領(lǐng)域車(chē)道級(jí)違法行為的執(zhí)法困難、實(shí)現(xiàn)有法可依是本文的主要工作動(dòng)機(jī)。車(chē)道級(jí)違法行為的執(zhí)法取證存在一定困難，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：(1)數(shù)據(jù)采集困難。由于傳統(tǒng)GNSS定位技術(shù)精度在5～10 m左右，無(wú)法判斷車(chē)輛的車(chē)道級(jí)行為。(2)現(xiàn)場(chǎng)還原困難。交通事故發(fā)生前后的時(shí)空位置難以還原，需要有經(jīng)驗(yàn)的人員進(jìn)行人工識(shí)別、人員疏散及現(xiàn)場(chǎng)取證，難以在遠(yuǎn)程云端完成工作。因此，精確監(jiān)督識(shí)別車(chē)道級(jí)別的車(chē)輛行為是處理交通管理中此方面執(zhí)法取證困難的關(guān)鍵。
本文的主要貢獻(xiàn)包括以下幾點(diǎn)：(1)設(shè)計(jì)了具有高精度定位的執(zhí)法取證終端，結(jié)合廣域?qū)崟r(shí)精密定位服務(wù)，獲取并處理車(chē)道級(jí)車(chē)輛信息，實(shí)現(xiàn)執(zhí)法可取證。(2)針對(duì)車(chē)道級(jí)違法現(xiàn)象，開(kāi)展多次試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，并分析處理試驗(yàn)結(jié)果。
1 相關(guān)工作
違法變換車(chē)道等交通違法行為行為擾亂了正常通行秩序，容易引發(fā)交通事故，實(shí)現(xiàn)車(chē)道級(jí)違法行為識(shí)別對(duì)交通管理領(lǐng)域具有重大意義。許多學(xué)者針對(duì)車(chē)道級(jí)違法駕駛模型進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[1]對(duì)現(xiàn)有微觀車(chē)道變化模型進(jìn)行了詳細(xì)的審查和系統(tǒng)的比較。文獻(xiàn)[2]運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析，提取車(chē)輛在特定區(qū)域特征，進(jìn)行了車(chē)輛軌跡研究。文獻(xiàn)[3]基于北斗/GPS高精度定位感知技術(shù)，提出了一種車(chē)道級(jí)衛(wèi)星定位系統(tǒng)。文獻(xiàn)[4]提出了一種基于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)BDS/RTK系統(tǒng)，用于城市復(fù)雜交通環(huán)境中的高精度定位。
當(dāng)前，將高精度北斗定位技術(shù)應(yīng)用到車(chē)道級(jí)違法行為識(shí)別已經(jīng)成為學(xué)術(shù)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。文獻(xiàn)[5]結(jié)合GNSS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)，使用具有精確的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)模型和車(chē)道信息的過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型的車(chē)道級(jí)別違法駕駛行為。文獻(xiàn)[6]通過(guò)GPS、北斗和慣性測(cè)量單元(IMU)與先進(jìn)的算法相結(jié)合，提出了一種新的檢測(cè)車(chē)道級(jí)違法行為的綜合框架。文獻(xiàn)[7]使用無(wú)顆粒過(guò)濾器(UPF)將GPS、北斗以及IMU融合，實(shí)現(xiàn)了車(chē)道級(jí)高精度車(chē)輛定位。然而，這些研究大部分停留在模擬或?qū)嶒?yàn)條件下，沒(méi)有進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)以及終端開(kāi)發(fā)。因此，本文重點(diǎn)研制了基于高精度GNSS定位感知的車(chē)載終端，解決高精度定位問(wèn)題，為車(chē)道級(jí)車(chē)輛軌跡行為監(jiān)管提供實(shí)際可行的方法。
2 技術(shù)架構(gòu)
2.1 車(chē)道級(jí)違法行為
車(chē)道級(jí)違法行為指移動(dòng)目標(biāo)相對(duì)于車(chē)道或其他移動(dòng)目標(biāo)（機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)、行人等）而言，目標(biāo)相對(duì)位置的位移在一個(gè)車(chē)道級(jí)別內(nèi)（2.5～3.5 m）、違反交通法規(guī)的行為。相比于酒駕、超速等常見(jiàn)交通違法行為，車(chē)道級(jí)違法行為具有受監(jiān)管技術(shù)水平限制，具有不易取證的特點(diǎn)。
車(chē)道級(jí)違法行為主要包括以下兩類(lèi)：
(1)車(chē)輛車(chē)道行為。如不按規(guī)定車(chē)道行駛、在禁止變道等路段違法變道、連續(xù)變道等。
(2)車(chē)輛移動(dòng)目標(biāo)行為。如從前車(chē)右側(cè)超車(chē)、變道撞直行造成事故等。
2.2 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)與高精度定位
“北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)”是由國(guó)家統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)的以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為主，兼容其他GNSS系統(tǒng)的地基增強(qiáng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)地面通信系統(tǒng)播發(fā)導(dǎo)航信號(hào)修正量和輔助定位信號(hào)，向用戶(hù)提供厘米級(jí)至亞米級(jí)精密導(dǎo)航定位和大眾終端輔助增強(qiáng)服務(wù)。
北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的核心是“廣域?qū)崟r(shí)精密定位技術(shù)”，形成覆蓋中國(guó)區(qū)域的高精度導(dǎo)航和綜合信息服務(wù)系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)于1 m定位精度的衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)服務(wù)。
我們目前已經(jīng)建立了具有廣域?qū)崟r(shí)精密定位數(shù)據(jù)服務(wù)的系統(tǒng)。從功能上可以分為解算模塊、數(shù)據(jù)發(fā)布模塊、終端模塊三個(gè)部分，在數(shù)據(jù)通信上建立一套“發(fā)布中心—租戶(hù)—用戶(hù)”的海量用戶(hù)播發(fā)體制，可根據(jù)服務(wù)范圍和用量靈活地調(diào)整租戶(hù)的數(shù)量和等級(jí)，實(shí)現(xiàn)“云”服務(wù)。車(chē)載高精度定位數(shù)據(jù)流圖如圖1所示。
2.3 車(chē)道級(jí)定位執(zhí)法取證終端
本文研制的終端的主要形態(tài)為智能車(chē)載后視鏡式，如圖2所示。在北斗/GPS系統(tǒng)的廣域?qū)崟r(shí)精密定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，該終端綜合車(chē)載OBD、慣性傳感器、車(chē)在視覺(jué)以及網(wǎng)絡(luò)通信的其他設(shè)備于一體。該終端目前已經(jīng)接入了全國(guó)北斗地基增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)站的信號(hào)，使用了帶有原始觀測(cè)值輸出的定位模塊，在驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)解算，并且同時(shí)支持廣域?qū)崟r(shí)精密定位及傳統(tǒng)的局域差分定位手段。達(dá)到該終端可以實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)、可靠獲取時(shí)空數(shù)據(jù)的目的。
3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)
3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境
為使得公安交管部門(mén)能夠從車(chē)輛衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)中提取車(chē)輛違法行為證據(jù)，為公安部門(mén)道路交通執(zhí)法提供基礎(chǔ)，我們?cè)跓o(wú)錫分別建設(shè)3個(gè)用于北斗交通應(yīng)用的北斗/GPS連續(xù)定位參考站(同國(guó)家北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)規(guī)范)，站間距15～30 km，基本覆蓋整個(gè)無(wú)錫市。同時(shí)，在無(wú)錫錢(qián)榮路—梁清路—快速內(nèi)環(huán)—高浪路建立實(shí)驗(yàn)區(qū)，加工車(chē)道級(jí)地圖，以備實(shí)驗(yàn)使用。
3.2 車(chē)道級(jí)車(chē)輛行為識(shí)別
本文研制的具有北斗/GPS高精度定位感知終端由前端攝像頭記錄車(chē)輛行駛路面情況，通過(guò)廣域?qū)崟r(shí)精密定位技術(shù)在廣域差分和精密單點(diǎn)定位技術(shù)的應(yīng)用實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)、可靠獲取時(shí)空數(shù)據(jù)，將車(chē)輛的高精度軌跡與車(chē)道級(jí)地圖進(jìn)行匹配，識(shí)別車(chē)輛是否具有變更車(chē)道等行為。2015年10月13日在無(wú)錫錢(qián)榮路—梁清路—快速內(nèi)環(huán)—高浪路實(shí)驗(yàn)區(qū)多路段駕車(chē)進(jìn)行高精度定位取證實(shí)驗(yàn)，分別記錄了正常行駛、壓線(xiàn)行駛、變道超車(chē)、轉(zhuǎn)彎掉頭、進(jìn)出主輔路等多種狀態(tài)。圖3是在錢(qián)榮路進(jìn)行的變更車(chē)道、超車(chē)行為實(shí)驗(yàn)。由左側(cè)高精度車(chē)道級(jí)地圖上顯示車(chē)輛動(dòng)態(tài)位置可見(jiàn)車(chē)輛逐漸變道，結(jié)合行駛記錄儀記錄視頻確定車(chē)輛在精確時(shí)間地點(diǎn)的變道超車(chē)過(guò)程。
3.3 車(chē)道級(jí)事故現(xiàn)場(chǎng)還原
此終端可在車(chē)道級(jí)事故的現(xiàn)場(chǎng)還原中精準(zhǔn)、快速整合出事故原因，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，解決交警因車(chē)輛碰撞等造成的難以定責(zé)問(wèn)題，目前已經(jīng)在武漢、無(wú)錫等城市開(kāi)展了規(guī)?；?yàn)證。
下面結(jié)合一次雙車(chē)事故實(shí)例介紹該流程。這是在湖北省武漢市武昌區(qū)中南路發(fā)生的一次事故，事故發(fā)生后，終端根據(jù)傳感器的異常變化，自動(dòng)迅速地將事故位置信息、事故發(fā)生前后20 s左右的車(chē)輛軌跡信息以及行車(chē)記錄視頻傳至遠(yuǎn)程大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。交警在遠(yuǎn)程平臺(tái)通過(guò)以下幾個(gè)步驟，還原案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)快速定責(zé)定損：
(1)查看事故報(bào)警信息及行車(chē)記錄視頻
事故發(fā)生后，交警在遠(yuǎn)程平臺(tái)上查看終端發(fā)送的信息進(jìn)行核對(duì)，初步了解事故真實(shí)情況。然后，通過(guò)查看行車(chē)記錄視頻，詳細(xì)了解事故發(fā)生的現(xiàn)場(chǎng)情況及碰撞方位、程度等信息。如圖4。
(2)還原事故過(guò)程
通過(guò)收集到的車(chē)輛高精度位置信息以及速度、方向信息等數(shù)據(jù)，通過(guò)動(dòng)畫(huà)模擬，在高精度車(chē)道級(jí)地圖上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡回放實(shí)現(xiàn)事故過(guò)程還原。
(3)遠(yuǎn)程定責(zé)定損
最后根據(jù)整個(gè)事故的數(shù)據(jù)分析情況以及交警和事故當(dāng)事人的交流分析情況對(duì)事故的責(zé)任分配進(jìn)行判定，并且對(duì)事故的真實(shí)性做出判斷，確保事故現(xiàn)場(chǎng)可還原、可取證、可執(zhí)法。
4 結(jié)論
本文研制了一種車(chē)道級(jí)的定位執(zhí)法取證終端，通過(guò)廣域?qū)崟r(shí)精密定位技術(shù)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)地獲取時(shí)空數(shù)據(jù)，將車(chē)輛的高精度軌跡與車(chē)道級(jí)地圖進(jìn)行匹配。
實(shí)驗(yàn)證明，該終端可以識(shí)別諸如不按規(guī)定車(chē)道行駛、變道超車(chē)等車(chē)輛的車(chē)道級(jí)行為，并通過(guò)收集記錄車(chē)輛行車(chē)數(shù)據(jù)，可還原車(chē)道級(jí)事故現(xiàn)場(chǎng)，幫助交警解決因車(chē)輛碰撞等造成的現(xiàn)場(chǎng)混亂、難以定責(zé)問(wèn)題，提高事故處理效率，為警方執(zhí)法取證帶來(lái)便利。
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作者信息:
彭 璇1，王夢(mèng)媛2，曾潔茹2，郭 遲2
(1.公安部交通管理科學(xué)研究所，江蘇 無(wú)錫214151；2.武漢大學(xué)，湖北 武漢430072）