GPS技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

1、GPS技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用分析交通系統(tǒng)是一個(gè)人、車(chē)、路及其環(huán)境綜合作用的復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)，因此，僅分別從人、車(chē)、路方面考慮以期徹底解決交通擁擠問(wèn)題是不切實(shí)際的?，F(xiàn)在，人們開(kāi)始從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，將人、車(chē)、路等因素綜合考慮，將現(xiàn)代通訊技術(shù)、控制技術(shù)等綜合運(yùn)用于運(yùn)輸系統(tǒng)管理：一方面使人、車(chē)等交通系統(tǒng)中的“節(jié)點(diǎn)”對(duì)系統(tǒng)狀況有充分了解，從而做出靈活的反映；另一方面使交通管理者能夠動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地了解和監(jiān)控交通系統(tǒng)，使系統(tǒng)發(fā)揮最高效率，使“節(jié)點(diǎn)”和系統(tǒng)能夠智能交互，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的智能化，這就是智能交通系統(tǒng)（ITS ，IntelligentTransportationSystem） 1 。車(chē)輛的位置是IT

2、S 的重要信息。全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息（ GPS）相結(jié)合可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地提供位置信息，可見(jiàn) GPS是實(shí)現(xiàn)交通智能化的關(guān)鍵技術(shù)。隨著信息化進(jìn)程的加快，智能交通系統(tǒng)將在現(xiàn)代化交通工程中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。一、 GPS技術(shù)概述全球定位系統(tǒng)（ GPS，GlobalPoitioningSystem）是由美國(guó)建立了一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，一般由空間部分、地面監(jiān)控部分以及用戶(hù)接收機(jī)三大部分組成，包括 24 顆衛(wèi)星（ 21 顆主用， 3 顆備用），利用該系統(tǒng)，用戶(hù)可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全體候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航定位和測(cè)速。接收器通過(guò) GPS衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)計(jì)算二維（經(jīng)度、緯度）或三維（經(jīng)度、緯度、高度

3、）位置 2 。GPS定位技術(shù)具有精度高、速度快、成本低的顯著優(yōu)點(diǎn)，成為目前世界上應(yīng)用范圍最廣泛、實(shí)用性最強(qiáng)的全球精密授時(shí)、測(cè)距、導(dǎo)航、定位系統(tǒng)。我國(guó)GPS技術(shù)也在測(cè)量、?？諏?dǎo)航、車(chē)輛引行、導(dǎo)彈制導(dǎo)、精密定位、動(dòng)態(tài)觀測(cè)、時(shí)間傳遞、速度測(cè)量等方面加以應(yīng)用。二、 GPS在 ITS 中的應(yīng)用目前，隨著 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)與無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，GPS在ITS中的應(yīng)用主要分為兩大類(lèi)。1、基于 GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)航系統(tǒng)如圖 1 所示，基于 GPS實(shí)現(xiàn)的車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)由 GPS接收機(jī)、微處理機(jī)、導(dǎo)航軟件、顯示器、地理信息系統(tǒng)組成。GPS接收機(jī)可同時(shí)接收四顆以上衛(wèi)星信號(hào)，確定三維坐標(biāo)，用以確定車(chē)輛位置。導(dǎo)航

4、軟件用于整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和管理。顯示器可用于實(shí)體運(yùn)行情況的實(shí)第 1頁(yè)時(shí)顯示。地理信息系統(tǒng)用于存放地圖和有關(guān)導(dǎo)航信息。主要典型應(yīng)用包括：（ 1）車(chē)輛導(dǎo)航GPS車(chē)輛監(jiān)控中心則為實(shí)時(shí)為其提供導(dǎo)航及其他增值服務(wù)，如：“前方路口右轉(zhuǎn)”、“您已經(jīng)偏離航線”、“前方 lkm 堵車(chē)，請(qǐng)選擇其他路線”等信息提示。車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)的原理如圖 1 所示。（ 2）行人導(dǎo)航GPS在個(gè)人旅游中能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)衛(wèi)星定位，幫助旅游者獲得正確地理位置及路線，位置誤差可控制在10m以?xún)?nèi)，確保不迷失方向，保障旅游者玩得快樂(lè)也安全。2、基于 GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的車(chē)輛運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)車(chē)輛運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)是由GPS、 GIS、無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)、多媒體、遙測(cè)遙

5、控集成為一體的一種新型車(chē)輛運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，如圖 2 所示，它主要是為了使車(chē)輛運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)、安全保衛(wèi)部門(mén)及時(shí)掌握車(chē)輛的運(yùn)行狀況，便于對(duì)車(chē)輛進(jìn)行指揮調(diào)度，同時(shí)為駕駛員提供交通、公安和服務(wù)信息。根據(jù)不同要求，該系統(tǒng)管理的車(chē)輛可安裝車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)，也可只裝 GPS接收機(jī)，以提供車(chē)輛位置信息。車(chē)輛監(jiān)控中心有多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)、一臺(tái)工作站與大屏幕顯示器。為了對(duì)車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)測(cè)與管理，在計(jì)算機(jī)內(nèi)裝有城市道路信息庫(kù)、車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件、重要車(chē)輛運(yùn)行路線優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件、車(chē)輛運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)軟件、車(chē)輛報(bào)警緊急處理軟件等。主要典型應(yīng)用包括：（ 1）急救工交車(chē)監(jiān)控和調(diào)度系統(tǒng)3急救部門(mén)、工交車(chē)和出租汽車(chē)可以采用 GPS移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控

6、系統(tǒng)對(duì)各車(chē)輛發(fā)口的信息進(jìn)行綜合分析，再將調(diào)度命令發(fā)送給司機(jī)，及時(shí)調(diào)整車(chē)輛運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)有效管理。同時(shí)，還可以推廣使用電子站牌，電子站牌通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路接收即將到站車(chē)輛發(fā)出的位置和速度信息，顯示車(chē)輛運(yùn)行信息，并預(yù)測(cè)到站時(shí)間，為乘客提供方便。（ 2）的士叫車(chē)服務(wù)系統(tǒng)的士叫車(chē)服務(wù)系統(tǒng)和 GPS監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通，它在客戶(hù)用電話請(qǐng)求服務(wù)時(shí)，快速通過(guò) GPS定位找到離乘客最近的空載車(chē)，馬上答復(fù)客戶(hù)載客的士的車(chē)牌號(hào)和到達(dá)時(shí)間，并同時(shí)通知該車(chē)前往接送客人，從而實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)的優(yōu)質(zhì)叫車(chē)服務(wù)。第 2頁(yè)（ 3）長(zhǎng)途運(yùn)輸貨運(yùn)系統(tǒng)主要集中體現(xiàn)在車(chē)主能夠?qū)?chē)輛行使?fàn)顟B(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理和貨主實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物流動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)在線查詢(xún)。運(yùn)輸

7、公司可以通過(guò)監(jiān)控中心或網(wǎng)上查詢(xún)了解車(chē)輛工作狀態(tài)，同時(shí)，對(duì)于貨物的委托用戶(hù)，可以進(jìn)行電話、手機(jī)短信或網(wǎng)上查詢(xún)，及時(shí)了解貨物運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。三、 ITS 對(duì) GPS的精度要求根據(jù) ISP 標(biāo)準(zhǔn)， ITS 的服務(wù)可氛圍六大類(lèi)，其中包括：旅行和交通管理，商業(yè)車(chē)輛管理，公共運(yùn)輸管理，電子收費(fèi)，緊急情況處理和車(chē)輛安全系統(tǒng)，這六大類(lèi)服務(wù)又可細(xì)化為相應(yīng)的28 個(gè)服務(wù)種類(lèi)，其中至少有8 種需要進(jìn)行車(chē)輛的實(shí)時(shí)定位，它們對(duì)車(chē)輛定位的性能要求如表1 所示。從表中可以看出，除了極少的情況外， GPS系統(tǒng)基本上能夠滿足 ITS 對(duì)車(chē)輛定位精度的要求。四、 PS在 ITS 應(yīng)用中存在的問(wèn)題及解決方案在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)存在以下幾個(gè)

8、問(wèn)題： GPS定位精度， GPS盲區(qū)， GPS數(shù)據(jù)時(shí)空特性的應(yīng)用。1、GPS定位精度GPS誤差主要來(lái)源于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號(hào)的傳播過(guò)程和地面接受設(shè)備，造成的后果是移動(dòng)車(chē)輛在控制中心的電子地圖上顯示混亂。表 2 給出了采用標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)的 GPS測(cè)量誤差來(lái)源的分類(lèi)及各項(xiàng)誤差對(duì)距離測(cè)量的影響。對(duì) GPS定位而言，GPS衛(wèi)星的空間幾何分布也會(huì)對(duì)定位精度產(chǎn)生一定程度的影響。在不計(jì)算美國(guó) SA政策的情況下，普通 GPS接收機(jī)定位精度約為 30m左右。加上美國(guó)實(shí)行SA政府對(duì)定位精度的影響，用戶(hù)單點(diǎn)實(shí)時(shí)的精度只有100 米左右，美國(guó)取消 SA政策以后，擁護(hù)單點(diǎn)定時(shí)定位的精度可提升到30 米左右。在電子地圖上實(shí)

9、時(shí)顯示時(shí)仍很可能出現(xiàn)前面提到的情況。消除定位精度帶來(lái)的影響一般是采用差分 GPS，差分技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠消除公共誤差。對(duì) GPS 定位而言，差分是通過(guò)位置精度確認(rèn)的， GPS基準(zhǔn)站與定位點(diǎn)的GPS接收機(jī)同時(shí)接收 GPS衛(wèi)星信號(hào)，通過(guò)差分來(lái)消除公共誤差，從而提高定位點(diǎn)的定位精度。有效的差分可以完全消除共有誤差（包括 SA技術(shù)誤差），大部分消除傳播路徑延遲誤差。實(shí)時(shí)差分 GPS（ DGPS）定位的精度可以達(dá)到 2-5 米。第 3頁(yè)2、GPS盲區(qū)GPS盲區(qū)是指 GPS接收機(jī)可接收到信號(hào)的衛(wèi)星數(shù)量小于4 的地區(qū)。有時(shí)由于道路兩旁地物特征復(fù)雜，又受密集的高大建筑物、隧道、立交橋、樹(shù)木等地物的反射和遮蔽等影

10、響，車(chē)載 GPS接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號(hào)存在嚴(yán)重的多路徑效應(yīng)，在某些區(qū)域內(nèi)甚至?xí)纬?GPS定位盲區(qū)。俄羅斯的 GLONASS在組成和功能上與美國(guó)的 GPS相似，在定位、測(cè)速及定時(shí)精度上則優(yōu)于施加 SA之后的 GP S。GLONASS既可以提供獨(dú)立的導(dǎo)航服務(wù)，又可與GPS結(jié)合。將 GLONASS組合到 GPS中構(gòu)成 GNSS，主要有三個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：（ 1）有效性在有遮擋的情況下，仍可能接收到滿足定位要求的可見(jiàn)星數(shù)，從而大大提高導(dǎo)航系統(tǒng)的有效性；（ 2）完整性在定位數(shù)據(jù)出錯(cuò)時(shí)給用戶(hù)提供報(bào)警信息，用戶(hù)能得到比單獨(dú) GPS高出一倍的概率來(lái)實(shí)現(xiàn)完整性算法；（ 3）精度：由于 GLONASS中沒(méi)有 SA，

11、在非差分的情況下， GNSS 的定位精度比單獨(dú)的 GPS 高出 5-10 倍。GPS、 GLONASS雖然有著較高的定位精度，但仍存在自主性差，抗干擾能力不強(qiáng)，動(dòng)態(tài)性能有限等缺點(diǎn)。因此，在需要高精度定位的應(yīng)用場(chǎng)合，衛(wèi)星定位系統(tǒng)也不能作為唯一的導(dǎo)航設(shè)備，而需要與其它導(dǎo)航定位技術(shù)相互結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)并進(jìn)行互補(bǔ)，才能獲得滿意的定位導(dǎo)航精度。車(chē)輛航位推算設(shè)備一般由角度傳感器和位移傳感器構(gòu)成，角度傳感器主要有磁羅盤(pán)、差動(dòng)里程儀和角速率陀螺等，位移傳感器主要有加速度計(jì)、里程儀和多普勒雷達(dá)等。一般采用角速率陀螺和里程儀組成航位推算設(shè)備。3、GPS數(shù)據(jù)時(shí)延誤差由于 GPS數(shù)據(jù)存在一定的誤差，而且具

12、有一定的時(shí)延性，同時(shí)地圖也存在誤差，因此 GPS數(shù)據(jù)時(shí)延誤差主要表現(xiàn)為與導(dǎo)航地圖的實(shí)時(shí)匹配問(wèn)題。要解決實(shí)時(shí)匹配精度，一是提高GPS數(shù)據(jù)和電子地圖的精度。二是利用算法提高準(zhǔn)確度，將誤差的概率降到最低。三是改善網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，提高GPS數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)第 4頁(yè)上傳輸?shù)乃俣群屯暾裕M量減少時(shí)延誤差并且保證數(shù)據(jù)的完整。目前，關(guān)于地圖實(shí)時(shí)匹配的研究是車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)中的研究熱點(diǎn)。五、結(jié)論與展望GPS在 ITS 應(yīng)用中得到其功能的有效發(fā)展，就要有效的解決數(shù)據(jù)融合、傳輸及相關(guān)技術(shù)，其中包括定位精度、地圖匹配技術(shù)， GPS信號(hào)盲區(qū)處理，還應(yīng)有控制平臺(tái)的數(shù)據(jù)融合及分布式數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù) 7 ，以此實(shí)現(xiàn)各相關(guān)技術(shù)的有效集成。本文一方面論述了GPS技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了ITS 的發(fā)展；另一方面，指出了在ITS 應(yīng)用中存在的問(wèn)題并給出解決方案，但事物總是發(fā)展變化的，其方法還會(huì)有不斷改進(jìn)、提高。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和其它計(jì)算科學(xué)