論實用GPS系統(tǒng)在智能交通運輸中的應用

公衍海

一個實用的GPS智能車輛監(jiān)控系統(tǒng)在硬件上分為基礎監(jiān)控中心加上全部移動車臺兩大部分；在環(huán)境上分為連系中心和移動車臺的集群移動通訊網(wǎng)加上監(jiān)控中心局域網(wǎng)兩大部分；在軟件上分為基地中心包括向量地圖。GIS車輛監(jiān)控系統(tǒng)可以分成三個部分：移動單元.中央控制單元和監(jiān)控平臺。移動單元負責接收GPS衛(wèi)星定位信號，解算出其定位信息，然后在中央控制單元的控制下，把信息編碼發(fā)往監(jiān)控中心；中央控制單元負責控制整個無線通訊網(wǎng)的運行，接收移動單元傳來的信息，并把信息送到監(jiān)控平臺。監(jiān)控平臺則是主要以電子地圖為基礎的監(jiān)視和控制操作平臺，具有很方便的信息數(shù)據(jù)庫和強大的電子地圖操作功能.。

GPS智能車輛監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計涉及綜合性的高科技研制開發(fā)，從技術上看主要是融合全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）交通地理信息系統(tǒng)（GIS）和無線數(shù)字通信技術（GMS）三項高新技術為一體的最新高科技研制任務，當然設計試驗過場中離不開巨量的計算機軟件編程及調(diào)試優(yōu)化工作。我們認為，在這一高科技研制過程中，當前急需解決的有三項技術問題。

一是監(jiān)控系統(tǒng)的速度，亦即監(jiān)控系統(tǒng)的容量工程驗證的效果表現(xiàn)為最快速的巡視速度，在使用已內(nèi)含向量地圖的中心監(jiān)控軟件基礎上，決定全系統(tǒng)快速響應，即該報警的關鍵是發(fā)展為監(jiān)控目的專用的無線數(shù)字通信技術，其次是壓縮數(shù)據(jù)處理技術.。

二、是智能化監(jiān)控軟件。工程驗證的效果表現(xiàn)為監(jiān)控中心顯示界面的向量化地圖結(jié)構(gòu)和多層次的供用戶管理的GIS數(shù)據(jù)庫。特別應含有能與美國政府人為設立的100米民用GPS隨機定位偏差政策對抗，能對車輛位置與實際運行路面之間的偏差進行實時修正的智能軟件，避免目前國內(nèi)外車輛監(jiān)控中心普遍存在的所謂“車在路外跑”的現(xiàn)象。

三、是研制能自動生成城市車輛導航監(jiān)控用向量地圖并能利用現(xiàn)場GPS定位數(shù)據(jù)快速修正的GIS環(huán)境支持平臺軟件，使得實用于中等城市的一幅導航監(jiān)控用向量地圖的生成周期，由一般數(shù)百天縮短為數(shù)天。

公路測量：

公路路線—般處在一條帶狀走廊內(nèi)。其平面控制測量往往采用導線形式，包括附合導線、閉合導線、結(jié)點導線等導線網(wǎng)形式。對于重要構(gòu)造物如大橋。特大橋、長大隧道等，也有布設成三角網(wǎng)，線形鎖等形式.

GPS測量主要有以下特點：（1）測站之間無需通視。測站間相互通視一直是測量學的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號不受干擾。（2）定位精度高。一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標稱精度為5mm+5ppm。GPS測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。大量實驗證明，在小于50公里的基線上，其相對定位精度可達12 x 10的負6次方，而在100～500公里的基線上可達10的負6次～10的負7次。（3）觀測時間短。在小于20公里的短基線上，快速相對定位一般只需5分鐘觀測時間即可。（4）提供三維坐標。GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。（5）操作簡便。GPS測量的自動化程度很高。在觀測中測量員的主要任務是安裝并開關儀器，量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲.跟蹤觀測等均由儀器自動完成。（6）全大候作業(yè)。GPS觀測可在任何地點，任何時間連續(xù)地進行，一般不受天氣狀況的影口向.。

京珠國道主干線粵境高速公路湯塘至廣州北二環(huán)段長約60公里，所處地形為重丘區(qū)，路線設計為6車道。該段有㈠個各種系統(tǒng)的平面控制點。經(jīng)過實地尋找，找出了7個，有4個被破壞，破壞中有2個國家11等點。在已找出的7個控制點中，國家測繪局系統(tǒng)1等點1個，111等點1個；城市測量系統(tǒng)點2個；總參軍控點3個。這些平面控制點分屬不同測量系統(tǒng)，且等級不同。為提高京珠國道粵境高速公路湯塘至廣州北二環(huán)段測設質(zhì)量，決定在國家測繪系統(tǒng)基礎進行控制點的加密。加密的控制點布市方案是：沿公路路線每10km布設一對點，加密點的精度要達到四等控制網(wǎng)的要求。

從GPS測量中，可以看出GPS具有很大的發(fā)展前景。首先，GPS作業(yè)有著極高的精度。它的作業(yè)不受距離限制，非常適合于國家大地點破壞嚴重的地區(qū)。它不受人為因素的影響。整個作業(yè)過程全由微電子技術，計算機技術控制，自動記錄、自動數(shù)據(jù)預處理、自動平差計算。第三、GPSRTK技術將徹底改變公路測量模式。RTK能實時地得出所在位置的空間三維坐標。這種技術非常適合路線，橋、隧勘察。它可以直接進行實地實時放樣。中樁測量、點位測量等。第四，GPS測量可以極大地降低勞動作業(yè)強度，減少野外砍伐工作量，提高作業(yè)效率。一般GPS測量作業(yè)效率為常規(guī)測量方法的3倍以上。第五，GPS高精度高程測量同高精度的平面測量一樣，是GPS測量應用的重要領域。特別是在當前高等級公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢下，往往由于這些地區(qū)地形條件的限制，實施常規(guī)的幾何水準測量有困難，GPS高程測量無疑是一種有效的手段。

導航系統(tǒng)與電子地圖，無線電通信網(wǎng)絡及計算機車輛管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，可以實現(xiàn)車輛跟蹤和交通管理等許多功能，如車輛跟蹤、出行路線的規(guī)劃和導航、信息查詢、話務指揮、緊急援助等.

車輛跟蹤：利用GPS和電子地圖可以實時顯示出車輛的實際位置，并任意放大、縮小、還原、換圖；可以隨目標移動，使目標始終保持在屏幕上還可以實現(xiàn)多窗口、多車輛、多屏幕同時跟蹤，利用該功能可對重要車輛和貨物進行跟蹤服務。

出行路線的規(guī)劃和導航：規(guī)劃出行路線是汽車導航系統(tǒng)的一項重要輔助功能，包括自動線路規(guī)劃和人工線路設計自動線路規(guī)劃由駕駛員確定起點和終點，由計算機軟件按照要求自動設計最佳行駛路線，包括最快的路線。最簡單的路線，通過高速公路路段次數(shù)最少的路線等人王線路設計由駕駛員根據(jù)自己的目的地設計起點。終點和途經(jīng)點等，自動建立線路庫。線路規(guī)劃完畢后，顯示器能夠在電子地圖上顯示設計路線，并同時顯示汽車運行路徑和運行方法.

信息查詢：為用戶提供主要物標，如旅游景點，賓館。醫(yī)院等數(shù)據(jù)庫，用戶能夠在電子地圖上根據(jù)需要進行查詢。查詢資料可以文字，語言及圖像的形式顯示，并在電子地圖上顯示其位置。同時，監(jiān)測中心可以利用監(jiān)測控制臺對區(qū)域內(nèi)任意目標的所在位置進行查詢，車輛信息將以數(shù)字形式在控制中心的電子地圖上顯示出來.

話務指揮：指揮中心可以監(jiān)測區(qū)域內(nèi)車輛的運行狀況，對被監(jiān)控車輛進行合理調(diào)度。指揮中心也可以隨時與被跟蹤目標通話，實行管理.緊急援助：通過GPS定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以對遇險或發(fā)生事故的車輛進行緊急援助。監(jiān)控臺的電子地圖可顯示求助信息和報警目標，規(guī)劃出最優(yōu)援助方案，并以報警聲，光提醒值班人員進行應急處理.

近些年來，國外研制了各種用于車輛誘導的系統(tǒng)，其中對車輛位置的實時確定主要依靠慣性測量系統(tǒng)以及車輪傳感器。隨著技術的發(fā)展，GPS將能接收基準站發(fā)射的信息，經(jīng)過差分處理便可計算出實時位置，然后把目前所處位置與所要到達的目標在道路網(wǎng)中進行優(yōu)化計算，最后在道路電子地圖上顯示出到達目標的最佳路線，為公安、消防、搶修、急救等車輛服務。