ＧＰＳ系統(tǒng)在交通運輸工程中的技術及其應用淺析

摘要：GPS在交通工程中的應用，目前主要是用于建立各種道路工程控制網(wǎng)及測定航測外控點等。隨著高等級套路的迅速發(fā)展，對勘測技術提出了更高的要求，由于線路長，已知點少，因此，用常規(guī)測量手段不僅布網(wǎng)困難，而且難以滿足高精度的要求。目前，國內(nèi)已逐步采用GPS技術建立線路首級高精度控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設導線加密。本文主要論述了GPS系統(tǒng)在交通運輸中的主要技術手段及其應用情況。

關鍵字 GPS系統(tǒng)；技術；應用

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。G1S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，解算出共定位信息，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。

一、GPS系統(tǒng)在交通運輸中的技術

1、無線移動通信技術

目前，為了取得廣泛的覆蓋范圍和降低系統(tǒng)投入成本，GPS系統(tǒng)普遍采用成熟的公共移動通信網(wǎng)作為通信通道。當前GPS可用的較先進的通信網(wǎng)為GPRS網(wǎng)和CDMA 1X?；贕PRS網(wǎng)的傳輸速度理論可以達到100kbps以上，而2003年正式開通的CDMA IX網(wǎng)絡，由于采用了反向相干解調(diào)、前向快速功率控制等技術，理論帶寬可達300kb/s，目前實際應用帶寬在100kb/s左右(雙向?qū)ΨQ傳輸)，傳輸速率高于GPRS，可提供更多的中高速率業(yè)務。

2、智能導航終端

在國內(nèi)，安華北斗、奧星等公司最近已推出支持CDMA 1x通信功能的GPS導航設備，與國外導航設備功能大致相當，能夠?qū)崿F(xiàn)導航功能、電子地圖、轉(zhuǎn)向語音提示功能、定位功能、測速功能、顯示航跡。

3、電子地圖：

智能交通系統(tǒng)的大部分信息都需要通過電子地圖來表示，電子地圖作為空間信息特別是交通信息的可視化產(chǎn)品，將交通路線及周圍環(huán)境以視覺感受的方式傳輸給用戶。

二、GP$系統(tǒng)在交通運輸中的應用

1、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+Ippm，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12×10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，量取儀器商和監(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響。

2、網(wǎng)絡GPS

網(wǎng)絡GPS就是指在互聯(lián)網(wǎng)上建立起來的一個公共GPS監(jiān)控平臺，它同時融合了衛(wèi)星定位技術、GMS數(shù)字移動通信技術以及國際互聯(lián)網(wǎng)技術等多種目前世界上先進的科技成果。網(wǎng)絡GPS綜合了internet與GPS的優(yōu)勢與特色，取長補短，從而解決了原來使用GPS所無法克服的障礙。首先，其可降低投資費用。網(wǎng)絡GPS免除了物流運輸公司自身設置監(jiān)控中心的大量費用，其不僅包括各種硬件，還包括各種管理軟件。其次，網(wǎng)絡GPS一方面利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)無地域限制的跟蹤信息顯示，另一方面又可通過調(diào)協(xié)不同權(quán)限做到信息的保密。

3、GPS導航

三維導航是GPs的旨要功能，飛機、船舶、地面車輛以及步行者都可利用GPS導航接收器進行導航。汽車導航系統(tǒng)是在GPS的基礎上發(fā)展起來的一門新技術。它由GPS導航、自律導航、微處理器、車速傳感器、陀螺傳感器、CD ROM驅(qū)動器、LCD顯示器組成．

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。