車輛GPS的應用現(xiàn)狀及發(fā)展探討

姜輝

（大慶油田信息技術公司無線分公司，黑龍江 大慶 163453）

GPS全球定位系統(tǒng)在世界上受到廣泛的應用，可以同時完成授時、測距、導航與定位。剛開始出現(xiàn)GPS技術時，僅將其用作軍事方面，如飛機、船舶等。隨著科技水平不斷提升，開始將GPS技術應用在汽車的導航系統(tǒng)中。目前西方發(fā)達國家將GPS應用在車輛上已經極為普遍，因此我國還需要持續(xù)增強GPS在車輛中的應用效果，才能促進GPS應用的進一步發(fā)展。

1 GPS在車輛組合導航中的應用現(xiàn)狀

1.1 GPS-DR組合導航系統(tǒng)

DR是車輛的自主行位推算系統(tǒng)，將其與GPS技術互相結合，可以將二者的優(yōu)勢充分發(fā)揮，避免發(fā)生GPS信號中斷、屏蔽、DR使用時間較短的問題，可以增強車輛定位的精確性。我國在對這種組合導航進行研究時，經常會使用自適應聯(lián)合或擴展卡爾曼濾波算法，可避免出現(xiàn)計算誤差，還具備較高的精準度。

1.2 形成地圖匹配

將GPS與DR互相組合，若車輛行駛的區(qū)域道路的數(shù)量較多，不能使用電子地圖匹配技術，使用GPSDE系統(tǒng)可以將車輛的定位信息進行校正。若GPS-DR導航系統(tǒng)與數(shù)字地圖技術互相匹配，可以對車輛的各項輸出信息進行地圖匹配，從而使系統(tǒng)的準確性與可靠性獲得良好的改善。

1.3 捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)

捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)是GPS-SNS，其中包含3個陀螺儀與3個加速度計，其安裝的方式為互相垂直，這種裝置會被直接裝設在載體上。捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)結合了GPS與SNS系統(tǒng)的共同優(yōu)點，還可以有效規(guī)避二者的缺點，可以使組合導航的功能性更強，也成為GPS在車輛中應用的主要發(fā)展趨勢，也可以將捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)應用在軍車中。我國的國防科技大學對捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)進行了深入研究，構建了將神經元狀態(tài)作為基礎的捷聯(lián)慣性導航車載組合導航系統(tǒng)信息融合模型，還研發(fā)了激光陀螺捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)，但這種系統(tǒng)花費的成本較高，經濟效益較低。

1.4 GPS-MMS

GPS-MMS系統(tǒng)主要由微機電系統(tǒng)器件構成，其中包含3只微機械加速度計、3只微機械陀螺儀、附加電子線路。MMS作為新投入使用的慣性測量系統(tǒng)，無論是重量、成本、壽命等方面都具備較強的優(yōu)勢。但其自主性較低，可靠性也較低，很容易受到外界的干擾，因此將GPS與MMS互相組合，可以取長補短，提升數(shù)據(jù)的更新效率，避免在導航定位時出現(xiàn)誤差，增強系統(tǒng)整體的可靠性與抗干擾性能。

1.5 GPS-GLONASS

GLONASS是由前蘇聯(lián)研發(fā)成功并由俄羅斯進行發(fā)展的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其功能與GPS類似，將二者互相組合，可以增強系統(tǒng)整體的可視衛(wèi)星數(shù)目，使衛(wèi)星幾何位置的配置獲得改善，從而增強系統(tǒng)的觀測完整性與可靠性。由于投入資金較少，GLONASS系統(tǒng)在軌正常運行的健康衛(wèi)星數(shù)量較少，會對GPS-GLONASS系統(tǒng)的正常運行產生一定影響。

2 GPS在車輛主動安全控制中的應用現(xiàn)狀

將GPS應用在車輛的主動安全控制時，主要是對DGPS、慣性傳感器等方面的數(shù)據(jù)進行融合，從而加強對車輛的控制效果。在使用GPS對車輛主動安全進行控制時，包括車輛的縱向、橫向、側向、轉向等方面控制，通過將GPS與其他傳感器共同組合，可以形成有效的車輛綜合控制系統(tǒng)。

2.1 對車輛行駛軌跡進行動態(tài)實時監(jiān)控

從21世紀開始，美國的SA政策取消，增強了民用C/A碼的定位精度與準確性，從而幫助更多學者開始對GPS在車輛的固定坐標系中各方向運動的控制能力進行更加深入、仔細的研究。在1999年，就已經將DGPS作為對車輛進行測量的唯一傳感器，從而將車輛的橫縱向運動進行控制。

2.2 增強對車輛穩(wěn)定性的控制力度

車輛在運行過程中，需要確保良好的穩(wěn)定性能，才能增強車輛行駛的安全性，避免各種安全事故的發(fā)生。將GPS應用在車輛中，可以加強車輛穩(wěn)定性的控制效果，GPS技術可以將車輛的相關參數(shù)進行速度測量，控制系統(tǒng)收到GPS測量的數(shù)據(jù)后，可以調整車輛的行駛速度、姿態(tài)等方面，從而增強車輛在駕駛時的穩(wěn)定性。

3 GPS在智能交通與自動駕駛中的應用現(xiàn)狀

3.1 在智能交通系統(tǒng)中的應用

在智能交通系統(tǒng)中包含通信、計算機技術、工業(yè)等多個行業(yè)領域。將GPS應用在智能交通系統(tǒng)中，可以促進這些行業(yè)獲得良好的發(fā)展。使用GPS技術將車流主干道的平均車流速度進行測量，可以對各種交通容量情況下的車輛占比進行勘測，從而對主干道車輛行駛的平均速度進行準確評估。

3.2 對自動駕駛進行計算

隨著社會科技水平的不斷進步，自動駕駛成為車輛未來的主要發(fā)展趨勢，從而使各界學者加強對車輛自動駕駛控制系統(tǒng)進行更加深入的研究。日本在這方面的研究成果較多，例如尼桑汽車公司設計了車輛的轉向平順性駕駛員協(xié)調系統(tǒng)，其中將RTK-GPS互相結合，可以加強車輛的分布式控制效果，避免道路行駛中存在的誤差。

4 GPS可以對車輛狀態(tài)參數(shù)進行評估

4.1 對車輛狀態(tài)參數(shù)的評估

通過對車輛行駛過程中的運動狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)測與分析，可以提升對車輛行駛穩(wěn)定性的評價水平，還可以對車輛控制系統(tǒng)中的變量進行有效控制。將GPSRTK互相結合，可以設計車輛道路試驗RIK五輪儀，從而對車輛在行駛過程中的動態(tài)軌跡進行準確測量，加強對車輛運動性能的評價效果。

4.2 對車輛外在環(huán)境參數(shù)進行評估

將GPS應用在車輛的外在環(huán)境參數(shù)評估中，可以對車輛在行駛過程中產生的重要參數(shù)進行評估，例如車輛行駛時輪胎與路面產生的摩擦系數(shù)、道路坡度與道路的特點形狀分析等。結合ABS系統(tǒng)，與自動車道保持道路的整體適應性。

5 GPS應用的問題與發(fā)展趨勢探討

在車輛中應用GPS技術已經是未來的主要發(fā)展趨勢，因此在未來，需要將GPS的應用效果不斷提升，才能加強GPS在車輛中的應用效率。可以從以下兩方面進行：第一，硬件方面。需要加強對成本的控制，使用微慣導元件與GPS接收機互相組合，形成效率更高的接收系統(tǒng)。第二，算法方面。目前經常使用的算法包括卡爾曼聯(lián)合濾波導航算法、D-S證據(jù)理論、自適應神經網絡算法等，這些算法都具備較強的局限性，因此在未來應使用更加高效、便捷的信息融合算法，才能解決GPS在車輛應用中存在的問題。另外，使用濾波模型時，可以對GPS應用在車輛中的噪聲進行統(tǒng)計，在未來主要的研究方向是自適應算法與誤差補償技術。

交通運輸系統(tǒng)的主要特點是由大量的車輛來構成，將GPS應用在車輛中，除了使用導航功能外，還需要對其他的功能進行研究與拓展。將GPS與先進的通訊技術互相結合，可以對道路交叉口的車流量進行有效控制，從而將GPS應用在車輛中的更高級功能與效果充分發(fā)揮。對交通流量進行控制是紅綠燈的定時控制功能，如果在未來GPS成為車輛的必備功能，那么對道路交叉口的自動控制就可以實現(xiàn)，可以將GPS與流量監(jiān)控系統(tǒng)互相結合，將道路資源更加合理地對每一輛車輛進行分配。這樣不僅可以將城市道路交通條件進行有效改善，還可以對日益緊張的道路資源形成合理劃分與高效應用。

GPS在未來不僅可以應用在交通系統(tǒng)的宏觀控制中，使用GPS還可以對車輛的行駛狀態(tài)參數(shù)進行更加準確的測試，可以將這方面問題看作GPS未來發(fā)展中的微觀問題。將GPS應用在這方面，可以加強對車輛試驗測試與動力學方面的控制效果。目前經常使用的雙天線GPS監(jiān)測辦法評估的準確性較低，效率也不高，不能充分滿足實時性等多方面的要求。若車輛的速度達到200HZ或更高，就需要把GPS當做輔助，對車輛慣性進行測量，但這種辦法會花費較高的成本。因此需要將簡單、容易測量的參數(shù)作為基礎，使用軟測量等各種方法，對車輛的行駛變量進行監(jiān)測，從而減少相關的成本費用，還可以增強GPS應用在車輛中的靈活性。

6 結語

科技水平的不斷進步，使GPS被更加多元化地應用在車輛中，不僅作為車輛的定位導航系統(tǒng)，還可以從多方面對車輛進行控制。另外，將GPS接收系統(tǒng)當做更加精確的車輛位置、速度傳感器，可以對車輛的行駛狀態(tài)進行更加復雜、準確的參數(shù)測量，加強控制效果。因此通過不斷的實踐與努力，才能將GPS更加高效地應用在車輛中，促進我國交通運輸行業(yè)實現(xiàn)穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展。