GPS在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用

范文濤 岳祥楠

摘要：GPS能夠提供高精度的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定位和導(dǎo)航信息，可以有效輔助解決城市交通擁堵、停車混亂等問(wèn)題。隨著現(xiàn)代交通系統(tǒng)不斷向著信息化、智能化的方向發(fā)展，GPS將發(fā)揮更重要的作用。本文綜合分析了GPS在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用形式，并以出租車GPS軌跡數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行了實(shí)例分析。

【關(guān)鍵詞】GPS；智能交通；交通管理

GPS （Global Positioning System）全稱“定時(shí)測(cè)距導(dǎo)航衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)”，是美國(guó)國(guó)防部為了滿足民用和軍用對(duì)三維導(dǎo)航和定位的需求而建立的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠全天候、多方位、全時(shí)段提供地球表面高精度的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)定位、授時(shí)、導(dǎo)航和測(cè)速的功能，因此應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，其中，在智能交通（智慧交通）領(lǐng)域的應(yīng)用，是近年來(lái)的一個(gè)重要的應(yīng)用方向之一。

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)城市機(jī)動(dòng)車保有量不斷增加，與交通有關(guān)的問(wèn)題越來(lái)越突出。智能交通系統(tǒng)基于3S（GPS、GIS、RS）技術(shù)，融合了物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、自動(dòng)控制、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)，使城市交通系統(tǒng)逐步具備感知、互聯(lián)、分析、預(yù)測(cè)、控制等能力，也是智慧城市在交通領(lǐng)域的具體體現(xiàn)。建立智能化交通系統(tǒng)，從而科學(xué)合理利用線路資源、有效加強(qiáng)交通管理，已經(jīng)成為我國(guó)推動(dòng)城市化建設(shè)和管理的重要戰(zhàn)略舉措。

1.智能交通系統(tǒng)（ITS）簡(jiǎn)介

智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transport System，簡(jiǎn)稱ITS）是指將先進(jìn)的信息技術(shù)、無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感與控制技術(shù)、以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等有機(jī)的集成起來(lái)運(yùn)用于整個(gè)交通運(yùn)輸管理體系，而創(chuàng)建的一種在大范圍發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效、全方位的綜合運(yùn)輸管理系統(tǒng)。ITS通過(guò)對(duì)道路、車輛以及人員的科學(xué)合理配置來(lái)提高交通運(yùn)輸效率，緩解交通擁堵情況，提升道路通過(guò)能力，降低交通事故的發(fā)生率，減輕環(huán)境污染。

智能交通系統(tǒng)運(yùn)用最成熟的是日本，美國(guó)、歐洲等地區(qū)也已經(jīng)普遍應(yīng)用。中國(guó)的智能交通系統(tǒng)發(fā)展十分迅速，目前，全國(guó)共有461個(gè)城市建成集接處警、信息采集、交通控制等功能于一體的交通指揮控制中心，404個(gè)城市實(shí)現(xiàn)了交通信號(hào)區(qū)域控制或主干道“綠波”控制。GPS的實(shí)時(shí)定位、導(dǎo)航及測(cè)速功能，為智能交通系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐，是系統(tǒng)得以有效運(yùn)行的基礎(chǔ)。

2.GPS在ITS中的應(yīng)用形式

GPS在城市道路交通管理和汽車導(dǎo)航等方面的應(yīng)用與研究已經(jīng)取得了顯著的成果，在ITS平臺(tái)上為交管部門(mén)提供治安管理、交通管理、電子警察、違法取證等諸多功能的數(shù)據(jù)支撐，下面分別從幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.1車輛運(yùn)營(yíng)管理

在公共交通中，對(duì)于公交車調(diào)度，可用于公交線路的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便向司機(jī)發(fā)送調(diào)度指令，及時(shí)調(diào)整線路運(yùn)行狀況；實(shí)時(shí)反饋車輛、路線、道路等相關(guān)數(shù)據(jù)，顯示車輛運(yùn)行的信息，以預(yù)測(cè)到站時(shí)間，為調(diào)度管理提供依據(jù)，同時(shí)方便乘客出行規(guī)劃。

基于GPS技術(shù)的支持和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，催生了方便快捷的“網(wǎng)約車”。“嘀嘀出行”、“美團(tuán)打車”等打車軟件的出現(xiàn)和普及，給人們?nèi)粘Ｉ钐峁┝藰O大的便利。其基本原理即是：基于GPS定位獲取車輛的實(shí)時(shí)位置，打車服務(wù)系統(tǒng)得以搜索距離乘客最近的空載車輛，并提供包括車牌號(hào)、預(yù)計(jì)等待時(shí)間和車主的聯(lián)系方式等信息，從而實(shí)現(xiàn)乘客和車輛的最佳對(duì)接，并全程進(jìn)行GPS導(dǎo)航和路線監(jiān)控，提供一定的安全保障。

2.2交通監(jiān)控

對(duì)交通流量的監(jiān)測(cè)，是基于GPS實(shí)時(shí)提供的道路定位信息，再與其他傳感器獲取的交通數(shù)據(jù)結(jié)合，對(duì)道路交通狀況進(jìn)行綜合分析，以提供各路段的實(shí)時(shí)交通流量，從而為交管部門(mén)的交通管控和擁堵預(yù)測(cè)提供支持。

車輛跟蹤，車輛的位置可以由GPS提供的定位信息實(shí)時(shí)顯示在電子地圖上，從而實(shí)現(xiàn)重要車輛或可疑車輛的實(shí)時(shí)跟蹤，并進(jìn)行運(yùn)行軌跡的記錄。

2.3 實(shí)時(shí)路線導(dǎo)航

出行路線規(guī)劃和實(shí)時(shí)導(dǎo)航，都是基于GPS提供的出發(fā)點(diǎn)和目的地的地理定位，再利用地理信息系統(tǒng)的空間分析功能，按要求規(guī)劃最佳出行路線供使用者選擇。要求可以包括時(shí)間最短的路線、距離最短的路線、紅綠燈較少的路線或大路優(yōu)先的路線等。結(jié)合實(shí)時(shí)路況，基于GPS定位數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)避開(kāi)擁堵路段，提供方便快捷準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)導(dǎo)航。

2.4交通安全管理

行車安全管理，通過(guò)對(duì)GPS定位信息的顯示和分析，可以針對(duì)一些不安全或者違反道路安全法律或規(guī)定的行為進(jìn)行識(shí)別，如超速行駛、車道偏離等?？梢詫?duì)識(shí)別出來(lái)的不安全或違法行為設(shè)置安全提醒，對(duì)于重要車輛和危險(xiǎn)行車還可以設(shè)置安全報(bào)警。

緊急援助，通過(guò)GPS定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)能夠?qū)τ龅诫U(xiǎn)情或發(fā)生事故的車輛或報(bào)警人員進(jìn)行準(zhǔn)確定位，從而確定最佳出警決策，提供快速援助。

交通事故分析，根據(jù)ITS系統(tǒng)中的GPS信息來(lái)重現(xiàn)發(fā)生的交通事故過(guò)程，可以根據(jù)當(dāng)時(shí)車輛的行駛路線、方向、速度等信息，輔助分析、確定事故原因，加快事故確認(rèn)和處理時(shí)間，并提高事故原因認(rèn)定的正確性和科學(xué)性，從而盡快恢復(fù)交通，盡可能提高道路交通運(yùn)行能力。

高速公路養(yǎng)護(hù)，由GPS野外手持設(shè)備提供準(zhǔn)確的定位數(shù)據(jù)，可將巡查到需要養(yǎng)護(hù)的地點(diǎn)上傳至高速公路養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，并能同時(shí)上傳情況說(shuō)明，以便后繼進(jìn)行統(tǒng)一的養(yǎng)護(hù)安排和準(zhǔn)備。

此外，隨著智能交通系統(tǒng)的普及和發(fā)展，GPS將在重要物品或危險(xiǎn)品的運(yùn)輸監(jiān)控、物流智慧配送、智慧停車等各個(gè)領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用，以促進(jìn)我國(guó)平穩(wěn)、高效、安全、低碳、清潔的現(xiàn)代交通運(yùn)輸體系的建設(shè)。

3.一個(gè)應(yīng)用案例：出租車GPS軌跡數(shù)據(jù)分析

下面以出租車的GPS軌跡數(shù)據(jù)為例，分析GPS的具體應(yīng)用模式。城市出租車由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，規(guī)模大，出租車司機(jī)對(duì)常跑區(qū)域的每一條路都非常熟悉，積累了豐富的路況經(jīng)驗(yàn)，知道什么時(shí)候車流量較大，知道哪些路段車比較少，為了節(jié)省時(shí)間多拉乘客以及降低能耗，他們往往能選擇最優(yōu)駕駛路線，因此，安裝在出租車上的GPS系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)對(duì)智能交通系統(tǒng)具有很重要的價(jià)值。

首先對(duì)出租車GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。案例采用的數(shù)據(jù)是微軟亞洲研究院公布的北京市2008年2月2日到2月8日為期一周的出租車GPS數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集包括8911輛出租車的軌跡數(shù)據(jù)，采樣間隔為1 min，數(shù)據(jù)主要包括車輛編號(hào)、CPS時(shí)間和經(jīng)緯度，文件格式為txt格式，數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 出租車 GPS數(shù)據(jù)示例

其中第一列表示車輛編號(hào)，第二列表示GPS時(shí)間，第三、四列分別表示GPS定位的經(jīng)度和緯度。首先利用cmd命令將txt文件格式的數(shù)據(jù)合并轉(zhuǎn)換成CSV表的文件格式，然后就可以導(dǎo)入GIS軟件平臺(tái)，將軌跡定位數(shù)據(jù)顯示在數(shù)字地圖上。案例使用了ESRI公司的ArcGIS軟件，以北京市數(shù)字地圖作為底圖，定位顯示出來(lái)的GPS軌跡點(diǎn)如圖2所示：

圖2 出租車GPS軌跡點(diǎn)分布圖

基于這些軌跡數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)各種有意義的分析。本例只進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的“停滯點(diǎn)”分析。根據(jù)GPS軌跡數(shù)據(jù)的時(shí)間屬性，可以提取車輛的“停滯點(diǎn)”，即乘客上下車的地點(diǎn)，從而可以進(jìn)一步分析乘客相對(duì)集中的乘車地點(diǎn)和出行趨勢(shì)，以及出租車相對(duì)集中的候車地點(diǎn)。停滯點(diǎn)分析如圖3所示。

圖3 停滯點(diǎn)分析

本例只分析了一周的城區(qū)數(shù)據(jù)。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以對(duì)車輛GPS設(shè)備實(shí)時(shí)獲取的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和深度分析，將能獲得更加豐富、有價(jià)值的成果，為城市動(dòng)態(tài)、靜態(tài)的交通管理和規(guī)劃，以及人們的日常出行提供更高效、更準(zhǔn)確的決策支持。

4.結(jié)束語(yǔ)

交通運(yùn)輸是國(guó)民經(jīng)濟(jì)之母，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和人民生活水平提高的關(guān)鍵。近年來(lái)，隨著智能交通系統(tǒng)在建設(shè)規(guī)模、應(yīng)用深度以及服務(wù)對(duì)象等方面的發(fā)展，逐步深度融合城市道路交通實(shí)時(shí)擁堵?tīng)顩r、公交、鐵路、民航等多方面的信息，GPS將在提升車輛智能化水平，加強(qiáng)車輛的智能化管理，提高公共交通和非機(jī)動(dòng)化出行的吸引力，提供動(dòng)態(tài)匹配服務(wù)、實(shí)現(xiàn)交通信息精確供給等諸多領(lǐng)域發(fā)揮更加廣泛和重要的作用。

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