GPS系統(tǒng)在交通運(yùn)輸工程中的應(yīng)用研究

黃共

摘 要：GPS能夠提供高精度的動態(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。GPS在交通工程控制網(wǎng)、外控點(diǎn)等諸多方面的科學(xué)性得到了實(shí)踐的驗(yàn)證，提高了交通運(yùn)輸工程網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的精度與效率。

關(guān)鍵詞：GPS系統(tǒng);公路;交通運(yùn)輸工程

GPS系統(tǒng)有三大子系統(tǒng)構(gòu)成：一是空間部分，GPS衛(wèi)星星座;二是地面控制部分，地面監(jiān)控系統(tǒng);三是用戶設(shè)備部分，GPS信號接收機(jī)。目前國際上，GPS在交通運(yùn)輸工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。實(shí)時(shí)智能車輛監(jiān)控系統(tǒng)GIS、交通智能化管理ITM都需要借助GPS數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)作用，通過GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，把相關(guān)的交通道路信息發(fā)往控制中心，信息在經(jīng)過處理后再傳輸?shù)礁鞅O(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過電子地圖實(shí)時(shí)把控道路的運(yùn)輸情況。

一、交通運(yùn)輸工程中的GPS支持技術(shù)

（1）電子地圖技術(shù)。電子地圖是對道路空間信息的可視化產(chǎn)品，在時(shí)下日常生活中已經(jīng)得到了越來越多的應(yīng)用。電子地圖是整個(gè)GPS系統(tǒng)成型的基礎(chǔ)，是對電子數(shù)據(jù)信息的直觀反映，方便用戶查看周邊的道路交通環(huán)境，是智能化交通運(yùn)輸工程的數(shù)據(jù)輸出終端。

（2）智能導(dǎo)航技術(shù)。智能導(dǎo)航，是在電子地圖的基礎(chǔ)上，對道路交通信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與建模，建立多種不同的信息組織機(jī)制及流程控制機(jī)制，并根據(jù)用戶的選擇，實(shí)時(shí)引導(dǎo)車輛在經(jīng)濟(jì)方便的道路上行駛，部分替代人們的主觀作用。目前，應(yīng)用最為廣泛的依然是GPS智能導(dǎo)航，我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也在發(fā)展當(dāng)中，對于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、電子地圖、語音提示、測速等功能具有進(jìn)一步的技術(shù)支撐。

（3）無線通信技術(shù)。無線通信技術(shù)主要用于實(shí)現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)信息與用戶終端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，是信息傳遞的橋梁。目前，GPS系統(tǒng)采用的無線通信技術(shù)多是較為成熟的公共移動通信網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣且技術(shù)成熟，可靠性高。GPRS網(wǎng)、CDMA1X是較為先進(jìn)的無線通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率更高。GPRS網(wǎng)的理論傳輸速度100kbps，CDMA1X網(wǎng)絡(luò)是世界各國采用的第三代移動通信技術(shù)中，技術(shù)最成熟、商用化最快的，該網(wǎng)絡(luò)采用反向相干解調(diào)、前向快速功率控制等技術(shù)，理論帶寬可以達(dá)到300kb/s，目前實(shí)際應(yīng)用中采用雙向?qū)ΨQ傳輸，帶寬在100kb/s左右，傳輸速率高于GPRS，在中高速數(shù)據(jù)傳輸方面更有優(yōu)勢。

二、GPS系統(tǒng)在交通運(yùn)輸中的應(yīng)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(dǎo)線形式，包括附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線、結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線等導(dǎo)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(shè)成三角網(wǎng)，線形鎖等形式。GPS測量主要有以下特點(diǎn)：

（1）測站之間無需通視。測站間相互通視一直是測量學(xué)的難題。GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)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(jī)基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標(biāo)稱精度為5mm+5ppm。GPS測量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。大量實(shí)驗(yàn)證明，在小于50公里的基線上，其相對定位精度可達(dá)12x10的負(fù)6次方，而在100～500公里的基線上可達(dá)10的負(fù)6次～10的負(fù)7次。（3）觀測時(shí)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(shí)間即可。（4）提供三維坐標(biāo)。GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時(shí)，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(wù)是安裝并開關(guān)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(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。

2、GPS在ITS（智能交通系統(tǒng)）中的應(yīng)用

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平臺上為交管部門提供治安管理、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)營管理

在公共交通中，對于公交車調(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”?！班粥殖鲂小?、“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、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

對交通流量的監(jiān)測，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，從而為交管部門的交通管控和擁堵預(yù)測提供支持。

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，通過對GPS定位信息的顯示和分析，可以針對一些不安全或者違反道路安全法律或規(guī)定的行為進(jìn)行識別，如超速行駛、車道偏離等?？梢詫ψR別出來的不安全或違法行為設(shè)置安全提醒，對于重要車輛和危險(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信息來重現(xiàn)發(fā)生的交通事故過程，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)。

結(jié)語：GPS技術(shù)在道路工程修建及交通運(yùn)輸中作用明顯，可以提供傳統(tǒng)方式無法匹及的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，方便了道路的施工、車輛的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了對交通運(yùn)輸?shù)膶?shí)時(shí)調(diào)控，盡可能的避免擁堵。在科技飛速發(fā)展的今天，GPS 系統(tǒng)技術(shù)在交通運(yùn)輸工程中必然得到進(jìn)一步的升級革新，發(fā)展空間巨大。

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