GPS系统在交通领域中的应用及展望.pdf

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1、2003年第2期(总第108期)黑龙江交通科技HEI LONGJIANGJIAOTONG KE JINo. 2 ,2003(Sum No. 108)GPSGPS系统在交通领域中的应用及展望系统在交通领域中的应用及展望张伟宏1,胡劲松2,王力强3(11 黑龙江省国际工程咨询公司黑龙江省国际工程咨询公司;哈尔滨工业大学交通科学与工程学院哈尔滨工业大学交通科学与工程学院;31 黑龙江省交通科学研究所黑龙江省交通科学研究所)摘摘要要:GPS定位导航系统在普通车辆中已日益普及,广泛应用于车辆的管理与监控,然而GPS系统在交通规划中的应用还很少见到。随着GPS在民用车辆中的日益普及,GPS导航定位系统在交

2、通规划领域中的开发和应用正在酝酿着重大的突破。主要介绍了GPS系统的定位原理和主要功能及在交通应用方面的现状,对GPS在交通规划领域中的应用做了展望,并对GPS在交通规划理论上的影响做了简要探讨。关键词关键词:GPS系统;交通规划;交通调查;预测中图分类号中图分类号:U41911+2文献标识码文献标识码:C文章编号文章编号:1008 - 3383(2003)02 - 0061 - 021 1引引言言目前, GPS应用的范围越来越广,它被称为是“第四代导航系统”,是继阿波罗登月、 航天飞机之后的第三大航天工程。GPS正在从高技术应用领域走向日常生活,其袖珍式手持机价格已降至200400美元 。美

3、国1997年2月的未来学家 杂志预从原理上讲, GPS观测的是距离。通过所测量到的距离与卫星位置之间的关系,反推出所要确定的位置在W GS84 (美国国防测绘局建立的全球测地坐标系统)坐标系中的三维坐标。112GPS发展现状GPS接收机已经进入了模型集成化的的阶段,计未来30年中“人人将接触GPS ,大大改变人类的生活方式” 。卫星导航系统将作为海洋航路、 大陆航路和终端的单一导航手段,这当中陆地导航定位将是卫星系统最多的用户。GPS已经给民用航空的导航方式带来革命性变化,它也正在陆地导航定位方面掀起一场革命性的变化。按目前计算机和通信技术的发展速度,可以预料在不远的将来, GPS导航系统将和

4、车辆内的音响设备或空调设备一样,成为标准配置 。GPS全球 、 全时 、 全天候 、 精密 、 适时 、 近乎连续因此其使用效益已变的非常可观。同时也使这样技术能够被每个人利用并获得利益。今天, GPS已经应用到了各个领域,如:汽车 、 飞机 、 轮船 、 建筑 、 移动制导 、 农业,很快GPS将成为人们生活中最基本的,如同电话样的生活必须品。美国政府提供给民用用户的是粗捕获码( CA码) ,并且对GPS用户实行了SA政策,使卫星的轨道参数增加了很大的误差,卫星钟差和星历误差也显著增加,使原来的实时定位精度 从15m降 至100 m ,致使一些对定位精度要求稍高的用户得不到满足 。现在,利用

5、差分技术能消除这一部分误差,而且随着美国政府逐步减少对民用码的干扰及进一步对民用用户开放军用的精密码( P码) ,普通用户的定位精度也日益提高,实时定位精度已经能提高到10 m以内 。中国正在着手建立自己的全球定位系统,已发射的几颗军用定位卫星暂时还无法覆盖全球,但是随着发射升空的卫星数量的增多,国产的GPS定位系统投入使用将不会是很遥远的事情。的特点使得管理机构可以对每一辆车全程监控,可以预计, GPS在交通管理、 控制方面的应用将会继续深入;而随着GPS在陆地车辆导航定位方面的应用日益普及,使得管理机构能获得适时、 精确 、 全程连续的交通流数据,这将导致目前的代价高昂但精度不高的交通数据

6、采集方式被彻底抛弃,而由此带来的变化将极大地影响现有的交通规划理论。1 1GPSGPS定位原理及发展现状定位原理及发展现状111GPS定位原理全球定位系统(以下简称GPS )是由24颗卫星及他们的地面部分组成的、 全球性的无线导航系统。它采用了人造卫星作为动态已知参考点去计算地面米级精度的点位。而事实上,用户可以通过比较的方法来获得优于厘米级的测量精度。感觉上好象是将地面上每平方米都赋予卫星上每一个唯一的地址,只要你对号入座就好了。113GPS系统的缺陷与改进GPS应用于车辆定位具有非常好的前景。但是一些具体技术问题仍需解决,例如城市的电磁干扰 、 信号反射、 楼房遮挡、 树木对信号的减弱,以

7、及接受机的价格等。这当中,卫星信号被遮挡而导致跟踪定位失准是GPS的致命弱点,尤其在城市高楼区 。然而,在交通管理中,车辆跟踪的多数用途需要精确 、 连续的定位,这只能借助另外的传感器来补充黑龙江交通科技2003年62GPS的缺陷 。安全保障,还可以大大缩小高速公路上车辆间的车头时距,这将改变现有的车辆跟车模型。车头时距的缩小有助于提高高速公路的通行能力。目前,解决车辆在卫星信号被遮挡的“信号盲区” 无法定位的问题主要采用相对推断定位装置来完成,比如罗盘、 速度表 、 里程表等。这些装置可以以所行距离的1 %2 %的精确度确定水平坐标。惯性系统能用来更准确地确定相对平面坐标,但目前其价格太昂贵

8、,因而难以应用于普通车辆的自动定位导航系统。3 3GPSGPS在交通规划领域中应用和展望在交通规划领域中应用和展望GPS在交通规划中的应用目前还鲜有研究,但是随着GPS技术的成熟和GPS用户接受机日益普及, GPS在交通规划领域的应用正在酝酿着一场重大突破 。2 2GPSGPS在车辆导航监控方面的应用在车辆导航监控方面的应用211车辆监控、 调度系统传统的车辆监控、 调度系统一般采用对讲机之间的通话来实现,但这种方式在车辆超过10辆以后,调度人员就难以应付了。为此,建立以指挥中心为基地,全面 、 实时 、 动态地掌握和调度系统内的车辆成为急需解决的一个问题。因此,各国正在研究利用GPS组合导航

9、技术来进行车辆监控、 调度 。利用GPS进行车辆监控、 调度的好处在于可以充分的利用计算机进行自动化、 智能化的监控管理,大大地减少人为的差错及减少管理人员的工作量。并且,随着计算机和通信技术的发展,管理系统可以同时对大量车辆进行监控和调度,这使得实现大区域或全国联网的车辆定位系统成为可能;并可以建立城市内的车辆实时管理系统,使得城市交通管理控制水平迈入自动化、 智能化 。图1是由北京某公司提供的车辆定位查询例子 。三角号表示运行中的车辆,圆形表示停驶的车辆 。311在交通数据采集管理中的应用由上面211中的例子可以看出,监控系统可以实时监测每辆车任意时刻的位置及保存行驶轨迹。如果将来每辆车都

10、必须配置GPS (这种强制性要求有助于车管部门对全市车辆进行监控管理,尤其象北京这样交通拥挤的特大城市) ,车管部门的管理系统将可以统计每小时、 每一天或者每年的任意路段上的交通流量,而这些精确的流量数据将是交通管理和规划必需的基础。英国的交通管理部门甚至还希望在此系统上实现收费功能,由记录的车辆行驶路线和距离计算该车该年度应缴纳的道路使用费。312与地理信息系统结合目前正在发展中的以GPS定位为主体的地理信息系统( GIS )将大有前途。地理信息系统与GPS系统的结合,可以建立综合交通规划空间信息管理分析系统,不仅极大地增强了交通网络处理的直观性 、 可操作性,而且能提高交通规划的工作效率。

11、313基于GPS技术的交通规划理论的变革探讨及展望以土地利用和出行吸引模型为基础的交通规划目前仍有其不可替代的优点,但是其前期准备工作的复杂与花费巨大及其在精度上的不准确性和不确定性,导致了规划结果往往不尽人意。由于GPS系统可以全时、 全天候 、 精密 、 适时 、近乎连续的对交通流进行交通观测与统计,这个过程几乎是完全自动化,省却了大量人力,而其得出的连续 精 密 的 结 果 是 交 通 规 划 极 为 重 要 的 基 础 数图图1北京某公司提供的定位管理系统示例北京某公司提供的定位管理系统示例据 。GPS监控数据与GIS系统的结合,可以描述每212智能车路系统基于上述的车辆监控、 调度系

12、统,配合GPS在导航上的应用技术,可以建成智能车路系统。在市区,智能车路系统可以实现路径诱导功能,提供实时道路交通信息,并配合预设的计算程序,可以确定到达目的地的最优路径。另外,配合GPS提供的车辆到达信息,可以进行信号交叉口感应控制。在高速公路上,智能车路系统可以实现车辆自动驾驶的功能,这个功能不仅可以提高高速公路的小时每条道路上的交通量,如果能够取得连续若干天的路网流量数据,结合相应的预测模型,比如神经网络模型,就可以预测隔日的任意小时的路网交通流量和负荷度,这种短期交通预测有助于管理部门在交通拥挤发生前及时采取措施。如果能够获得连续数年的精确交通流量资料,配合城市的土地利用规划和城市经济发展,甚至可以做长期的流量预测。收稿日期收稿日期:2002 - 11 - 13