GPS系統(tǒng)在交通運輸工程中的應用研究

黃共

摘 要：GPS能夠提供高精度的動態(tài)實時定位和導航信息，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)、外控點等諸多方面的科學性得到了實踐的驗證，提高了交通運輸工程網(wǎng)絡運行的精度與效率。

關鍵詞：GPS系統(tǒng);公路;交通運輸工程

GPS系統(tǒng)有三大子系統(tǒng)構成：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);三是用戶設備部分，GPS信號接收機。目前國際上，GPS在交通運輸工程領域應用廣泛。實時智能車輛監(jiān)控系統(tǒng)GIS、交通智能化管理ITM都需要借助GPS數(shù)據(jù)的基礎作用，通過GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，把相關的交通道路信息發(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時把控道路的運輸情況。

一、交通運輸工程中的GPS支持技術

（1）電子地圖技術。電子地圖是對道路空間信息的可視化產品，在時下日常生活中已經(jīng)得到了越來越多的應用。電子地圖是整個GPS系統(tǒng)成型的基礎，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，是智能化交通運輸工程的數(shù)據(jù)輸出終端。

（2）智能導航技術。智能導航，是在電子地圖的基礎上，對道路交通信息數(shù)據(jù)進行分析與建模，建立多種不同的信息組織機制及流程控制機制，并根據(jù)用戶的選擇，實時引導車輛在經(jīng)濟方便的道路上行駛，部分替代人們的主觀作用。目前，應用最為廣泛的依然是GPS智能導航，我國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)也在發(fā)展當中，對于實現(xiàn)導航、電子地圖、語音提示、測速等功能具有進一步的技術支撐。

（3）無線通信技術。無線通信技術主要用于實現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)信息與用戶終端的實時數(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多是較為成熟的公共移動通信網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡覆蓋范圍廣且技術成熟，可靠性高。GPRS網(wǎng)、CDMA1X是較為先進的無線通信網(wǎng)絡，傳輸速率更高。GPRS網(wǎng)的理論傳輸速度100kbps，CDMA1X網(wǎng)絡是世界各國采用的第三代移動通信技術中，技術最成熟、商用化最快的，該網(wǎng)絡采用反向相干解調、前向快速功率控制等技術，理論帶寬可以達到300kb/s，目前實際應用中采用雙向對稱傳輸，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)在交通運輸中的應用

1、公路測量

公路路線—般處在一條帶狀走廊內。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、結點導線等導線網(wǎng)形式。對于重要構造物如大橋。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+1ppm，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12x10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，任何時間連續(xù)地進行，一般不受天氣狀況的影響。

2、GPS在ITS（智能交通系統(tǒng)）中的應用

GPS在城市道路交通管理和汽車導航等方面的應用與研究已經(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，下面分別從幾個方面進行分析。

2.1車輛運營管理

在公共交通中，對于公交車調度，可用于公交線路的實時監(jiān)控，以便向司機發(fā)送調度指令，及時調整線路運行狀況;實時反饋車輛、路線、道路等相關數(shù)據(jù)，顯示車輛運行的信息，以預測到站時間，為調度管理提供依據(jù)，同時方便乘客出行規(guī)劃。

基于GPS技術的支持和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，催生了方便快捷的“網(wǎng)約車”。“嘀嘀出行”、“美團打車”等打車軟件的出現(xiàn)和普及，給人們日常生活提供了極大的便利。其基本原理即是：基于GPS定位獲取車輛的實時位置，打車服務系統(tǒng)得以搜索距離乘客最近的空載車輛，并提供包括車牌號、預計等待時間和車主的聯(lián)系方式等信息，從而實現(xiàn)乘客和車輛的最佳對接，并全程進行GPS導航和路線監(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實時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)結合，對道路交通狀況進行綜合分析，以提供各路段的實時交通流量，從而為交管部門的交通管控和擁堵預測提供支持。

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

2.3 實時路線導航

出行路線規(guī)劃和實時導航，都是基于GPS提供的出發(fā)點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。結合實時路況，基于GPS定位數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)避開擁堵路段，提供方便快捷準確的實時導航。

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)定的行為進行識別，如超速行駛、車道偏離等。可以對識別出來的不安全或違法行為設置安全提醒，對于重要車輛和危險行車還可以設置安全報警。

緊急援助，通過GPS定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)能夠對遇到險情或發(fā)生事故的車輛或報警人員進行準確定位，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)當時車輛的行駛路線、方向、速度等信息，輔助分析、確定事故原因，加快事故確認和處理時間，并提高事故原因認定的正確性和科學性，從而盡快恢復交通，盡可能提高道路交通運行能力。

高速公路養(yǎng)護，由GPS野外手持設備提供準確的定位數(shù)據(jù)，可將巡查到需要養(yǎng)護的地點上傳至高速公路養(yǎng)護系統(tǒng)，并能同時上傳情況說明，以便后繼進行統(tǒng)一的養(yǎng)護安排和準備。

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品的運輸監(jiān)控、物流智慧配送、智慧停車等各個領域獲得更廣泛的應用，以促進我國平穩(wěn)、高效、安全、低碳、清潔的現(xiàn)代交通運輸體系的建設。

結語：GPS技術在道路工程修建及交通運輸中作用明顯，可以提供傳統(tǒng)方式無法匹及的精準數(shù)據(jù)，方便了道路的施工、車輛的監(jiān)控，實現(xiàn)了對交通運輸?shù)膶崟r調控，盡可能的避免擁堵。在科技飛速發(fā)展的今天，GPS 系統(tǒng)技術在交通運輸工程中必然得到進一步的升級革新，發(fā)展空間巨大。

參考文獻：

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