GPS在現(xiàn)代交通運(yùn)輸中的應(yīng)用(1)

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）是美軍70年代初在"子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航定位"技術(shù)上發(fā)展起來的具有全球性、全能性（陸地、海洋、航空與航天）、全天候優(yōu)勢的導(dǎo)航定位、定時(shí)、測速系統(tǒng)，由空間衛(wèi)星系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、用戶接收系統(tǒng)三大子系統(tǒng)構(gòu)成，已廣泛應(yīng)用于軍事和民用等眾多領(lǐng)域。在發(fā)達(dá)國家，GPS技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于交通運(yùn)輸和道路工程之中。目前，我國在這方面的應(yīng)用還剛剛起步。
　　
　　 GPS在道路工程中的應(yīng)用
　　 在道路工程中，GPS目前主要用于建立各種道路工程控制網(wǎng)及測定航測外控點(diǎn)等。高等級公路的迅速發(fā)展對勘測技術(shù)提出了更高的要求，由于線路長、已知點(diǎn)少，因此，用常規(guī)測量手段不僅布網(wǎng)困難，而且難以滿足高精度的要求。目前，國內(nèi)已逐步采用GPS技術(shù)建立線路首級高精度控制網(wǎng)，如滬寧、滬杭高速公路的上海段就是利用GPS建立了首級控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設(shè)導(dǎo)線加密。實(shí)踐證明，在幾十公里范圍內(nèi)的點(diǎn)位誤差只有2cm左右，達(dá)到了常規(guī)方法難以實(shí)現(xiàn)的精度，同時(shí)大大提前了工期。浙江省測繪局利用Wild 200 GPS接收機(jī)的快速靜態(tài)定位功能，實(shí)測了線路的全部初測導(dǎo)線，快速、高精度地建立了數(shù)百公里的高速公路控制網(wǎng)，取得了良好的效果。

　　 GPS技術(shù)同樣應(yīng)用于特大橋梁的控制測量中。由于無需通視，可構(gòu)成較強(qiáng)的網(wǎng)形，提高點(diǎn)位精度，同時(shí)對檢測常規(guī)測量的支點(diǎn)也非常有效。如在江陰長江大橋的建設(shè)中，首先用常規(guī)方法建立了高精度邊角網(wǎng)，然后利用GPS對該網(wǎng)進(jìn)行了檢測，GPS檢測網(wǎng)達(dá)到了毫米級精度，與常規(guī)精度網(wǎng)的比較符合較好。GPS技術(shù)還在隧道測量中具有廣泛的應(yīng)用前景，其測量無需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，因此，速度快、精度高，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

　　 差分動(dòng)態(tài)GPS在道路勘測方面主要應(yīng)用于數(shù)字地面模型的數(shù)據(jù)采集、控制點(diǎn)的加密、中線放樣、縱斷面測量以及無需外控點(diǎn)的機(jī)載GPS航測等方面。1994年6月，在同濟(jì)大學(xué)試驗(yàn)了KART實(shí)時(shí)相位差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在1km范圍內(nèi)達(dá)到了優(yōu)于2cm的精度，因此，能夠用于線路控制網(wǎng)的加密。GPS測量包含有三維信息，可用于數(shù)字地面模型的數(shù)據(jù)采集、中線放樣以及縱斷面測量。在中線平面位置放樣的同時(shí)，可獲得縱斷面，在中線放樣中需實(shí)時(shí)把基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)鏈傳到移動(dòng)站，從而提供移動(dòng)站的實(shí)時(shí)位置。由于GPS儀器不像經(jīng)緯儀那樣可以指示方向，因此，需與CAD系統(tǒng)相結(jié)合，從而可在計(jì)算機(jī)屏幕上看到目前位置與設(shè)計(jì)坐標(biāo)之間的差異。機(jī)載動(dòng)態(tài)差分GPS應(yīng)用于航測，在德國和加拿大已取得了成功，用載波相位差分測出每個(gè)攝影中心的三維坐標(biāo)，而不再需要外控點(diǎn)測量，取得了良好的效果。

　　 GPS在汽車導(dǎo)航和交通管理中的應(yīng)用

　　 三維導(dǎo)航是GPS的首要功能，飛機(jī)、船舶、地面車輛以及步行者都可利用GPS導(dǎo)航接收器進(jìn)行導(dǎo)航。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是在GPS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新技術(shù)。它由GPS導(dǎo)航、自律導(dǎo)航、微處理器、車速傳感器、陀螺傳感器、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、LCD顯示器組成。

　　 GPS導(dǎo)航是由GPS接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星信號（三顆以上），得到該點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)、速度、時(shí)間等信息。為提高汽車導(dǎo)航定位的精度，通常采用差分GPS技術(shù)。當(dāng)汽車行駛到地下隧道、高層樓群、高速公路等遮掩物而捕捉不到GPS衛(wèi)星信號時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)導(dǎo)入自律導(dǎo)航系統(tǒng)，此時(shí)由車速傳感器檢測出汽車的行進(jìn)速度，通過微處理單元的數(shù)據(jù)處理，從速度和時(shí)間中直接算出前進(jìn)的距離，陀螺傳感器直接檢測出前進(jìn)的方向，陀螺儀還能自動(dòng)存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)，即使在更換輪胎暫時(shí)停車時(shí)，系統(tǒng)也可以重新設(shè)定。

　　 由GPS衛(wèi)星導(dǎo)航和自律導(dǎo)航所測到的汽車位置坐標(biāo)、前進(jìn)的方向都與實(shí)際行駛的路線軌跡存在一定誤差，為修正這兩者間的誤差，使之與地圖上的路線統(tǒng)一，需采用地圖匹配技術(shù)，加一個(gè)地圖匹配電路，對汽車行駛的路線與電子地圖上道路的誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)相關(guān)匹配，并做自動(dòng)修正，此時(shí)，地圖匹配電路通過微處理單元的整理程序進(jìn)行快速處理，得到汽車在電子地圖上的正確位置，以指示出正確行駛路線。CD-ROM用于存儲(chǔ)道路數(shù)據(jù)等信息，LCD顯示器用于顯示導(dǎo)航的相關(guān)信息。 　　
GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與電子地圖、無線電通信網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī)車輛管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)車輛跟蹤和交通管理等許多功能，例如：
　　1. 車輛跟蹤 　　
利用GPS和電子地圖可以實(shí)時(shí)顯示出車輛的實(shí)際位置，并任意放大、縮小、還原、換圖；可以隨目標(biāo)移動(dòng)，使目標(biāo)始終保持在屏幕上；還可實(shí)現(xiàn)多窗口、多車輛、多屏幕同時(shí)跟蹤，利用該功能可對重要車輛和貨物進(jìn)行跟蹤運(yùn)輸。
　　2. 提供出行路線的規(guī)劃和導(dǎo)航 　　
　　規(guī)劃出行路線是汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的一項(xiàng)重要輔助功能，包括：
　　　·自動(dòng)線路規(guī)劃 由駕駛員確定起點(diǎn)和終點(diǎn)，由計(jì)算機(jī)軟件按照要求自動(dòng)設(shè)計(jì)最佳行駛路線，包括最快的路線、最簡單的路線、通過高速公路路段次數(shù)最少的路線等。
　　　·人工線路設(shè)計(jì) 由駕駛員根據(jù)自己的目的地設(shè)計(jì)起點(diǎn)、終點(diǎn)和途經(jīng)點(diǎn)等，自動(dòng)建立線路庫。線路規(guī)劃完畢后，顯示器能夠在電子地圖上顯示設(shè)計(jì)線路，并同時(shí)顯示汽車運(yùn)行路徑和運(yùn)行方法。
　　3. 信息查詢 　　
　　為用戶提供主要物標(biāo)，如旅游景點(diǎn)、賓館、醫(yī)院等數(shù)據(jù)庫，用戶能夠在電子地圖上根據(jù)需要進(jìn)行查詢。查詢資料可以文字、語言及圖像的形式顯示，并在電子地圖上顯示其位置。同時(shí)，監(jiān)測中心可以利用監(jiān)測控制臺(tái)對區(qū)域內(nèi)任意目標(biāo)的所在位置進(jìn)行查詢，車輛信息將以數(shù)字形式在控制中心的電子地圖上顯示出來。
　　4. 話務(wù)指揮 　　
　　指揮中心可以監(jiān)測區(qū)域內(nèi)車輛的運(yùn)行狀況，對被監(jiān)控車輛進(jìn)行合理調(diào)度。指揮中心也可隨時(shí)與被跟蹤目標(biāo)通話，實(shí)行管理。
　　5. 緊急援助 　　
　　通過GPS定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)可以對遇有險(xiǎn)情或發(fā)生事故的車輛進(jìn)行緊急援助。監(jiān)控臺(tái)的電子地圖可顯示求助信息和報(bào)警目標(biāo)，規(guī)劃出最優(yōu)援助方案，并以報(bào)警聲、光提醒值班人員進(jìn)行應(yīng)急處理。

　　GPS技術(shù)在汽車導(dǎo)航和交通管理工程中的研究與應(yīng)用目前在中國剛剛起步，而國外在這方面的研究早已開始并已取得了一定的成果。加拿大卡爾加里大學(xué)設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一臺(tái)捷聯(lián)式慣性系統(tǒng)、兩臺(tái)GPS接收機(jī)和一臺(tái)微機(jī)，可測定已有道路的線性參數(shù)，為道路管理系統(tǒng)服務(wù)。美國研制了應(yīng)用于城市的道路交通管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用GPS和GIS建立道路數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中包含有各種現(xiàn)時(shí)的數(shù)據(jù)資料，如道路的準(zhǔn)確位置、路面狀況、沿路設(shè)施等，該系統(tǒng)于1995年正式運(yùn)行，為城市道路交通管理起到了重要作用。

　　 近些年來，國外研制了各種用于車輛誘導(dǎo)的系統(tǒng)，其中對車輛位置的實(shí)時(shí)確定主要依靠慣性測量系統(tǒng)以及車輪傳感器。隨著技術(shù)的發(fā)展，GPS大有取代前兩種方法的趨勢。用于城市車輛誘導(dǎo)的GPS定位一般是在城市中設(shè)立一個(gè)基準(zhǔn)站，車載GPS實(shí)時(shí)接收基準(zhǔn)站發(fā)射的信息，經(jīng)過差分處理便可計(jì)算出實(shí)時(shí)位置，把目前所處位置與所要到達(dá)的目標(biāo)在道路網(wǎng)中進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，便可在道路電子地圖上顯示出到達(dá)目標(biāo)的最優(yōu)化路線，為公安、消防、搶修、急救等車輛服務(wù)。

　　GPS是近年來開發(fā)的最具有開創(chuàng)意義的高新技術(shù)之一，必然會(huì)在諸多領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。相信隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及高等級公路的快速修建和GPS技術(shù)應(yīng)用研究的逐步深入，其在道路工程和交通運(yùn)輸中的應(yīng)用也會(huì)更加廣泛和深入，并發(fā)揮出更大的作用。