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全球卫星定位系统GPS及其现代交通管理中的应用

      全球卫星定位系统GPS是美军70年代初在“子午仪卫星导航定位”技术上发展而起的具有全球性、全能性(陆地、海洋、航空与航天)、全天候性优势的导航定位、定时、测速系统。GPS 由三大子系统构成:空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统。目前,全球定位系统已广泛应用于军事和民用等众多领域中,在汽车导航和交通管理中的应用我国还刚刚起步,相信随着我国经济的发展,GPS技术应用研究的逐步深入,GPS在现代交通管理中,必将发挥更大的作用。

      三维导航是GPS的首要功能,飞机、船舶、地面车辆以及步行者都可利用GPS导航接收器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新型技术。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理器、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。

      GPS 导航是由GPS接收机接收GPS卫星信号(三颗以上),求出该点的经纬度坐标、速度、时间等信息。为提高汽车导航定位精度,通常采用分GPS技术。当汽车行驶到地下隧道、高层楼群、高速公路等遮掩物而捕获不到GPS卫星信号时,系统可自动导入自律导航系统,此时由车速传感器检测出汽车的行进速度,通过微处理单元的数据处理,从速度和时间中直接算出前进的距离,陀螺传感器直接检测出前进的方向,陀螺仪还能自动存储各种数据,即使在更换轮胎暂时停车时,系统也可以重新设定。

      由GPS 卫星导航和自律导航所测到的汽车位置坐标数据、前进的方向都与实际行驶的路线轨迹存在一定误差,为修正这两者的误差,与地图上的路线统一,需采用地图区配技术,加一个地图匹配电路,对汽车行驶的路线与电子地图上道路误差进行实时相关匹配作自动修正,此时地图匹配电路是通过微处理单元的整理程序进行快速处理,得到汽车在电子地图上的正确位置,以指示出正确行驶路线。CD-ROM用于存储道路数据等信息,LCD显示器用于显示导航的相关信息。

      GPS 导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合,可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能,这些功能包括:

      车辆跟踪
      利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置,并任意放大、缩小、还原、换图;可以随目标移动,使目标始终保持在屏幕上;还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪。利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪运输。

提供出行路线规划和导航

      提供出行路线规划是汽车导航系统的一项重要辅助功能,它包括自动路线规划和人工线路设计。自动线路规划是由驾驶者确定起点和目的地,由计算机软件按最少的路线等的计算。人工线路设计是由驾驶者根据自己的目的地设计起点、终点和途经点等,自动建立线路库。线路规划完毕后,显示器能够在电子地图上显示设计线路,并同时显示汽车运行路径和运行方法。

信息查询

      为用户提供主要目标,如旅游景点、宾馆、医院等数据库,用户能够在电子地图上根据需要进行查询。查询资料可以文字、语言及图像的形式显示,并在电子地图上显示其位置。同时,监测中心要利用监测控制台对区域内的任意目标所在位置进行查询,车辆信息将以数字形式在控制中心的电子地图上显示出来。
话务指挥

      指挥中心可以监测区域内车辆运行状况,对被监控车辆进行合理调度。指挥中心也可随时与被跟踪目标通话,实时管理。

紧急援助

      通过 GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图显示求助信息和报警目标,规划最优援助方案,并以报警声光提醒值班人员进行应急处理。

      GPS技术在汽车导航和交通管理工程中的研究与应用目前在中国刚刚起步,而国外在这方面的研究早已开始并取得了一定的成果。加拿大卡尔加里大学设计了一种动态定位系统,该系统包括一台捷联式惯性系统,两台GPS接收机和一台微机,可测定已有道路的线形参数,为道路管理系统服务。美国研制了应用于城市的道路交通管理系统,该系统利用GPS和GIS建立道路数据库,在数据库中包含有各种现时的数据资料,如道路的准确位置、路面状况、沿路设施等,该系统于1995年正式运行,为城市道路交通管理起到重要作用。近些年来国外研制了各种用于车辆诱导的系统,其中车辆位置的实时确定以往主要依据惯性测量系统以及车轮传感器,随着GPS的发展和所显示出的优越性,有取代前两种方法的趋势。用于城市车辆诱导的GPS定位一般是在城市中设立一个基准站,车载GPS实时接收基准站发射的信息,经过差分处理便可计算出实时位置,把目前所处位置与所要到达的目标在道路网中进行优化计算,便可在道路电子地图上显示出到达目标的最优化路线,为公安、消防、抢修、急救等车辆服务。
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