Gps在智能交通中的應(yīng)用課件

1、GPS在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用 摘要隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和機(jī)動車數(shù)量的急劇增加，在交通方面的問題日益突出，與世界其他國家一樣，交通擁擠、車流堵塞、交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的不完善成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。如何解決車輛與道路之間日益突出的矛盾，科學(xué)的配置和利用道路資源，有效的加強(qiáng)車輛管理，建立智能化交通體系已成為促進(jìn)城市化建設(shè)和管理的必然趨勢。GPS技術(shù)能夠提供高精度的實(shí)時動態(tài)定位，給予駕駛?cè)藛T必要的路況和導(dǎo)航信息，有效的解決交通擁擠、混亂的問題。目前，我國的智能交通體系已取得了長足的發(fā)展，相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， GPS衛(wèi)星定位技術(shù)將在智能交通系統(tǒng)中發(fā)揮越來越重要的作用。本文在GPS和

2、智能交通原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，就GPS在智能交通中的應(yīng)用進(jìn)行分析，最后對GPS在智能交通系統(tǒng)中的發(fā)展前景進(jìn)行了總結(jié)和展望。關(guān)鍵字 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS） 智能交通系統(tǒng)（ITS）目錄1 研究背景及意義12 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀22.1 俄羅斯的“格洛納斯”系統(tǒng)22.2 美國的GPS系統(tǒng)22.3 歐洲的“伽利略”系統(tǒng)32.4 中國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)43 GPS在智能交通中的應(yīng)用53.1 GPS在汽車導(dǎo)航中的應(yīng)用53.2 GPS在行人導(dǎo)航中的應(yīng)用63.3 GPS在交通管理中的應(yīng)用63.4 總結(jié)84 GPS欺騙器85 總結(jié)和展望9參考文獻(xiàn)10101 研究背景及意義全球定位系統(tǒng)（Global&

3、#160;Positioning System，GPS）是20世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) ，它是由24顆衛(wèi)星構(gòu)成的衛(wèi)星信號網(wǎng)，其中21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星，均勻的分布在6個軌道上，基本保證了地球上的任何地點(diǎn)，在任何時刻均至少可以同時觀測到4顆衛(wèi)星，以滿足陸、海、空三大領(lǐng)域?qū)崟r、 全天候、全球性的導(dǎo)航和定位需求。用戶的GPS接收設(shè)備通過接收所在區(qū)域能夠收到的衛(wèi)星的信號，從而得到這些衛(wèi)星與GPS接收設(shè)備之間的距離，由于衛(wèi)星發(fā)出的信號中已經(jīng)給出了當(dāng)時衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置，因而GPS接收設(shè)備即可計(jì)算出自身的位置，此即GPS的定位原理。目

4、前，商業(yè)用戶的定位精度一般只能保證誤差小于15m。隨著2010年“智慧城市”概念的提出，智能交通系統(tǒng)的建設(shè)也是日新月異。智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transport System，ITS）是將先進(jìn)的信息技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個交通運(yùn)輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時、準(zhǔn)確、高效的綜合的運(yùn)輸和管理系統(tǒng)。在GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，智能交通系統(tǒng)被稱為民間應(yīng)用的一個最大市場，例如：北京建立交通管理中心，大連在公交系統(tǒng)中安裝了GPS系統(tǒng)和電子站牌，上海實(shí)施了高架路速度管理和誘導(dǎo)以及可變標(biāo)志指引等等。這些技術(shù)向

5、道路用戶提供了必要的信息和便捷的服務(wù)，有效地減少了交通堵塞，大大的提高了交通運(yùn)輸?shù)男?。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和GPS 各項(xiàng)功能的不斷提高，我國的智能交通系統(tǒng)將會越來越完善。2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1 俄羅斯的“格洛納斯”系統(tǒng)俄羅斯的GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)于1995年建成，GLONASS星座由30顆衛(wèi)星組成，其中27顆工作星和3顆備份星。27顆工作衛(wèi)星均勻地分布在3個近圓形的軌道平面上，這三個軌道平面兩兩相隔120度，每個軌道面有8顆衛(wèi)星，同平面內(nèi)的衛(wèi)星之間相隔45度， 軌道高度2.36萬公里，軌道傾角56度。GLONASS用戶設(shè)備能接收衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號，并測量其偽距和偽距變化率，同時從衛(wèi)

6、星信號中提取并處理導(dǎo)航電文。接收機(jī)處理器對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并計(jì)算出用戶所在的位置、速度和時間信息。GLONASS系統(tǒng)提供軍用和民用兩種服務(wù)，其定位精度為10米左右。目前，GLONASS系統(tǒng)的主要用途是導(dǎo)航定位，當(dāng)然也可以廣泛應(yīng)用于各種等級和種類的定位、導(dǎo)航和時頻領(lǐng)域等。 2.2 美國的GPS系統(tǒng)美國的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)由美國國防部于1973年開始設(shè)計(jì)、研制，1993年全部建成。GPS的空間部分是由24 顆工作衛(wèi)星組成,它位于距地表20 200km的上空,均勻分布在6 個軌道面上(每個軌道面4 顆) ,軌道傾角為55°，此外,還有3 顆有源備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地

7、方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛(wèi)星，通過對定位信息的解算便可確定該接收機(jī)的位置，從而提供高精度的三維定位導(dǎo)航信息。1994年，美國宣布在10年內(nèi)向全世界免費(fèi)提供GPS全球定位系統(tǒng)的使用權(quán)，但至今美國只向外國提供低精度的衛(wèi)星信號，精確度約為10m。據(jù)悉，美國目前正在實(shí)驗(yàn)第二代工作衛(wèi)星系統(tǒng)，計(jì)劃發(fā)射20顆衛(wèi)星，定位精度計(jì)劃達(dá)到1mm。2.3 歐洲的“伽利略”系統(tǒng)歐洲于1999年提出“伽利略計(jì)劃”，它實(shí)際上是一個歐洲的全球?qū)Ш椒?wù)計(jì)劃，它是世界上第一個專門為民用目的設(shè)計(jì)的全球性衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，與現(xiàn)在普遍使用的GPS相比，它將更顯先進(jìn)、更加有效、更為可靠。它的總體思路具有四大特點(diǎn)：自成獨(dú)立體系；

8、能與其它的GNSS系統(tǒng)兼容互動；具備先進(jìn)性和競爭能力；公開進(jìn)行國際合作。歐洲伽利略系統(tǒng)是歐洲計(jì)劃建設(shè)的新一代民用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，系統(tǒng)由30顆衛(wèi)星組成，其中27顆衛(wèi)星為工作衛(wèi)星，3顆為備用衛(wèi)星。衛(wèi)星高度為24126公里，位于3個傾角為56度的軌道平面內(nèi)。該系統(tǒng)除了30顆中高度圓軌道衛(wèi)星外，還有2個地面控制中心。伽利略系統(tǒng)除了能提供精確的定位信號外，還可以提供移動電話業(yè)務(wù)服務(wù)，用于救生行動，如接收失事飛機(jī)的求救信號后，快速通知附近的救援部門。據(jù)稱，這些是GPS還無法實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)將主要服務(wù)于民用，提供的定位精度通常為15-20m（單頻）和5-10m（雙頻）兩種檔次。2.4 中國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)19

9、94年我國開始建設(shè)“北斗一代”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。隨著2000年10月31日、12月21日和2003年5月25日三顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星的相繼發(fā)射成功，我國建立了第一代區(qū)域性導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)，成為繼美國、俄羅斯之后，世界上第三個擁有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。我國的“北斗一代”導(dǎo)航系統(tǒng)綜合了傳統(tǒng)天文導(dǎo)航定位及地面無線電導(dǎo)航定位的優(yōu)點(diǎn)，相當(dāng)于一個設(shè)置在太空的無線電導(dǎo)航臺，可在任何地點(diǎn)、任何時間為用戶確定其所在的地理經(jīng)緯度和海拔高度，是全天候、全天時提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息的區(qū)域性導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要為公路交通、海上作業(yè)、鐵路運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域提供導(dǎo)航服務(wù)，還可以為災(zāi)害預(yù)報(bào)、森林防火以及氣象、石油、海洋、通信、公安等特殊行業(yè)提

10、供高效的導(dǎo)航定位服務(wù)，能基本滿足當(dāng)前我國陸、海、空運(yùn)輸導(dǎo)航定位的需求，可以說是一個成功的、實(shí)用的、投資很少的初級起步系統(tǒng)，對我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到了積極的推動作用。中國預(yù)計(jì)在2020年建成由30多顆衛(wèi)星組成的，覆蓋全球的“北斗二號”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)?！氨倍范枴毙l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務(wù)方式，即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。 “北斗二號”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將克服“北斗一號”系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，同時具備通信功能，其建設(shè)目標(biāo)是為我國及周邊地區(qū)的我軍民用戶提供陸、海、空導(dǎo)航定位服務(wù)，促進(jìn)衛(wèi)星定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)功能的應(yīng)用，為航天用戶提供定位和軌道測定手段，滿足武器制導(dǎo)的需要，

11、滿足導(dǎo)航定位信息交換的需要。3 GPS在智能交通中的應(yīng)用3.1 GPS在汽車導(dǎo)航中的應(yīng)用三維導(dǎo)航是GPS的首要功能，飛機(jī)、汽車、船舶都可利用GPS導(dǎo)航接收器進(jìn)行導(dǎo)航。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是在GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新型技術(shù)。GPS汽車導(dǎo)航系統(tǒng)通過向衛(wèi)星發(fā)射的信號，求出該點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)、速度、時間等信息。為了提高汽車導(dǎo)航定位精度，通常采用差分GPS技術(shù)。當(dāng)汽車行駛到高速公路、地下隧道、高層樓群等遮掩物而搜索不到GPS衛(wèi)星信號時，系統(tǒng)可自動導(dǎo)入自律導(dǎo)航系統(tǒng)，這時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，從速度和時間中直接計(jì)算出行進(jìn)的距離，陀螺傳感器直接檢測出前進(jìn)的方向，陀螺儀還可自動存

12、儲各種數(shù)據(jù)，即使在因更換輪胎等原因暫時停車時，系統(tǒng)也能夠重新設(shè)定。 由GPS衛(wèi)星導(dǎo)航所測到的汽車位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)、行進(jìn)的方向都會與實(shí)際行駛的路線軌跡存在一定誤差，為了修正這兩者的誤差，與地圖上的路線統(tǒng)一，需要采用地圖匹配技術(shù)，加一個地圖匹配電路，對汽車行駛的路線和電子地圖上道路誤差進(jìn)行實(shí)時相關(guān)匹配，自動修正，這時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準(zhǔn)確位置，以指示出準(zhǔn)確行駛路線。CD-ROM用于存儲道路數(shù)據(jù)等信息，LCD顯示器用于顯示導(dǎo)航的相關(guān)信息。 3.2 GPS在行人導(dǎo)航中的應(yīng)用眾所周知，人們的許多生產(chǎn)活動、社會活動以及休閑活動等，都不可

13、能在固定的地點(diǎn)完成，如石油勘探、異地出差、觀光旅游等等。人們往往身處人煙稀少的野外，或是宛如迷宮的陌生城市，或是錯綜復(fù)雜的街道大廈，這就使得對行人的定位與導(dǎo)航需求尤為迫切。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時衛(wèi)星定位，幫助行人獲得可靠的地理位置及路線，確保不迷失方向，保障行人安全。3.3 GPS在交通管理中的應(yīng)用GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與電子地圖、無線電通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)車輛管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)車輛跟蹤與交通管理等諸多功能，這些功能主要有以下幾個方面。 （1）車輛跟蹤：通過車載GPS接收機(jī)，使駕駛員能夠隨時知道自己的具體位置。通過車載電臺將GPS定位信息發(fā)送給調(diào)度指揮中心，便可及時掌握車輛的具體位置，

14、并在大屏幕電子地圖上顯示出來，還能 實(shí)現(xiàn)多窗口、多車輛、多屏幕同時跟蹤。利用該功能可對重要車輛及貨物進(jìn)行跟蹤運(yùn)輸，能促進(jìn)交通管理及物流事業(yè)的快速發(fā)展。 （2）話務(wù)指揮：指揮中心能夠監(jiān)測區(qū)域內(nèi)車輛運(yùn)行狀況，對被監(jiān)控車輛進(jìn)行合理調(diào)度。指揮中心還能隨時與被跟蹤目標(biāo)通話，進(jìn)行實(shí)時管理。 （3）緊急援助：通過GPS定位及監(jiān)控管理系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)生事故或遇險車輛進(jìn)行緊急援助。監(jiān)控臺的電子地圖顯示報(bào)警目標(biāo)和求助信息，規(guī)劃最優(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。 （4）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，用戶可以在電子地圖上根據(jù)需要進(jìn)行

15、查詢。查詢的資料能以文字、語言和圖像的形式顯示，并在電子地圖上顯示其位置。同時，監(jiān)測中心能夠利用監(jiān)測控制臺對區(qū)域內(nèi)的任意目標(biāo)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。 （5）提供出行路線規(guī)劃和導(dǎo)航：提供出行路線規(guī)劃是汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的一項(xiàng)重要輔助功能，它包括人工線路設(shè)計(jì)和自動線路規(guī)劃。人工線路設(shè)計(jì)是由駕駛者根據(jù)自己的目的地設(shè)計(jì)起點(diǎn)、終點(diǎn)和途經(jīng)點(diǎn)等，自動建立線路庫。自動線路規(guī)劃是由駕駛者確定起點(diǎn)和目的地，由計(jì)算機(jī)軟件按要求自動設(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)最少的路線等的計(jì)算。線路規(guī)劃完畢后，顯示器可在電子地圖上顯示設(shè)計(jì)線路，

16、并同時顯示汽車運(yùn)行路徑與運(yùn)行方法。（6）交通流量監(jiān)測：為了對交通態(tài)勢進(jìn)行多方面分析，利用GPS采集到的實(shí)時道路信息綜合其他交通數(shù)據(jù)，對道路交通狀況進(jìn)行分析，提供某一特定路段的實(shí)時流量。（7）打車服務(wù)系統(tǒng)：“嘀嘀打車”和“快的打車”軟件的產(chǎn)生進(jìn)一步方便了我們的生活，其基本原理是：打車服務(wù)系統(tǒng)和GPS監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通，通過GPS定位快速的找到離乘客最近的空載車，馬上答復(fù)客戶該車的車牌號、到達(dá)時間和聯(lián)系方式等，并同時通知該車前往接送客人，從而實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)的優(yōu)質(zhì)打車服務(wù)。3.4 總結(jié)總的來說，GPS是ITS的強(qiáng)大工具，GPS設(shè)備可以引導(dǎo)駕駛員快速到達(dá)目的地，避免繞行，提高效率。一組車輛裝備上的GPS設(shè)

17、備，則可以通過交通管理中心監(jiān)視車輛運(yùn)行位置，并進(jìn)行調(diào)度管理，這同樣意味著工作效率的提高。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，GPS在ITS上的應(yīng)用研究將逐步深入和廣泛，并將發(fā)揮出更大的作用。4 GPS欺騙器GPS已經(jīng)深深的被鍵入到我們的系統(tǒng)和設(shè)施中，它具有良好的技術(shù)性能，能夠有效地緩解交通壓力，為整個交通系統(tǒng)提供便利服務(wù)。但是，這種精確地定位系統(tǒng)在某種程度上為犯罪分子提供方便，使我們受到GPS跟蹤的威脅。麻省理工的一個研究生Limor fried研發(fā)了一種Wave bubble，即電波氣泡，它是一個開源的GPS干擾器，它的原理是：開啟開關(guān)后，它會在你的周圍創(chuàng)造了一個氣泡，GPS信號進(jìn)不了這個氣泡，從而被氣泡排

18、除在外。但是，它的干擾并不僅限于你的私人空間或是你的車，它還干擾到你周圍數(shù)英里的無辜的GPS接收器，其結(jié)果也可能是災(zāi)難性的，最好不要盲目的使用。另外一個比它更有效的東西，即GPS欺騙器，它的原理是：任何GPS接收器中都有一個高峰，它對應(yīng)的是真實(shí)的信號，當(dāng)你發(fā)射一個假的GPS信號時，另一個高峰出現(xiàn)了，當(dāng)兩個高峰完全重合，跟蹤點(diǎn)就分別不出差別，這時他們就被更強(qiáng)的假信號劫持了，真實(shí)的信號被逼走，假信號則完全控制GPS接收器，從而用一個欺騙器控制一個GPS接收器的時間和位置。事實(shí)上，民用GPS信號是完全開放的，它們沒有加密，沒有驗(yàn)證，它們完全開放，對欺騙性的攻擊完全沒有抵抗力，這種欺騙可能會造成飛機(jī)偏離航線、輪船擱淺等嚴(yán)重后果，所以我們要辯證的對待GPS，嚴(yán)厲打擊不良的GPS欺騙。5 總結(jié)和展望本文一方面論述了GPS技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了ITS的發(fā)展；另一方面指出了GPS在ITS中存在的部分問題，事物總是發(fā)展和變化的，解決的方法也會不斷地改進(jìn)和提高。GPS是近年來開發(fā)的最具有創(chuàng)新意義的高新技術(shù)成果之一，其全能性、全球性、全天候性的導(dǎo)航定位、定時、測速等優(yōu)勢必然會在諸多領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前，GPS技術(shù)在我國道路工程和交