GPS在车辆定位导航系统中的应用研究

GPS在车辆定位导航系统中的应用研究

作者：岳翔

来源：《世界家苑·学术》2017年第09期

摘要：近年来，随着经济的飞速发展，机动车的增长率远远高于道路修建的速度，任何城市都面临道路状况改善相对滞后的局面，从而造成交通拥堵、环境恶化，大力发展智能交通系统（ITS）已成为解决交通问题的唯一行之有效的出路。利用全球定位系统（GPS）的城市车辆定位技术作为ITS的关键技术之一，借助电子地图等其他手段，可依据城市道路拥挤状况和运输的最佳线路，选择运输途径，从而避免运输道路选择的盲目性，提高了城市车辆的调度和管理水平，减少车辆行驶时间和油耗，从而保证城市道路系统负荷的均匀性，达到改善交通状况的目的。车辆定位与导航可采用各种技术手段进行，但其中车辆精确定位的实现是最重要，也最困难，花费最高的。但自从6p8应用于车辆定位与导航中，情况发生了划时代的革命性变化。下面就以GPS为切入点介绍它在车辆定位与导航中的应用。

1GPS系统简介

全球定位系统，简称GPS，是沿地球轨道运行的24颗导航卫星的星座集合。GPS接收机就是利用这些卫星所发送的精确的时间和位置信息来进行定位。该系统可提供地球上所有点的三维坐标。

GPS系统主要是由三部分组成：（1）GPS卫星（空间部分），（2）地面监控系统，（3）GPS接收机（用户部分）。

1.2 GPS定位的基本原理

GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为己知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。

利用GPS进行定位是以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离（或距离差）为基础，并根据已知的卫星瞬时坐标来确定用户接收机所对应的点位，即待定点的三维坐标（x，y，z），其关键是测定用户接收机天线至GPS卫星之间的距离。GPS定位方式主要有绝对定位和相对定位两种。

2.6P8在车辆定位与导航中的应用

GPS车辆定位与导航系统，以其精确定位的易实现性、相对成本的低廉性、设计与安装的相对独立性，自1995年以来，在国内获得了迅速发展。中国科技大学GPS实验室在其中也做出了开创性的工作。

GPS在ITS中的应用主要体现在车辆导航上。在GPS的诸项应用中，车辆定位导航应用发展最快，并取得了巨大的经济效益和社会效益。车辆应用已跃居GPS各应用之首。

虽然汽车是人们日常生活中的一部分，但是，拥有小汽车并不一定使我们的生活变得更加方便。公共交通工具是在固定的交通路线上行驶的，与此不同的是，小汽车和卡车司机需要知道到达目的地的路线以及何处可以停车。如果道路网错综复杂，那么，司机就很容易迷路，这种情况，既令人焦急，又浪费宝贵的时间。

所谓GPS车辆导航系统，就是利用接收GPS信号对机动目标进行监控和定位，并根据航迹情况对其运动进行优化和指导的系统。使用车用导航系统可带来缩短行车时间、快速到达目的地、减少能源消耗、保障行车安全等多方面的利益。

车辆GPS定位导航系统的正常运转至少需要覆盖全球的GPS卫星系统、轻便可靠的GPS 接收机、快速强大的运算系统、覆盖面广内容详实的电子地图以及无线通讯网络等附属设施。

3.车载6P$系统的应用实例

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已取得了一定的成果。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。

3.1私用车辆的外出旅行

GPS多功能车载导航系统对于外出旅行的私用车辆的益处是显而易见的，通过这套系统，用户可以在完全陌生的环境下

通过路径引导和规划系统，找到正确的行驶线路，同时，通过该系统自带的电子地图，用户也可以查询到自己所需要的旅馆、停车场等信息。在外出度假时，该系统所具有的娱乐功能也可以为用户提供所需的娱乐服务。

3.3公交车辆的调度和管理

城市规模的日益扩大和公共交通的快速发展，一方面使得客流量日益扩大，车辆增加，车次增多；另一方面导致交通拥挤、车辆增加、行车速度下降、行车间隔不均匀，经常出现串车和车次间隔加大的现象，增大了调度工作的难度。造成这种状况的主要原因是调度人员无法实时了解道路交通状况，难以及时采取有效的调整措施。利用车载导航系统对公交车辆进行监督管理，可以根据动态交通信息，实时调整车次，改善公交车辆的运营效率，摆脱公交调度的落后状况。

结论：GPS测量以其便捷性、无需过多人工干预、减少人为误差等优势在测量领域越来越受到人们的普遍欢迎。车辆导航系统作为一项将GPS、电子地图和通信技术融为一体的高科技成果，必须在科技发展、技术进步与用户使用中结合实际情况不断创新和完善。车辆导航系统极具研究意义和研究价值，因此市场潜力和发展前景是不言而喻的。