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GPS 和GIS 在智能交通系统中的应用

摘要: 通过对国内外现有GPS 和GIS 运用的分析, 用事例说明GPS 和GIS 在智能交通系统中的应用情况,

阐明了GPS 和GIS 结合的重要性及其应用的便捷性、安全性和服务多样性, 同时也提出了存在的问题, 并指出

了研究的方向.

关键词: GPS; GIS; 智能交通系统

全球定位系统(GPS) 是一个基于卫星的导航、定位及计时系统. 接收器通过GPS 卫星发送的数据计算二维(经度、纬度) 或三维(经度、纬度、高度) 位置. 地理信息系统(G IS) 是计算机技术、图形学技术、数据库技术融合的产物, 这一

系统用来描述现实世界中地物在空间上的分布及其属性. 采用G IS 能够快速获

取某一空间地物的基本特点(不随时间变化) , 而要想对空间行为(或过程) 进

行实时观测, 则需要走GPS、通信、G IS 三者相结合的道路. 人们日常生活及工作中, 有关空间方面最重要的应用是分布在空间上各地物间的位置(空间) 关系, 而这种空间关系的图形表达是任何数学或自然语言所无法胜任的. 因此, 可以

肯定, 在G IS 的应用过程中, 不论是飞机还是船舶导航, 最终都离不开地图——这一空间信息的载体. 而G IS 的出现, 省去了繁琐、易错、费时的手工量算

过程, 使得两者之间的结合更为方便(数字方式与数字方式的结合). G IS 是存

储和处理空间信息的高新技术, 它把地理位置和相关属性有机结合起来, 根据

需要准确真实、图文并茂地输送给用户. GPS 与G IS 技术相结合, 能够实时显

示与管理运动目标, 并同时提供地理信息数据库的资料查询, 为智能交通系统

实现提供强有力的技术手段, 实现空间行为的实时动态观测通信技术间的桥梁

作用.

美国1994 年与1995 年在OLDSMOB IL E88车中采用GPS 处理器, 提供包括驾驶员导航系统的硬件设备. 该系统仅要求驾驶员用车辆控制台上的按钮输入其

目的地, 系统即可计算出到达目的地的最短路径, 并用语音在车辆每次转弯前

提示驾驶员. 基于GPS 的智能G IS, 在欧洲已广泛运用于车辆导航中, 在中国属于起步阶段, 随着GPS 卫星导航定位技术与无线电通信网络的发展, 基于GPS 的车辆导航系统与车辆运营管理系统等也正在迅速发展.

1 应用前景及功能

目前正在发展中的以GPS 定位为主体的G IS 将大有前途. G IS 与GPS 系统的结合, 可以建立综合交通规划空间信息管理分析系统, 不仅极大地增强了交通网络处理的直观性和可操作性, 而且可提高交通规划的工作效率.以土地利用和出行吸引模型为基础的交通规划目前仍有其不可替代的优点, 但是其前期准备工作复杂且花费巨大, 其在精度上的不准确性和不确定性, 导致了规划结果往往不尽人意. GPS系统可以全时、全天候、精密、适时、近乎连续地对交通流进行交通观测与统计, 这个过程几乎是完全自动化, 省去了大量人力, 得出的连续精密的结果是交通规划极为重要的基础数据. GPS 监控数据与G IS 系统的结合, 可以描述每小时每条道路上的交通量, 如果能够取得连续若干天的路网流量数据, 结合相应的预测模型, 比如神经网络模型, 就可以预测隔日的任意小时的路网交通流量和负荷度, 这种短期交通预测有助于管理部门在交通拥挤发生前及时采取措施. 如果能够获得连续数年的精确交通流量资料, 配合城市的土地利用规划和城市经济发展, 甚至可以做长期的流量预测. 卫星定位车辆管理系统实现了以下功能.

a. 限制行车路线和区域. 控制中心可根据任务需要预设车辆行驶路线和区域, 当车辆偏离行车路线或限制区域时, 系统自动报警提示驾驶员和控制中心, 以便纠正.

b. 限制车辆行驶速度. 系统能够设置车辆允许最大行驶速度并自动监管. 一旦超速, 系统立即提醒驾驶员并向控制中心报警. 通过以上功能可使车辆按照指定的方向、路线、区域及速度行驶,并随机进行监控或定时检查, 大大提高了监控力度.

c. 记录车辆实时状态, 为管理提供依据. 系统能提供历史行驶状态详细记

录, 每隔1 分钟自动记录并连续存储1 小时以内的详细行车资料, 如车辆位置、运行速度、运行方向及时间信息. 可据此在电子地图上回放车辆的实际行车过程, 也可在电子地图上快速再现车辆的行车路线轨迹及时间, 为事后处理投诉、路上事故等提供有力证据.

d. 指引行驶路线, 提高工作效率. 如车辆驾驶员不清楚目的地具体方位或路线, 可向控制中心发出“服务请求”, 中心可根据电子地图信息, 确定车辆所在位置, 准确指引车辆行驶方向及路径, 用最短的时间、行驶最短的路程到达目的地.

e. 防抢、防盗、提供救援服务, 确保车辆及人身安全. 在驾驶过程中如遇抢劫等紧急情况, 驾驶员可按下隐蔽的“紧急手动报警键”, 系统将自动接通急救电话, 并向控制中心发送紧急报警短信,在电子地图上自动标出车号、车型、颜色、驾驶员信息、车辆位置、行驶方向、速度、时间等, 通过系统的遥控断油、断电、制动等功能对车辆进行控制, 避免人身伤害和经济损失.

系统还具有以下功能:

a. 未关好车门时, 控制中心显示报警, 及时通知驾驶员, 以确保车辆安全;

b. 天气预报;

c. 车钥匙锁在车内时, 可与控制中心联系将门锁打开;

d. 提供信息服务, 中心控制系统具有丰富、全面的数据信息, 根据需要在确认身份后可提供各种服务. 如车辆信息查询, 地理信息查询, 路况交通信息、酒店住宿登记、航班和铁路时刻查询及其它信息查询.

2 应用举例

作者设计的系统利用GPS, G IS 及通信技术,对在空间上移动的车辆进行实时监控. 系统由车载部分和主控中心两大部分组成(图1) , 这两部分通过无线通信相互联系.

图1 车辆实时监控系统总体结构图

车载部分中GPS 接收机接收CöA 码, 该码经差分技术处理后, 精度达20 m 左右; 调制解调器用来控制GPS 卡的数据采集工作并将数字信号转换成模拟信号再通过电台发往主控中心. 系统采用的是125. SMHz 的VHF 电台, 电台有效覆盖半径为30 km.

主控中心中电台用来接收汽车上电台发送的位置信息, 同时也可反控(即发送命令) 汽车, 调制解调器负责反控命令和GPS 信息的数ö模转换工作, 微机在接收到汽车的位置信息后, 进行简单的预处理, 然后按事先确定的通信协议, 包装该信息并通过RS2232 送往工作站, 工作站则在矢量G IS数据上显示汽车的位置, 并提供空间查询功能.

主控中心与汽车的通信过程中由于多个汽车共用一个信道, 当有多个汽车同时发送GPS 信息时, 将造成信道碰撞, 传输错误. 为此, 系统中主控中心与各汽车采用主从结构. 主控中心维护整个通信网的操作, 它首先根据系统配置, 顺序地和每辆汽车建立联接关系并进行数据交换, 如果不成功则标记出错原因, 最后断开联接. 当每辆汽车被查询一次以后, 就完成一个周期, 这样整个系统就避免了信道碰撞问题. 主控中心及车载电台的通信管理模块的流程图见图2, 3.