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(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的急劇增加，在交通方面的問(wèn)題日益突出，與世界其他國(guó)家一樣，交通擁擠、車(chē)流堵塞、交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的不完善成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。如何解決車(chē)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(chē)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(shì)。GPS技術(shù)能夠提供高精度的實(shí)時(shí)動(dòng)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(wèn)題。目前，我國(guó)的智能交通體系已取得了長(zhǎng)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(lái)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(guó)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(duì)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(guó)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(guó)的GPS系統(tǒng)22.3 歐洲的“伽利略”系統(tǒng)32.4 中國(guó)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(chē)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(guó)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(hào)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(gè)軌道上，基本保證了地球上的任何地點(diǎn)，在任何時(shí)刻均至少可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，以滿(mǎn)足陸、海、空三大領(lǐng)域?qū)崟r(shí)、 全天候、全球性的導(dǎo)航和定位需求。用戶(hù)的GPS接收設(shè)備通過(guò)接收所在區(qū)域能夠收到的衛(wèi)星的信號(hào)，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(hào)中已經(jīng)給出了當(dāng)時(shí)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(hù)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(gè)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(shí)、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(chēng)為民間應(yīng)用的一個(gè)最大市場(chǎng)，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(hù)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(guó)的智能交通系統(tǒng)將會(huì)越來(lái)越完善。2 國(guó)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(gè)近圓形的軌道平面上，這三個(gè)軌道平面兩兩相隔120度，每個(gè)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(wàn)公里，軌道傾角56度。GLONASS用戶(hù)設(shè)備能接收衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號(hào)，并測(cè)量其偽距和偽距變化率，同時(shí)從衛(wèi)

6、星信號(hào)中提取并處理導(dǎo)航電文。接收機(jī)處理器對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并計(jì)算出用戶(hù)所在的位置、速度和時(shí)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(jí)和種類(lèi)的定位、導(dǎo)航和時(shí)頻領(lǐng)域等。 2.2 美國(guó)的GPS系統(tǒng)美國(guó)的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)由美國(guó)國(guó)防部于1973年開(kāi)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(gè)軌道面上(每個(gè)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(shí)間都可觀測(cè)到4 顆以上的衛(wèi)星，通過(guò)對(duì)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(guó)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(guó)只向外國(guó)提供低精度的衛(wèi)星信號(hào)，精確度約為10m。據(jù)悉，美國(guó)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(gè)歐洲的全球?qū)Ш椒?wù)計(jì)劃，它是世界上第一個(gè)專(zhuān)門(mén)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(dòng)；具備先進(jìn)性和競(jìng)爭(zhēng)能力；公開(kāi)進(jìn)行國(guó)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(gè)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(gè)地面控制中心。伽利略系統(tǒng)除了能提供精確的定位信號(hào)外，還可以提供移動(dòng)電話業(yè)務(wù)服務(wù)，用于救生行動(dòng)，如接收失事飛機(jī)的求救信號(hào)后，快速通知附近的救援部門(mén)。據(jù)稱(chēng)，這些是GPS還無(wú)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(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)19

9、94年我國(guó)開(kāi)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(guó)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(guó)、俄羅斯之后，世界上第三個(gè)擁有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。我國(guó)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(wú)線電導(dǎo)航定位的優(yōu)點(diǎn)，相當(dāng)于一個(gè)設(shè)置在太空的無(wú)線電導(dǎo)航臺(tái)，可在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間為用戶(hù)確定其所在的地理經(jīng)緯度和海拔高度，是全天候、全天時(shí)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(mǎn)足當(dāng)前我國(guó)陸、海、空運(yùn)輸導(dǎo)航定位的需求，可以說(shuō)是一個(gè)成功的、實(shí)用的、投資很少的初級(jí)起步系統(tǒng)，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到了積極的推動(dòng)作用。中國(guó)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(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。“北斗二號(hào)”衛(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(kāi)放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。 “北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將克服“北斗一號(hào)”系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，同時(shí)具備通信功能，其建設(shè)目標(biāo)是為我國(guó)及周邊地區(qū)的我軍民用戶(hù)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(shí)服務(wù)功能的應(yīng)用，為航天用戶(hù)提供定位和軌道測(cè)定手段，滿(mǎn)足武器制導(dǎo)的需要，

11、滿(mǎn)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(chē)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(chē)、船舶都可利用GPS導(dǎo)航接收器進(jìn)行導(dǎo)航。汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)是在GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新型技術(shù)。GPS汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)向衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，求出該點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)、速度、時(shí)間等信息。為了提高汽車(chē)導(dǎo)航定位精度，通常采用差分GPS技術(shù)。當(dāng)汽車(chē)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(hào)時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)導(dǎo)入自律導(dǎo)航系統(tǒng)，這時(shí)由車(chē)速傳感器檢測(cè)出汽車(chē)的行進(jìn)速度，通過(guò)微處理單元的數(shù)據(jù)處理，從速度和時(shí)間中直接計(jì)算出行進(jìn)的距離，陀螺傳感器直接檢測(cè)出前進(jìn)的方向，陀螺儀還可自動(dòng)存

12、儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)，即使在因更換輪胎等原因暫時(shí)停車(chē)時(shí)，系統(tǒng)也能夠重新設(shè)定。 由GPS衛(wèi)星導(dǎo)航所測(cè)到的汽車(chē)位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)、行進(jìn)的方向都會(huì)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(gè)地圖匹配電路，對(duì)汽車(chē)行駛的路線和電子地圖上道路誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)相關(guān)匹配，自動(dòng)修正，這時(shí)地圖匹配電路通過(guò)微處理單元的整理程序進(jìn)行快速處理，得到汽車(chē)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(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。 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(dòng)、社會(huì)活動(dòng)以及休閑活動(dòng)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(cuò)綜復(fù)雜的街道大廈，這就使得對(duì)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(shí)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(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)車(chē)輛管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛跟蹤與交通管理等諸多功能，這些功能主要有以下幾個(gè)方面。 （1）車(chē)輛跟蹤：通過(guò)車(chē)載GPS接收機(jī)，使駕駛員能夠隨時(shí)知道自己的具體位置。通過(guò)車(chē)載電臺(tái)將GPS定位信息發(fā)送給調(diào)度指揮中心，便可及時(shí)掌握車(chē)輛的具體位置，

14、并在大屏幕電子地圖上顯示出來(lái)，還能 實(shí)現(xiàn)多窗口、多車(chē)輛、多屏幕同時(shí)跟蹤。利用該功能可對(duì)重要車(chē)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(cè)區(qū)域內(nèi)車(chē)輛運(yùn)行狀況，對(duì)被監(jiān)控車(chē)輛進(jìn)行合理調(diào)度。指揮中心還能隨時(shí)與被跟蹤目標(biāo)通話，進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。 （3）緊急援助：通過(guò)GPS定位及監(jiān)控管理系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)生事故或遇險(xiǎn)車(chē)輛進(jìn)行緊急援助。監(jiān)控臺(tái)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(xún)：為用戶(hù)提供主要物標(biāo)，如旅游景點(diǎn)、賓館、醫(yī)院等數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶(hù)可以在電子地圖上根據(jù)需要進(jìn)行

15、查詢(xún)。查詢(xún)的資料能以文字、語(yǔ)言和圖像的形式顯示，并在電子地圖上顯示其位置。同時(shí)，監(jiān)測(cè)中心能夠利用監(jiān)測(cè)控制臺(tái)對(duì)區(qū)域內(nèi)的任意目標(biāo)所在位置進(jìn)行查詢(xún)，車(chē)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(lái)。 （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(chē)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(dòng)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(dòng)建立線路庫(kù)。自動(dòng)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(dòng)設(shè)計(jì)最佳行駛路線，包括最快的路線、最簡(jiǎn)單的路線、通過(guò)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(shí)顯示汽車(chē)運(yùn)行路徑與運(yùn)行方法。（6）交通流量監(jiān)測(cè)：為了對(duì)交通態(tài)勢(shì)進(jìn)行多方面分析，利用GPS采集到的實(shí)時(shí)道路信息綜合其他交通數(shù)據(jù)，對(duì)道路交通狀況進(jìn)行分析，提供某一特定路段的實(shí)時(shí)流量。（7）打車(chē)服務(wù)系統(tǒng)：“嘀嘀打車(chē)”和“快的打車(chē)”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(chē)服務(wù)系統(tǒng)和GPS監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通，通過(guò)GPS定位快速的找到離乘客最近的空載車(chē)，馬上答復(fù)客戶(hù)該車(chē)的車(chē)牌號(hào)、到達(dá)時(shí)間和聯(lián)系方式等，并同時(shí)通知該車(chē)前往接送客人，從而實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)的優(yōu)質(zhì)打車(chē)服務(wù)。3.4 總結(jié)總的來(lái)說(shuō)，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(chē)輛裝備上的GPS設(shè)

17、備，則可以通過(guò)交通管理中心監(jiān)視車(chē)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(guó)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(gè)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(gè)研究生Limor fried研發(fā)了一種Wave bubble，即電波氣泡，它是一個(gè)開(kāi)源的GPS干擾器，它的原理是：開(kāi)啟開(kāi)關(guān)后，它會(huì)在你的周?chē)鷦?chuàng)造了一個(gè)氣泡，GPS信號(hào)進(jìn)不了這個(gè)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(chē)，它還干擾到你周?chē)鷶?shù)英里的無(wú)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(gè)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(gè)高峰，它對(duì)應(yīng)的是真實(shí)的信號(hào)，當(dāng)你發(fā)射一個(gè)假的GPS信號(hào)時(shí)，另一個(gè)高峰出現(xiàn)了，當(dāng)兩個(gè)高峰完全重合，跟蹤點(diǎn)就分別不出差別，這時(shí)他們就被更強(qiáng)的假信號(hào)劫持了，真實(shí)的信號(hào)被逼走，假信號(hào)則完全控制GPS接收器，從而用一個(gè)欺騙器控制一個(gè)GPS接收器的時(shí)間和位置。事實(shí)上，民用GPS信號(hào)是完全開(kāi)放的，它們沒(méi)有加密，沒(méi)有驗(yàn)證，它們完全開(kāi)放，對(duì)欺騙性的攻擊完全沒(méi)有抵抗力，這種欺騙可能會(huì)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(duì)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(wèn)題，事物總是發(fā)展和變化的，解決的方法也會(huì)不斷地改進(jìn)和提高。GPS是近年來(lái)開(kāi)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(shí)、測(cè)速等優(yōu)勢(shì)必然會(huì)在諸多領(lǐng)域中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前，GPS技術(shù)在我國(guó)道路工程和交