1、GPS在智能交通系統中的應用 摘要隨著國民經濟的快速發展和機動車數量的急劇增加，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、交通運輸網絡的不完善成為制約我國經濟發展的主要因素。如何解決車輛與道路之間日益突出的矛盾，科學的配置和利用道路資源，有效的加強車輛管理，建立智能化交通體系已成為促進城市化建設和管理的必然趨勢。GPS技術能夠提供高精度的實時動態定位，給予駕駛人員必要的路況和導航信息，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展，相信隨著科學技術的不斷發展， GPS衛星定位技術將在智能交通系統中發揮越來越重要的作用。本文在GPS和

2、智能交通原有技術的基礎上，結合國內外發展現狀，就GPS在智能交通中的應用進行分析，最后對GPS在智能交通系統中的發展前景進行了總結和展望。關鍵字 全球衛星定位系統（GPS） 智能交通系統（ITS）目錄1 研究背景及意義12 國內外研究現狀22.1 俄羅斯的“格洛納斯”系統22.2 美國的GPS系統22.3 歐洲的“伽利略”系統32.4 中國的北斗導航系統43 GPS在智能交通中的應用53.1 GPS在汽車導航中的應用53.2 GPS在行人導航中的應用63.3 GPS在交通管理中的應用63.4 總結84 GPS欺騙器85 總結和展望9參考文獻10101 研究背景及意義全球定位系統（Global&

3、#160;Positioning System，GPS）是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研制的新一代空間衛星導航定位系統 ，它是由24顆衛星構成的衛星信號網，其中21顆工作衛星，3顆備用衛星，均勻的分布在6個軌道上，基本保證了地球上的任何地點，在任何時刻均至少可以同時觀測到4顆衛星，以滿足陸、海、空三大領域實時、 全天候、全球性的導航和定位需求。用戶的GPS接收設備通過接收所在區域能夠收到的衛星的信號，從而得到這些衛星與GPS接收設備之間的距離，由于衛星發出的信號中已經給出了當時衛星的準確位置，因而GPS接收設備即可計算出自身的位置，此即GPS的定位原理。目

4、前，商業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，智能交通系統的建設也是日新月異。智能交通系統（Intelligent Transport System，ITS）是將先進的信息技術、通訊技術、傳感技術、控制技術以及計算機技術等有效地集成運用于整個交通運輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內、全方位發揮作用的，實時、準確、高效的綜合的運輸和管理系統。在GPS衛星導航系統的眾多應用領域中，智能交通系統被稱為民間應用的一個最大市場，例如：北京建立交通管理中心，大連在公交系統中安裝了GPS系統和電子站牌，上海實施了高架路速度管理和誘導以及可變標志指引等等。這些技術向

5、道路用戶提供了必要的信息和便捷的服務，有效地減少了交通堵塞，大大的提高了交通運輸的效率。隨著科學技術的不斷發展和GPS 各項功能的不斷提高，我國的智能交通系統將會越來越完善。2 國內外研究現狀2.1 俄羅斯的“格洛納斯”系統俄羅斯的GLONASS衛星定位系統于1995年建成，GLONASS星座由30顆衛星組成，其中27顆工作星和3顆備份星。27顆工作衛星均勻地分布在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顆衛星，同平面內的衛星之間相隔45度， 軌道高度2.36萬公里，軌道傾角56度。GLONASS用戶設備能接收衛星發射的導航信號，并測量其偽距和偽距變化率，同時從衛

6、星信號中提取并處理導航電文。接收機處理器對上述數據進行處理并計算出用戶所在的位置、速度和時間信息。GLONASS系統提供軍用和民用兩種服務，其定位精度為10米左右。目前，GLONASS系統的主要用途是導航定位，當然也可以廣泛應用于各種等級和種類的定位、導航和時頻領域等。 2.2 美國的GPS系統美國的GPS衛星定位系統由美國國防部于1973年開始設計、研制，1993年全部建成。GPS的空間部分是由24 顆工作衛星組成,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 顆有源備份衛星在軌運行。衛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 顆以上的衛星，通過對定位信息的解算便可確定該接收機的位置，從而提供高精度的三維定位導航信息。1994年，美國宣布在10年內向全世界免費提供GPS全球定位系統的使用權，但至今美國只向外國提供低精度的衛星信號，精確度約為10m。據悉，美國目前正在實驗第二代工作衛星系統，計劃發射20顆衛星，定位精度計劃達到1mm。2.3 歐洲的“伽利略”系統歐洲于1999年提出“伽利略計劃”，它實際上是一個歐洲的全球導航服務計劃，它是世界上第一個專門為民用目的設計的全球性衛星導航定位系統，與現在普遍使用的GPS相比，它將更顯先進、更加有效、更為可靠。它的總體思路具有四大特點：自成獨立體系；

8、能與其它的GNSS系統兼容互動；具備先進性和競爭能力；公開進行國際合作。歐洲伽利略系統是歐洲計劃建設的新一代民用全球衛星導航系統，系統由30顆衛星組成，其中27顆衛星為工作衛星，3顆為備用衛星。衛星高度為24126公里，位于3個傾角為56度的軌道平面內。該系統除了30顆中高度圓軌道衛星外，還有2個地面控制中心。伽利略系統除了能提供精確的定位信號外，還可以提供移動電話業務服務，用于救生行動，如接收失事飛機的求救信號后，快速通知附近的救援部門。據稱，這些是GPS還無法實現的。該系統將主要服務于民用，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 中國的北斗導航系統19

9、94年我國開始建設“北斗一代”衛星導航定位系統。隨著2000年10月31日、12月21日和2003年5月25日三顆“北斗”導航衛星的相繼發射成功，我國建立了第一代區域性導航定位衛星系統，成為繼美國、俄羅斯之后，世界上第三個擁有衛星導航系統的國家。我國的“北斗一代”導航系統綜合了傳統天文導航定位及地面無線電導航定位的優點，相當于一個設置在太空的無線電導航臺，可在任何地點、任何時間為用戶確定其所在的地理經緯度和海拔高度，是全天候、全天時提供衛星導航信息的區域性導航系統。該系統主要為公路交通、海上作業、鐵路運輸等領域提供導航服務，還可以為災害預報、森林防火以及氣象、石油、海洋、通信、公安等特殊行業提

10、供高效的導航定位服務，能基本滿足當前我國陸、海、空運輸導航定位的需求，可以說是一個成功的、實用的、投資很少的初級起步系統，對我國經濟建設起到了積極的推動作用。中國預計在2020年建成由30多顆衛星組成的，覆蓋全球的“北斗二號”衛星導航定位系統。“北斗二號”衛星導航系統空間段由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成，提供兩種服務方式，即開放服務和授權服務。 “北斗二號”衛星導航系統將克服“北斗一號”系統存在的缺點，同時具備通信功能，其建設目標是為我國及周邊地區的我軍民用戶提供陸、海、空導航定位服務，促進衛星定位、導航、授時服務功能的應用，為航天用戶提供定位和軌道測定手段，滿足武器制導的需要，

11、滿足導航定位信息交換的需要。3 GPS在智能交通中的應用3.1 GPS在汽車導航中的應用三維導航是GPS的首要功能，飛機、汽車、船舶都可利用GPS導航接收器進行導航。汽車導航系統是在GPS基礎上發展起來的一門新型技術。GPS汽車導航系統通過向衛星發射的信號，求出該點的經緯度坐標、速度、時間等信息。為了提高汽車導航定位精度，通常采用差分GPS技術。當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衛星信號時，系統可自動導入自律導航系統，這時由車速傳感器檢測出汽車的行進速度，通過微處理單元的數據處理，從速度和時間中直接計算出行進的距離，陀螺傳感器直接檢測出前進的方向，陀螺儀還可自動存

12、儲各種數據，即使在因更換輪胎等原因暫時停車時，系統也能夠重新設定。 由GPS衛星導航所測到的汽車位置坐標數據、行進的方向都會與實際行駛的路線軌跡存在一定誤差，為了修正這兩者的誤差，與地圖上的路線統一，需要采用地圖匹配技術，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行實時相關匹配，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行快速處理，得到汽車在電子地圖上的準確位置，以指示出準確行駛路線。CD-ROM用于存儲道路數據等信息，LCD顯示器用于顯示導航的相關信息。 3.2 GPS在行人導航中的應用眾所周知，人們的許多生產活動、社會活動以及休閑活動等，都不可

13、能在固定的地點完成，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，或是錯綜復雜的街道大廈，這就使得對行人的定位與導航需求尤為迫切。GPS導航系統能實現實時衛星定位，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在交通管理中的應用GPS導航系統與電子地圖、無線電通信網絡和計算機車輛管理信息系統相結合，可實現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，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定位信息發送給調度指揮中心，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 實現多窗口、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行跟蹤運輸，能促進交通管理及物流事業的快速發展。 （2）話務指揮：指揮中心能夠監測區域內車輛運行狀況，對被監控車輛進行合理調度。指揮中心還能隨時與被跟蹤目標通話，進行實時管理。 （3）緊急援助：通過GPS定位及監控管理系統能夠對發生事故或遇險車輛進行緊急援助。監控臺的電子地圖顯示報警目標和求助信息，規劃最優援助方案，并以報警聲光提醒值班人員進行應急處理。 （4）信息查詢：為用戶提供主要物標，如旅游景點、賓館、醫院等數據庫，用戶可以在電子地圖上根據需要進行

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，監測中心能夠利用監測控制臺對區域內的任意目標所在位置進行查詢，車輛信息將以數字形式在控制中心的電子地圖上顯示出來。 （5）提供出行路線規劃和導航：提供出行路線規劃是汽車導航系統的一項重要輔助功能，它包括人工線路設計和自動線路規劃。人工線路設計是由駕駛者根據自己的目的地設計起點、終點和途經點等，自動建立線路庫。自動線路規劃是由駕駛者確定起點和目的地，由計算機軟件按要求自動設計最佳行駛路線，包括最快的路線、最簡單的路線、通過高速公路路段次數最少的路線等的計算。線路規劃完畢后，顯示器可在電子地圖上顯示設計線路，

16、并同時顯示汽車運行路徑與運行方法。（6）交通流量監測：為了對交通態勢進行多方面分析，利用GPS采集到的實時道路信息綜合其他交通數據，對道路交通狀況進行分析，提供某一特定路段的實時流量。（7）打車服務系統：“嘀嘀打車”和“快的打車”軟件的產生進一步方便了我們的生活，其基本原理是：打車服務系統和GPS監控系統互聯互通，通過GPS定位快速的找到離乘客最近的空載車，馬上答復客戶該車的車牌號、到達時間和聯系方式等，并同時通知該車前往接送客人，從而實現快速響應的優質打車服務。3.4 總結總的來說，GPS是ITS的強大工具，GPS設備可以引導駕駛員快速到達目的地，避免繞行，提高效率。一組車輛裝備上的GPS設

17、備，則可以通過交通管理中心監視車輛運行位置，并進行調度管理，這同樣意味著工作效率的提高。隨著我國經濟的發展，GPS在ITS上的應用研究將逐步深入和廣泛，并將發揮出更大的作用。4 GPS欺騙器GPS已經深深的被鍵入到我們的系統和設施中，它具有良好的技術性能，能夠有效地緩解交通壓力，為整個交通系統提供便利服務。但是，這種精確地定位系統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：開啟開關后，它會在你的周圍創造了一個氣泡，GPS信號進不了這個氣泡，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英里的無辜的GPS接收器，其結果也可能是災難性的，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，它對應的是真實的信號，當你發射一個假的GPS信號時，另一個高峰出現了，當兩個高峰完全重合，跟蹤點就分別不出差別，這時他們就被更強的假信號劫持了，真實的信號被逼走，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。事實上，民用GPS信號是完全開放的，它們沒有加密，沒有驗證，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偏離航線、輪船擱淺等嚴重后果，所以我們要辯證的對待GPS，嚴厲打擊不良的GPS欺騙。5 總結和展望本文一方面論述了GPS技術的應用促進了ITS的發展；另一方面指出了GPS在ITS中存在的部分問題，事物總是發展和變化的，解決的方法也會不斷地改進和提高。GPS是近年來開發的最具有創新意義的高新技術成果之一，其全能性、全球性、全天候性的導航定位、定時、測速等優勢必然會在諸多領域中得到越來越廣泛的應用。目前，GPS技術在我國道路工程和交