全球定位系统(GPS)在汽车运输中的应用

第２期（总第１７９期）　２００６年４月　山西交通科技　ＳＨＡＮＸＩ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ　）Ｆ　ＣＯ　Ｎｏ．２　ＪｌＩ　Ｓ　Ａｕｒ．　全球定位系统（ＧＰＳ）在汽车运输中的应用　徐　哲　，丛　琳　（１．吉林大学汽车工程学院，吉林长春　１３００２２；２．吉林大学通信工程学院，吉林长春　１３００２２）　摘要：在简要概述了国内外ＧＰＳ汽车导航系统现状的基础上，分析了ＧＰＳ在汽车导航、公　共汽车、出租汽车及车辆系统的实时定位、监控与运营调度中的应用。　关键词：全球定位系统（ＧＰＳ）；汽车；运输；应用　中图分类号：Ｕ４９５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—３５２８（２００６）０２—００７６—０３　控、调度、报警、监听、遥控熄火和遥控断油、电子地　全球定位系统（ＧＰＳ）是一个基于卫星的导航、　定位及计时的系统。接受器通过（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。在军事领域中，ＧＰＳ采用精确的（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｃｏｄｅ），单独使用时其圆周率经度（ＣＥＰ）约１２　ｌｌｆｌ，当　基站与一起使用时，差分ＧＰＳ的ＣＥＰ可提高到２　ｒｆｌ一　５　ｒｒ１．民用ＧＰＳ采用ＣＡ码（Ｃｏａｒｓｅ／Ａｃｇｕｉｓｔｉｏｎ　Ｃｏｄｅ），在引入人为选择可用性ＳＡ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ａｖａｉｌ．　图显示、自动存档、系统自检等功能，它可将汽车的　任何动态位置随时准确无误地显示在仪器的电子地　图上。导航仪的电子地图自动跟踪显示汽车当前位　置及周边情况，它存储了我国各大城市道路的电子　交通图及高精度的全国公路网及其沿线村镇以上级　别的地图，司机可随时在导航仪上查询周边半径　３００　ｋｍ地区的地理信息。　２　基于ＧＰＳ的汽车导航系统　ａｂｉｌｉｔｙ）误差后精度约为１００　ｌｌｆｌ，差分ＧＰＳ可将精度　提高到约１０　ｌｌｆ１．　汽车导航系统可以显示车辆当前所在位置，并　１　ＧＰＳ的汽车导航系统现状　１．１　美日ＧＰＳ的汽车导航系统现状　将运行中有关道路图、停车设施、道路属性（道路名　称、单向交通路段、禁止转弯路段、载重限制及净空　ＧＰＳ自投入运行以来，逐步向民用开放，为各　行各业服务。因此，美日各大汽车公司相继在自己的　限制等）和其他有用的服务信息直观地呈现在驾驶　员面前，协助驾驶员在陌生的交通道路环境中，准确　掌握前往目的地的道路，当驾驶员将目的地输入车　中电脑，提出要求，电脑便能根据市内道路情况、红　绿灯数、速度限制等选出最佳行驶路线，并显示在荧　屏上。它不仅指示车辆避开拥挤阻塞的路线，还帮助　疏散车辆。另外，它还有修改功能，例如车主不小心　错过路口、没有走该系统推荐的最佳路线、车辆位置　偏离最佳路线２００　ｌｌｆｌ以上，该系统会根据所在新位　产品上配装新一代的信息系统与导航系统。在一些　轿车上，导航系统不再是选装件，而是标准设备。如　丰田公司的ｗｉｎｄｏｍ，日产公司的ｅｉｎａ，本田公司的　ｌｅｇｅｎｄ，三菱公司的ｇａｌａｎｔ轿车上都装备有电子导航　系统。美国福特公司通过全球定位卫星的信号来确　定轿车的位置，为司机指示方向并提供声音指示。　１．２我国ＧＰＳ的汽车导航系统现状　ＧＰＳ汽车导航系统的研制和应用在我国起步　较晚，但发展势头很猛，在银行运钞车、公安巡逻车　上广泛应用，在一些大中城市的出租车、公交车上也　置，重新为车主设计最佳路线。目前世界各国已有多　种汽车导航系统产品，并竞相降低价格，我国现在也　已有研究成果。　汽车导航系统是由ＧＰＳ导航、自主导航、智能　化地图匹配器、微处理器（ＭＰＣ）或数字信息处理器　（ＤＳＰ）、车速传感器、陀螺传感器、ＣＤ—ＲＯＭ驱动器　或ＤＶＤ—ＲＯＭ驱动器、显示器以及电子地图数据库　开始应用，一些厂矿企业和部门正在逐步配备ＧＰＳ　接收机。　‘我国将ＧＰＳ、地理信息系统和现代通讯技术综　合在一起，研制成一种新型汽车导航设备，具备监　收稿日期：２００５—１１—０８；修回日期：２００６—０２—１７　作者简介：徐哲（１９８３一），男，吉林长春人，吉林大学汽车工程学院在读本科生；　丛琳（１９８４一），女，黑龙江哈尔滨人，吉林大学通信工程学院在读本科生。　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年第２期　徐哲，等：全球定位系统（ＧＰＳ）在汽车运输中的应用　・７７・　相应的软件组成。如图１所示。　夹式弯路、蛇形路面、环状盘形路、雪道空地打滑、轮　藤蠹卜由丫圆　　￣ｇｌｒ＿１Ｉ动器电子地｝－１　．卜－－１器地图匹配卜．—　ＣＤ－ＲＯＭ渡过河等地段时，所有这些曲线行驶的距离与卫星　导航的经纬度比较会产生较大误差，此时只有通过　陀螺传感器和微处理器的运算修正才能得到汽车的　正确位置。车速传感器常采用数字里程表，陀螺传感　器采用压电晶体陀螺。　２．３地图匹配器　…—子地—　ｌ器导航软件Ｉ　由ＧＰＳ导航和自主导航（包括车速传感器和陀　螺传感器）所测得的汽车坐标位置数据、前进的方向　陀螺传感器Ｉ　ｌ语音电路Ｉ｝车速传感器　图１汽车导航系统框图　和行驶路线轨迹在电子地图上都存在一定误差，为　从图１系统方框图可以看出，汽车上需装备主　要有：ＧＰＳ天线、ＧＰＳ接收机（接收板）、计算机　（ＣＰＵ）、ＣＤ—ＲＯＭ驱动器及显示屏。安装示意图见　图２。　图２　车载导航设备安装示意图　２．１　ＧＰＳ导航设备　由ＧＰＳ火线和ＧＰＳ接收机组成。目前天空有两　套较大全球定位系统，我们除采用单一系统接收外，　也可以采用组合双系统接收（ＧＰＳ＋ＧＬＯＮＡＳＳ＝　ＧＮＳＳ）。由于两个系统的工作频率、坐标系、传输识　别方法不同，所以对天线和接收机的参数要作相应　改变方可工作。根据卫星倾角、轨道面及其上面分布　的卫星数量的不同在地球上任一点最多可能接收到　８颗卫星参数。而根据定位要求只要接收到４颗卫　星参数，就能求出地面定位坐标。为减少城市中高楼　大厦的遮挡影响，美国Ｒｏｃｋｗｅｌｌ公司出品的１２通道　ＧＰＳ－－ＯＥＭ板，常用作ＧＰＳ接收机的主机。　２．２　自主导航设备　由车速传感器和陀螺传感器组成。当汽车行驶　在隧道、高层楼群、高架桥、高山群涧、密集森林等地　段时，将与ＧＰＳ失去联系，在中断信号的瞬间，机内　自动导入自主导航系统，此时车速传感器从汽车前　进的速度检测出车速脉冲，通过汽车微处理器　（ＭＰＵ）的数据处理，由速度和时间直接求出前进的　距离。为了减少高速行驶中因轮胎受热膨胀而影响　计算精度的误差，要取一个距离系数进行修正，以提　高导航的精度。陀螺传感器可直接测出前进方向的　变化和行驶路线状态，例如汽车行驶在勾状山道、发　了修正这些误差，需采用地图匹配技术。增加一个地　图匹配电路，对汽车行驶的路线（包括各种传感器检　测到的轨迹）与电子地图上道路的偏差进行定时数　字相关匹配，作出自动修正，然后由微处理器整理程　序进行实时快速处理，在电子地图上得到汽车正确　位置的显示。　随着技术的进步，近年来利用模糊逻辑控制原理　替代原来的复杂数字相关匹配技术组成的地图匹配　器，可以大大简化系统结构，降低成本，提高精度。　２．４　ＬＣＤ显示器　世界平板显示器发展表明，薄膜晶体管有源矩　阵液晶显示器（ＴＦ　ＴＡＭＬＣＤ）是个发展方向。因为它　每个像素后面都配置了一个半导体开关器件来驱　动，从而实现了高亮度视频图像显示，具有对比度　好、扫描线多、视角宽、低反射等优点。日本导航研究　会把三基色（ＲＧＢ）ＴＦＦＬＣＤ制定为导航用的标准，　尺寸为５．６英寸，２２４　６４０个像素（２３４×９６０），６．４　英寸，４４９　２８０个像素（２３４×１　９２０）。这种显示器由　于视角宽，亮度高，使得在副驾驶席和后座位上均能　看到清晰的画面，因而应用广泛。在我国已生产。　最近国际上推出的宽屏幕画面，７英寸液晶显示　器，３３６　９６０个像素（２３４×１　４４０），对角线１８０　ａｍ，　纵模比１６：９，它具有一般家用彩电功能，通过增加　电路能提供双画面和画中画画面，纵向长距离扩大　画面显示等功能，这样就实现了导航地图画面、电视　接收，重调多频信息接收等多种功能，给驾驶员长途　驾驶带来乐趣。　２．５　通讯系统　车辆的移动性决定了系统的通讯必须采用无线　电通讯方式，现在常用的通讯方式为常规通信、集　群通信，ＧＳＭ的短信息业务３种。其中ＧＳＭ的短信　息业务用于定位数据传输，目前较为流行，因其覆盖　范围广，可以实现全球通，但是，时间问题是制约其　发展的重要因素。我国ＧＳＭ公用数字移动通信是覆　盖面最大、系统可靠性最高、保有量最多的数字移动　通信系统，利用ＧＳＭ传输、ＧＰＳ信息及其他信息是　维普资讯 http://www.cqvip.com

・７８・　山西交通科技　２００６年第２期　一种经济、有效的通信方式。　驶记录仪。行车记录仪由ＧＰＳ接收机、电子地图及　电子地图匹配器、处理器等组成，它实时接收移动车　辆的ＧＰＳ定位数据，并将其通过坐标转换，由地理　坐标变为屏幕坐标，在电子地图上以一定符号显示　车辆定位的动态轨迹，可以全屏显示，缩放和分层显　３　基于ＧＰＳ的公共汽车在线跟踪控制系统　由于公共汽车线路固定，不存在选择最佳行驶　路线的要求，采用ＧＰＳ定位系统的目的主要在于跟　踪控制车辆，及时调度，方便乘客。为进一步方便乘　客和调度车队，新加坡新巴（ＳＢＳ）已在试验实施ＧＰＳ　公共汽车在线路跟踪控制系统。该系统包括：安装在　主要公共汽车站的乘客显示牌，基于ＧＰＳ的公共汽　车在线定位系统（每辆公共汽车上都配有车载计算　机及ＧＰＳ定位机），公共汽车驾驶员显示屏，中心控　示，还可以选择任意路段回放车辆轨迹，并任意选择　回放速度。　由于行车记录仪的任务只是进行车辆轨迹的描　述，不需要通信系统，因此结构非常简单，成本低廉，　而且容易实施。因此，国内外应用相当广泛。　目前，我国的汽车产量在逐年增加，民用车辆在　增加，道路交通带来严重拥挤，成为社会环境的一大　制计算机等。中心控制计算机时刻跟踪监视每辆公　共汽车，监视其预定的到站时间，甚至每辆公共汽车　的上座率，并在各站点的乘客显示牌上通知试图等　车乘客关于公共汽车的运营情况，以便乘客更好地　计划自己的行程，减少等车时间，同时也使车队更好　公害，也造成了巨大的经济损失。仅仅扩建公路是有　限的，利用汽车导航系统是一种较好的解决方法。　参考文献：　【１】　申荣卫．汽车电子技术【Ｍ】．北京：机械工业出版社，　２００３．　调节车辆发车的频率。　４　基于ＧＰＳ的行车记录仪　【２】　董宏图　汽车维修电工精通【Ｍ】．北京：电子工业出版　社，２００３．　行车记录仪主要用于记载车辆运行路线、运行　速度及加速度变化情况，以便管理部门检查车辆的　运行情况。对遇疲劳驾驶、车辆超速等交通违章，约　束驾驶员不良驾驶行为，保障车辆行驶安全有重要　作用。并且为交通安全管理部门提供了有效的执法　工具。欧盟、日本等国家２０世纪７０年代开始以立体　的形式，在部分客运和货运汽车上强行安装汽车行　【３】　徐趁肖，陈军．基于ＧＰＳ的汽车导航监控系统研究【Ｊ】　交通与计算机，２００１（５）：８０１—８０３．　【４】宋传平．全球定位系统在ＩＴＳ中的应用【Ｊ】．公路交通　技术，２ＯＯ４（１Ｏ）：５０４—５０６．　【５】周洁敏．信号处理技术【Ｍ】．北京：北京航空航天出　版社，２００１．　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＧＰＳ　ｔｏ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ＸＵ　Ｚｈｅ　，ＣＯＮＧ　Ｌｉｎ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｌｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｊｉｌｉｎ　１３００２２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉＨｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｊｉｔｌｉｎ　１３￣２２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｕｍｍａｒｙ　ｏｆ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＧＰＳ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ；ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＧＰＳ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｄｉｓｐａｔｃｈｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，ｂｕｓｅｓ，ｔａｘｉｅｓ　ａｎｄ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＧＰＳ；ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ；ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　（上接第５０页）　Ｔｈｅ　Ｐｒｏｂｌｅｍ，Ｃａｕｓｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ　Ｂｅａｍ　Ｄｕｃｔ　Ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ＷＡＮＧ　Ｔｉａｎ－ｓｈｅｎｇ　（Ｔｈｅ　２ｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｒｏａｄ＆Ｂｒｉｄｇｅ　Ｇｒｏｕｐ，Ｌｉｎｆｅｎ，Ｓｈａｎｘｉ　０４１０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ　ｂｅａｍ　ｄｕｃｔ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ，ａｎｄ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｕｃｔ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｐｒｏｂｌｅｍ；ｃａｕｓｅ；ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ