摘 要：隨著科學技術(shù)的發(fā)展和高等級公路的快速修建，GPS技術(shù)在道路工程和交通運輸中的應用也更加的廣泛和深入。本文筆者介紹了全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS的原理及特點，詳細闡述了在交通運輸中的應用。

　　關(guān)鍵詞：GPS技術(shù) 原理 交通運輸

　　一、全球定位系統(tǒng)GPS及其原理介紹

　　GPS定義：利用衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實時進行定位、導航的系統(tǒng)，稱為全球定位系統(tǒng)。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS是美軍70年代初在“子午儀衛(wèi)星導航定位”技術(shù)上發(fā)展而起的具有全球性、全能性(陸地、海洋、航空與航天)、全天候性優(yōu)勢的導航定位、定時、測速系統(tǒng)。GPS由三大子系統(tǒng)構(gòu)成：空間衛(wèi)星系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、用戶接收系統(tǒng)。

　　工作原理：24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬2千公里的高空上，以12小時的周期環(huán)繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。

　　由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機的距離，利用三維坐標中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個方程式，解出觀測點的位置(X,Y,Z)?？紤]到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有4個未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個方程式進行求解，從而得到觀測點的經(jīng)緯度和高程。

　　事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時，接收機可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。

　　由于衛(wèi)星運行軌道、衛(wèi)星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的SA保護政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技術(shù)，建立基準站(差分臺)進行GPS觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。接收機收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準確的位置。實驗表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。

　　二、GPS系統(tǒng)及其特點

　　(1)、GPS系統(tǒng)分類

　　1)空間衛(wèi)星系統(tǒng)

　　空間衛(wèi)星系統(tǒng)由均勻分布在6個軌道平面上的24顆高軌道工作衛(wèi)星構(gòu)成，各軌道平面相對于赤道平面的傾角為55度，軌道平面間距60度。在每一軌道平面內(nèi)，各衛(wèi)星升交角距差90度，任一軌道上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道上的相應衛(wèi)星超前30度。事實上，空間衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量要超過24顆，以便及時更換老化或損壞的衛(wèi)星，保障系統(tǒng)正常工作。該衛(wèi)星系統(tǒng)能夠保證在地球的任一地點向使用者提供4顆以上可視衛(wèi)星。

　　2)地面監(jiān)控系統(tǒng)

　　地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布在美國本土和三大洋的美軍基地上的5個監(jiān)測站、一個主控站和三個注入站構(gòu)成。該系統(tǒng)的功能是：對空間衛(wèi)星系統(tǒng)進行監(jiān)測、控制，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導航電文。

　　3)用戶接收系統(tǒng)

　　用戶接收系統(tǒng)主要由以無線電傳感和計算機技術(shù)支撐的GPS衛(wèi)星接收機和GPS數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成。

　　(2)、GPS系統(tǒng)特點

　　1)全球、全天候工作：能為用戶提供連續(xù)、實時的三維位置，三維速度和精密時間，幾乎不受天氣的影響。

　　2)定位精度高：單機定位精度優(yōu)于30 m,采用差分定位精度可以達到厘米級和毫米級。

　　功能多，應用廣：隨著人們對GPS認識的加深，GPS不僅在測量、導航、測速、測時等方面得到更廣泛的應用，而且其應用領(lǐng)域不斷擴大。

　　3)觀測時間短：隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘;快速靜態(tài)相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15KM以內(nèi)時，流動站觀測時間只需1-2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘。

　　三、GPS定位的基本方法

　　GPS技術(shù)按待定點的狀態(tài)分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩大類。靜態(tài)定位是指待定點的位置在觀測過程中固定不變的，如GPS在大地測量中的應用。動態(tài)定位是指待定點在運動載體上，在觀測過程中是變化的，如GPS在車船導航中的應用。靜態(tài)相對定位的精度一般在幾毫米到幾厘米范圍內(nèi)，動態(tài)相對定位的精度一般在幾厘米到幾米范圍內(nèi)。對GPS信號的處理從時間上劃分為實時處理及后處理。實時處理就是一邊接收衛(wèi)星信號一邊進行計算，獲得目前所處的位置、速度及時間等信息;后處理是指把衛(wèi)星信號記錄在一定的介質(zhì)上，回到室內(nèi)統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)處理。一般來說，靜態(tài)定位用戶多采用后處理，動態(tài)定位用戶采用實時處理或后處理。目前，全球定位系統(tǒng)已廣泛應用于軍事和民用等眾多領(lǐng)域中。

　　四、GPS在交通運輸中的應用

　　(1)、GPS在道路工程中的應用

　　GPS在道路工程中的應用，目前主要是用于建立各種道路工程控制網(wǎng)及測定航測外控點等。隨著高等級公路的迅速發(fā)展，對勘測技術(shù)提出了更高的要求，由于線路長，已知點少，因此，用常規(guī)測量手段不僅布網(wǎng)困難，麗且難以滿足高精度的要求。目前，國內(nèi)已逐步采用GPS技術(shù)建立線路首級高精度控制網(wǎng)，如滬杭、甬金等高速公路都是利用GPS建立了首級控制闋，然后用常規(guī)方法布設(shè)導線加密。實踐證明，在幾十公里范圍內(nèi)的點位誤差只有2 cm左右，達到了常規(guī)方法難以實現(xiàn)的精度，充分利用GPS接收機的快速靜態(tài)定位功能，可以快速、高精度的建立數(shù)百公里的高速公路控制網(wǎng)，節(jié)省了大量的人力物力，同時也大大提前了測繪工期。由于無需通視，可構(gòu)成較強的網(wǎng)形，提高點位精度，同時對檢測常規(guī)測量的支點也非常有效，因此GPS技術(shù)也同樣應用于特大橋梁的控制測量中。GPS技術(shù)在隧道測量中具有廣泛的應用前景.GPS測跫無需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，因此，速度快、精度高，具有明顯的經(jīng)濟和社會效益。

　　(2)、GPS在汽車導航和交通管理中的應用

　　1)車輛跟蹤

　　利用GPS和電子地圖可以實時顯示出車輛的實際位置，并任意放大、縮小、還原、換圖;可以隨目標移動，使目標始終保持在屏幕上;還可實現(xiàn)多窗口、多車輛、多屏幕同時跟蹤。利用該功能可對重要車輛和貨物進行跟蹤運輸。

　　2)提供出行路線規(guī)劃和導航

　　提供出行路線規(guī)劃是汽車導航系統(tǒng)的一項重要輔助功能，它包括自動線路規(guī)劃和人工線路設(shè)計。自動線路規(guī)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(shè)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(shù)最少的路線等的計算。人工線路設(shè)計是由駕駛者根據(jù)自己的目的地設(shè)計起點、終點和途經(jīng)點等，自動建立線路庫。線路規(guī)劃完畢后，顯示器能夠在電子地圖上顯示設(shè)計線路，并同時顯示汽車運行路徑和運行方法。

　　3)信息查詢

　　為用戶提供主要物標，如旅游景點、賓館、醫(yī)院等數(shù)據(jù)庫，用戶能夠在電子地圖上根據(jù)需要進行查詢。查詢資料可以文字、語言及圖象的形式顯示，并在電子地圖上顯示其位置。同時，監(jiān)測中心可以利用監(jiān)測控制臺對區(qū)域內(nèi)的任意目標所在位置進行查詢，車輛信息將以數(shù)字形式在控制中心的電子地圖上顯示出來。

　　4)話務指揮

　　指揮中心可以監(jiān)測區(qū)域內(nèi)車輛運行狀況，對被監(jiān)控車輛進行合理調(diào)度。指揮中心也可隨時與被跟蹤目標通話，實行管理。

　　5)緊急援助

　　通過GPS定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)可以對遇有險情或發(fā)生事故的車輛進行緊急援助。監(jiān)控臺的電子地圖顯示求助信息和報警目標，規(guī)劃最優(yōu)援助方案，并以報警聲光提醒值班人員進行應急處理。

　　6) 自動導航

　　語音導航;畫面導航;重新規(guī)劃線路。

　　結(jié)語

　　伴隨全球經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，GPS民用信號精度將在全球范圍內(nèi)得到不斷完善與提高?？梢?，在我國，GPS技術(shù)的應用前景將更為廣泛。

　　參考文獻

　　1國家測繪局，測繪通報.中國地圖出版社.2008，5

　　2徐大振，交通運輸管理概論[M]北京：人民交通出版社.2003.

　　3周忠漠，易杰軍，周琪.GPS測量原理與應用.北京：測繪出版社，1997

　　4宋文，程躍輝，公路施工測量，北京：人民交通出版社，2000

　　5李躍軍.GPS在交通領(lǐng)域中的應用[J]湖南交通科技.2001.