交通系统是一个人、车、路及其环境综合作用的复杂而庞大的系统,因此,仅分别从人、车、路方面考虑以期彻底解决交通拥挤问题是不切实际的。现在,人们开始从系统的观点出发,将人、车、路等因素综合考虑,将现代通讯技术、控制技术等综合运用于运输系统管理:一方面使人、车等交通系统中的“节点”对系统状况有充分了解,从而做出灵活的反映;另一方面使交通管理者能够动态、实时地了解和监控交通系统,使系统发挥最高效率,使“节点”和系统能够智能交互,实现整个系统的智能化,这就是智能交通系统(ITS,Intelligent Transportation System)[1]。
车辆的位置是ITS的重要信息。全球定位系统(GPS)和地理信息(GPS)相结合可以实时、准确地提供位置信息,可见GPS是实现交通智能化的关键技术。随着信息化进程的加快,智能交通系统将在现代化交通工程中发挥越来越重要的作用。
一、GPS技术概述
全球定位系统(GPS,Global Poitioning System)是由美国建立了一个卫星导航定位系统,一般由空间部分、地面监控部分以及用户接收机三大部分组成,包括24颗卫星(21颗主用,3颗备用),利用该系统,用户可以在全球范围内实现全体候、连续、实时的三维导航定位和测速。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[2]。
GPS定位技术具有精度高、速度快、成本低的显著优点,成为目前世界上应用范围最广泛、实用性最强的全球精密授时、测距、导航、定位系统。我国GPS技术也在测量、海空导航、车辆引行、导弹制导、精密定位、动态观测、时间传递、速度测量等方面加以应用。
二、GPS在ITS中的应用
目前,随着GPS卫星导航定位技术与无线电通信网络的发展,GPS在ITS中的应用主要分为两大类。
1、基于GPS技术实现的导航系统
如图1所示,基于GPS实现的车辆导航系统由GPS接收机、微处理机、导航软件、显示器、地理信息系统组成。
GPS接收机可同时接收四颗以上卫星信号,确定三维坐标,用以确定车辆位置。导航软件用于整个系统的数据处理和管理。显示器可用于实体运行情况的实时显示。地理信息系统用于存放地图和有关导航信息。主要典型应用包括:
(1)车辆导航
GPS车辆监控中心则为实时为其提供导航及其他增值服务,如:“前方路口右转”、“您已经偏离航线”、“前方lkm堵车,请选择其他路线”等信息提示。车辆导航系统的原理如图1所示。
(2)行人导航
GPS在个人旅游中能实现实时卫星定位,帮助旅游者获得正确地理位置及路线,位置误差可控制在10m以内,确保不迷失方向,保障旅游者玩得快乐也安全。
2、基于GPS技术实现的车辆运营管理系统
车辆运营管理系统是由GPS、GIS、无线电通信网络、多媒体、遥测遥控集成为一体的一种新型车辆运营管理系统,如图2所示,它主要是为了使车辆运营管理部门、安全保卫部门及时掌握车辆的运行状况,便于对车辆进行指挥调度,同时为驾驶员提供交通、公安和服务信息。根据不同要求,该系统管理的车辆可安装车辆导航系统,也可只装GPS接收机,以提供车辆位置信息。
车辆监控中心有多台微型计算机、一台工作站与大屏幕显示器。为了对车辆进行监测与管理,在计算机内装有城市道路信息库、车辆运行状态监测软件、重要车辆运行路线优化设计软件、车辆运营调度管理系统软件、车辆报警紧急处理软件等。
主要典型应用包括:
(1)急救工交车监控和调度系统[3]
急救部门、工交车和出租汽车可以采用GPS移动目标监控系统对各车辆发口的信息进行综合分析,再将调度命令发送给司机,及时调整车辆运行情况,实现有效管理。同时,还可以推广使用电子站牌,电子站牌通过无线数据链路接收即将到站车辆发出的位置和速度信息,显示车辆运行信息,并预测到站时间,为乘客提供方便。
(2)的士叫车服务系统
的士叫车服务系统和GPS监控系统互联互通,它在客户用电话请求服务时,快速通过GPS定位找到离乘客最近的空载车,马上答复客户载客的士的车牌号和到达时间,并同时通知该车前往接送客人,从而实现快速响应的优质叫车服务。
(3)长途运输货运系统