摘 要：隨著科學技術的發展和高等級公路的快速修建，GPS技術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星定位系統GPS的原理及特點，詳細闡述了在交通運輸中的應用。

　　關鍵詞：GPS技術 原理 交通運輸

　　一、全球定位系統GPS及其原理介紹

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

　　工作原理：24顆GPS衛星在離地面1萬2千公里的高空上，以12小時的周期環繞地球運行，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顆以上的衛星。

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

　　事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛星，這時，接收機可按衛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。

　　由于衛星運行軌道、衛星時鐘存在誤差，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，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，并對外發布。接收機收到該修正數后，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系統及其特點

　　(1)、GPS系統分類

　　1)空間衛星系統

　　空間衛星系統由均勻分布在6個軌道平面上的24顆高軌道工作衛星構成，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，各衛星升交角距差90度，任一軌道上的衛星比西邊相鄰軌道上的相應衛星超前30度。事實上，空間衛星系統的衛星數量要超過24顆，以便及時更換老化或損壞的衛星，保障系統正常工作。該衛星系統能夠保證在地球的任一地點向使用者提供4顆以上可視衛星。

　　2)地面監控系統

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

　　3)用戶接收系統

　　用戶接收系統主要由以無線電傳感和計算機技術支撐的GPS衛星接收機和GPS數據處理軟件構成。

　　(2)、GPS系統特點

　　1)全球、全天候工作：能為用戶提供連續、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，而且其應用領域不斷擴大。

　　3)觀測時間短：隨著GPS系統的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內相對靜態定位，僅需15-20分鐘;快速靜態相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15KM以內時，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技術按待定點的狀態分為靜態定位和動態定位兩大類。靜態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。靜態相對定位的精度一般在幾毫米到幾厘米范圍內，動態相對定位的精度一般在幾厘米到幾米范圍內。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;后處理是指把衛星信號記錄在一定的介質上，回到室內統一進行數據處理。一般來說，靜態定位用戶多采用后處理，動態定位用戶采用實時處理或后處理。目前，全球定位系統已廣泛應用于軍事和民用等眾多領域中。

　　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及測定航測外控點等。隨著高等級公路的迅速發展，對勘測技術提出了更高的要求，由于線路長，已知點少，因此，用常規測量手段不僅布網困難，麗且難以滿足高精度的要求。目前，國內已逐步采用GPS技術建立線路首級高精度控制網，如滬杭、甬金等高速公路都是利用GPS建立了首級控制闋，然后用常規方法布設導線加密。實踐證明，在幾十公里范圍內的點位誤差只有2 cm左右，達到了常規方法難以實現的精度，充分利用GPS接收機的快速靜態定位功能，可以快速、高精度的建立數百公里的高速公路控制網，節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，可構成較強的網形，提高點位精度，同時對檢測常規測量的支點也非常有效，因此GPS技術也同樣應用于特大橋梁的控制測量中。GPS技術在隧道測量中具有廣泛的應用前景.GPS測跫無需通視，減少了常規方法的中間環節，因此，速度快、精度高，具有明顯的經濟和社會效益。

　　(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，它包括自動線路規劃和人工線路設計。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。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。線路規劃完畢后，顯示器能夠在電子地圖上顯示設計線路，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、醫院等數據庫，用戶能夠在電子地圖上根據需要進行查詢。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，監測中心可以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。

　　4)話務指揮

　　指揮中心可以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定位和監控管理系統可以對遇有險情或發生事故的車輛進行緊急援助。監控臺的電子地圖顯示求助信息和報警目標，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。

　　6) 自動導航

　　語音導航;畫面導航;重新規劃線路。

　　結語

　　伴隨全球經濟的蓬勃發展，GPS民用信號精度將在全球范圍內得到不斷完善與提高。可見，在我國，GPS技術的應用前景將更為廣泛。

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