GPS在現代交通運輸中的應用

        在道路工程中，GPS目前主要用于建立各種道路工程控制網及測定航測外控點等。高等級公路的迅速發(fā)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(guī)測量手段不僅布網困難，而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，如滬寧、滬杭高速公路的上海段就是利用GPS建立了首級控制網，然后用常規(guī)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2cm左右，達到了常規(guī)方法難以實現的精度，同時大大提前了工期。浙江省測繪局利用Wild200GPS接收機的快速靜態(tài)定位功能，實測了線路的全部初測導線，快速、高精度地建立了數百公里的高速公路控制網，取得了良好的效果。

        GPS技術同樣應用于特大橋梁的控制測量中。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(guī)測量的支點也非常有效。如在江陰長江大橋的建設中，首先用常規(guī)方法建立了高精度邊角網，然后利用GPS對該網進行了檢測，GPS檢測網達到了毫米級精度，與常規(guī)精度網的比較符合較好。GPS技術還在隧道測量中具有廣泛的應用前景，其測量無需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，因此，速度快、精度高，具有明顯的經濟和社會效益。

        差分動態(tài)GPS在道路勘測方面主要應用于數字地面模型的數據采集、控制點的加密、中線放樣、縱斷面測量以及無需外控點的機載GPS航測等方面。1994年6月，在同濟大學試驗了KART實時相位差分衛(wèi)星定位系統，在1km范圍內達到了優(yōu)于2cm的精度，因此，能夠用于線路控制網的加密。GPS測量包含有三維信息，可用于數字地面模型的數據采集、中線放樣以及縱斷面測量。在中線平面位置放樣的同時，可獲得縱斷面，在中線放樣中需實時把基準站的數據由數據鏈傳到移動站，從而提供移動站的實時位置。由于GPS儀器不像經緯儀那樣可以指示方向，因此，需與CAD系統相結合，從而可在計算機屏幕上看到目前位置與設計坐標之間的差異。

        機載動態(tài)差分GPS應用于航測，在德國和加拿大已取得了成功，用載波相位差分測出每個攝影中心的三維坐標，而不再需要外控點測量，取得了良好的效果。

        GPS在汽車導航和交通管理中的應用

        三維導航是GPS的首要功能，飛機、船舶、地面車輛以及步行者都可利用GPS導航接收器進行導航。汽車導航系統是在GPS的基礎上發(fā)展起來的一門新技術。它由GPS導航、自律導航、微處理器、車速傳感器、陀螺傳感器、CD-ROM驅動器、LCD顯示器組成。

         GPS導航是由GPS接收機接收GPS衛(wèi)星信號（三顆以上），得到該點的經緯度坐標、速度、時間等信息。為提高汽車導航定位的精度，通常采用差分GPS技術。當汽車行駛到地下隧道、高層樓群、高速公路等遮掩物而捕捉不到GPS衛(wèi)星信號時，系統可自動導入自律導航系統，此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算出前進的距離，陀螺傳感器直接檢測出前進的方向，陀螺儀還能自動存儲各種數據，即使在更換輪胎暫時停車時，系統也可以重新設定。

        由GPS衛(wèi)星導航和自律導航所測到的汽車位置坐標、前進的方向都與實際行駛的路線軌跡存在一定誤差，為修正這兩者間的誤差，使之與地圖上的路線統一，需采用地圖匹配技術，加一個地圖匹配電路，對汽車行駛的路線與電子地圖上道路的誤差進行實時相關匹配，并做自動修正，此時，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正確位置，以指示出正確行駛路線。

       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。 

       GPS導航系統與電子地圖、無線電通信網絡及計算機車輛管理信息系統相結合，可以實現車輛跟蹤和交通管理等許多功能，例如：

       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.提供出行路線的規(guī)劃和導航

        規(guī)劃出行路線是汽車導航系統的一項重要輔助功能，包括：

       自動線路規(guī)劃：由駕駛員確定起點和終點，由計算機軟件按照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。

        人工線路設計：由駕駛員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(guī)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(yī)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、語言及圖像的形式顯示，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)域內任意目標的所在位置進行查詢，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(jiān)測區(qū)域內車輛的運行狀況，對被監(jiān)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(jiān)控管理系統可以對遇有險情或發(fā)生事故的車輛進行緊急援助。監(jiān)控臺的電子地圖可顯示求助信息和報警目標，規(guī)劃出最優(yōu)援助方案，并以報警聲、光提醒值班人員進行應急處理。

        GPS技術在汽車導航和交通管理工程中的研究與應用目前在中國剛剛起步，而國外在這方面的研究早已開始并已取得了一定的成果。加拿大卡爾加里大學設計了一種動態(tài)定位系統，該系統包括一臺捷聯式慣性系統、兩臺GPS接收機和一臺微機，可測定已有道路的線性參數，為道路管理系統服務。美國研制了應用于城市的道路交通管理系統，該系統利用GPS和GIS建立道路數據庫，數據庫中包含有各種現時的數據資料，如道路的準確位置、路面狀況、沿路設施等，該系統于1995年正式運行，為城市道路交通管理起到了重要作用。

        近些年來，國外研制了各種用于車輛誘導的系統，其中對車輛位置的實時確定主要依靠慣性測量系統以及車輪傳感器。隨著技術的發(fā)展，GPS大有取代前兩種方法的趨勢。用于城市車輛誘導的GPS定位一般是在城市中設立一個基準站，車載GPS實時接收基準站發(fā)射的信息，經過差分處理便可計算出實時位置，把目前所處位置與所要到達的目標在道路網中進行優(yōu)化計算，便可在道路電子地圖上顯示出到達目標的最優(yōu)化路線，為公安、消防、搶修、急救等車輛服務。

        GPS是近年來開發(fā)的最具有開創(chuàng)意義的高新技術之一，必然會在諸多領域中得到越來越廣泛的應用。相信隨著我國經濟的發(fā)展，以及高等級公路的快速修建和GPS技術應用研究的逐步深入，其在道路工程和交通運輸中的應用也會更加廣泛和深入，并發(fā)揮出更大的作用.