全球卫星定位系统 (GPS) 是美国军方在“子午仪卫星导航定位”技术上发展的全球性、全能性 (即陆地、海洋、航空与航天) 和全天候优势的导航定位、定时、测速系统, 它由空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统三大子系统构成, 已大量应用于军事和民用等很多领域。目前, 多国已将GPS技术已经开始应用于交通运输和道路工程之中。我国在此应用也已逐渐起步。
现在GPS主要用于建立道路工程控制网和测定航测外控点等。高高速公路因为线路长、已知控制点少, 用常规手段不仅布网困难而且精度也达不到要求。在几十公里范围内点位误差有2cm左右, 实现了常规方法难以达到的精度, 并且缩短了工期。GPS技术也可应用于特大桥梁的控制测量中, 无需通视, 网形强, 点位精度高, 对测量支点也相当有效。
GPS在隧道测量中具有很大的应用前景, 测量不用通视, 速度快、精度高, 具有很好的经济和社会效益。
差分动态GPS在道路勘测过程中主要应用于建立数字地面模型的数据采集、控制点加密、中线放样、纵断面测量以及无需外控点的机载GPS航测等方面。GPS测量包含三维坐标数据使其可以用于数字地面模型数据采集、中线放样以及纵断面的测量;在中线平面位置放样的同时, 可获得纵断面, 将数据输入相应系统, 便可在计算机上显示测绘位置与设计坐标之间的差距。
机载动态差分GPS应用于航测, 现在发达国家都有了很好应用, 用载波相位差分技术测出摄影中心的三维坐标, 不需要测量外控点, 效果很好。
GPS在交通管理、汽车导航中运用三维导航, 使飞机、船舶、地面车辆以及步行者都可利用GPS接收器进行导航。汽车导航系统是GPS发展起来的新技术。它由车载GPS导航、自律导航、处理器、车速传感器、陀螺仪、数据输入装置和显示器组成。
GPS导航是由接收机接收GPS卫星信号 (至少三颗以上) , 得到该点的经纬度坐标、时间和速度信息。为提高汽车导航定位的精度和稳定性, 一般采用差分GPS技术。当汽车在地下隧道、高层楼群、高速公路等遮掩物中行驶时, 由于无法获得GPS卫星信号, 系统可进入自律导航系统, 此时由车速传感器测出汽车的行进速度, 通过处理器进行数据处理, 用速度和时间计算出前进的距离, 用陀螺仪检测出前进方向。
由于自律导航和GPS卫星导航测到的位置坐标、前进方向无法避免的与实际路线轨迹存在误差, 因此为改正这两者间的差值, 使之与地图上的道路相吻合, 则需运用地图匹配技术, 对汽车行驶的路线与电子地图中道路的差异进行实时匹配, 并自动做出修正, 此时, 地图匹配的整理程序对数据进行快速处理, 从而得到车辆的正确位置, 以指示出正确的行驶路线。
GPS导航系统与电子地图、手机网络及车辆信息管理系统相结合, 可以实现许多管理功能。
例如: (1) 车辆跟踪是利用GPS和电子地图实时显示出车辆的实际位置, 并可以进行放大、缩小;信息可随目标移动, 使目标始终保持在屏幕上;还可实现对多个车辆的同时跟踪, 利用该功能使对重要车辆和货物进行跟踪成为可能。 (2) 提供出行路线的导航和规划, 计划出行路线是汽车导航系统的一项重要功能, 它由驾驶员制定起点和终点, 由导航软件按照要求自动设计最佳路线, 可以计算出最快、最简单路线, 通过各种等级公路最少的路线等。当然也可自主选择线路, 由驾驶员设计起点、终点和途经点, 自动建立线路库。线路设计完成后, 能够在电子地图上显示线路, 并同时显示汽车行进路径和行进方法。 (3) 信息查询, 为用户提供主要地标, 如加油站、车站、商场等数据库, 用户能在电子地图上进行查询。查到的信息可以用文字、语言和图像体现出来, 并在电子地图上标示出位置。同时, 监测中心可利用监测控制台对指定区域内任意目标的位置信息进行查询, 车辆信息以数字方式显示在控制中心上。 (4) 话务指挥, 指挥中心能够监测到区域内所有车辆的行进状况, 对被监控车辆做出合理调度。指挥中心也可随时和被跟踪目标进行通讯, 实行管理。 (5) 紧急援助, 通过GPS定位系统和管理系统可以对遇险车辆或事故车辆进行紧急援助。在监控台的电子地图上可显示出求助信息和报警目标, 设计出最佳救援方案, 并以警报、光闪提醒救助中心进行应急处理。
GPS技术在导航和交通管理中的研究与应用已经日趋多元化和成熟化, 国外许多国家在这方面的研究已取得了一系列成果, 由美国研制的城市道路交通管理系统该系统是在GPS和GIS基础上建的道路数据库, 数据库中的数据资料更新速度快, 如道路位置、路线旁设施、道路附属等, 该系统运行后, 不仅城市道路交通管理起到重要作用, 而且还为其他研究该系统的国家提供了很好的例子。
随着技术的不断提高, 各种用于车辆的定位系统不断的开发出来, 传统的对车辆实时位置的确定主要依赖惯性测量系统和车轮传感器技术, 自GPS技术出现后将逐渐取代已有的方法。用于城市车辆导航的GPS定位是在城市中设一个基准站, 车载GPS设备实时接收基准站发出的信息, 经过差分计算处理便可迅速计算出实时位置并将当前位置与目的地在道路网中优化计算, 最终在电子地图上显示出最优路线, 这个系统的运行为各种应急服务提供了强有力的辅助作用。
GPS是近年来开发的高精度定位技术将在更广泛的领域中得到越来越多的应用。相信随着我国经济技术的发展, 高速公路、高铁等等的修建和GPS技术研究的不断深入, 它在道路工程和交通运输中将会发挥出更大的作用。
摘要：本文以GPS技术在现代交通中的应用为研究对象, 首先分析了道路工程中GPS的技术特点, 探讨了GPS在隧道工程中的特点, 进而分析了几种GPS解算方法, 最后探讨了GPS在现代交通中的应用。
关键词：GPS道路工程
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