基于GPS的智能交通系统分析.docx
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基于GPS的智能交通系统分析
四川交通职业技术学院
毕业设计（论文、解决方案）
题目:
基于GPS的智能交通
系统分析
专业:
交通安全与智能控制
学生:
吴小阳
学号:
20124087
指导老师:
日期：
2014年11月7日
毕业设计（论文）独创性声明
本人声明，所呈交的毕业设计（论文）是在导师指导下本人独立完成的研究成果。
文中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。
论文内容未包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他方面的论文或成果。
本文如违反上述声明，愿意承担以下责任和后果：
1.“毕业综合能力考核”这门课评定为不合格，直接重修；
2.学校按照有关规定给予系内通报；
3.本人负责因论文成果不实产生的法律纠纷。
论文作者签名：
日期：
年月日
摘要
改革开放以来，我国城市规模不断扩大，市政建设迅速发展已成为社会进步和经济发展的重要标志。
但随之而来的城市道路的快速建设满足不了各种车辆的急速增长的事实，又严重制约着城市的建设与管理。
如何解决车辆与道路之间日益突出的矛盾，科学配置和利用道路资源，有效地加强车辆管理，建立智能化交通体系已成为促进城市化建设与管理的必然趋势。
为此，运用先进的GPS技术以及计算机管理技术，实现城市交通的动态管理，实时监控，提高车辆的使用率及充分利用城市道路资源的研究就更加具有现实意思和使用价值。
【关键词】GPS智能交通应用现状
Abstract
Sincethereformandopenpolicy,ourcountrycityscaleexpandsunceasingly,themunicipalconstructionrapiddevelopmenthasbecomeanimportantsymbolofsocialprogressandeconomicdevelopment.Buttherapidcityroadconstructiontomeettherapidlygrowthfollowedbyvariousvehiclesnotfacts,andseriouslyrestrictsthecity'sconstructionandmanagement.Howtosolvetheincreasinglyprominentcontradictionbetweenvehicleandroad,scientificallocationanduseofroadresources,effectivelyenhancethevehiclemanagement,theestablishmentofintelligenttransportationsystemhasbecometheinevitabletrendoftheconstructionandmanagementofpromotingurbanization.Therefore,theuseofadvancedGPStechnologyandthetechnologyofcomputermanagement,dynamicmanagement,realizeurbantrafficreal-timemonitoring,toimprovethestudyonvehicleusageandmakefulluseofurbanroadresourceshasmorepracticalmeaningandusevalue..
【KeyWords】GPS,Intelligenttraffic,Application,Presentsituation
目录
1GPS简介
1.1GPS的概念及发展
（1）
1.2GPS的定位原理
（2）
1.3车载GPS导航系统介绍
（2）
1.3.1位置信息管理
（2）
1.3.2车载GPS导航系统硬件需求（3）
1.3.3车载GPS导航系统软件需求（4）
1.3.4车载GPS导航系统系统框图（4）
2基于GPS应用的智能交通系统
2.1地图查询系统（5）
2.2线路规划系统（5）
2.3自动导航系统（6）
2.4车辆管理系统（7）
2.4.1位置信息管理（7）
2.4.2车辆跨区经营管理（7）
2.4.3车辆超线路行驶管理（7）
2.4.4卫星定位系统（7）
2.4.5超速管理（8）
2.4.6疲劳驾驶管理（8）
2.4.7收集数据（8）
3分析
3.1车载GPS在智能交通中的发展状况（XX）
3.2基于GPS的智能交通发展情况（XX）
3.3对相关领域的影响（XX）.
4.4发展趋势（XX）
4.5未来前景（XX）
参考文献（XX）
致谢（XX）
GPS简介
1GPS的概念及发展
GPS是全球定位系统的简称。
GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。
20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。
主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过二十年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座已布设完成。
GPS的前身是美国军方研制的一种子午仪卫星定位系统（Transit），1958年研制，1964年正式投入使用。
该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。
然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS的研制埋下了铺垫。
由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。
美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。
为此，美国海军研究实验室（NRL）提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于1967年、1969年和1974年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS精确定位的基础。
而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道，该计划以伪随机码（PRN）为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来。
伪随机码的成功运用是GPS得以取得成功的一个重要基础。
海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。
由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局（JPO）领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。
该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。
最初的GPS计划在美国联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。
每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。
这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。
由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上，然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。
1988年又进行了最后一次修改：
21颗工作星和3颗备用星工作在互成60度的6条轨道上。
这也是GPS卫星所使用的工作方式。
GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。
它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。
二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。
三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。
民用的定位精度可达10米内
2GPS的定位原理
测量学中的交会法测量里有一种测距交会确定点位的方法。
与其相似，GPS的定位原理就是利用空间分布的卫星以及卫星与地面点的距离交会得出地面点位置。
简言之，GPS定位原理是一种空间的距离交会原理。
设想在地面待定位置上安置GPS接收机，同一时刻接收4颗以上GPS卫星发射的信号。
通过一定的方法测定这4颗以上卫星在此瞬间的位置以及它们分别至该接收机的距离，据此利用距离交会法解算出测站P的位置及接收机钟差δt。
设时刻it在测站点P用GPS接收机同时测得P点至四颗GPS卫星S1、S2、S3、S4的距离1、2、3、4，通过GPS电文解译出四颗GPS卫星的三维。
用距离交会的方法求解P点的三维坐标ZYX。
GPS定位中，要解决的问题就是两个：
一是观测瞬间GPS卫星的位置。
我们知道GPS卫星发射的导航电文中含有GPS卫星星历，可以实时的确定卫星的位置信息。
二是观测瞬间测站点至GPS卫星之间的距离。
站星之间的距离是通过测定GPS卫星信号在卫星和测站点之间的传播时间来确定的。
本章在讲述定位原理的同时，将解决距离测定的问题。
3车载GPS导航系统介绍
现在，随着GPS技术、多媒体应用、LCD显示技术的日趋成熟，汽车导航、防盗系统在高端汽车中已经是现实，而在普通汽车中实现，也是指日可待了。
车载导航系统中包含了很多前卫、实用的技术，如：
GPS应用技术、GPRS应用技术、GUI开发技术、多媒体功能应用技术、传感器技术、嵌入式操作系统应用开发技术、系统构建技术、驱动编写技术、数据库技术等等。
学员通过项目的完成，对于巩固理论知识、拓展实用的项目经验都有很大的帮助。
3.1 车载GPS导航系统功能说明
定位功能
GPS通过接收卫星信号，可以准确地定出其所在的位置，位置误差小于10米。
利用GPS，在地图上实时显示车辆当前位置； 地图导航功能
输入目标地点后，自动在地图上显示出行车路线；重假如用户因为不小心错过路口，没有走车载GPS导航系统推荐的最佳线路，新为用户设计一条回到主航线路线，或是为用户设计一条从新位置到终点的最佳线路。
语音导航功能。
输入目标地点后，车辆只要遇到前方路口或者转弯，车载GPS语音系统提示用户转向等语音提示。
防盗功能。
通过发送gprs短信，可以返回车辆当前位置；娱乐功能
播放U盘、SD卡中的MP3、MP4文件。
智能导航功能。
在短时间失去GPS信号时，可根据车内的加速度传感器、结合行车速度计算出行车情况。
增加兴趣点功能。
由于我国大部分城市都处于建设阶段，随时随地都有可能 冒出新的建筑物，由此，电子地图的更新也成为众多消费者关心的问题。
因此遇到一些电子地图上没有的目标点，只要你感兴趣或者认为有必要，可将该点或者新路线增加到地图上。
3.2车载GPS导航系统硬件需求
表1.1车载GPS导航系统硬件需求详表
3.3车载GPS导航系统软件需求
表1.2车载GPS导航系统软件需求详表
3.4车载GPS导航系统系统框图
图1.1车载GPS导航系统系统框图
基于GPS应用的智能交通系统
1地图查询系统
可以在操作终端上搜索你要去的目的地位置。
可以记录你常要去的地方的位置信息，并保留下来，也可以和别人共享这些位置信息。
模糊的查询你附近或某个位置附近的如加油站，宾馆、取款机等信息。
图2.1车载GPS导航地图实列
2路线规划系统
GPS导航系统会根据你设定的起始点和目的地，自动规划一条线路。
规划线路可以设定是否要经过某些途经点。
规划线路可以设定是否避开高速等功能。
图2.2车载GPS线路规划实列
3自动导航系统
语言导航：
用语音提前向驾驶者提供路口转向，导航系统状况等行车信息，就像一个懂路的向导告诉你如何驾车去目的地一样。
导航中最重要的一个功能，使你无需观看操作终端，通过语音提示就能安全到达目的地。
画面导航：
在操作终端上，会显示地图，以及车子现在的位置，行车速度，目的地的距离，规划路线提示，路口转向提示的行车信息。
重新规划路线：
当你没有按规划的线路行驶，或者走错路口时候，GPS导航系统会根据你现在的位置，为你重新规划一条新的到达目的地的线路。
图2.3导航系统示意图
4车辆管理系统中的应用
4.1位置信息管理
位置信息是GPS的基础，结合GIS就可以对车辆进行跟踪、管理等等。
4.2车辆跨区经营管理
一个城市政府部门为了规范市场，通常会限制某些车辆在特定的区域内经营，但实际上，很多经营者为了追求更大的利益，往往无视该规定，跑到其它地方去运营，特别是出租车行业。
而交通主管部门却缺乏手段去管理，满天下去追着出租车跑，到头来却往往苦于没有证据，无法对违规者做出处罚。
有了GPS这种高科技手段，车辆24小时的行驶轨迹一目了然，交通主管部门将不再为取证难而发愁。
当然，通过GPS不单只为了监管出租车，还要利用GPS通过核实车辆位置来打击套牌车、假出租车等等。
为出租车司机提供一个良好的经营环境。
4.3车辆超线路行驶管理
对于长途客运车辆，其路线都是固定的，但是由于每条线路的客流量不同，也不可能所有人都能够获得客流量多得路线进行经营，这就导致了部分喜欢赚快钱、钻空子的人利用办理偏远地区的客运路线。
然后车辆却跑到客流量多的线路上去经营，严重扰乱了客运市场。
而这些车辆由于非法经营，经常要与交通部门“多猫猫”，所以往往会在中途随意上下车，甚至将乘客“卖猪仔”，乘客的权益、安全得不到保障。
4.4卫星定位系统
管理人员通过对GPS终端或者平台可以轻易的为有固定行驶路线的车辆设定好车辆应当行驶的路线。
一旦车辆偏离固定线路，终端或系统将立刻提醒司机以及监控人员。
该功能的实现为长途客运车辆的管理带来了极大方便。
以上超线路经营行为将大大减少。
另外，通过设定的每段路线车辆行驶的最高速度。
还可以实现对车辆进行了不同路段，限制不同的行驶速度。
大大提高行车安全。
对避免群死群伤能起到很大作用。
4.5超速管理
“十次肇事九次快”。
这句话表明：
超速一直以来都是交通事故的高发原因。
很多司机缺乏安全意识，一旦离开了管理者的眼底，就像断线的风筝一样在马路上狂奔，当然其中也有利益的驱使，就是想多跑点多赚点。
所以交通事故不断发生，无论什么原因，超速已经成为交通安全“第一杀手”，主管部门以及企业、司机急需一种稳定的、能实时监管的手段来管理车辆。
这样GPS就名正言顺成为首要高科技手段。
GPS设备是通过接收卫星信号来计算车辆行驶的速度，通常精度小于0.2米/秒，完全能够达到稳定的实现车辆超速实时监管要求，早期的GPS终端产品只能限制最高速度同时声音提醒司机。
目前已经有不少终端支持分路段限制速度，也有采用平台实时分析的方式进行分路段限速，这样就能大大减少车辆超速现象，其作用、意义不言而喻。
4.6疲劳驾驶管理
疲劳驾驶也是交通事故的重要原因之一。
GPS在如何避免驾驶员的疲劳驾驶主要有两种方法，一是设定、监测判断车辆连续行驶超过3小时则发出声响提示驾驶员休息同时向监控中心报警；二是GPS结合驾驶员IC卡，系统约定必须在车辆出发后多长时间更换驾驶员同时更换人员的IC卡登陆，这样就能判断驾驶员有没有疲劳驾驶。
4.7采集数据
利用GPS对车辆数据进行采集也是GPS终端主要功能之一。
目前，国内的GPS终端主要采用手机网络传输数据，因此车辆的运营数据、车厢内的图片、温度等等各种数据都可以通过特定的扩展接口传回中心。
以供政府主管部门或企业使用。
图3车辆管理系统原理图
第三章车载GPS现状
图2.4依托车载GPS的车辆管理系统示意图
分析
1车载GPS在智能交通中的发展状况
据统计，全世界用于车载导航系统的蹲试?
994年为1.8亿美元，比1993年增加了80％，从1995年到2000年平均每年的增长率达到60.8％。
美国决策咨询公司所提出的一项报告表明，汽车导航系统代表了GPS的最大潜在市场。
巨大的投入和政府的支持，使得导航市场出现了蓬勃发展的局面。
在技 术发展上，各种新技术广泛的应用于导航产品，使得导航产品丰富多彩。
导航技术发展的动态和趋势主要体现在以下几个方面：
1.1硬件平台及定位技术多样化
导航产品的发展与硬件技术的发展是密不可分的，硬件技术的快速发展为车载导航产品提供了可实用的多种多样的平台，为满足不同用户的需求提供了现实基础。
目前的导航产品已经形成了包括CAR-PC、车载CD-ROM/DVD、掌上电脑和其他多种多样平台的从高端到低端、能满足不同档次用户需求的产品系列。
定位是指确定地球表面上车辆的坐标。
定位模块是车辆定位和导航所需要各种模块中最基本的模块。
目前常用的定位技术主要有三种：
独立定位技术、卫星定位技术和地面无线电定位技术。
比较复杂的车载导航系统的实现通常需要集成多种定位技术，基于车辆航位推算（Dead Reckoning-DR）的 一种自主式的车辆导航系统，它能利用陀螺及里程仪的传感信息来实时地记录和推算出当前的位置，具有短时间内精度高，但导航误差随时间积累的特点。
但是，利用多个子系统进行定位自然也增加了系统的复杂性。
所以必须根据用户的不同需求来确定具体的系统功能及所采用的平台和技术。
相信随着随着硬件平台和定位技术的不断发展，将会有更 多更好的导航产品问世。
导航产品将与汽车娱乐设备高度综合，"汽车音响"、"导航系统"、"电子信息"等这些相对独立的系统，在不远的将来将成为车载电子娱乐系统不可分割的一部分。
1.2导航电子地图的标准化
地理空间数据对于地区、国家以至全球的经济增长、保持环境质量、推动社会进步有着十分显著的作用。
对空间信息的获取、共享以及有效使用所带来的巨大经济和社会效益也是世界各国共同关心的。
日本的导航电子地图标准KIWI、欧盟等国家和地区的GDF地理数据文件等都制定了相应的导航用 电子地图的规范与标准，为导航系统及智能交通系统的建设提供了基础，加上这些国家和地区对地图数据采取开放政策，大大促进了导航市场的发展。
地理数据文件（GDF）是由欧洲标准化委员会（CEN）于1984年开始制定的，1996年CEN/TC 278全体会议通过将GDF v .3.0作为欧洲的试用标准（ENV）。
GDF是定义和交换数字道路数据库的标 准，用于导航，目的是在不同用户、不同应用、不同系统和不同地方之间共享与道路网有关的地理信息，即实现互操作。
它提供公共框架，以便生产用于车载导航系统和其它用途的数字道路图数据库，目前已经发展到4.0版本。
中国国家基础地理信息中心参照GDF正在制定适合中国国情的国家导航电子地图标准，在导航用空间数据库数据模型，数据收集、处理和维护方法等 方面都有相应的规范，国家标准的出台必将大大促进中国车载导航产业的发展，对于中国ITS和LBS的发展也将具有重大的现实意义。
1.3与智能交通系统的结合
智能交通系统将汽车、司机、道路及相关服务部门相互联系起来，使汽车在道路上的运行实现智能化，为出行的人们提供更多的便利。
只有与智能交通系统相结合，实时获取道路的动态信息，才能为驾车人提供更好的导航服务。
在车载导航系统应用比较成功的国家比如日本、德国等，其导航系统 都是与城市交通系统结合很好的应用典范。
车载导航产业作为ITS的重要组成部分，必将为ITS的发展做出应有的贡献，同时也会随着ITS的发展而使得自身得到普及。
随着中国国民经济的飞速发展，城市建设日新月异，大、中城市交通拥堵问题日益严重，从80年代开始，智能交通开始在美国、日本和欧洲推行，它充分利用现代化的通讯、定位、遥感以及地理信 息系统、电子地图和相关技术来减少交通拥挤、提高交通流量、改善安全状况、利用路网资源并减少对环境的影响，从而改善地面交通运输条件的一项具有战略意义的工程。
1.4无线通信技术的加入
欧洲Galileo研究报告称,至2005年,卫星导航应用市场的73%是在通讯领域, 无线通信及导航都是车辆必须的设备，它们共同构成了导航-通讯融合的乃维康技术（Navi-Comm）。
为了使这些技术更加实用化，由许多厂家将无线通信模块与导航系统进行集成，使得导航系统具有了无线通讯功 能 。
这样，不但能够提供语音导航服务，也能够提供数据服务。
与城市交通信息系统的结合也是无线通信技术应用的主要方向之一，通过无线通讯可以实现行进中的信息查询及导航电子地图下载，使得导航系统向LBS服务方向转化。
目前车载导航系统的功能正在飞速提高。
除了立体显示信息、通过硬盘驱动进行高速信息检索这些导航仪的基本功能外，接入因特网、与手机的连接等功能也越来越趋向大众化。
下一代导航仪将被赋予车载LAN以及音响、空调等的控制功能，担负起CIS（Car Information System车载信息系统）中心的重任。
1.5导航语音识别与合成技术
在定位与导航系统中实现非手动控制，语音是自然的人机接口，这对操纵方向盘的驾驶员来说特别重要。
一般来说，人们说话的速度要比打字的速度快3倍。
如果采用语音接口，对计算机的访问时间就可以缩短，而像触摸、按钮和键盘等都可以取消了。
语音识别是辨别声音信号以确定其语义；语音合成是从文本生成声音信号以把机器中的信息转换成语音与人交流。
语音合成技术已经成为一种稳定技术，在车辆导航产品中也已经采用了语音识别技 术，例如：
AudioNav就是一个非确定人语音导航系统的例子。
在车辆上装有语音引导系统能大大降低驾驶员对显示器的扫视时间和扫视频率，有助于提高驾驶安全性。
随着导航系统越来越人性化，现在导航系统中的语音提示内容越来越多，采用语音合成技术可减少语音文件的存储，并可适应动态提示的需要。
如果视觉和语音设备都集成在车辆定位和导航系统 中，二者如何进行最优组合才能达到最大的安全性以及对系统和对驾驶员都是最优的，是有待进一步研究的问题。
图3.12012-2016我国车载GPS终端市场规模及预测竖状图
2基于GPS的智能交通发展情况
1995年，交通部智能交通工程研究中心进行了GPS（卫星定位系统）与导驾系统研究、基于GPS的路政车辆管理系统等一系列项目研究，交通部还与各省厅开展了“网络环境下不停车收费系统”的联合攻关。
1999年。
由交通部、科技部、建设部等十多个相关部门组成了国家智能交通系统工程技术研究中心，即ITS。
未来交通建设和发展的优先领域予以重点支持。
由于世界各国把GPS作为智能交通领域最先投入应用的系统开发，以此来扩大道路导航，线路规划等问题解决方案，所以我国也把GPS系统的开发和应用列为国家智能交通领域首先启动的项目。
3对相关领域的影响
首先GPS技术和产业有较大发展机会。
我国的GPS应用，是从监控报警开始的，而不是GPS本来意义上的定位、导航。
从始至今，一直处于一种“异化”状态，而对于其本质意义上的上游技术，却重视不够。
如:
终端所需的OEM接受板，我国尚没有具真正意义上的自主知识产权技术，全部依赖进口。
由此带来技术应用层面上的技术衔接不成熟，而监控报警所含技术是需要相关行业协同来提高的，这也将是我国GPS导航今后发展趋势的一个显著特征。
从另一角度看，这又将为国内企业带来前所未有的机会。
在这一阶段，企业在产业链中所扮演的角色将进一步细化和专业化，这样做的结果，是减少对国外产品技术的
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