劉靜靜，于莎莎

（煙臺職業(yè)學院，山東煙臺 264670）

1、GPS 概述

GPS車輛管理系統(tǒng)是指通過對GPS功能進行的一種定位導航技術，它是通過通信網(wǎng)絡GPRS來對車輛數(shù)據(jù)包進行調度指揮、實時監(jiān)控的一種應用系統(tǒng)。通過GPS車輛管理系統(tǒng)的應用可以讓調度中心靈活掌握派出車輛、檢測目標的實時情況、運行狀態(tài)，方便調度人員的車輛分配和臨時任務的應急措施。GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是利用GPS定位技術取得監(jiān)控車輛的附加信息和地理位置，并從無線通訊網(wǎng)把接收到的信息傳送至監(jiān)控中心，最終通過監(jiān)控軟件來顯示在電子地圖上，從而實現(xiàn)目標監(jiān)控。

2、差分GPS技術

2.1 GPS誤差源

GPS的誤差主要是地面接收設備、衛(wèi)星信號傳播過程以及GPS衛(wèi)星造成的，其中衛(wèi)星部分主要是相對論效應誤差、衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差，誤差范圍在1.5m—15m之間；信號傳播主要是多徑效應誤差、對流層誤差、電離層誤差，誤差范圍在1.5m—15m之間；信號接收主要是天線相位中心變化誤差、位置誤差、接收機鐘誤差，誤差范圍在1.5m—5m之間；其他影響主要是負荷潮誤差、地球潮汐誤差，誤差范圍在1.0m。

2.2 差分GPS技術

差分技術最大的好處在于可以讓公共誤差得到消除，差分技術在面對GPS定位時，通過已知精確的GPS定位點接收機與位置GPS基準站同時接收到的GPS衛(wèi)星信號，并利用差分對公共誤差進行消除，讓定位精度的定位點獲得提升。有效的差分完全可以讓SA技術誤差、共有誤差得到消除，讓大部分傳播路徑進行消除和誤差延誤，GPS實時差分的定位精度甚至可以縮小在2m—5m之間。差分修正在用戶GPS接收機中實現(xiàn)的方式有兩種，分別是位置數(shù)據(jù)接過域的修正和偽距數(shù)據(jù)測量域的修正，這兩種方式所獲得的位置最終精度是相同的，但是所獲得的特定數(shù)據(jù)基準站之間的傳輸和特定數(shù)據(jù)用戶接收機是不相同的。基準站誤差修正與用戶接收機誤差修正可以有不同的四種差分方法，第一，發(fā)送偽距數(shù)據(jù)測量域修正給用戶接收機進行傳播；第二，發(fā)送位置修正數(shù)據(jù)給用戶接收機進行傳播；第三，為基站提供所有匯報的用戶原始測量數(shù)據(jù)進行差分處理；第四，為基站提供所有匯報的未經修正用戶位置數(shù)據(jù)進行差分處理。

四種差分方案中，發(fā)送偽距數(shù)據(jù)測量域修正給用戶接收機進行傳播和發(fā)送位置修正數(shù)據(jù)給用戶接收機進行傳播，可以給用戶GPS接收機提供已經經過差分修正的數(shù)據(jù)位置，這兩種方法適合所有需要導航定位精確的應用，如果差分修正面對的用戶服務比較多，適合發(fā)送偽距數(shù)據(jù)測量域修正給用戶接收機進行傳播，因為8顆衛(wèi)星擁有的偽距修正值足夠使用，不管用戶是用哪顆衛(wèi)星進行測量也夠用。為基站提供所有匯報的用戶原始測量數(shù)據(jù)進行差分處理和為基站提供所有匯報的未經修正用戶位置數(shù)據(jù)進行差分處理，可以針對用戶對GPS數(shù)據(jù)進行比較嚴格的下行傳播集中處理，這兩種方案稱之為集中差分或者逆向差分，適用于基準站中央中不需要定位點的精確位置情況，需要位置數(shù)據(jù)的精準情況。GPS系統(tǒng)的廣泛應用使得我國在近幾年中各個部門紛紛進行各自的GPS差分系統(tǒng)建立，這種行為是一種浪費了大量的無線電頻道資源以及人力物力的低水平重復。

2.3 GPS盲目處理

城區(qū)內有較多的樹木、高大建筑物、立交橋以及隧道等地物，地理特征比較復雜，所以GPS車載接收機會受到遮蔽的影響和地物的反射，使得衛(wèi)星信號出現(xiàn)多徑效應，甚至在一些區(qū)域內直接造成定位GPS盲區(qū)，這些盲區(qū)在一般情況下不會有很大的范圍，短期較高精度原理設計出來的航位車輛完全可以解決定位盲區(qū)問題。

3、GPS車輛管理系統(tǒng)建設思路

在GPS車輛管理系統(tǒng)建設的總體結構設計指導思想中，保證設備和技術在較長時期內具有先進性，只有這樣才可以保證產品和系統(tǒng)的實用性、可靠性以及穩(wěn)定性。車輛的應用環(huán)境條件惡劣、非常特別，它不僅要求產品具有比較高的工作可靠能力，還要求車輛建設者具有比較豐富的設計工程經驗。

3.1 GPS車輛管理系統(tǒng)建設總目標

采用定位GPS系統(tǒng)、通信GSM技術、計算機網(wǎng)絡、GIS技術、通用分組無線GPRS業(yè)務技術以及公用電話網(wǎng)技術等，來進行一個總控中心的建立，讓每個支隊都接受到綜合衛(wèi)星GPS定位監(jiān)控指揮。第一，建設綜合GPS監(jiān)控平臺。第二，實現(xiàn)GPS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。第三，車輛管理系統(tǒng)的功能主要有全天候車輛全程實時跟蹤監(jiān)控、調度功能、定位精準、地圖處理功能、軌跡跟蹤、區(qū)域限制、限速功能、行駛時間控制、信息定時反饋、報警拆除、報警監(jiān)聽和語音對話、數(shù)據(jù)保密、報表統(tǒng)計、快速機制處理、多種監(jiān)控方式提供、高監(jiān)控容量。

行駛時間控制是指對車輛行駛時間段進行限定；信息定時反饋是指對車輛采取相對定時和絕對定時來取得車輛所有信息，也就是說終端在具體時間或者每隔一段時間向監(jiān)控中心發(fā)送車輛信息；報警拆除是指車輛裝有報警拆除終端，一旦有人進行衛(wèi)星電線拆除或者終端拆除，終端自動發(fā)送報警給監(jiān)控中心；報警監(jiān)聽和語音對話是指當進行報警監(jiān)聽或者語音通訊時，GPRS數(shù)據(jù)呈現(xiàn)暫時掛起狀態(tài)，當結束報警監(jiān)聽或者語音通訊時，GPRS數(shù)據(jù)呈現(xiàn)通訊自動恢復；數(shù)據(jù)保密是指對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸進行加密，用MD5128位進行用戶操作系統(tǒng)加密，從而增加破解難度；報表統(tǒng)計是指讓報表具有靈活性、完善性，用戶可以根據(jù)需要來對查詢功能和報表定制自行定制；快速機制處理是指對于發(fā)生警情的位置快速、準確的進行判斷和分析，通過空間可疑目標內在關系的分析來揭示發(fā)生警情的外在聯(lián)系和內在因素；多種監(jiān)控方式提供是指對地理跟蹤實施實時防范、實時出警、實時監(jiān)控；高監(jiān)控容量是指在設計監(jiān)控平臺系統(tǒng)容量時，擴大入網(wǎng)車輛的容納程度。

3.2 車輛路徑匹配定位

雖然通過車輛的航位推測以及GPS差分可以有效地將車輛定位精度進行大幅度提升，但是城區(qū)內有較多的樹木、高大建筑物、立交橋以及隧道等地物，地理特征比較復雜，使得GPS基站接收機和GPS移動車輛受到非對稱性影響，并在不同程度上影響到差分定位的可靠性、持續(xù)性以及精確性，當GPS車載接收機的測量衛(wèi)星基站與測量衛(wèi)星的定位盲區(qū)車輛進入或者不一致時，則更加難以對車輛定位精度進行保證，此外當車輛定位精確程度保持在10之內,即使放大電子地圖比例最終還是導致車輛偏離道路行駛形成混亂視覺現(xiàn)象。為了避免這一現(xiàn)象人們提出了匹配地圖技術，它是利用距離定位點最近的路線道路搜索，把車輛定位點直接在路線上進行投影，不僅對混亂顯示車輛的手段進行了避免，讓車輛不會出現(xiàn)定位誤差而導致的偏離道路顯示，還利用投影讓車輛前進路線的定位數(shù)據(jù)只留下GPS誤差在徑向分量上，讓車輛定位精度得到提升。地圖匹配技術在車輛定位誤差比10米小或者定位精度比較高時，有效匹配基本可以實現(xiàn)，當DR誤差積累特性不能保證或者有效差分不能實現(xiàn)時，車輛定位誤差在20米之內，一旦車輛處在多個平行距離很近的道路或者交叉口時，會出現(xiàn)錯誤判斷，從而導致嚴重的混亂。

3.3 路徑匹配的提出

SA技術目前還存在誤差性，一旦前后兩個定值出現(xiàn)SA技術誤差就會使定位的方向基本相同、定位的偏差大小基本一樣，再加上GPS接收機所獲得的前后定位值和環(huán)境相似性，讓前后幾個定位數(shù)據(jù)GPS誤差變得更具有關聯(lián)性。通過資料可以知道，我國在2000年2月3日收集到相隔2秒8315個靜態(tài)定位數(shù)據(jù)，定位置的前后兩個之間最小偏差值是0.3米，最大是25.6米，定位偏差平均值是4.2米，也就是說隨差對前后數(shù)據(jù)相對定位偏差的影響小于系差對前后數(shù)據(jù)相對定位偏差的影響，按照預想是通過正確匹配的前一個數(shù)據(jù)定位修正值進行當前數(shù)據(jù)定位的修正處理，可以讓當前的數(shù)據(jù)定位大部分誤差消除掉，實現(xiàn)了有效匹配，但是直接用前一個數(shù)據(jù)定位修正值進行修正時，一旦前一個數(shù)據(jù)的匹配效果不好或者錯誤判斷，直接對后面進行的數(shù)據(jù)修正影響到，當采取平均歷史修正數(shù)據(jù)進行前定位誤差的修正時，會讓鄰近數(shù)據(jù)修正的影響減弱，SA誤差在長時間內進行漂移。

3.4 路徑匹配的算法

路徑匹配的算法為，對車輛定位數(shù)據(jù)的方向信息、速度大小、經緯度以及水平誤差估計進行提取，以圓心為定位點，半徑為水平誤差估計來進行路段道路的搜索，如果搜索結果為空，讓大于1的擴張系數(shù)生意水平誤差估計，在進行上述步驟，如果搜索結果為有，直接進行定位數(shù)據(jù)誤差修正，如果搜索結果為為1，直接對修正完成之后的路段匹配點與數(shù)據(jù)定位進行匹配，最終定位數(shù)據(jù)相對于原始測量數(shù)據(jù)的位置修正值對誤差預修正數(shù)據(jù)進行調整，如果搜索結果是不1，對定位數(shù)據(jù)進行誤差預修正。

4、結束語

隨著社會的經濟發(fā)展和技術發(fā)展，越來越多的車輛需要進行跨地域工作，GPS車輛管理系統(tǒng)的應用可以讓調度中心靈活掌握派出車輛、檢測目標的實時情況、運行狀態(tài)，方便了調度人員的車輛分配和臨時任務的應急措施。匹配地圖技術的出現(xiàn)，不僅對混亂顯示車輛的手段進行了避免，讓車輛不會出現(xiàn)定位誤差而導致的偏離道路顯示，還利用投影讓車輛前進路線的定位數(shù)據(jù)只留下GPS誤差在徑向分量上，讓車輛定位精度得到提升。

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