s技术在智能交通中的应用

s技术在智能交通中的应用内容摘要：

6个轨道面内，每 8 个轨道面上分布 4颗卫星。 卫星轨道面相对赤道面的倾角为 55176。 ，各轨道平面升交点的赤经相差 60176。 ，在相邻轨道上，卫星的升交距角相差 30176。 因此，同一观测站上，每天出现分布图形相同，每颗卫星每天约有 5 小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数目，随时间和地点而异，最少为 4颗，最多为 11颗。 这样保障了在任何时刻、任何地点至少可以观测到 4颗卫星。 地面监控部分由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的 5 个监测站、一个主控站和三个信息注入站构成。 主控站 ：收集、处理、本站和监控站收到的全部资料，编算出每颗卫星的星历和 GPS时间系统，将预测的卫星星历、钟差、状态 数据及大气传播改正编制成导航电文传送给注入站，必要时可调度卫星。 注入站 ：将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器。 监控站： 为主控站提供卫星的观测数据。 用户接收机部分是用户实现 GPS 定位目的必需的部分，它主要由 GPS 接收机硬件和数据处理软件以及微处理机和终端设备组成。 它的任务是接收 GPS 卫星发射的无线电信号，获得必要的定位信息及观测量，并经数据处理而完成定位工作。 GPS 接收机的分类 ： （ 1） 按接收机的用途分类：导航型、测地型、授时型、气象型。 （ 2）按接收机的载波频率分类：单频（ L1）、双频（ L L2）。 （ 3） 按接收机的运动状态 :静态、动态。 （ 4）按接收机通道数分类：多通道、序惯通道、多路多通道。 （ 5）按接收机工作原理分类：码相关型、平方型、混合型、干涉型。 GPS 导航定位 以全天候、高精度、 自动化、高效益 、多功能、操作简便、应用广泛等特点著称。 它不仅可以用于测量、导航，而且还可以进行测速、测时。 测速的精度可达 ，测时的精度可达几十毫微秒。 GPS 定位原理 其具体 定位原理是： GPS 的测量定位原理是通过所观测到的距离与位置之间的关系，推出所要确定的位置 9 在 WGS84 坐标系中的三维坐标。 而对距离的测量是通过测量信号的传输时间或测量所收到的 GPS 卫星信号与接收机内部信号的相位差计算出来。 它以观测站至卫星的距离为基本观测量，而推导出所测量目标的位置。 GPS 卫星信号含有多种定位信息，根据不同要求，可以从中获得不同的观测量。 为获得距离观测量主要有两种方法 :一是测量卫星发射的测距码 (P 码或 C/A 码 )信号到达用户接收机的距离，也称伪距定位法 :一是测量接收机接受到的多普勒频移的载波信 号与接收机接收到的参考载波信号之间的相位差，这种测量方法叫载波相位法。 载波相位测量方法是目前最精确的测量方法，但存在整周不确定、周跳、半周跳等现象，使得数据处理比较麻烦，而且其成本也比较高。 因此在车辆定位中一般采用伪距定位法。 GPS 测量中常用的差分模式 有三种：单站 GPS 的差分（ SRDGPS）、局部区域差分 GPS 系统 （ LADGPS）、广域差分（ WADGPS）。 单站 GPS 的差分又可分为：位置差分、伪距差分、载波相位差分。 （ 1） 位置差分原理 ： 这是一种最简单的差分方法，任何一种 GPS接收机均可改装和组成这种差 分系统。 安装在基准站上的 GPS 接收机观测 4 颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。 由于存在着轨道误差、时钟误差、 SA 影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的， 存在误差。 基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正。 最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、 SA 影响、大气影响等，提高了定位精度。 以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况。 位置差分法适用于用户与基准站间距离在 100km 以内的情况。 （ 2） 伪距差分原理 ： 伪距差分是目前用途最广的一种技术。 几乎所有的商用差分GPS 接收机均采用这种技术。 国际海事 无线电委员会推荐的 RTCM SC104 也采用了这种技术。 在基准站上的接收机要求得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值 加以比较。 利用一个 α β 滤波器将此差值滤波并求出其偏差。 然后将所有卫星的测距误差传输 给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。 最后，用户利用改正后的伪距来解出本身的位置， 就可消去公共误差，提高定位精度。 与位置差分相似，伪距 差分能将两站公共误差抵消，但随着用户到基准站距离的增加又 出现了系统误差，这种误差用任何差分法都是不能消除的。 用户和基准站之间的距离对精度有决定性影响。 （ 3） 载波相位差分原理 ： 位置差分、伪距差分、 伪距差分相位平滑等技术已成 10 功地用于各种作业中。 随之而来的是更加精密的测量技术 —— 载波相位差分技术。 载波相位差分技术又称为 RTK 技术（ real time kinematic），是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。 它能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。 与伪距差分原理相同，由基准站 通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给用户站。 用户站接收 GPS 卫星的载波相位 与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理，能实时给出厘米级的定位结果。 实现载波相位差分 GPS 的方法分为两类：修正法和差分法。 前者与伪距差分相同，基准站将载波相位修正量发送给用户站，以改正其载波相位，然后求解坐标。 后者将基准站采集的载波相位发送给 用户台进行求差解算坐标。 前者为准 RTK 技术，后者为真正的 RTK 技术。 GPS 系统所采用的定位技术也是多种多样的，目前主要采用的定位技术有以下几种： （ 1） 基于网 络的定位技术 通过无线通信网络获取到终端到达不同基站信号的时间差，移动台的环路时延、信号到达角度等，获取到终端的位置进行定位。 这种定位的优点是无需修改移动台，但这些技术都需要在基站上增加相应的测量设备，代价较高。 （ 2） 辅助 GPS 技术 (AGPS) 移动台需要接收至少 4个 GPS 卫星的信号，根据这些信息完成定位计算，在辅助 GPS技术中，网络可以根据移动台当前所在的小区，确定所在小区上空的 GPS 卫星，将这些信息提供给移动台。 移动台根据这些信息，更快地完成可用卫星的搜索过程。 再把用于计算移动台 位置的信息传送给网络，由网络计算移动台的位置。 （ 3） 混合定位技术 一般来说， GPS 技术能够提供很高的定位精度，但在很多情况下，移动台不能够捕获足够多的 GPS 卫星。 这时候，移动台可以利用基站的信号补充卫星的不足。 这样在降低一定精度的条件下，提高可用性，实现室内定位。 （ 4） 基于移动台的 GPS 定位 对于一些需要快速连续定位的业务来说 (例如实时动态汽车导航 )，可能要求每隔几秒钟刷新终端位置信息。 在这种情况下， AGPS 方式就很难满足时间上的要求。 因此，为了提高连续定位情况下的定位间隔时间，提出了基于 移动台的 GPS 定位。 与 AGPS 不同的是，基于移动台定位方式下，位置的计算全部由终端自己完成，终端始终处于 GPS 跟踪 11 状态，减少了与网络的交互时间。 这种技术需要对现有移动台进行适当修改，如集成 GPS接收机或能同时接收多个基站信号进行自定位的处理单元。 目前，在大多数的汽车导航系统中常采用这种定位技术。 12 第 3 章 车载导航系统 系统 功能设计 系统概述 车载导航系统是 ITS的重要组成部分，使汽车行动中的“雷达”。 该系统是以汽车装置为终端来接受信息服务的交通信息服务系统。 对于广大 司机而言，车载导航系统为其提供了一个 避免堵车的方便、快捷、安全的出行系统。 而对于交通管理者来说，由于车载导航系统所具有的路径规划和行程引导作用，就使得交通管理部门可以将整个车流明了的分配在整个道路网上，便于对其进行规划和管理。 车载导航系统发展至今，主要经历了三个阶段：第一个阶段主要利用简单的传感器进行简略测定和汽车定位；第二个阶段导航装置是自动探索和显示到达目的地的推荐路线；第三个阶段是导航装置 与地面交通管理系统联机，从而显示最佳行驶路线。 随着车载导航系统的发展，该系统已经逐渐成为发达国家新的经济增长点。 系统功能 随着科学技术的发展，车载导航系统已经展现出十分强大的功能。 （ 1） 导航功能 使用者在车载导航系统上任意标注两点后，导航系统便会自动根据当前的位置，为车主设计最佳路线。 另外，它还有修改功能，假如用户因为不小心错过路口，没有走车载导航系统推荐的最佳线路，车辆位置偏离最佳线路轨迹 200 米以上，车载导航系统会根据车辆所处的新位置，重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性位置到终点的最佳线路。 （ 2） 转向语音提示功能 车辆只要遇到前方路口或者转弯，车载语音系统提示用户 转向等语音提示。 这样可以避免车主走弯路。 它能够提供全程语音提示，驾车者无需观察起显示界面就能实现导航的全过程，使得行车更加安全舒适。 （ 3） 增加兴趣点功能 13 由于中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 驾驶 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。 这些新增的兴趣点，与地图上原有的任何一个点一样，均可套用进电子地图查阅等功能。 （ 4） 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。 如果机器里带地图的话，就可以在地图上相应的位置用一个记号标记出来。 同时， GPS 还可以取代传统的指南针，显示方向，取代传统的高度计，显示海拔高度等信息。 （ 5） 测速 功能 通过 GPS 对卫星信号的接收计算，可以测算出行驶的具体速度，比一般的里程表准确很多。 （ 6） 显示航迹 功能 如果去一个陌生的地方，去的时候有人带路，回来时 忘记了路线 ， GPS 带有航迹记录功能，可以记录下用户车辆行驶经过的路线，小于 10 米的精度，甚至能显示两个车道的区别。 回来时，用户可以启动它的返程功能，领着顺着 来时的路线顺利 返回。 系统总体结构设计 系统 设计 原则 车载导航系统的设计及建立必须满足以下原则： （ 1） 能够在电子地图上按照指定的位置清晰地描绘出需要参考的物标。 道路两旁的地物及物标在汽车行程中具有参照作用，在一定条件下对司机的驾驶是一种指导作用，因此在导航屏幕的电子地图上必须对特定的物标具有明确的标注。 （ 2） 能够同时显示出多辆汽车在图上的运行状况。 驾驶者在行驶过程中最惧怕交通堵塞，交通情况的好坏直接影响到汽车的 行驶 速度以及驾驶者的人身安全，所以在导航仪器上必须同时尽量显示多 辆汽车的运行状况 ，这对驾驶者的安全以及快捷的出行起到极其重要的作用。 （ 3） 能够快速地调用自己所存储的车辆运行数据。 所存储的车辆运行数据起着极为重要的记忆功能，是对已行驶路线的记忆，是对驾 14 驶者的回程以及历史行程的存储，所以应满足快速调用的要求。 系统 总体设计 目前车载导航系统主要分为两种：一种是仅仅基于汽车行驶位置和路网地理分布的路线导航，也就是基于道路网结构中的最短路径或最优路径实施导航，称为静态路径导航；另一类则是加入了实时的路段交通信息，根据动态的交通分配理论来预测短期的路段旅行 时间，从而以路段动态旅行时间 最短路径进行导航，即动态路径导航。 图：车载导航系统总体设计 （静态路径导航） 如图所示，该设计是由汽车内部所装置的 GPS 来获取汽车的行驶位置，然后和已经描绘完成的数字电子地图进行地图匹配，从而获得汽车的行驶路径，并且存储汽车的行驶路线，但是，由于汽车在隧道以及建筑物密集区中行驶时， GPS 容易丢失信号，使导航中断，所以在系统中一般配合车速传感器和陀螺器为主的航位推算系统来保证导航系统的正常运行。 位置 数据 路径数据 导航数据 模拟数据 方向传感器 距离传感器 测量数据 GPS 接收机 GPS/DR 组合 地图匹 配 地图数据库 位 置 输 出 GPS数据 路径规划 导航主系统 导航信息提示 模拟驾驶 15 图：车载导航系统总体设计（动态路径导航） 如图所示，该系统可以借助移动 GIS（ MobelGIS） 得以实现，当驾 驶员根据路径规划功能选择出最佳路径并且按照此条路径行车时，系统在电子地图上实时地显示车辆位置信息，并且综合车辆位置信息、规划路径、电子地图三者进行实。