探讨一种新的GPS车辆管理系统结构和交互管理手段

刘静静，于莎莎

（烟台职业学院，山东烟台 264670）

1、GPS 概述

GPS车辆管理系统是指通过对GPS功能进行的一种定位导航技术，它是通过通信网络GPRS来对车辆数据包进行调度指挥、实时监控的一种应用系统。通过GPS车辆管理系统的应用可以让调度中心灵活掌握派出车辆、检测目标的实时情况、运行状态，方便调度人员的车辆分配和临时任务的应急措施。GPS车辆监控系统的工作原理是利用GPS定位技术取得监控车辆的附加信息和地理位置，并从无线通讯网把接收到的信息传送至监控中心，最终通过监控软件来显示在电子地图上，从而实现目标监控。

2、差分GPS技术

2.1 GPS误差源

GPS的误差主要是地面接收设备、卫星信号传播过程以及GPS卫星造成的，其中卫星部分主要是相对论效应误差、卫星钟误差、星历误差，误差范围在1.5m—15m之间；信号传播主要是多径效应误差、对流层误差、电离层误差，误差范围在1.5m—15m之间；信号接收主要是天线相位中心变化误差、位置误差、接收机钟误差，误差范围在1.5m—5m之间；其他影响主要是负荷潮误差、地球潮汐误差，误差范围在1.0m。

2.2 差分GPS技术

差分技术最大的好处在于可以让公共误差得到消除，差分技术在面对GPS定位时，通过已知精确的GPS定位点接收机与位置GPS基准站同时接收到的GPS卫星信号，并利用差分对公共误差进行消除，让定位精度的定位点获得提升。有效的差分完全可以让SA技术误差、共有误差得到消除，让大部分传播路径进行消除和误差延误，GPS实时差分的定位精度甚至可以缩小在2m—5m之间。差分修正在用户GPS接收机中实现的方式有两种，分别是位置数据接过域的修正和伪距数据测量域的修正，这两种方式所获得的位置最终精度是相同的，但是所获得的特定数据基准站之间的传输和特定数据用户接收机是不相同的。基准站误差修正与用户接收机误差修正可以有不同的四种差分方法，第一，发送伪距数据测量域修正给用户接收机进行传播；第二，发送位置修正数据给用户接收机进行传播；第三，为基站提供所有汇报的用户原始测量数据进行差分处理；第四，为基站提供所有汇报的未经修正用户位置数据进行差分处理。

四种差分方案中，发送伪距数据测量域修正给用户接收机进行传播和发送位置修正数据给用户接收机进行传播，可以给用户GPS接收机提供已经经过差分修正的数据位置，这两种方法适合所有需要导航定位精确的应用，如果差分修正面对的用户服务比较多，适合发送伪距数据测量域修正给用户接收机进行传播，因为8颗卫星拥有的伪距修正值足够使用，不管用户是用哪颗卫星进行测量也够用。为基站提供所有汇报的用户原始测量数据进行差分处理和为基站提供所有汇报的未经修正用户位置数据进行差分处理，可以针对用户对GPS数据进行比较严格的下行传播集中处理，这两种方案称之为集中差分或者逆向差分，适用于基准站中央中不需要定位点的精确位置情况，需要位置数据的精准情况。GPS系统的广泛应用使得我国在近几年中各个部门纷纷进行各自的GPS差分系统建立，这种行为是一种浪费了大量的无线电频道资源以及人力物力的低水平重复。

2.3 GPS盲目处理

城区内有较多的树木、高大建筑物、立交桥以及隧道等地物，地理特征比较复杂，所以GPS车载接收机会受到遮蔽的影响和地物的反射，使得卫星信号出现多径效应，甚至在一些区域内直接造成定位GPS盲区，这些盲区在一般情况下不会有很大的范围，短期较高精度原理设计出来的航位车辆完全可以解决定位盲区问题。

3、GPS车辆管理系统建设思路

在GPS车辆管理系统建设的总体结构设计指导思想中，保证设备和技术在较长时期内具有先进性，只有这样才可以保证产品和系统的实用性、可靠性以及稳定性。车辆的应用环境条件恶劣、非常特别，它不仅要求产品具有比较高的工作可靠能力，还要求车辆建设者具有比较丰富的设计工程经验。

3.1 GPS车辆管理系统建设总目标

采用定位GPS系统、通信GSM技术、计算机网络、GIS技术、通用分组无线GPRS业务技术以及公用电话网技术等，来进行一个总控中心的建立，让每个支队都接受到综合卫星GPS定位监控指挥。第一，建设综合GPS监控平台。第二，实现GPS系统联网。第三，车辆管理系统的功能主要有全天候车辆全程实时跟踪监控、调度功能、定位精准、地图处理功能、轨迹跟踪、区域限制、限速功能、行驶时间控制、信息定时反馈、报警拆除、报警监听和语音对话、数据保密、报表统计、快速机制处理、多种监控方式提供、高监控容量。

行驶时间控制是指对车辆行驶时间段进行限定；信息定时反馈是指对车辆采取相对定时和绝对定时来取得车辆所有信息，也就是说终端在具体时间或者每隔一段时间向监控中心发送车辆信息；报警拆除是指车辆装有报警拆除终端，一旦有人进行卫星电线拆除或者终端拆除，终端自动发送报警给监控中心；报警监听和语音对话是指当进行报警监听或者语音通讯时，GPRS数据呈现暂时挂起状态，当结束报警监听或者语音通讯时，GPRS数据呈现通讯自动恢复；数据保密是指对网络数据传输进行加密，用MD5128位进行用户操作系统加密，从而增加破解难度；报表统计是指让报表具有灵活性、完善性，用户可以根据需要来对查询功能和报表定制自行定制；快速机制处理是指对于发生警情的位置快速、准确的进行判断和分析，通过空间可疑目标内在关系的分析来揭示发生警情的外在联系和内在因素；多种监控方式提供是指对地理跟踪实施实时防范、实时出警、实时监控；高监控容量是指在设计监控平台系统容量时，扩大入网车辆的容纳程度。

3.2 车辆路径匹配定位

虽然通过车辆的航位推测以及GPS差分可以有效地将车辆定位精度进行大幅度提升，但是城区内有较多的树木、高大建筑物、立交桥以及隧道等地物，地理特征比较复杂，使得GPS基站接收机和GPS移动车辆受到非对称性影响，并在不同程度上影响到差分定位的可靠性、持续性以及精确性，当GPS车载接收机的测量卫星基站与测量卫星的定位盲区车辆进入或者不一致时，则更加难以对车辆定位精度进行保证，此外当车辆定位精确程度保持在10之内,即使放大电子地图比例最终还是导致车辆偏离道路行驶形成混乱视觉现象。为了避免这一现象人们提出了匹配地图技术，它是利用距离定位点最近的路线道路搜索，把车辆定位点直接在路线上进行投影，不仅对混乱显示车辆的手段进行了避免，让车辆不会出现定位误差而导致的偏离道路显示，还利用投影让车辆前进路线的定位数据只留下GPS误差在径向分量上，让车辆定位精度得到提升。地图匹配技术在车辆定位误差比10米小或者定位精度比较高时，有效匹配基本可以实现，当DR误差积累特性不能保证或者有效差分不能实现时，车辆定位误差在20米之内，一旦车辆处在多个平行距离很近的道路或者交叉口时，会出现错误判断，从而导致严重的混乱。

3.3 路径匹配的提出

SA技术目前还存在误差性，一旦前后两个定值出现SA技术误差就会使定位的方向基本相同、定位的偏差大小基本一样，再加上GPS接收机所获得的前后定位值和环境相似性，让前后几个定位数据GPS误差变得更具有关联性。通过资料可以知道，我国在2000年2月3日收集到相隔2秒8315个静态定位数据，定位置的前后两个之间最小偏差值是0.3米，最大是25.6米，定位偏差平均值是4.2米，也就是说随差对前后数据相对定位偏差的影响小于系差对前后数据相对定位偏差的影响，按照预想是通过正确匹配的前一个数据定位修正值进行当前数据定位的修正处理，可以让当前的数据定位大部分误差消除掉，实现了有效匹配，但是直接用前一个数据定位修正值进行修正时，一旦前一个数据的匹配效果不好或者错误判断，直接对后面进行的数据修正影响到，当采取平均历史修正数据进行前定位误差的修正时，会让邻近数据修正的影响减弱，SA误差在长时间内进行漂移。

3.4 路径匹配的算法

路径匹配的算法为，对车辆定位数据的方向信息、速度大小、经纬度以及水平误差估计进行提取，以圆心为定位点，半径为水平误差估计来进行路段道路的搜索，如果搜索结果为空，让大于1的扩张系数生意水平误差估计，在进行上述步骤，如果搜索结果为有，直接进行定位数据误差修正，如果搜索结果为为1，直接对修正完成之后的路段匹配点与数据定位进行匹配，最终定位数据相对于原始测量数据的位置修正值对误差预修正数据进行调整，如果搜索结果是不1，对定位数据进行误差预修正。

4、结束语

随着社会的经济发展和技术发展，越来越多的车辆需要进行跨地域工作，GPS车辆管理系统的应用可以让调度中心灵活掌握派出车辆、检测目标的实时情况、运行状态，方便了调度人员的车辆分配和临时任务的应急措施。匹配地图技术的出现，不仅对混乱显示车辆的手段进行了避免，让车辆不会出现定位误差而导致的偏离道路显示，还利用投影让车辆前进路线的定位数据只留下GPS误差在径向分量上，让车辆定位精度得到提升。

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