GPS在汽车领域的应用

GPS在汽车领域的应用乐卫东摘要：全球卫星定位系统（GlobalPositioningSystem）简称GPS。它原本是军事现代化进程的产物。随着世界政治格局由动荡慢慢趋于平和，作为军事用途的GPS系统逐渐对民用市场实行开放，从而使得GPS成为现代高新技术实现军民两用的一个成功的范例。自GPS技术投入民用以来，获得了前所未有的蓬勃发展，现已在科学研究、大地测量、定位导航、野外搜救、数据通信等数十个领域得到了广泛的应用，并产生了巨大的社会经济效益。特别是在汽车领域，其表现得尤为突出，发展速度也尤为迅猛，许多汽车生产企业已将GPS导航系统作为标准配置来配备在自产的豪华轿车或普通轿车上，从而在车辆的全天候导航、实时监控和跟踪防盗等方面提供了有力的科技支持与保障。关键词：GPS汽车领域应用卫星定位随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，人类进入了前所未有的最最美好的科技时代。1886年1月29日，德国人卡尔·佛里特立奇·本茨和戈特利布·戴姆乐获得世界上第一辆汽车的专利权，标志着世界上第一辆汽车的诞生，同时也标志着人类从此进入了科学发展的新纪元。汽车的诞生使得距离不再遥远；使得世界触手可及。目前全球汽车保有量约为10亿辆，而据我公安部交通管理局日前提供的数据显示，截至今年11月,我国的机动车保有量达2.23亿辆,而汽车的保有量达1.04亿辆，约占全球汽车保有量的10%，成为仅次于美国(2010年2.4亿辆)的世界第二大汽车保有国。而随着我国国民经济的飞速发展，我国国民对于汽车的需求还在呈逐年递增趋势。如此巨大的汽车保有量和需求量，一方面在提振各国经济的同时，另一方面也逐渐迭现出了汽车领域在综合管理和统一指挥方面的难度。如何面对汽车的日益增加所带来的种种问题，逐渐成为了每个国家亟待解决的重点与难点。而GPS的出现和应用，也就自然而然地成为了世界各国谋求应对汽车领域所出现的问题的解决方法之一。一、GPS的初步认识GPS是（GlobalPositioningSystem）的简称，翻译成中文就是全球卫星定位系统。它是军事现代化进程的产物、它是人类智慧与科学技术完美融合的结晶。（一）GPS大致的原理从通俗易懂的角度来说，GPS的工作原理大致为:首先，将我们居住的地球用经纬线作虚拟的网格式覆盖和划分。其次，利用先进的航天航空技术向太空发射24颗卫星，这些卫星被平均分布在环绕地球的六条圆形轨道面上，每条轨道面上各有四颗，每颗卫星都以每11小时58分钟绕地球一圈的速度呈55º角倾斜绕地球运行。最后，通过遥控遥感、电子信息等各领域先进技术的综合运用，大力发展地面测控系统和用户接收系统，通过接收、分析和计算24颗同步卫星中任意３颗以上卫星所发射的探测信号，就可以在全球范围内全天候、全天时不间断地准确监测到所想要探测的物体的位置、高度、速度等等一系列相关的信息。（二）GPS的发展概述GPS系统，是美国继阿波罗登月与太空梭发展计划后的第三大太空国防计划，是为了在军事上能够达到精准定位和完成精确打击而提出的战略设想。其总体设计方案是1973年经美国国防部批准，并于上世纪70年代正式开始研制。从1978年发射第一颗卫星到1995年宣布形成正式的工作系统，经过二十多年的不懈努力及大量资金的投入，最终将GPS打造成为了具有在海、陆、空进行全天候、全方位实时七维（三维位置、三维速度和时间）信息服务功能与能力的新一代卫星定位系统。其间，在1991年的海湾战争中得到了初步的应用和实战化的验证。海湾战争所体现出新的作战模式，在让世界震惊的同时，GPS的功效也被世界各国所认识。为了打破美国在GPS领域的垄断地位，世界各发达国家都在积极地致力于发展自己的全球卫星定位系统。目前，能够实现运转能力和达到相互抗衡水平的除了有由俄罗斯研发的格洛纳斯全球导航卫星系统，又称GLONASS(俄语：ГЛОНАСС)以及我国自行研发的北斗卫星导航系统外，欧盟也正在积极建造有“欧洲版GPS”之称的伽利略(GalileoPositioningSystem)卫星定位系统。由于美国GPS理念及意识形态的先入为主，所以我们还是习惯地把全球卫星定位系统称为“GPS”。二、GPS在汽车领域的应用随着GPS系统逐渐对民用市场实行开放，其所具备的全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点及其所特有的定位导航、授时校频、精密测量等多方面的强大功能，迅速成为人们关注的焦点，并很快成为了继蜂窝移动通信和互联网之后的新的经济增长点。虽然GPS从研发到应用，只有短短的数十年，但是借助着科学技术的提升得到了空前发展。特别是在汽车领域，其表现得尤为突出，发展速度也尤为迅猛。自1995年奔驰公司将GPS车载系统装载于W140S级车型开始，也就意味着GPS系统正式吹响了向民用汽车领域进军的号角。如今，许多汽车生产企业已将GPS导航系统作为标准配置来配备在自产的豪华轿车或普通轿车上。目前，GPS在汽车领域的应用主要体现在车辆精确定位、车辆实时导航及车辆安全监测等几个方面。（一）GPS在车辆精确定位上的应用众所周知，要想对于一个物体实行实时监测和控制，就得知道这个物体的具体位置。有有知道物体在哪，才最终谈得上对其实施监测与控制。GPS的主要功能就是定位，目前，GPS系统提供了两种定位信号，一种是经加密处理的P码，供军方使用，定位精度在3米以内；另一种是由标准定位信号经干扰而成的C/A编码，定位精度在100米左右，以供民间用户使用。对于民用的C/A码，可利用基站差分技术将其中的干扰滤掉，使其精度达到10米左右。随着科学技术的进步和广大科研工作者的不懈努力，如今民用GPS系统的精度也达到了3米左右。GPS整个系统约分成以下三个部分：1、太空卫星部分。由24颗运行于约20200公里高空的环地球卫星所组成。这些卫星被平均分布在环绕地球的六条圆形轨道面上，每条轨道面上各有四颗，每颗卫星都以每11小时58分钟绕地球一圈的速度呈55º角倾斜绕地球运行；每颗卫星均持续发射着载有卫星轨道数据及时间的无线电波，以供地球上的各种接收机来接收。2、地面管制部分。设置地面管制站是为了追踪及控制上述卫星的运转。其主要工作为负责修正与维护每个卫星能保持正常运转的各项参数数据，以确保每个卫星都能提供正确的讯息给接收机来接收。3、使用者接收部分。使用者使用固定式或便携式接收设备来追踪和接收所有的GPS卫星信号，利用计算机汇集各个渠道所搜集与反馈到的综合信息，通过完美整合与精确计算来实时掌握接收机所在位置、方向、速度、时间、日期及状态，从而让使用者根据所得到的准确信息来做出合理的判断。GARMINGPS即属于此部分。（二）GPS在车辆实时导航上的应用随着汽车的推广和普及；随着人民生活水平的不断提高。汽车正以前所未有的速度进入千家万户，使得城市与城市之间的距离不再遥远；使得国家与国家之间的联系更加紧密。但是，很多汽车使用者在驾驶过程中不熟悉周边环境和路况的问题也就显现了出来，多跑冤枉路、多浪费时间暂且不说，关键是多消耗了不必要的燃料。有违于“低碳生活，绿色出行”的社会理念。因此，基于GPS平台下的汽车导航信息共享系统(PSS)也就应运而生。卫星导航技术的发展趋势主要表现在三方面：一是卫星导航的多系统并存，使系统可用性得以提高，应用领域将更广阔；二是多元组合导航技术正在得到推广应用，主要有GPS与移动通信基站定位、陀螺、航位推算技术等的组合应用；三是卫星导航与无线通信等其它高新技术相结合，如将GPS接收机嵌入到蜂窝电话、便携式PC、PDA和手表等通信、安全和消费类电子产品中，从根本上促进了IT技术的整体发展。车辆导航作为智能交通系统ITS（IntelligentTransportationSystems）已有30多年的发展历史，其结合了汽车制造、交通管理、计算机网络、地理信息、电子通讯和系统科学等等一系列的领域，大大提升了GPS在汽车导航领域上的性能及应用水平。比如，得益于电子产业的进步与网络信息的发展，使得城市电子交通图的测绘、编制和共享成为可能，并从“以人为本”的理念出发，建立和完善数据库（旅游景点、宾馆、医院）。使得用户能够在电子地图上根据需要进行查询，查询资料可以以文字、语言或者图象的形式显示，并在电子地图上显示其位置。然而，由于受到科技水平和客观因素的制约，最早的GPS导航属于车辆静态导航系统。所谓静态导航就是基于历史数据库或历史地理信息系统（导航电子地图）进行路线引导，而对于所行驶路线当前的交通堵塞、道路施工、交通管制等路况信息及影响出行的其它信息不能实时的反映到导航系统中去，难以给用户提供周到、高效的导航服务。近几年来，随着通讯技术的迅速发展，车辆导航技术又出现了一些新的功能，就是在考虑交通信息、气象信息等即时信息的基础上加入与交通相关的多种即时信息，基本实现了真正意义上的实时动态智能导航和服务——车辆实时导航系统。实时导航系统克服了传统的静态导航系统的缺点，路径规划所依据的信息不仅有静态的路网信息，更有动态的交通信息，如气象信息的更新、行程时间的估算、交通事故或临时交通管的制实时更新等。从而为出行带来了方便，提高了出行效率。电子地图和实时信息的及时采集、汇总、更新与完善，使得广大的汽车使用者即使行驶在异国他乡也能够得心应手，不再有陌生的感觉。（三）GPS在车辆安全监测上的应用随着人民生活水平的提高,汽车逐渐进入了千家万户。在追求提高生存质量和提升生活品质的今天，安全服务也就越来越受到民众的重视，尤其是车载监控系统越来越多地受到业界的关注。车辆安全监测主要体现在车辆跟踪监测和车辆异常报警。1、车辆跟踪监测车辆跟踪与检测系统主要服务对象为职能部门和营运性企事业单位。比如：车辆管理部门、交通营运部门、出租公司、物流公司等等。其主要是针对所管辖地域的车辆或者特定公司旗下的车辆进行管理，对被监控车辆进行合理调度。指挥中心也可以随时与被跟踪目标通话，实行全效管理。（1）定车行程跟踪。对事先确定好的特定车辆进行行程跟踪。在实际的业务中，用户所接收到的不再是GPS返回来的经度和纬度等数字信息。而是根据自己的需要，通过选择特定的车辆车牌号，系统就能够根据用户指定的车牌号，把车辆当前所在的地理位置以地图形式显示出来。同时显示行驶速度、方向、以及终端运行信息。（2）定点车辆跟踪。用户可以根据自己的需要，通过鼠标选定某一地理区域，系统就会显示出在该地点区域内的车辆分布情况。用户可有选择的查看车辆的具体位置信息。（3）目标锁定跟踪。在多目标监控状态下，监控窗口可以根据用户需要，指定一个目标为锁定跟踪目标（指定车辆）。当被锁定目标运动出当前监控窗口地图显示区域时，系统通过地图滚动使锁定目标保持在窗口视野中。（4）车辆显示状态控制。在跟踪车辆的操作过程中，用户有时并不希望在地图上显示所有的车辆，也就是说用户可以通过某种手段控制车辆的显示状态。车辆显示状态控制功能就是相当于一个显示状态控制开关。2、车辆异常报警车辆异常报警系统其原理都是利用GPS的定位信息和无线网络（GSM/GPRS或者CDMA，甚至3G）结合电脑的地图应用软件，对车进行实时的跟踪监控和管理。其主要是针对车辆本身出现意外状况。比如，当车辆被盗时，可以远程对被盗车辆进行定位跟踪，必要时还可以对被盗车辆进行断油断电控制。从而有利于公安机关的破案。或者车辆在行驶过程中，因驾驶者对所在城市道路的陌生和对所处路段路况的不熟可能会出现的人为偏差进行实时监护与及时提醒。比如，超速报警提醒、前方红灯提醒、单行越界提醒等等。从而在一定程度上保障了使用者的自身安全。三、GPS在本市汽车领域的最新应用GPS系统的诞生，在促进军事领域和科技领域迅猛发展的同时，也逐渐慢慢地渗透到人类生活的方方面面，应用于衣食住行，从而改善着人们的生活质量，提升着人们的生活品质。特别是在汽车领域的综合应用，使得人们真真切切地感受到了GPS的存在及其所发挥出的作用。比如，我的故乡—江苏省无锡市。无锡是个宜居的城市。拥有丰富的旅游资源和蓬勃发展的工商产业，教育资源和生活环境也非常地完美。一直以来都吸引着祖国各地的人们来旅游、来就读、来工作和来生活，在为无锡