車輛GPS的應用現狀及發展探討

姜輝

（大慶油田信息技術公司無線分公司，黑龍江 大慶 163453）

GPS全球定位系統在世界上受到廣泛的應用，可以同時完成授時、測距、導航與定位。剛開始出現GPS技術時，僅將其用作軍事方面，如飛機、船舶等。隨著科技水平不斷提升，開始將GPS技術應用在汽車的導航系統中。目前西方發達國家將GPS應用在車輛上已經極為普遍，因此我國還需要持續增強GPS在車輛中的應用效果，才能促進GPS應用的進一步發展。

1 GPS在車輛組合導航中的應用現狀

1.1 GPS-DR組合導航系統

DR是車輛的自主行位推算系統，將其與GPS技術互相結合，可以將二者的優勢充分發揮，避免發生GPS信號中斷、屏蔽、DR使用時間較短的問題，可以增強車輛定位的精確性。我國在對這種組合導航進行研究時，經常會使用自適應聯合或擴展卡爾曼濾波算法，可避免出現計算誤差，還具備較高的精準度。

1.2 形成地圖匹配

將GPS與DR互相組合，若車輛行駛的區域道路的數量較多，不能使用電子地圖匹配技術，使用GPSDE系統可以將車輛的定位信息進行校正。若GPS-DR導航系統與數字地圖技術互相匹配，可以對車輛的各項輸出信息進行地圖匹配，從而使系統的準確性與可靠性獲得良好的改善。

1.3 捷聯慣性導航系統

捷聯慣性導航系統是GPS-SNS，其中包含3個陀螺儀與3個加速度計，其安裝的方式為互相垂直，這種裝置會被直接裝設在載體上。捷聯慣性導航系統結合了GPS與SNS系統的共同優點，還可以有效規避二者的缺點，可以使組合導航的功能性更強，也成為GPS在車輛中應用的主要發展趨勢，也可以將捷聯慣性導航系統應用在軍車中。我國的國防科技大學對捷聯慣性導航系統進行了深入研究，構建了將神經元狀態作為基礎的捷聯慣性導航車載組合導航系統信息融合模型，還研發了激光陀螺捷聯慣性導航系統，但這種系統花費的成本較高，經濟效益較低。

1.4 GPS-MMS

GPS-MMS系統主要由微機電系統器件構成，其中包含3只微機械加速度計、3只微機械陀螺儀、附加電子線路。MMS作為新投入使用的慣性測量系統，無論是重量、成本、壽命等方面都具備較強的優勢。但其自主性較低，可靠性也較低，很容易受到外界的干擾，因此將GPS與MMS互相組合，可以取長補短，提升數據的更新效率，避免在導航定位時出現誤差，增強系統整體的可靠性與抗干擾性能。

1.5 GPS-GLONASS

GLONASS是由前蘇聯研發成功并由俄羅斯進行發展的全球衛星導航系統，其功能與GPS類似，將二者互相組合，可以增強系統整體的可視衛星數目，使衛星幾何位置的配置獲得改善，從而增強系統的觀測完整性與可靠性。由于投入資金較少，GLONASS系統在軌正常運行的健康衛星數量較少，會對GPS-GLONASS系統的正常運行產生一定影響。

2 GPS在車輛主動安全控制中的應用現狀

將GPS應用在車輛的主動安全控制時，主要是對DGPS、慣性傳感器等方面的數據進行融合，從而加強對車輛的控制效果。在使用GPS對車輛主動安全進行控制時，包括車輛的縱向、橫向、側向、轉向等方面控制，通過將GPS與其他傳感器共同組合，可以形成有效的車輛綜合控制系統。

2.1 對車輛行駛軌跡進行動態實時監控

從21世紀開始，美國的SA政策取消，增強了民用C/A碼的定位精度與準確性，從而幫助更多學者開始對GPS在車輛的固定坐標系中各方向運動的控制能力進行更加深入、仔細的研究。在1999年，就已經將DGPS作為對車輛進行測量的唯一傳感器，從而將車輛的橫縱向運動進行控制。

2.2 增強對車輛穩定性的控制力度

車輛在運行過程中，需要確保良好的穩定性能，才能增強車輛行駛的安全性，避免各種安全事故的發生。將GPS應用在車輛中，可以加強車輛穩定性的控制效果，GPS技術可以將車輛的相關參數進行速度測量，控制系統收到GPS測量的數據后，可以調整車輛的行駛速度、姿態等方面，從而增強車輛在駕駛時的穩定性。

3 GPS在智能交通與自動駕駛中的應用現狀

3.1 在智能交通系統中的應用

在智能交通系統中包含通信、計算機技術、工業等多個行業領域。將GPS應用在智能交通系統中，可以促進這些行業獲得良好的發展。使用GPS技術將車流主干道的平均車流速度進行測量，可以對各種交通容量情況下的車輛占比進行勘測，從而對主干道車輛行駛的平均速度進行準確評估。

3.2 對自動駕駛進行計算

隨著社會科技水平的不斷進步，自動駕駛成為車輛未來的主要發展趨勢，從而使各界學者加強對車輛自動駕駛控制系統進行更加深入的研究。日本在這方面的研究成果較多，例如尼桑汽車公司設計了車輛的轉向平順性駕駛員協調系統，其中將RTK-GPS互相結合，可以加強車輛的分布式控制效果，避免道路行駛中存在的誤差。

4 GPS可以對車輛狀態參數進行評估

4.1 對車輛狀態參數的評估

通過對車輛行駛過程中的運動狀態參數進行監測與分析，可以提升對車輛行駛穩定性的評價水平，還可以對車輛控制系統中的變量進行有效控制。將GPSRTK互相結合，可以設計車輛道路試驗RIK五輪儀，從而對車輛在行駛過程中的動態軌跡進行準確測量，加強對車輛運動性能的評價效果。

4.2 對車輛外在環境參數進行評估

將GPS應用在車輛的外在環境參數評估中，可以對車輛在行駛過程中產生的重要參數進行評估，例如車輛行駛時輪胎與路面產生的摩擦系數、道路坡度與道路的特點形狀分析等。結合ABS系統，與自動車道保持道路的整體適應性。

5 GPS應用的問題與發展趨勢探討

在車輛中應用GPS技術已經是未來的主要發展趨勢，因此在未來，需要將GPS的應用效果不斷提升，才能加強GPS在車輛中的應用效率。可以從以下兩方面進行：第一，硬件方面。需要加強對成本的控制，使用微慣導元件與GPS接收機互相組合，形成效率更高的接收系統。第二，算法方面。目前經常使用的算法包括卡爾曼聯合濾波導航算法、D-S證據理論、自適應神經網絡算法等，這些算法都具備較強的局限性，因此在未來應使用更加高效、便捷的信息融合算法，才能解決GPS在車輛應用中存在的問題。另外，使用濾波模型時，可以對GPS應用在車輛中的噪聲進行統計，在未來主要的研究方向是自適應算法與誤差補償技術。

交通運輸系統的主要特點是由大量的車輛來構成，將GPS應用在車輛中，除了使用導航功能外，還需要對其他的功能進行研究與拓展。將GPS與先進的通訊技術互相結合，可以對道路交叉口的車流量進行有效控制，從而將GPS應用在車輛中的更高級功能與效果充分發揮。對交通流量進行控制是紅綠燈的定時控制功能，如果在未來GPS成為車輛的必備功能，那么對道路交叉口的自動控制就可以實現，可以將GPS與流量監控系統互相結合，將道路資源更加合理地對每一輛車輛進行分配。這樣不僅可以將城市道路交通條件進行有效改善，還可以對日益緊張的道路資源形成合理劃分與高效應用。

GPS在未來不僅可以應用在交通系統的宏觀控制中，使用GPS還可以對車輛的行駛狀態參數進行更加準確的測試，可以將這方面問題看作GPS未來發展中的微觀問題。將GPS應用在這方面，可以加強對車輛試驗測試與動力學方面的控制效果。目前經常使用的雙天線GPS監測辦法評估的準確性較低，效率也不高，不能充分滿足實時性等多方面的要求。若車輛的速度達到200HZ或更高，就需要把GPS當做輔助，對車輛慣性進行測量，但這種辦法會花費較高的成本。因此需要將簡單、容易測量的參數作為基礎，使用軟測量等各種方法，對車輛的行駛變量進行監測，從而減少相關的成本費用，還可以增強GPS應用在車輛中的靈活性。

6 結語

科技水平的不斷進步，使GPS被更加多元化地應用在車輛中，不僅作為車輛的定位導航系統，還可以從多方面對車輛進行控制。另外，將GPS接收系統當做更加精確的車輛位置、速度傳感器，可以對車輛的行駛狀態進行更加復雜、準確的參數測量，加強控制效果。因此通過不斷的實踐與努力，才能將GPS更加高效地應用在車輛中，促進我國交通運輸行業實現穩定、持續發展。