车辆GPS的应用现状及发展探讨

姜辉

（大庆油田信息技术公司无线分公司，黑龙江 大庆 163453）

GPS全球定位系统在世界上受到广泛的应用，可以同时完成授时、测距、导航与定位。刚开始出现GPS技术时，仅将其用作军事方面，如飞机、船舶等。随着科技水平不断提升，开始将GPS技术应用在汽车的导航系统中。目前西方发达国家将GPS应用在车辆上已经极为普遍，因此我国还需要持续增强GPS在车辆中的应用效果，才能促进GPS应用的进一步发展。

1 GPS在车辆组合导航中的应用现状

1.1 GPS-DR组合导航系统

DR是车辆的自主行位推算系统，将其与GPS技术互相结合，可以将二者的优势充分发挥，避免发生GPS信号中断、屏蔽、DR使用时间较短的问题，可以增强车辆定位的精确性。我国在对这种组合导航进行研究时，经常会使用自适应联合或扩展卡尔曼滤波算法，可避免出现计算误差，还具备较高的精准度。

1.2 形成地图匹配

将GPS与DR互相组合，若车辆行驶的区域道路的数量较多，不能使用电子地图匹配技术，使用GPSDE系统可以将车辆的定位信息进行校正。若GPS-DR导航系统与数字地图技术互相匹配，可以对车辆的各项输出信息进行地图匹配，从而使系统的准确性与可靠性获得良好的改善。

1.3 捷联惯性导航系统

捷联惯性导航系统是GPS-SNS，其中包含3个陀螺仪与3个加速度计，其安装的方式为互相垂直，这种装置会被直接装设在载体上。捷联惯性导航系统结合了GPS与SNS系统的共同优点，还可以有效规避二者的缺点，可以使组合导航的功能性更强，也成为GPS在车辆中应用的主要发展趋势，也可以将捷联惯性导航系统应用在军车中。我国的国防科技大学对捷联惯性导航系统进行了深入研究，构建了将神经元状态作为基础的捷联惯性导航车载组合导航系统信息融合模型，还研发了激光陀螺捷联惯性导航系统，但这种系统花费的成本较高，经济效益较低。

1.4 GPS-MMS

GPS-MMS系统主要由微机电系统器件构成，其中包含3只微机械加速度计、3只微机械陀螺仪、附加电子线路。MMS作为新投入使用的惯性测量系统，无论是重量、成本、寿命等方面都具备较强的优势。但其自主性较低，可靠性也较低，很容易受到外界的干扰，因此将GPS与MMS互相组合，可以取长补短，提升数据的更新效率，避免在导航定位时出现误差，增强系统整体的可靠性与抗干扰性能。

1.5 GPS-GLONASS

GLONASS是由前苏联研发成功并由俄罗斯进行发展的全球卫星导航系统，其功能与GPS类似，将二者互相组合，可以增强系统整体的可视卫星数目，使卫星几何位置的配置获得改善，从而增强系统的观测完整性与可靠性。由于投入资金较少，GLONASS系统在轨正常运行的健康卫星数量较少，会对GPS-GLONASS系统的正常运行产生一定影响。

2 GPS在车辆主动安全控制中的应用现状

将GPS应用在车辆的主动安全控制时，主要是对DGPS、惯性传感器等方面的数据进行融合，从而加强对车辆的控制效果。在使用GPS对车辆主动安全进行控制时，包括车辆的纵向、横向、侧向、转向等方面控制，通过将GPS与其他传感器共同组合，可以形成有效的车辆综合控制系统。

2.1 对车辆行驶轨迹进行动态实时监控

从21世纪开始，美国的SA政策取消，增强了民用C/A码的定位精度与准确性，从而帮助更多学者开始对GPS在车辆的固定坐标系中各方向运动的控制能力进行更加深入、仔细的研究。在1999年，就已经将DGPS作为对车辆进行测量的唯一传感器，从而将车辆的横纵向运动进行控制。

2.2 增强对车辆稳定性的控制力度

车辆在运行过程中，需要确保良好的稳定性能，才能增强车辆行驶的安全性，避免各种安全事故的发生。将GPS应用在车辆中，可以加强车辆稳定性的控制效果，GPS技术可以将车辆的相关参数进行速度测量，控制系统收到GPS测量的数据后，可以调整车辆的行驶速度、姿态等方面，从而增强车辆在驾驶时的稳定性。

3 GPS在智能交通与自动驾驶中的应用现状

3.1 在智能交通系统中的应用

在智能交通系统中包含通信、计算机技术、工业等多个行业领域。将GPS应用在智能交通系统中，可以促进这些行业获得良好的发展。使用GPS技术将车流主干道的平均车流速度进行测量，可以对各种交通容量情况下的车辆占比进行勘测，从而对主干道车辆行驶的平均速度进行准确评估。

3.2 对自动驾驶进行计算

随着社会科技水平的不断进步，自动驾驶成为车辆未来的主要发展趋势，从而使各界学者加强对车辆自动驾驶控制系统进行更加深入的研究。日本在这方面的研究成果较多，例如尼桑汽车公司设计了车辆的转向平顺性驾驶员协调系统，其中将RTK-GPS互相结合，可以加强车辆的分布式控制效果，避免道路行驶中存在的误差。

4 GPS可以对车辆状态参数进行评估

4.1 对车辆状态参数的评估

通过对车辆行驶过程中的运动状态参数进行监测与分析，可以提升对车辆行驶稳定性的评价水平，还可以对车辆控制系统中的变量进行有效控制。将GPSRTK互相结合，可以设计车辆道路试验RIK五轮仪，从而对车辆在行驶过程中的动态轨迹进行准确测量，加强对车辆运动性能的评价效果。

4.2 对车辆外在环境参数进行评估

将GPS应用在车辆的外在环境参数评估中，可以对车辆在行驶过程中产生的重要参数进行评估，例如车辆行驶时轮胎与路面产生的摩擦系数、道路坡度与道路的特点形状分析等。结合ABS系统，与自动车道保持道路的整体适应性。

5 GPS应用的问题与发展趋势探讨

在车辆中应用GPS技术已经是未来的主要发展趋势，因此在未来，需要将GPS的应用效果不断提升，才能加强GPS在车辆中的应用效率。可以从以下两方面进行：第一，硬件方面。需要加强对成本的控制，使用微惯导元件与GPS接收机互相组合，形成效率更高的接收系统。第二，算法方面。目前经常使用的算法包括卡尔曼联合滤波导航算法、D-S证据理论、自适应神经网络算法等，这些算法都具备较强的局限性，因此在未来应使用更加高效、便捷的信息融合算法，才能解决GPS在车辆应用中存在的问题。另外，使用滤波模型时，可以对GPS应用在车辆中的噪声进行统计，在未来主要的研究方向是自适应算法与误差补偿技术。

交通运输系统的主要特点是由大量的车辆来构成，将GPS应用在车辆中，除了使用导航功能外，还需要对其他的功能进行研究与拓展。将GPS与先进的通讯技术互相结合，可以对道路交叉口的车流量进行有效控制，从而将GPS应用在车辆中的更高级功能与效果充分发挥。对交通流量进行控制是红绿灯的定时控制功能，如果在未来GPS成为车辆的必备功能，那么对道路交叉口的自动控制就可以实现，可以将GPS与流量监控系统互相结合，将道路资源更加合理地对每一辆车辆进行分配。这样不仅可以将城市道路交通条件进行有效改善，还可以对日益紧张的道路资源形成合理划分与高效应用。

GPS在未来不仅可以应用在交通系统的宏观控制中，使用GPS还可以对车辆的行驶状态参数进行更加准确的测试，可以将这方面问题看作GPS未来发展中的微观问题。将GPS应用在这方面，可以加强对车辆试验测试与动力学方面的控制效果。目前经常使用的双天线GPS监测办法评估的准确性较低，效率也不高，不能充分满足实时性等多方面的要求。若车辆的速度达到200HZ或更高，就需要把GPS当做辅助，对车辆惯性进行测量，但这种办法会花费较高的成本。因此需要将简单、容易测量的参数作为基础，使用软测量等各种方法，对车辆的行驶变量进行监测，从而减少相关的成本费用，还可以增强GPS应用在车辆中的灵活性。

6 结语

科技水平的不断进步，使GPS被更加多元化地应用在车辆中，不仅作为车辆的定位导航系统，还可以从多方面对车辆进行控制。另外，将GPS接收系统当做更加精确的车辆位置、速度传感器，可以对车辆的行驶状态进行更加复杂、准确的参数测量，加强控制效果。因此通过不断的实践与努力，才能将GPS更加高效地应用在车辆中，促进我国交通运输行业实现稳定、持续发展。