GPS在智能交通系统中的应用
作者：范文涛 岳祥楠
来源：《人民交通》2019年第01期
        摘要：GPS能够提供高精度的动态实时定位和导航信息，可以有效辅助解决城市交通拥堵、停车混乱等问题。随着现代交通系统不断向着信息化、智能化的方向发展，GPS将发挥更重要的作用。本文综合分析了GPS在智能交通系统中的应用形式，并以出租车GPS轨迹数据为例，进行了实例分析。
        【关键词】GPS；智能交通；交通管理
        GPS （Global Positioning System）全称“定时测距导航卫星全球定位系统”，是美国国防部为了满足民用和军用对三维导航和定位的需求而建立的系统。该系统能够全天候、多方位、全时段提供地球表面高精度的三维坐标数据，同时实现定位、授时、导航和测速的功能，因此应用领域越来越广泛，其中，在智能交通（智慧交通）领域的应用，是近年来的一个重要的应用方向之一。
        随着经济的飞速发展，我国城市机动车保有量不断增加，与交通有关的问题越来越突出。智能交通系统基于3S（GPS、GIS、RS）技术，融合了物联网、云计算、人工智能、自动控制、移动互联网等新兴信息技术，使城市交通系统逐步具备感知、互联、分析、预测、控制等能力，也是智慧城市在交通领域的具体体现。建立智能化交通系统，从而科学合理利用线路资源、有效加强交通管理，已经成为我国推动城市化建设和管理的重要战略举措。
        1.智能交通系统（ITS）简介
汽车gps导航        智能交通系统（Intelligent Transport System，简称ITS）是指将先进的信息技术、无线电通信网络技术、数据通讯传输技术、电子传感与控制技术、以及移动互联网等有机的集成起来运用于整个交通运输管理体系，而创建的一种在大范围发挥作用的实时、准确、高效、全方位的综合运输管理系统。ITS通过对道路、车辆以及人员的科学合理配置来提高交通运输效率，缓解交通拥堵情况，提升道路通过能力，降低交通事故的发生率，减轻环境污染。
        智能交通系统运用最成熟的是日本，美国、欧洲等地区也已经普遍应用。中国的智能交通系统发展十分迅速，目前，全国共有461个城市建成集接处警、信息采集、交通控制等功
能于一体的交通指挥控制中心，404个城市实现了交通信号区域控制或主干道“绿波”控制。GPS的实时定位、导航及测速功能，为智能交通系统提供了强有力的数据支撑，是系统得以有效运行的基础。
        2.GPS在ITS中的应用形式
        GPS在城市道路交通管理和汽车导航等方面的应用与研究已经取得了显著的成果，在ITS平台上为交管部门提供治安管理、交通管理、电子警察、违法取证等诸多功能的数据支撑，下面分别从几个方面进行分析。
        2.1车辆运营管理
        在公共交通中，对于公交车调度，可用于公交线路的实时监控，以便向司机发送调度指令，及时调整线路运行状况；实时反馈车辆、路线、道路等相关数据，显示车辆运行的信息，以预测到站时间，为调度管理提供依据，同时方便乘客出行规划。
        基于GPS技术的支持和互联网的发展，催生了方便快捷的“网约车”。“嘀嘀出行”、“美团打车”等打车软件的出现和普及，给人们日常生活提供了极大的便利。其基本原理即是：基于
GPS定位获取车辆的实时位置，打车服务系统得以搜索距离乘客最近的空载车辆，并提供包括车牌号、预计等待时间和车主的等信息，从而实现乘客和车辆的最佳对接，并全程进行GPS导航和路线监控，提供一定的安全保障。
        2.2交通监控
        对交通流量的监测，是基于GPS实时提供的道路定位信息，再与其他传感器获取的交通数据结合，对道路交通状况进行综合分析，以提供各路段的实时交通流量，从而为交管部门的交通管控和拥堵预测提供支持。
        车辆跟踪，车辆的位置可以由GPS提供的定位信息实时显示在电子地图上，从而实现重要车辆或可疑车辆的实时跟踪，并进行运行轨迹的记录。
        2.3 实时路线导航
        出行路线规划和实时导航，都是基于GPS提供的出发点和目的地的地理定位，再利用地理信息系统的空间分析功能，按要求规划最佳出行路线供使用者选择。要求可以包括时间最短的路线、距离最短的路线、红绿灯较少的路线或大路优先的路线等。结合实时路况，基于
GPS定位数据，可以实现避开拥堵路段，提供方便快捷准确的实时导航。
        2.4交通安全管理
        行车安全管理，通过对GPS定位信息的显示和分析，可以针对一些不安全或者违反道路安全法律或规定的行为进行识别，如超速行驶、车道偏离等。可以对识别出来的不安全或违法行为设置安全提醒，对于重要车辆和危险行车还可以设置安全报警。
        紧急援助，通过GPS定位和监控管理系统能够对遇到险情或发生事故的车辆或报警人员进行准确定位，从而确定最佳出警决策，提供快速援助。
        交通事故分析，根据ITS系统中的GPS信息来重现发生的交通事故过程，可以根据当时车辆的行驶路线、方向、速度等信息，辅助分析、确定事故原因，加快事故确认和处理时间，并提高事故原因认定的正确性和科学性，从而尽快恢复交通，尽可能提高道路交通运行能力。
        高速公路养护，由GPS野外手持设备提供准确的定位数据，可将巡查到需要养护的地点上传至高速公路养护系统，并能同时上传情况说明，以便后继进行统一的养护安排和准备。
        此外，随着智能交通系统的普及和发展，GPS将在重要物品或危险品的运输监控、物流智慧配送、智慧停车等各个领域获得更广泛的应用，以促进我国平稳、高效、安全、低碳、清洁的现代交通运输体系的建设。
        3.一个应用案例：出租车GPS轨迹数据分析
        下面以出租车的GPS轨迹数据为例，分析GPS的具体应用模式。城市出租车由于运行时间长，规模大，出租车司机对常跑区域的每一条路都非常熟悉，积累了丰富的路况经验，知道什么时候车流量较大，知道哪些路段车比较少，为了节省时间多拉乘客以及降低能耗，他们往往能选择最优驾驶路线，因此，安装在出租车上的GPS系统所采集到的数据对智能交通系统具有很重要的价值。
        首先对出租车GPS数据进行预处理。案例采用的数据是微软亚洲研究院公布的北京市2008年2月2日到2月8日为期一周的出租车GPS数据集，该数据集包括8911辆出租车的轨迹数据，采样间隔为1 min，数据主要包括车辆编号、CPS时间和经纬度，文件格式为txt格式，数据组织结构如图1所示：
        图1 出租车 GPS数据示例
        其中第一列表示车辆编号，第二列表示GPS时间，第三、四列分别表示GPS定位的经度和纬度。首先利用cmd命令将txt文件格式的数据合并转换成CSV表的文件格式，然后就可以导入GIS软件平台，将轨迹定位数据显示在数字地图上。案例使用了ESRI公司的ArcGIS软件，以北京市数字地图作为底图，定位显示出来的GPS轨迹点如图2所示：
        图2 出租车GPS轨迹点分布图
        基于这些轨迹数据，可以实现各种有意义的分析。本例只进行一个简单的“停滞点”分析。根据GPS轨迹数据的时间属性，可以提取车辆的“停滞点”，即乘客上下车的地点，从而可以进一步分析乘客相对集中的乘车地点和出行趋势，以及出租车相对集中的候车地点。停滞点分析如图3所示。
        图3 停滞点分析
        本例只分析了一周的城区数据。利用大数据技术，可以对车辆GPS设备实时获取的海量数据进行处理和深度分析，将能获得更加丰富、有价值的成果，为城市动态、静态的交通管理和规划，以及人们的日常出行提供更高效、更准确的决策支持。
        4.结束语
        交通运输是国民经济之母，是国民经济、社会发展和人民生活水平提高的关键。近年来，随着智能交通系统在建设规模、应用深度以及服务对象等方面的发展，逐步深度融合城市道路交通实时拥堵状况、公交、铁路、民航等多方面的信息，GPS将在提升车辆智能化水平，加强车辆的智能化管理，提高公共交通和非机动化出行的吸引力，提供动态匹配服务、实现交通信息精确供给等诸多领域发挥更加广泛和重要的作用。