當今世界各國的大城市無不存在著交通擁擠問題。以美國為例，1980～2003年期間，年車輛數以77%的速度上升，可是同期道路建設里程的增長數卻僅為2%，在城市交通中的高峰時期，54%的公共汽車處于擁擠狀態。 由于交通擁擠，人們每天消耗在上下班的時間比平時平均多了1. 5小時。同時導致商業車輛在運輸中延誤，增加了運輸成本。而有限的土地和經濟資源等因素的制約，使得道路建設不可能達到相對滿意的里程數。要想在不擴張路網規模的前提下，提高現有交通路網的通行能力，就需要綜合運用先進的科技手段來提高交通運輸的效率。 方案選擇 智能交通系統（Intelligent Transportation System，ITS）是將先進的信息技術、數據通信傳輸技術、電子控制技術、傳感器技術以及計算機處理技術等有效地綜合運用于整個運輸體系，從而建立起一種在大范圍內、全方位發揮作用的實時、準確、高效的運輸綜合管理系統。該系統主要包括交通管理系統、出行需求管理系統、公共交通運營系統、車輛運行系統、電子收費系統、應急管理系統、車輛監控和安全系統等，它是高科技和先進通信手段在運輸系統中的整合應用。 車輛監控系統是ITS的重要組成部分。幾乎所有的車輛監控系統都依賴GPS和GIS電子地圖技術。GIS條件下的電子地圖數據庫為車輛監控系統提供了存放和管理監控信息的一個可視化載體。GPS定位技術使車輛監控中的實時跟蹤成為可能。通信技術則在GIS和GPS之間建起了一座數據通信的橋梁，使得遠程監控成為可能。通過準確的定位，配合通信技術以及電子地圖，車輛監控系統可以進行實時的路線監控，從而引導車輛避開擁塞路段，提高道路通行能力，緩解交通擁擠和堵塞。本文介紹的就是基于GPS的公共汽車實時顯示和定位系統。 [b]系統可行性分析 [/b] 20世紀90年代，我國為了有效緩解交通運輸的緊張壓力，引進了智能交通的理念，并積極采取措施加快應用智能交通技術。目前，國內ITS核心技術的研究主要集中在圖像識別技術、交通仿真技術、GPS/GIS定位導航技術、交通流理論等方面。GPS的應用主要體現在車輛定位導航上，而GPS車輛監控系統的應用正在興起，尤其在特種車輛、出租車上己開始推廣應用。例如，北京成功地完成了英國SC001‘和南斯拉夫TRANSYT-7P交通信息控制系統的引進、安裝和運行管理的研究；上海市成立了出租車聯合調度公司，建立了全行業GPS調度中心。 在我國的交通運輸中，GPS和無線通信技術相結合已開始廣泛應用于運鈔車的報警、定位監控，警車、消防車、救護車的指揮調度。有些城市的出租車、租車服務、物流配送等行業已經開始利用GPS技術對車輛進行監控跟蹤、調度管理，合理分布車輛，以最快的速度響應用戶的請求，降低能源耗損，節省運行成本。在車輛導航方面，通過GPS車輛監控系統在城市中建立數字化電臺，實時發布交通信息，車載設備通過GPS精確定位，結合電子地圖和實時的交通信息，自動匹配最優路徑，并實現車輛的自動導航。 綜上所述，GPS技術在交通系統應用已經相當成熟，因此，本系統將GPS技術應用于我國的公共汽車的實時顯示與定位是可行的。 [b]關鍵技術 [/b] 1 GPS動態定位 GPS定位依據待定點運動狀態又可分為靜態定位和動態定位。廣義的GPS動態定位即GPS導航，如用于陸地、水上和航空航天運動載體的導航。根據應用的目的和精度要求的不同，GPS動態定位方法也不同。主要分為以下幾種：單點動態定位、實時差分動態定位、后處理差分動態定位。 本系統采用的是單點動態定位方法，由車載GPS終端自主測得移動目標的實時位置，并將此位置信息、通過無線通信系統發送至監控中心，從而在監控中心描繪出移動目標的運動軌跡，以實現車輛的實時監控和各種信息的采集。 2 GIS在車輛監控中的應用 GIS是集測繪科學技術、數據庫技術和計算機圖形學技術于一體的一個新興的邊緣學科。在車輛監控領域的應用，GIS是一種集城市地理信息系統和物標主題信息于一體的面向車輛導航、跟蹤的信息系統，它可以顯示各種比例的電子地圖，能夠迅速可靠地為車輛提供各種查詢信息，靈活方便地選擇車輛道路交通網上任何兩節點間的最佳行車路線，并在監控中心對車輛進行實時跟蹤、調度管理。GIS技術在車輛監控系統中的主要功能有：提供良好的圖形化人機界面，以不同標記顯示路況信息，以提醒駕駛員；在矢量電子地圖上，用戶可以進行任意的放大、縮小、漫游、旋轉、分層顯示等；能在電子地圖上實時、準確地顯示車輛的位置，跟蹤車輛的行駛過程，并可以回放車輛的運行軌跡；用戶可以進行地理實體的查詢；在電子地圖上，用戶可以進行路徑規劃，最短路徑的選擇等。 3 車輛監控系統中的坐標轉換 在通常情況下，平面坐標系間的轉換方式有相似變換、仿射變換、雙線性變換以及二次及三次多項式變換等。相似變換完全是兩平面坐標體系間的轉換，未考慮系統誤差；仿射變換是在相似變換的基礎上考慮了縱橫坐標尺度因子的差異，而為了消除和削弱兩坐標系之間的平移、旋轉、縮放、地球曲率以及地球投影引起的誤差，一般需要二次或高次曲線方程來建立相互間的映射關系。 在車輛定位系統中，采用式1）一般就可滿足車輛動態定位對坐標轉換的要求。 U=a0+a1x+a2y （1） V=b0+b1x+b2y 4 基于串口通信技術的車輛導航數據傳輸 利用Delphi7.0實現串口通信常用的方法有3種：一是利用控件，如MSCOMM控件、SPCOMM控件和Cport3. 0控件；二是使用API函數；三是調用其他串口通信程序。其中利用API編寫串口通信程序較為復雜，需要掌握大量的通信知識。相比較而言，利用Cport3.0控件則相對較簡單，并且該控件具有豐富的與串口通信密切相關的屬性及事件，提供了對串口的各種操作，易于實現。 5 GSM短信息延遲對定位數據的影響 GSM短信息業務雖然能可靠地傳輸車輛定位信息，但由于短信息技術本身的限制以及信道擁擠程度的不同，使定位數據的傳輸存在著不同程度的延遲。 實驗表明：當短信息以最大字節傳輸時，單向傳輸時延為5s的累計概率分布可以達到92. 80%，對于中低速移動終端來說，這樣的延遲基木達到監控、導航應用的要求。但對于高速運動的運動體，3～5s的延遲可能太長了，例如，時速為120公里的汽車，5s已經駛出167m，當定位數據傳到監控中心時己有167m誤差的累加，這種誤差若分布在街道縱橫交錯，路口星羅棋布的城市里，會使其作為決策參考的置信度大打折扣。 從移動終端減少時延的主要方法是減少一次傳輸的數據量大小，如果減少一次數據傳輸量至70字節，那么理論上計算的傳輸時延為1.9s。進一步減少數據量還會減少傳輸時延。我們在使用NMEA-0183格式傳輸GPS定位導航數據時，先對數據進行處理，只把經度、緯度和時間打成短信數據包，使得數據包盡可能短，以減少短信傳輸的時延。另外，可以對車輛進行航位推算，使監控車輛的實時精度進一步提高。 系統估價 本文結合GPS、GIS以及計算機數據處理技術和現代數據通信技術進行了車輛監控系統的研究，初步開發出了一個具有全天候衛星定位、電子地圖顯示和車輛實時監控功能的GPS車輛監控系統。 編輯:何世平