摘要: 在讨论GPS (全球卫星定位系统) 与GIS (地理信息系统) 集成在公安、交通指挥系统中应用的基础
上, 探讨了系统中电子地图的空间数据组织, 卫星定位系统的组成、原理及特点。在经典图论中的D ijk stra
最短路径算法的基础上, 对搜索路径进行了优化, 减少了搜索范围即减少永久标记结点的数量, 从而提高搜
索的速度。加入了对回避点的处理, 即能够在计算最短路径时, 避开指定的回避点。另外对起点和终点是线
段内的情况也进行了处理, 使路段中间的点也能被选为起点、终点或回避点。通过实际应用, 取得了良好的
效果。
关键词: 全球卫星定位系统; 地理信息系统; 交通指挥系统
中图分类号: TP311; P208　　　文献标识码: A
引　言
导航技术是一种尖端的军事技术, 在80 年代开始应用于汽车管理领域, 诸如GPS (Global
Positioning System) 导航技术。车辆导航定位都集中在车辆自动跟踪调度管理方面, 这种研究采用现代
信息处理技术、通信技术、定位技术和控制技术, 大大提高了道路交通的效率和安全性, 改善了环境,
为现代信息社会提供了准确、迅速的服务。GPS 导航定位在公安、交通系统中的应用前景是非常广阔
的, 在开发车辆导航应用的同时也将带动与其相关的通信技术、信息技术、控制技术、多媒体技术和
计算机应用技术的发展[ 1 ]。
GPS 定位技术的出现给车辆、轮船等交通工具的导航定位提供了具体的实时的定位能力。通过车
载GPS 接收机使驾驶员能够随时知道自己的具体位置。通过车载电台将GPS 定位信息发送给调度指
挥中心, 调度指挥中心便可及时掌握各车辆的具体位置, 并在大屏幕电子地图上显示出来。因此, 车
辆导航将成为未来全球卫星定位系统应用的最大潜在市场之一。
1　车辆导航技术现状
目前, 用于交通管理的设备主要是无线电通信设备, 由调度中心向车辆驾驶员发出调度命令, 驾
驶员只能根据自己的判断说出车辆所在的大概位置, 而在生疏地带或在夜间则无法确认自己的方位甚
至迷路。因此, 从调度管理和安全管理方面, 其应用受到限制。在我国, 特种车辆约有几十万辆。目
前, 使用车载GPS 接收机进行自主定位的车辆很少, 有关部门要求首先对运钞车、急救车、救火车、巡
警车、迎宾车等特种专用车实现全程监控、引导和指挥[ 2 ]。

2　GPS 系统组成、原理及特点
GPS 系统包括3 大部分: 空间部分2GPS 卫星星座; 地面控制部分2地面监控系统; 用户设备部分2
GPS 信号接收机。
全球定位系统的导航卫星都是在离地面大约20 000 km 以上的圆形轨道上运行的地球卫星, 卫星
轨道面的倾角为55°, 共设置6 条长交点、互隔60°的轨道, 导航卫星均匀地分布在6 个不同的飞行轨
道上, 每条轨道上均匀分布着4 颗卫星, 共计24 颗卫星, 但是从实际效益出发, 又增发3 颗备用卫星,
共计27 颗卫星, 使得地球上任意一个地方都可以观测到7 至9 颗卫星, 卫星本身是惯性轮和喷气助推
火箭装置, 使卫星上导航开放天线的辐射总是朝着地球, 对准精度为1°左右。
GPS 工作卫星的地面监控系统包括1 个主控站、3 个注入站和5 个监测站。
主控站设在美国本土科罗拉多。主控站的任务是收集、处理本站和监测站收到的全部资料, 编算
出每颗卫星的星历和GPS 时间系统, 将预测的卫星星历、钟差、状态数据以及大气传播改正编制成导
航电文传送到注入站。主控站还负责纠正卫星的轨道偏离, 必要时调度卫星, 让备用卫星取代失效的
工作卫星。另外还负责监测整个地面监测系统的工作, 检验注入给卫星的导航电文, 监测卫星是否将
导航电文发送给了用户。
3 个注入站分别设在大西洋的阿森松岛、印度洋的迪戈加西亚岛和太平洋的卡瓦加兰。任务是将主
控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器。每天注入3 次, 每次注入14 天的星历。此外, 注入站
能自动向主控站发射信号, 每分钟报告一次自己的工作状态。
5 个监测站除了位于主控站和3 个注入站之处的4 个站以外, 还在夏威夷设立了1 个监测站。监测
站的主要任务是为主控站提供卫星的观测数据。每个监测站均用GPS 信号接收机对每颗可见卫星每6
分钟进行一次伪距测量和积分多普勒观测, 采集气象要素等数据。依此推算出每两分钟间隔的观测值,
然后将数据发送给主控站。
车载系统接收卫星(共24 颗) , 平均分布在6 条卫星轨道上运行, 每秒钟发来的有关卫星本身坐
标位置的数据, 用户接收机可根据3 颗卫星发给的数据计算出自己的位置数据, 对于移动车辆, 则需
要第4 颗卫星的数据, 以配合计算出移动车辆的移动速度与运动方向。坐标数据经调制解调器发射, 通
过通讯网络, 控制中心通过调制解调器, 将车载系统发回的坐标数据等信息还原后, 与工作站上的电
子地图匹配, 并在地图上显示被跟踪车辆的现时正确位置, 于是监控中心就可非常清楚的掌握车辆的
宏观动态位置信息和运行状况[ 3 ]。
GPS 系统的特点: GPS 导航定位以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等
特点著称。
3　GIS 的数据组织和最短路径搜索
系统采用M ap Info 作为后台数据组织服务器。图形数据分层管理, 把图形数据分为3 层: 1) 底图
部分包括地下光缆、信号灯的走向、环行线圈的分布等地下设施; 2) 手井位置、交换机位置、路口红
绿灯的分布情况、可视标志、电子警察(闯红灯监视器) 等基础信息; 3) 停车厂位置及路面标线情况
等; 4) 主干道路、次干道路; 5) 其他重要城市建筑物。
道路拓扑关系的建立: 按照最佳路径分析算法的要求对数据结点按照最短路径值排序, 同时考虑
到城市道路网更新的速度比较快, 本次开发采用动态建立道路网络拓扑关系, 系统在每次启动时检测
道路网络数据, 如果发现道路网络数据有变动, 就重新建立拓扑关系。
最短路径的搜索: 在经典图论中的D ijk stra 最短路径算法的基础上, 对搜索路径进行了优化, 减少
搜索范围即减少永久标记结点的数量, 从而提高搜索的速度。同时加入了对回避点的处理, 即能够在
计算最短路径时, 避开指定的回避点。另外对起点和终点是线段内的情况也进行了处理, 使路段中间
的点也能被选为起点、终点或回避点[ 4, 5, 6 ]。

4　对车辆GPS 定位管理的分析
车辆GPS 定位管理系统由移动监控目标(车辆) 和监控中心(即调度指挥中心) 两部分组成。
车辆GPS 定位管理主要是由车载GPS 自主定位, 结合无线通信系统将定位信息发往监控中心(即
调度指挥中心) , 监控中心结合地理信息系统(Geograph ical Information System ) 对车辆进行调度管理
和跟踪。车载设备的组成如图1 所示[ 7 ]。

此主题相关图片如下：

监控中心由电台、
Modem、微机及地理信息
系统4 部分组成, 主控中
心的电台用来接收汽车上
电台发出的位置信息, 同
时也可控制汽车, Modem
负责控制汽车命令和GPS
信息的DöA 转换工作, 微
机在接收到汽车的位置信
息后, 进行预处理, 按约定
的通信协议, 将信息处理
后送到工作站, 在GIS 数据上显示汽车的位置, 并提供空间查询导航功能。指挥中心控制系统如图2 所
示。

此主题相关图片如下：

控制中心为操作员提
供了在中心就可以对所有
的GPS 车辆进行管理的
能力, 一个控制中心可同
时操作多个通信网络来对
多个车辆进行管理, 控制
中心提供了可选的客户服
务器设置, 还可以提供一
个管理用的SQL 数据库,
包括车辆的种类, 车辆的
识别, 车辆的位置, 驾驶员等信息。控制中心对车辆进行管理并在电子地图上显示其运动轨迹, 所有
传入的信息将记录在控制中心的数据库中, 以便日后进行查找、显示和分析。控制中心可以根据车辆
的种类、车辆的识别号或以上全部信息, 查询车辆的位置信息, 对其进行及时跟踪[ 8, 9, 10 ]。
6　结　论
目前车辆GPS 和GIS 集成应用的优势: 1) 建网低成本的投入, 车辆GPS 应用依赖于成熟的移动
通讯系统, 所以不需要单独的网络建设; 2) 使用简单、方便, 实用性强。
车辆GPS 应用的缺点: 对于移动监控目标(车辆) 来说, 监控中心与其管辖的车辆之间受距离的
限制。增大监控作用距离, 应当解决远距离通信问题。例如增加通信中继站, 延长作用距离, 利用广
播或卫星通信方式使监控范围覆盖更大的地域。
监控中心的功能应当是多方面的。例如语音传输、视觉图像传输以及各种命令和车辆周围环境的
情况录入存储等。目前需要在监控中心建一大型地理信息系统, 提供除了交通信息之外的其他信息, 如
查询资源功能, 具体地说, 驾驶员不仅可以从电子地图上了解到自己的位置以及由智能交通系统的信
息处理中心根据目前交通状况确定并下载的最佳行驶路线, 同时还可以通过无线网络从信息处理中心
庞大的数据库中查询所需要的一切信息。包括违章查询及相关业务知识, 真正实现信息共享。

参考文献:
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Integration of GPS and GIS used in traffic direction system
FU J ian2p ing1, YU Yin2hui2
(11College of Geo2Exp loration Science and Technic, J ilin U niversity, Changchun 130026, Chaina;
21College of Communication Eng. , J ilin U niversity, Changchun 130012, Chaina)
Abstract: Based on the app lication of integration of GPS and GIS used in traffic direction system , the
p rincip le and characteristics of the map2data organization, the satellite fixed position constitution in the
system are discussed. U sing theD ijk stra shortest path algorithm, the search ing path is op tim ized. It deals
w ith some avoid points, that is w hen search ing for the shortest path, avoid points can be neglected. A t
last, the station that start point and end point both in the route are p rocessed, that made start point, end
point and avoid point can be chosen from pointsw h ich betw een routes. A got good result obtained in the
actual app lication.
Key words: Global positioning system (GPS) ; Geograph ic information system (GIS) ; T raffic chain of
command