推进中国GPS导航监控产业的三项关键的技术

百花草

推进中国GPS导航监控产业的三项关键的技术
鲍远律, 刘振安教授 2005. 1.11





一、矢量地图自动生成平台技术简介

数字城市对矢量地图GIS的需求。数字城市需要数字地图。数字地图是确保城市信息数据库向用户提供准确定位及实现科学决策的基本要素。但“中国目前数字地图GIS可以说仅处于刚刚起步的阶段，绝大多数城市与地区的交通数字地图GIS都还是一片空白”。

GPSLab矢量地图GIS自动生成平台。利用模式识别原理，直接对扫描图像进行特征抽取获得交通道路网络信息，全自动矢量化，再基于现场采集的GPS道路轨迹(含经纬度)数据对矢量地图的所有节点精确位置进行拓扑校正。具有自主知识产权的矢量地图自动生成平台以极低的成本，极快的速度，足够的精度，批量生产国内急需的导航监控用矢量地图，蕴涵着巨大的应用潜力和商机。
数字城市对矢量地图需求的市场预测。

矢量地图的生产已经成为制约国内交通数字化发展的瓶颈，在这一行业上的投资约为10-100亿元，市场约为1000亿元以上，由于矢量地图是纯软件产品，其利润约为1000亿。凡是涉及到车辆、道路、交通、物流、安全、保险、旅游的行业与部门，今后十年必然要实现数字化管理，因而必然要使用矢量地图GIS。



中国科大GPSLAB2000年8月现场三天完成成都市交通矢量地图的过程复现(计算机操作时间20分钟)

1. 市售成都市地图挂图扫描进计算机  2. 道路网络自动识别提取的黑白路线  3. 全自动矢量化用去1分钟


   
   
正在运行的成都市交通车辆监控系统  5. 多点托扑校正矢量数据库,不到10秒.  4. 利用GPS轨迹选择校正点(5分钟)



二、加快监控系统的速度。

使系统监控移动目标达到快速响应即刻报警的关键在于无线数字通信技术。目前民用出租车实时定位、防盗反劫、车内监听、车载免提电话、智能报警、断油断电、黑匣子记录轨迹、越界报警等GPS监控调度系统，利用GSM短消息功能，已完全满足要求。但是，考虑到对特种车辆，例如运钞车、巡警车、救护车等需要全程跟踪的车辆监控系统中，必须做到快速响应即刻报警。快速响应要求实现高速巡检，相应于在单一信道资源下增加了监控的移动目标容量。衡量系统速度的两个指标为巡检周期和警报时间。车辆的巡检周期，可定义为全程跟踪记录100辆车的时间；警报时间指系统监控的所有车辆(例如上万辆，包括非全程跟踪出租车辆)任一单元触发报警至中心站所需的时间。目前全程跟踪的车辆监控系统，普遍存在巡检时间慢的缺点。有的系统中，移动单元的报警信息要等到其被巡检到的时候才能发出，因此报警响应时间更慢。解决这两个问题的关键在于为监控系统设计一套自主控制的专用集群无线网设通信网，从而不会受制于移动运营商的服务约束。

GPSLAB移动目标位置监控专用集群数字通讯网。我们研制成功监控中心主动调制的无线数字通信网，设计了单信道下对监控巡检特效的专用通信信令，采用同步时基控制协议并基于目标城市经纬度进行位置数据压缩编码通信。在现有的频道资源和通讯工具条件下实现了快速响应即刻报警。控制中心实现了单信道普通电台巡检与更新100台车辆记录只要30秒。并且通讯信令中设置了报警优先级别，可以保证不间断正常巡检的同时监控中心3秒钟之内可以接收到全部入网车辆中任何一部的紧急报警信息。GPSLAB移动目标监控专用集群数字通讯网3秒整体即刻报警的实现，使得该网可扩容同时应用于非全程跟踪车辆。如果说快速巡检记录特别实用于特种车辆，则即刻报警功能可对城市数千辆出租车的安全防范提供廉价的优质服务。





三、GPS车辆行驶轨迹自适应动态校正

作为位置传感器，GPS总会存在随机定位偏差，特别是大城市中高楼大厦引起的GPS信号多径传播误差；而作为定位基准参照系的矢量地图也不可能绝对准确。为了克服目前国内外车辆监控中心普遍存在的所谓“车在路外跑”的现象，我们在对用户提供的所有导航或监控平台上，均加进了智能型车辆行驶轨迹实时校正功能模块。该模块同时修正了GPS定位偏差与交通矢量地图精度误差的影响，使移动单元位置在地图道路上的真实位置得以确认、准确显示和数字记录。使导航或监控软件能够实现动态过程决策，例如道路偏离报警。

特别值得一提的是本专利如下的潜在价值：使用带有智能型车辆运行轨迹实时校正功能的导航或监控软件允许所使用的交通矢量地图降低精度，因而大大降低交通矢量地图的制造成本。这对加快我国各地交通矢量地图的建立与更新换代，对加速我国GPS导航与监控产业的发展具有极为重要的潜在价值。



      
GPS位置信息，未校正                GPS轨迹滤波，已校正              智能校正, 交叉路口也不会出错







我们在填报给国家发展计化委员会产业经济与技术经济研究所的入选《西部资源》资格审查表中表示了我们今后的努力方向：矢量地图GIS平台软件的应用已远远超出导航与安全监控的范围。目前各种管理信息系统如公共信息发布、智能交通、高速公路、消防监控、120救护、110报警、水管抢修、环保绿化、水利库区，林业资源、电力负荷、农田资源、保险救援等必需安装矢量地图GIS才真正具有智能决策和快速反应功能。

我们认为：中国GPS应用系统迅速增长的关键不是硬件而是软件，不是资金而是管理，不是常规而是开拓。从实体上讲需要的是有杰出的市场营销精英和严密的服务体系，从技术上讲需要的是可靠的产品与优化的软件系统，从发展上讲需要的是与时俱进实现全国交通矢量地图GIS 的更新换代。中国科大GPSLAB交通矢量地图GIS 生成平台具有技术上明显的竞争优势：它以较目前通用的矢量地图GIS 生成平台(MapInfo、ArcInfo、SuperMap)快10倍的地图生成周期、10分之一的地图生成成本、以及独特的带有动态道路轨迹校正的地图用户平台，展现着这一具有自主知识产权的软件平台的创新技术成果与价值。