監(jiān)控汽車行駛速度質(zhì)疑

1、GPS監(jiān)控汽車行駛速度質(zhì)疑江興智1 董步思2（1 江西長運股份有限公司 南昌 330003） （2 上饒汽車運輸公司 上饒 334000）摘 要：根據(jù)GPS測速原理和實際運用，對比分析了其與車速表和記錄儀的速度顯示誤差，提出了車速實時監(jiān)控的對策。 關(guān)鍵詞：汽運工程；GPS；車速；質(zhì)疑0 前言交通事故是世界性的公害，為防止發(fā)生群死群傷事故，制止超速行駛和疲勞駕駛，公安部、交通部、國家安全生產(chǎn)管理局在2001年頒關(guān)于加強公路客運交通安全管理的通知中規(guī)定，“長途客運車輛應(yīng)當(dāng)逐步安裝、使用符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的行車記錄儀”。2004年實施的中華人民共和國道路交通安全法實施條例（以下簡稱“條例”）第14條規(guī)

2、定，“用于公路營運的載客汽車應(yīng)當(dāng)安裝、使用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的行駛記錄儀。交通警察可以對機動車行駛速度、連續(xù)駕駛時間以及其他行駛狀態(tài)信息進(jìn)行檢查。”汽車行駛記錄儀能記錄汽車速度，對遏制超速行駛有相當(dāng)作用，但仍屬于事后檢查監(jiān)督行為。為更好的防止交通事故，部分客運企業(yè)積極尋求能適時發(fā)現(xiàn)和糾正超速行駛和疲勞駕駛的高科技產(chǎn)品，同時鑒于客運企業(yè)對高科技的需求是多方面的，于是將選擇目光投向GPS，寄希望于通過使用GPS能適時發(fā)現(xiàn)和糾正超速、疲勞駕駛行為。1 GPS測速全球定位系統(tǒng)GPS（Global Positioning System）可以向物體提供全球三維位置和時間。汽車運用管理者紛紛開始利用全球衛(wèi)星定位G

3、PS、GIS地理信息系統(tǒng)、GPRS/CDMA無線通信技術(shù)和Internet技術(shù)構(gòu)成自動車輛定位/導(dǎo)航系統(tǒng)，對在道路上移動的汽車速度、位置等運行參數(shù)進(jìn)行適時監(jiān)控。GPS測定運動物體速度的工作原理主要包括偽距測量、定位計算、速度計算。GPS系統(tǒng)的空間部位使用了24顆導(dǎo)航衛(wèi)星，可保證全球任何地區(qū)、任何時刻都不會少于4顆衛(wèi)星可供觀測。車載機可以收到來自4顆衛(wèi)星的無線電波，求解4元非線性方程組就可確定車輛的空間位置。運用該方法可測得汽車在5s時間起始點的兩個空間坐標(biāo)，從而確定汽車在5s時間內(nèi)的位移，然后得出汽車行駛速度。收稿日期：2005-03-28由于測距延時，氣候變化和地理磁場的影響，GPS定位精度

4、存在誤差，若衛(wèi)星時鐘與用戶時鐘誤差10ns，則相當(dāng)于偽距誤差3m。目前廠商對GPS產(chǎn)品的定位精度介紹一般有15m、24m、35m三種。2 汽車速度汽車使用的速度顯示裝置是車速表，駕駛員通過車速表掌握車速。汽車出廠必須有配備汽速表，并對其誤差進(jìn)行測定；汽車使用時，須定期對車速表的誤差進(jìn)行檢定。GB/T12544汽車最高車速試驗方法和GB/T12534汽車道路試驗方法通則規(guī)定了汽車最高車速試驗方法；GB15028汽車用車速表規(guī)定了汽車用車速里程表在裝車狀態(tài)下安全性能的一般要求、指示誤差和試驗規(guī)范。汽車速度表有機械式和電子式兩種，均是通過攝取汽車變速器轉(zhuǎn)速來顯示汽車行駛速度。汽車車速表示值與實際速度

5、之間由于制造工藝、裝配誤差、自然磨損、磁性變化、輪胎因素影響會產(chǎn)生誤差。GB15028和GB7258規(guī)定了汽車用車速里程表在裝車狀態(tài)下安全性能的指示誤差和試驗規(guī)范。車速表指示車速不得低于實際車速，其指示車速（V1）與實際車速（V2）之間應(yīng)符合下列關(guān)系式： V2 0V1 V + 4 10據(jù)式計算出40 km/h、80 km/h、120 km/h時車速的允許誤差值，見表1。表1國標(biāo)GB15028中三種車速的誤差范圍指示車速（km/h）4080120 實際車速范圍（km/h）32.736.469.172.7105.5109.1誤差范圍（%）-18.3 - 9.0-13.6 - 9.1-12.1 -

6、9.13 公路標(biāo)準(zhǔn) 公路營運客車的活動區(qū)域為公路，公路線性決定了汽車的行駛軌跡。公路平面線形由直線、圓曲線、螺旋線、復(fù)曲線、反向曲線等組成。等級公路的車道寬度見表2。表2 等級公路的車道寬度公路等級車道數(shù)設(shè)計時速（km/h）標(biāo)準(zhǔn)車輛寬度（m）動態(tài)凈空（m）使用寬度（m）硬路肩寬（m）高速公路81202.51.253.753.56441003.0一級公路41003.04601.003.502.5二級公路2801.254.502400.753.50三級公路2601.003.502300.503.00四級公路2400.753.001200.503.504 車速限制中華人民共和國道路交通安全法（以下簡

7、稱“安全法”）第42條規(guī)定,機動車上道路行駛，不得超過限速標(biāo)明的最高時速。在沒有限速標(biāo)志的路段，應(yīng)當(dāng)保持安全車速；第68條規(guī)定；高速公路限速標(biāo)志標(biāo)明的最高時速不得超過120km。 條例第45條規(guī)定,機動車在道路上行駛不得超過限速標(biāo)志、標(biāo)線標(biāo)明的速度。在沒有限速標(biāo)志、標(biāo)線的道路上，機動車不得超過下列最高行駛速度： 沒有中心線的道路，城市道路為30km/h，公路為40km/h。 同方向只有1條機動車道的道路，城市道路為50km/h，公路為70km/h。安全法第46條規(guī)定機動車遇害有下列情形之一，最高行駛車速不得超過30 km/h。 進(jìn)出非機動車道，通過鐵路道口、急彎路、窄路、窄橋時。 掉頭、轉(zhuǎn)向、

8、下陡坡時。 遇霧、雨、雪、沙塵、冰雹，能見度在50m以內(nèi)時。 在冰雪、泥濘的道路上行駛時。 牽引發(fā)生故障的機動車時。用戶希望通過使用GPS監(jiān)督汽車在公路上按照上述法律、法規(guī)的要求行駛，以達(dá)到預(yù)防和減少交通事故的目的。5 GPS短距離測速誤差分析取廠商提供資料的最小定位誤差值15 m，速度信號5s傳送1次,可計算5s行駛時間內(nèi)由于最大（?。┒ㄎ徽`差引起的行駛距離誤差,進(jìn)而計算其對應(yīng)的速度誤差。見表3。由表3數(shù)據(jù)對照第4節(jié)所列GB15028和GB7258中相關(guān)規(guī)定可知，用GPS測速所得的車速誤差國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的汽車車速表測定車速的誤差。特別是正誤差（即指示車速低于實際車速的程度）不能超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，正

9、誤差過大將使駕駛員過低地估計實際車速，易誘發(fā)交通事故，將與使用GPS的初衷背道而馳。GB/T19056對汽車行駛記錄儀的速度記錄誤差規(guī)定為，輸出相當(dāng)于20km/h、65km/h、100km/h、145km/h的標(biāo)準(zhǔn)速度信號時對記錄儀進(jìn)行測試時，允許誤差為+1km/h。表3 GPS短距離測速誤差分析實際車速(km/h)405060708090100110120實際車速(m/s)11.113.916.719.422.225.027.830.633.3實際車速時5s行駛距離(m)55.569.583.597.0111.0125.0139.0153.0166.5有正極限誤差時5s行駛距離(m)85.5

10、99.5113.5127.0141.0155.0169.0183.0196.0產(chǎn)生正極限誤差時車速(m/s)17.519.922.725.428.231.033.836.639.2極限誤差(m/s)6.06.06.06.06.06.06.06.06.0產(chǎn)生正極限誤差時車速(km/h)63.071.681.791.4101.5111.6121.7131.8141.1正極限誤差(km/h)23.021.621.721.421.521.621.721.821.1正極限誤差率(%)57.543.236.230.5726.924.021.719.817.6有負(fù)極限誤差時5s行駛距離(m)25.539.5

11、53.567.081.095.0109.0123.0136.5產(chǎn)生負(fù)極限誤差時車速(m/s)5.17.910.713.416.219.021.824.627.2極限誤差(m/s)6.06.06.06.06.06.06.06.06.0產(chǎn)生負(fù)極限誤差時車速(km/h)18.428.438.548.258.368.478.588.697.9 負(fù)極限誤差(km/h)21.621.621.521.821.721.621.521.422.1負(fù)極限誤差率(%)54.043.235.831.127.124.021.519.518.4 由表4可知，GPS速度示值誤差遠(yuǎn)汽車行駛記錄速度示值的誤差。GB/T1905

12、6規(guī)定汽車記錄儀應(yīng)能以0.2 S的時間隔持續(xù)記錄并存儲停車前20 S實時時間對應(yīng)的車輛行駛速度值。汽車即使以120 km/h的法規(guī)允限速度行駛，在0.2 S時間間隔內(nèi)的行駛距離為33.3m，GPS定位起始2個點的定位精度誤差就達(dá)30m。表4 汽車行駛記錄記錄速度與GPS測速的誤差對比實際車速（km/h）40車速表示值允許范圍（km/h）36 46車速表允許誤差（%）+15% -10%采用GB7258車速表示值允許范圍（km/h）36 46記錄儀允許誤差（km/h）-2 +2記錄儀由車速表取值后累計示值允許范圍（km/h）35 47采用GB/T19056記錄儀由車速表取值后示值允許誤差（%）-1

13、2.5 +12.5GPS測速示值誤差范圍（km/h）18.4 85.5GPS測速誤差（%）-54.0 +57.56 GPS長距離測速誤差分析如汽車以120 km/h的車速行駛，3 min行駛里程達(dá)6000m。公路平面線性由直線、圓曲線、螺旋線、復(fù)曲線、反向曲線組成，如6000m的公路長度可由多種曲線組成（含直線）。汽車實際行駛時一般呈“蛇”形，如汽車超車時從行車道進(jìn)入超車道超車后又返回行車道。由幾何、物理知識可知，2點間距離以直線最短，GPS恰恰測定的就是汽車行駛的最短距離后得出其速度值。公路走向曲線和汽車行駛軌跡的的實際里程永遠(yuǎn)測定行駛速度起始點之間的直線距離，即GPS永遠(yuǎn)汽車實際行駛速度。

14、與強制性標(biāo)準(zhǔn)，GB15028關(guān)于車速表指示車速不得低于實際車速的要求違背。GB/T19056規(guī)定，汽車行駛記錄儀應(yīng)能持續(xù)記錄車輛從指定統(tǒng)計時間開始的累計行駛里程，當(dāng)測試距離為5 km時，允許誤差為+0.1km，為2%。由于測速原理的差異，可知GPS達(dá)不到要求。例如，當(dāng)平面線性線性為圓曲線時，汽車在弧形公路上“蛇行”，而GPS測定的是汽車在弦上直線行駛的速度。同圓心角所對弧與弦長度之差公式為：l S = 2lSin 180º 2例如，汽車行駛在半徑為420m，圓心角為60°的圓曲線公路時，當(dāng)實際行駛里程439.6 m時, GPS測距的行駛里程為420m,誤差為19.6m，誤差

15、率達(dá)4.5%。若通過該圓弧形路段時間為20s,則實際車速為79.1 km/h,GPS測得的車速為75.6 km/h,低于實際車速3.5 km/h,誤差率為正4.4%。7 實際驗證江西長運股份有限公司為運用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高安全管理水平，減少交通事故，對GPS進(jìn)行過積極的試用工作，自2002年起陸續(xù)試用過6家廠商提供的GPS產(chǎn)品。對其速度功能進(jìn)行實際運用核定，結(jié)果是汽車車速表示值和基地顯示屏速度示值經(jīng)常不相符，誤差無規(guī)律，離散性很大。8 結(jié)論 GPS用于短距離測速顯示汽車實時速度時，由于GPS定位精度問題，誤差很大，超過了強制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB15028和GB7258對車速表正誤差的允限。 GPS用于超速報警時，顯示的車速實際車速，違背了關(guān)于顯示車速不得實際車速的規(guī)定。 GPS用于記錄汽車?yán)塾嬓旭偫锍痰恼`差，超過國家對汽車行駛記錄儀規(guī)定的誤差。 國家已規(guī)定以汽車速度里程表（從變速器取值）顯示汽車行駛速度，如用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對汽車測速，由于兩者差距較大，將產(chǎn)生速度管理混亂，與減少交通事故的初衷背道而馳。GPS不能