监控汽车行驶速度质疑

1、GPS监控汽车行驶速度质疑江兴智1 董步思2（1 江西长运股份有限公司 南昌 330003） （2 上饶汽车运输公司 上饶 334000）摘 要：根据GPS测速原理和实际运用，对比分析了其与车速表和记录仪的速度显示误差，提出了车速实时监控的对策。 关键词：汽运工程；GPS；车速；质疑0 前言交通事故是世界性的公害，为防止发生群死群伤事故，制止超速行驶和疲劳驾驶，公安部、交通部、国家安全生产管理局在2001年颁关于加强公路客运交通安全管理的通知中规定，“长途客运车辆应当逐步安装、使用符合国家有关标准的行车记录仪”。2004年实施的中华人民共和国道路交通安全法实施条例（以下简称“条例”）第14条规

2、定，“用于公路营运的载客汽车应当安装、使用符合国家标准的行驶记录仪。交通警察可以对机动车行驶速度、连续驾驶时间以及其他行驶状态信息进行检查。”汽车行驶记录仪能记录汽车速度，对遏制超速行驶有相当作用，但仍属于事后检查监督行为。为更好的防止交通事故，部分客运企业积极寻求能适时发现和纠正超速行驶和疲劳驾驶的高科技产品，同时鉴于客运企业对高科技的需求是多方面的，于是将选择目光投向GPS，寄希望于通过使用GPS能适时发现和纠正超速、疲劳驾驶行为。1 GPS测速全球定位系统GPS（Global Positioning System）可以向物体提供全球三维位置和时间。汽车运用管理者纷纷开始利用全球卫星定位G

3、PS、GIS地理信息系统、GPRS/CDMA无线通信技术和Internet技术构成自动车辆定位/导航系统，对在道路上移动的汽车速度、位置等运行参数进行适时监控。GPS测定运动物体速度的工作原理主要包括伪距测量、定位计算、速度计算。GPS系统的空间部位使用了24颗导航卫星，可保证全球任何地区、任何时刻都不会少于4颗卫星可供观测。车载机可以收到来自4颗卫星的无线电波，求解4元非线性方程组就可确定车辆的空间位置。运用该方法可测得汽车在5s时间起始点的两个空间坐标，从而确定汽车在5s时间内的位移，然后得出汽车行驶速度。收稿日期：2005-03-28由于测距延时，气候变化和地理磁场的影响，GPS定位精度

4、存在误差，若卫星时钟与用户时钟误差10ns，则相当于伪距误差3m。目前厂商对GPS产品的定位精度介绍一般有15m、24m、35m三种。2 汽车速度汽车使用的速度显示装置是车速表，驾驶员通过车速表掌握车速。汽车出厂必须有配备汽速表，并对其误差进行测定；汽车使用时，须定期对车速表的误差进行检定。GB/T12544汽车最高车速试验方法和GB/T12534汽车道路试验方法通则规定了汽车最高车速试验方法；GB15028汽车用车速表规定了汽车用车速里程表在装车状态下安全性能的一般要求、指示误差和试验规范。汽车速度表有机械式和电子式两种，均是通过摄取汽车变速器转速来显示汽车行驶速度。汽车车速表示值与实际速度

5、之间由于制造工艺、装配误差、自然磨损、磁性变化、轮胎因素影响会产生误差。GB15028和GB7258规定了汽车用车速里程表在装车状态下安全性能的指示误差和试验规范。车速表指示车速不得低于实际车速，其指示车速（V1）与实际车速（V2）之间应符合下列关系式： V2 0V1 V + 4 10据式计算出40 km/h、80 km/h、120 km/h时车速的允许误差值，见表1。表1国标GB15028中三种车速的误差范围指示车速（km/h）4080120 实际车速范围（km/h）32.736.469.172.7105.5109.1误差范围（%）-18.3 - 9.0-13.6 - 9.1-12.1 -

6、9.13 公路标准 公路营运客车的活动区域为公路，公路线性决定了汽车的行驶轨迹。公路平面线形由直线、圆曲线、螺旋线、复曲线、反向曲线等组成。等级公路的车道宽度见表2。表2 等级公路的车道宽度公路等级车道数设计时速（km/h）标准车辆宽度（m）动态净空（m）使用宽度（m）硬路肩宽（m）高速公路81202.51.253.753.56441003.0一级公路41003.04601.003.502.5二级公路2801.254.502400.753.50三级公路2601.003.502300.503.00四级公路2400.753.001200.503.504 车速限制中华人民共和国道路交通安全法（以下简

7、称“安全法”）第42条规定,机动车上道路行驶，不得超过限速标明的最高时速。在没有限速标志的路段，应当保持安全车速；第68条规定；高速公路限速标志标明的最高时速不得超过120km。 条例第45条规定,机动车在道路上行驶不得超过限速标志、标线标明的速度。在没有限速标志、标线的道路上，机动车不得超过下列最高行驶速度： 没有中心线的道路，城市道路为30km/h，公路为40km/h。 同方向只有1条机动车道的道路，城市道路为50km/h，公路为70km/h。安全法第46条规定机动车遇害有下列情形之一，最高行驶车速不得超过30 km/h。 进出非机动车道，通过铁路道口、急弯路、窄路、窄桥时。 掉头、转向、

8、下陡坡时。 遇雾、雨、雪、沙尘、冰雹，能见度在50m以内时。 在冰雪、泥泞的道路上行驶时。 牵引发生故障的机动车时。用户希望通过使用GPS监督汽车在公路上按照上述法律、法规的要求行驶，以达到预防和减少交通事故的目的。5 GPS短距离测速误差分析取厂商提供资料的最小定位误差值15 m，速度信号5s传送1次,可计算5s行驶时间内由于最大（小）定位误差引起的行驶距离误差,进而计算其对应的速度误差。见表3。由表3数据对照第4节所列GB15028和GB7258中相关规定可知，用GPS测速所得的车速误差国家标准规定的汽车车速表测定车速的误差。特别是正误差（即指示车速低于实际车速的程度）不能超过标准范围，正

9、误差过大将使驾驶员过低地估计实际车速，易诱发交通事故，将与使用GPS的初衷背道而驰。GB/T19056对汽车行驶记录仪的速度记录误差规定为，输出相当于20km/h、65km/h、100km/h、145km/h的标准速度信号时对记录仪进行测试时，允许误差为+1km/h。表3 GPS短距离测速误差分析实际车速(km/h)405060708090100110120实际车速(m/s)11.113.916.719.422.225.027.830.633.3实际车速时5s行驶距离(m)55.569.583.597.0111.0125.0139.0153.0166.5有正极限误差时5s行驶距离(m)85.5

10、99.5113.5127.0141.0155.0169.0183.0196.0产生正极限误差时车速(m/s)17.519.922.725.428.231.033.836.639.2极限误差(m/s)6.06.06.06.06.06.06.06.06.0产生正极限误差时车速(km/h)63.071.681.791.4101.5111.6121.7131.8141.1正极限误差(km/h)23.021.621.721.421.521.621.721.821.1正极限误差率(%)57.543.236.230.5726.924.021.719.817.6有负极限误差时5s行驶距离(m)25.539.5

11、53.567.081.095.0109.0123.0136.5产生负极限误差时车速(m/s)5.17.910.713.416.219.021.824.627.2极限误差(m/s)6.06.06.06.06.06.06.06.06.0产生负极限误差时车速(km/h)18.428.438.548.258.368.478.588.697.9 负极限误差(km/h)21.621.621.521.821.721.621.521.422.1负极限误差率(%)54.043.235.831.127.124.021.519.518.4 由表4可知，GPS速度示值误差远汽车行驶记录速度示值的误差。GB/T1905

12、6规定汽车记录仪应能以0.2 S的时间隔持续记录并存储停车前20 S实时时间对应的车辆行驶速度值。汽车即使以120 km/h的法规允限速度行驶，在0.2 S时间间隔内的行驶距离为33.3m，GPS定位起始2个点的定位精度误差就达30m。表4 汽车行驶记录记录速度与GPS测速的误差对比实际车速（km/h）40车速表示值允许范围（km/h）36 46车速表允许误差（%）+15% -10%采用GB7258车速表示值允许范围（km/h）36 46记录仪允许误差（km/h）-2 +2记录仪由车速表取值后累计示值允许范围（km/h）35 47采用GB/T19056记录仪由车速表取值后示值允许误差（%）-1

13、2.5 +12.5GPS测速示值误差范围（km/h）18.4 85.5GPS测速误差（%）-54.0 +57.56 GPS长距离测速误差分析如汽车以120 km/h的车速行驶，3 min行驶里程达6000m。公路平面线性由直线、圆曲线、螺旋线、复曲线、反向曲线组成，如6000m的公路长度可由多种曲线组成（含直线）。汽车实际行驶时一般呈“蛇”形，如汽车超车时从行车道进入超车道超车后又返回行车道。由几何、物理知识可知，2点间距离以直线最短，GPS恰恰测定的就是汽车行驶的最短距离后得出其速度值。公路走向曲线和汽车行驶轨迹的的实际里程永远测定行驶速度起始点之间的直线距离，即GPS永远汽车实际行驶速度。

14、与强制性标准，GB15028关于车速表指示车速不得低于实际车速的要求违背。GB/T19056规定，汽车行驶记录仪应能持续记录车辆从指定统计时间开始的累计行驶里程，当测试距离为5 km时，允许误差为+0.1km，为2%。由于测速原理的差异，可知GPS达不到要求。例如，当平面线性线性为圆曲线时，汽车在弧形公路上“蛇行”，而GPS测定的是汽车在弦上直线行驶的速度。同圆心角所对弧与弦长度之差公式为：l S = 2lSin 180º 2例如，汽车行驶在半径为420m，圆心角为60°的圆曲线公路时，当实际行驶里程439.6 m时, GPS测距的行驶里程为420m,误差为19.6m，误差

15、率达4.5%。若通过该圆弧形路段时间为20s,则实际车速为79.1 km/h,GPS测得的车速为75.6 km/h,低于实际车速3.5 km/h,误差率为正4.4%。7 实际验证江西长运股份有限公司为运用高新技术改造传统产业，提高安全管理水平，减少交通事故，对GPS进行过积极的试用工作，自2002年起陆续试用过6家厂商提供的GPS产品。对其速度功能进行实际运用核定，结果是汽车车速表示值和基地显示屏速度示值经常不相符，误差无规律，离散性很大。8 结论 GPS用于短距离测速显示汽车实时速度时，由于GPS定位精度问题，误差很大，超过了强制性国家标准GB15028和GB7258对车速表正误差的允限。 GPS用于超速报警时，显示的车速实际车速，违背了关于显示车速不得实际车速的规定。 GPS用于记录汽车累计行驶里程的误差，超过国家对汽车行驶记录仪规定的误差。 国家已规定以汽车速度里程表（从变速器取值）显示汽车行驶速度，如用卫星导航系统对汽车测速，由于两者差距较大，将产生速度管理混乱，与减少交通事故的初衷背道而驰。GPS不能