淺談汽車導(dǎo)航系統(tǒng)

靖云　張雪明　董天宇

摘 要：汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)ITS的一個(gè)分支，其把全球定位技術(shù)、地理信息技術(shù)、多媒體技術(shù)、通信技術(shù)及嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)綜合到一起的高科技系統(tǒng)。它能夠?qū)崟r(shí)、高效地向駕駛員提供導(dǎo)航定位、地理信息等服務(wù)，引導(dǎo)駕駛員從一地到達(dá)另一地。車載導(dǎo)航系統(tǒng)是新型汽車信息電子產(chǎn)品的典型代表，它的應(yīng)用對(duì)改善城市交通狀況、促進(jìn)行車安全和提高道路的通行效率具有重要的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：GPS定位；導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用

1 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的概念

因?yàn)閷?duì)汽車導(dǎo)航不熟悉，很多人一聽(tīng)到汽車導(dǎo)航，想到的就是GPS全球定位；其實(shí)這種認(rèn)識(shí)是不全面的，完整的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)該包括兩部分：全球定位系統(tǒng)和車輛自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)。其一般是由GPS天線，集成了顯示屏幕和功能按鍵的主機(jī)，以及語(yǔ)音輸出設(shè)備（一般利用汽車音響系統(tǒng)輸出語(yǔ)音提示信息）構(gòu)成的。受車內(nèi)車導(dǎo)航設(shè)備和汽車音響集成在一起。汽車導(dǎo)航儀是近年興起的一種汽車駕駛輔助設(shè)備，駕車者只要將目的地輸入汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)電子地圖自動(dòng)計(jì)算出最合適的路線。并在車輛行駛過(guò)程中（如轉(zhuǎn)彎前）提醒駕駛員按照計(jì)算的路線行駛。在整個(gè)行駛過(guò)程中，駕車者根本不用考慮該走哪條路線就能快捷地到達(dá)目的地。

2 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的功用

全球定位系統(tǒng)的主要用途：

第一，陸地應(yīng)用，主要包括車輛導(dǎo)航、應(yīng)急反應(yīng)、大氣物理觀測(cè)、地球物理資源勘探、工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、市政規(guī)劃控制等。

第二，海洋應(yīng)用，包括遠(yuǎn)洋船最佳航程航線測(cè)定、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測(cè)量以及海洋平臺(tái)定位、海平面升降監(jiān)測(cè)等。

第三，航空航天應(yīng)用，包括飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空救援和載人航天器防護(hù)探測(cè)等汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型技術(shù)。駕車者只要將目的地輸入汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)電子地圖自動(dòng)計(jì)算出最合適的路線，并在車輛行駛過(guò)程中（如轉(zhuǎn)彎前）提醒駕駛員按照計(jì)算的路線行駛。今天，車用導(dǎo)航系統(tǒng)在日本已基本實(shí)現(xiàn)普及，在美國(guó)和歐洲的市場(chǎng)增長(zhǎng)也是一日千里。隨著寬帶網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的普及應(yīng)用，GPS，GIS/GSM的綜合應(yīng)用必將迅速推廣，屬于ⅡS核心技術(shù)之一的GPS車輛導(dǎo)航系統(tǒng)將有更多機(jī)會(huì)開辟新的更為廣闊的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。

3 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的組成

3.1 當(dāng)前的全球定位系統(tǒng)和車輛自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)

汽車導(dǎo)航設(shè)備一般是由OPS天線，集成了顯示屏幕和功能按鍵的主機(jī)，以及語(yǔ)音輸出設(shè)備（一般利用汽車音響系統(tǒng)輸出語(yǔ)音提示信息）構(gòu)成的。受車內(nèi)安裝位置的限制，一般汽車導(dǎo)航設(shè)備和汽車視像音響合成在一起，可以搔放CD、VCD和DVD碟，其中啪驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)讀取電子地圖DVD光盤，因此一些汽車導(dǎo)航系統(tǒng)又稱為DVD導(dǎo)航系統(tǒng)。

3.2 GPS定位信息的接收

一臺(tái)GPS接收機(jī)被安裝在車上，接收高達(dá)11顆的衛(wèi)星信號(hào)。這些信號(hào)用來(lái)精確確定車輛的位置，但它可能遭受偶然的干擾，如壞天氣影響、隧道和建筑物遮擋、超寬帶無(wú)線電通信干擾等，為此通常采用航位推算導(dǎo)航（如慣性傳感器）或輔助定位技術(shù)作為GPS信號(hào)丟失時(shí)的補(bǔ)償，以使導(dǎo)航系統(tǒng)功能連續(xù)。

3.3 車載傳感器

通常包括測(cè)量轉(zhuǎn)彎速率的陀螺僅、輸出電子速度脈沖的測(cè)速計(jì)以及測(cè)量方向的羅盤。這些數(shù)據(jù)被用來(lái)進(jìn)行航位推算，以便確定車輛相對(duì)道路的運(yùn)動(dòng)。這部分不在我們的討論的范圍內(nèi)。

3.4 導(dǎo)航電子地圖處理

導(dǎo)航用電子地圖在整個(gè)汽車導(dǎo)航應(yīng)用體系中起到核心的作用，針對(duì)不同導(dǎo)航應(yīng)用往往會(huì)采用不同規(guī)格的電子地圖。通常電子地圖由記錄實(shí)際地物的地理數(shù)據(jù)和與實(shí)際地物相關(guān)的標(biāo)識(shí)、整飭信息以及各類附加信息組成。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，電子地圖的選用也是不同的，我們現(xiàn)在使用的是。鼬麗格式的電子地圖數(shù)據(jù)。

4 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)工作原理

GPS是由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控和用戶接收等三大部分組成。在太空中有24顆衛(wèi)星組成一個(gè)分布網(wǎng)絡(luò)，分別分布在6條離地面2萬(wàn)公里、傾斜角為55°的地球準(zhǔn)同步軌道上，每條軌道上有4顆衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星每隔12小時(shí)繞地球一周，使地球上任一地點(diǎn)能夠同時(shí)接收7～9顆衛(wèi)星的信號(hào)。地面共有1個(gè)主控站和5個(gè)監(jiān)控站負(fù)責(zé)對(duì)衛(wèi)星的監(jiān)視、遙測(cè)、跟蹤和控制。它們負(fù)責(zé)對(duì)每顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，并向主控站提供觀測(cè)數(shù)據(jù)。主控站收到數(shù)據(jù)后，計(jì)算出每顆衛(wèi)星在每一時(shí)刻的精確位置，并通過(guò)3個(gè)注入站將它傳送到衛(wèi)星上去，衛(wèi)星再將這些數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電波向地面發(fā)射至用戶接收端設(shè)備。

5 汽車導(dǎo)航儀的發(fā)展及展望

5.1 汽車導(dǎo)航儀的發(fā)展現(xiàn)狀

今天，車用導(dǎo)航系統(tǒng)在日本基本實(shí)現(xiàn)普及，在美國(guó)和歐洲的市場(chǎng)增長(zhǎng)也是一日千里?？梢钥隙?車用導(dǎo)航系統(tǒng)將會(huì)繼傳真機(jī)、掃描儀、筆記本電腦和移動(dòng)電話等產(chǎn)品后，在世界范圍內(nèi)掀起一股新的推廣和普及的浪潮。

GPS汽車導(dǎo)航儀的研制和應(yīng)用在我國(guó)起步較晚，還處于初級(jí)階段，目前主要是應(yīng)用在專用汽車上，如銀行運(yùn)鈔車、公安巡邏車等。但是隨著長(zhǎng)城警用GPS指揮系統(tǒng)和上海大眾出租汽車股份有限公司的GPS調(diào)度系統(tǒng)的開通使用.標(biāo)志著我國(guó)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的普及應(yīng)用已不再遙遠(yuǎn)。

最近由北京易可達(dá)新技術(shù)開發(fā)公司與中國(guó)科學(xué)院有關(guān)專家共同開發(fā)的汽車衛(wèi)星導(dǎo)向儀已正式推向市場(chǎng)。它可將汽車的任何動(dòng)態(tài)位置隨時(shí)準(zhǔn)確無(wú)誤地顯示在儀器的電子地圖上。該導(dǎo)向儀的電子地圖自動(dòng)跟蹤顯示汽車當(dāng)前位置及周邊情況。這種導(dǎo)向儀己內(nèi)存我國(guó)各大城市

道路的電子交通圖及全國(guó)高精度的公路網(wǎng)及其沿線村鎮(zhèn)以上級(jí)別的地名。司機(jī)可隨時(shí)在導(dǎo)向儀上查詢周邊半徑300公里地區(qū)的地理信息，為汽車提供安全順暢的行車路線。此外，駕駛員亦可將行走的路線隨時(shí)輸入導(dǎo)向儀，以確保按原路返回。該儀器只有一本普通書大小，重600克。采用汽車點(diǎn)煙器電源供電，使用十分方便。

5.2 汽車導(dǎo)航儀的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

近來(lái)流行的“網(wǎng)絡(luò)汽車”或“數(shù)字汽車”概念更突出語(yǔ)音指令控制能力。所謂“網(wǎng)絡(luò)汽車”。是指?jìng)鹘y(tǒng)汽車技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)品，汽車與網(wǎng)絡(luò)的高度整合是網(wǎng)絡(luò)汽車最顯著的特征。“網(wǎng)絡(luò)汽車”一般都裝有聲音辨認(rèn)系統(tǒng)和衛(wèi)星接收器GPS與數(shù)據(jù)鏈，這是由于人們?yōu)榱吮ＷC安全駕駛，無(wú)法在同一時(shí)間內(nèi)既注意路況又操作鍵盤和鼠標(biāo)，因此，聲控軟件是最好的解決之道。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的高度應(yīng)用，不僅可以大大提高汽車的綜合性能，提高行車質(zhì)量，減輕駕駛者的負(fù)擔(dān).而且還可以使駕駛者始終保持與外界的緊密聯(lián)系。在行駛過(guò)程中，駕駛者可以充分利用GPS實(shí)時(shí)接收汽車所處位置周圍的路況。然后由計(jì)算機(jī)根據(jù)車流的密度選擇出最佳的行車路線，并將行車路線的指令傳遞給車輛導(dǎo)向系統(tǒng)。同時(shí)。無(wú)所不包的網(wǎng)絡(luò)還會(huì)大大緩解人們?cè)诘缆纷枞蜷L(zhǎng)途行車中的寂寞感與孤獨(dú)感。在“網(wǎng)絡(luò)汽車”上不僅可以收看到電視節(jié)目、玩電子游戲、觀看DVD節(jié)目，而且還可以接收到互聯(lián)網(wǎng)上的信息。據(jù)有關(guān)資料顯示，在如今的汽車整車成本中，計(jì)算機(jī)及其相關(guān)部件已占到30%以上，而且目前還有進(jìn)一步上升的趨勢(shì)，特別是隨著環(huán)境保護(hù)、行駛中的路況監(jiān)測(cè)、外部通信功能等一系列要求的提高，汽車對(duì)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的依賴程度也越來(lái)越大。

作者簡(jiǎn)介：靖云（1996—），女，黑龍江安達(dá)人，沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)生。

張雪明（1995—），女，山東日照人，沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)生。

董天宇（1994—），男，天津人，沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)生。