第1章 智能车辆定位导航系统概述

11



§1.1.2 智能车辆定位导航系统
近年来，在信息革命和信息化过程中，各
种先进的管理思想、控制方法和实践技术逐渐
成熟与完善，人们对于交通系统及其内在规律
性的理解更加全面。在这种背景下，智能交通
系 统 (Intelligent Transportation System ， 简 称
ITS)应运而生。
41
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
1996 年 7 月，日本警察厅、通产省、邮政 电信省和建设省共同发起了智能交通系统综合 促进规划，将所有应用研究项目和发展计划综 合在一起，并提出了“智能车／智能道路／智 能 枢 纽 ” (Smart-Car ／ Smart-Way ／ SmartGateway)的概念，期望推动智能交通产业的发 展。
15
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
智能车辆定位导航系统的主要功能有： 1、自动车辆定位 可在出行时准确、实时地确定出车辆当前 的位置，并以图形化方式显示在电子地图背景
中。
16
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
2、行车路线设计 （路径规划） 可依据驾驶员提供起 点、终点和途经点，自动 规划出旅行代价最少的最 佳行驶路线。
25
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
4 、地图匹配模块（ Map Matching ）将定 位模块输出的位置估计与地图数据库提供的道 路位置信息进行比较，通过适当模式匹配和识 别过程确定车辆当前行驶路段及其在路段中的 准确位置。
26
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
5、路径规划（Route Plan）是依据电子地 图道路信息，提供从车辆当前位置到目的地之 间最优路径的过程。
31
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
从十九世纪开始，磁罗盘和里程计等定位 导航技术被逐渐应用到了现代车辆上。美国于 1895年出版了第一张用于汽车驾驶的交通图， 并在20世纪初开始在公路上建立路标和为道路 编号。
32
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
美国：1910年，第一台机械路径引导装置 问世。二战期间，美国研制了用于军用车辆的 车辆导航系统，该系统运用机械式计算机从里 程表读取出行距离，并自动在地图上描绘出车 辆轨迹。
进入90年代，随着美国全球卫星定位系统 （GPS）的成功发展和建立，为全球范围内的 用户提供了一种廉价、实用的定位手段，使车 辆定位与导航系统的发展进入了高峰。
37
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
1994年，第一个装有GPS接收机的自主式 导航系统Guidestar投入市场。
38
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
17
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
3、路径引导服务 可在出行过程中产 生语音或图形方式的实 时引导指令使驾驶员沿 预定行车路线顺利抵达 目的地。
18
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
4、综合信息服务 可向用户提供与电子地图有关的信息检索 与查询服务，如按用户要求显示停车场、主要 旅游景点、宾馆等服务设施的位置的数据资料， 并在电子地图中指示其所处的位置。
33
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
上世纪60年代末期，美国公路局提出了一 种电子路径引导系统 ERGS 。该系统利用短距 离信标（beacon）网络作为通信媒介，具有无 线路径引导能力。
34
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
70年代初期，美国开发了一种自主导航系 统，这种系统利用航位推算（ dead-reckoning ） 模块，借助于地图匹配（ map-matching ）算法 进行车辆定位，确定车辆沿着路径行驶的位置。
6
§1.1 智能车辆定位导航系统概论
§1.1.1 道路交通的现状

公路交通系统的复杂性和拥挤度与日俱增。
7
§1.1.1 道路交通的现状

交通拥堵对生态环境带来了恶劣影响。
道路建设尤其是高速公路工程量大，施工期长，其 施工场地、运输便道、生活设施等用地面积更大， 因而对生物多样性影响更加明显。 汽车尾气是大气环境中铅的重要来源，当汽油燃烧
时，产生的无机铅随尾气排出，造成土壤的铅污染。
8
§1.1.1 道路交通的现状

堵车还造成了严重的经济损失。
9
§1.1.1 道路交通的现状

交通事故大量增加，道路安全受到挑战。
10
应对措施

新建必要的道路、完善路网布局以及加强对现 有道路系统的管理。 大力发展高效、安全的公共交通系统。包括发 展大容量、高速度的轨道交通。 积极研发低污染、低消耗的新型汽车，减少或 消除小汽车本身存在的缺点。 加强城市停车设施的建设。 积极发展新一代智能交通系统（ITS）。
45
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
2003年丰田公司在威驰车上首次配备了前 装车载导航系统，是国产汽车安装车载导航系 统的开端。
46
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
从 1995 年起，我国开始派团参加每届的 ITS 世界大会。交通部在制定《公路、水运” 九五”科技发展计划和2010年远景规划》时也 将ITS的发展列入其中。
51
§1.3.1 车辆定位技术
日本：日本也是当今车辆定位与导航系统 和智能交通系统发展最成功的国家之一。它的 研 究 始 于 1971 年 的 CACS(Comprehensive Automobile Traffic Control System：综合车辆 交通控制系统），该计划与美国的 ERGS 极为 相似。
39
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
12
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
智能交通系统ITS是将先进的科学技术（信息技 术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术 、控制技术、运筹学、人工智能等）有效地综 合运用于交通运输、服务控制和车辆制造，加 强车辆、道路、使用者三者之间的联系，从而 形成一种保障安全、提高效率、改善环境、节 约能源的综合运输系统。
目前国内外对车辆导航技术的研究方向可 以归结为3个方面：

车辆定位技术 动态路径规划技术
电子地图数据动态维护
49
§1.3.1 车辆定位技术
对于智能车辆定位导航系统来说，精确、 可靠的车辆定位是必要的先决条件。 目前移动目标定位技术主要有三种：

地面无线电定位
卫星定位
独立定位
50
§1.3.1 车辆定位技术
定位方法 优点 缺点 不受时间、天气限制； 易受干扰，产生信 无线电定位 精度高；作用距离远； 号衰减和多路径效 测量时间短 应 卫星定位 全球覆盖，功能多，精 设备成本高、易受 度高，定位速度快；抗 天气和位置的影响 干扰性好，保密能力强
独立定位
具有误差累计效应， 完全自主，受外界因素 其定位精度会随定 的影响小 位过程的进行不断 下降。
42
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
欧洲：欧洲对车辆定位导航系统的研究始 于70年代的ALI工程。80年代，名为CARIN和 EVA的车辆自主导航系统先后推出。CARIN利 用了推算定位和地图匹配技术及彩色显示器来 显示地图，它是第一个采用CD-ROM存储数字 地图的导航系统。
43
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
EVA除了推算定位、地图匹配和依次转向 路径引导，它还可以同时用可视显示和声音合 成输出来给司机提供导航。80年代中期以来， 智能交通系统实验计划PROMETHUS和DRIVE 一直在欧洲大规模地实施中。
44
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
中国：和发达国家相比，国内在此方面的 研究起步较晚，开始于八十年代末期，其应用 主要是集中在车辆的监控调度系统方面。 进入九十年代后，许多国外厂商纷纷和国 内企业展开合作以实现导航产品本地化。
47
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
交通部于 1998 年成立了“ ITS 工程研究中 心”，完成了“智能运输系统发展战略研究” 科研课题。2001年，“车载导航信息终端”等 研究作为“十五”攻关课题。车辆定位导航技 术已经得到足够的重视和发展，并开始步入推 广应用阶段。
48
§1.3 车辆定位导航系统关键技术
13
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
ITS 研究的范围十分广泛，内容丰富，使 用的技术和手段多样。但其中，最关键的组成 莫过于智能车辆定位导航系统。
14
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
智 能 车 辆 定 位 导 航 系 统 （ Intelligent Vehicle Location and Navigation System，简称 IVLNS）是集成应用了自动车辆定位技术、地 理信息系统与数据库技术、计算机技术、多媒 体技术和现代通信技术的高科技综合系统。
19
4、综合信息服务
20
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
5、移动通信功能 可接收实时交通信息 广播，使用户及时掌握最 高德总裁俞永福：汽车是继手机之后互联网地 图的下一个战略要塞，谁能率先完成手机、车 新的道路状况；同时还可 机的一体化产品服务体验，谁就能在这个增量 将车辆状况报告给交通控 市场拔得头筹。 制中心，实现报警、求助 和通信功能。
智能车辆定位导航系统及应用
北京理工大学
成绩说明

平时成绩：20分
包括课堂（考勤及大作业，不能补交）


期末考试：卷面100分，折合80分。
期末考试：半开卷
2
参考书目

付梦印等，《智能车辆导航技术》，科学出版社 王美玲等，《地图投影与坐标变换》，电子工业出 版社

张其善等，《智能车辆定位导航系统及应用》， 科学出版社
35
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
1985 年，美国易泰克（ ETAK ）公司推出 了一种称为Navigator的汽车自主导航系统。该 系统配有数字地图库，采用航位推算和地图匹 配技术，定位误差可由已知道路的位置和方向 来修正，航位推算传感器包括磁罗盘和车速传 感器。
36
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
21
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
典型的智能车辆定位导航系统由8个主要 功能模块构成。
22
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
1 、电子地图数据库（ Vehicle GIS ）是车 辆导航系统中不可缺少的组成部分，它包含以 预定格式存储的数字化导航地图，为系统提供 地理特征、道路位置、交通规则以及基础设施 等多种信息。

Байду номын сангаас
赵亦林，《车辆定位与导航系统》，电子工出版社
3
课程章节安排
第1章
第2章 第3章 第4章 第5章
概述
智能交通系统 车辆电子学 车辆定位与导航 地图投影与坐标变换
4
课程章节安排
第6章 第7章 第8章 电子地图与地图匹配 路径规划与路径引导 车辆运动控制
5
第1章 智能车辆定位导航系统概论
主要内容： 智能车辆定位导航系统的发展历史、应用背 景、研究现状、关键技术等。
23
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
2、地理信息系统引擎（Map Query）是操 作和查询电子地图数据库的接口，提供了电子 地图的显示、浏览、动态刷新、缩放等功能和 相关的信息检索和查询服务。
24
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
3、定位模块（Position Module）由定位传 感器和数据处理以及滤波电路组成，提供实时 连续的车辆位置估计。
80年代，日本生产了配备彩色显示器并使 用CD-ROM存放数字地图的自主式导航系统。 1987年，丰田皇冠上首先配置了含有电子地图 的导航仪。
40
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
在1990年，先锋公司的第一台零售导航仪 正式上市，当时售价40万日元。此后随着GPS、 地图匹配、语音引导等最新技术的应用，各式 各样的车载导航系统产品不断被推向市场。
29
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
8、人机交互界面（Human Computer Interface）提供用户与车载计算机系统之间的 交互接口。
30
§1.2 车辆定位导航系统研究现状
车辆定位导航系统的历史可以追溯到几千 年前中国古代的指南车和计里鼓车，其原理类 似于现代的磁罗盘和差分里程计。
27
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
6、路径引导（Route Guide）根据地图数 据库中的道路信息以及定位模块和地图匹配模 块提供的当前车辆位置，产生适当的实时驾驶 指令。
28
§1.1.2 智能车辆定位导航系统
7、无线通信模块（Wireless Communication Module）能够增强车载导航系 统的功能，可以实现车辆与交通管理系统之间 相互交换实时交通信息。