车载GPS导航系统设计报告

《GPS车载导航系统》
设计报告
二Ｏ一0年十一月八日
一、课程设计目的
(1).初步了解UML语言的概念、结构、语义与表示方法；
(2).掌握UML建模工具Visual Paradigm for UML，VP-UML的使用方法；
(3).给出某个简单系统的模型，能够熟练地使用VP-UML工具表达；
二、基本要求
(1).根据所收集的功能需求，利用UML和VP-UML工具对系统进行建模；
(2).根据前述的问题陈述，进行架构建模，利用VP-UML绘制系统的类图；
(3).根据需求分析，进行需求建模，利用VP-UML绘制系统的用例图；
(4).根据类模型和用例分析，进行系统的动态建模，利用VP-UML绘制系统的顺序图；
三、成员分配
(1).王馨爽，组长，负责小组日常事务及设计报告的总结，个人负责GPS卫星定位子系统；
(2).闫任凯，负责电子地图打开子系统及相关报告的撰写；
(3).李兰，负责路径优化子系统及相关报告的撰写；
(4).陈晓娣，负责交通路况采集与指挥子系统及相关报告的撰写；
三、设计内容及步骤
3.1设计名称
分析设计《GPS车载导航系统》。

3.2设计目的
通过分析设计《GPS车载导航系统》并使用VP-UML绘制《GPS车载导航系统》的设计建模图，查阅GPS导航定位专业相关资料，理清《GPS车载导航系统》的设计思路，理解利用UML进行信息系统建模的一般原理，掌握运用UML及VP-UML进行信息系统建模的一般方法。

3.3设计内容及步骤
3.3.1问题陈述
车载GPS导航定位系统是通过GIS技术将电子地图显示在车载GPS导航仪上，由GPS系统的24颗卫星接受信号，获得车辆实时所在位置的经纬度信息，通过换算和地图匹配，在地图上得到现时的实际位置，并显示在用户的GPS导航仪上。

该系统的用户主要包括：一、驾驶员；二、行人；三、游客；四、车管所;
五、指挥中心；六、监控中心。

驾驶员及其他用户打开GPS导航仪，系统自动将GPS系统使用的WGS—84坐标转换成为与电子地图格式匹配的坐标系，用户需要根据当前的地理坐标在GPS导航仪上显示实时电子地图，按需要的比例尺显示出来，并可以进行地图的缩放、查询等基本操作。

系统开始导航，用户可以通过专题图或是屏幕菜单输入目标点，由系统计算出最优路径并在矢量地图上显示，其中备选的最优路径包括距离最优、时间最优、油耗最优及其环保最优路径。

开始行进之后，在遇到突发事件的情况下，需要重新规划最优路径，由系统计算出新的最优路径，系统还可将行驶路线信息反馈给控制中心。

由于卫星信号受外界干扰，GPS导航仪上需要显示实时动态定位精度。

用户也可以通过导航仪查询当前位置的酒店信息、餐馆信息以及卫生间信息
当用户发生交通事故的时候，GPS导航系统进行事故报警，通过网络信息技术将信息传递给交警部门和救援中心，交警部门和救援中心的数据管理员得到了用户的具体地理位置，组织相关人员在第一时间赶赴现场，同时可启用交通路况采集与指挥子系统进行合理的交通疏导。

（1）GPS导航定位子系统：
驾驶员打开GPS导航仪端口，进入接受接的主界面，同时加载电子底图，接收机主控模块开始进行卫星信号的搜索，获取空中卫星的个数和卫星信号的强
弱，通过卫星个数和信号强弱综合评定地位精度，并将结果显示在接收机显示屏上；然后，系统自动读取GPS数据，同时获取电子地图的坐标类型，将GPS定位系统的WGS—84坐标系转换成为与电子地图格式匹配的坐标系，可以通过七参数、四参数或三参数进行坐标转换，用户需要根据坐标转换后解算的经纬度和坐标信息在GPS导航仪上显示车辆现实的电子地图，可以按需要的比例尺显示出来，并可进行地图的缩放、查询等基本操作。

系统开始导航，用户可以通过专题图、屏幕菜单点击或是输入目标点进行信息查询和路径优化。

（2）电子地图打开子系统：
用户通过打开电子地图，把GPS获取的车辆位置、速度等信息，以图形的方式显示在电子地图上，需要时可以用文本方式显示详细的地图信息。

电子地图打开后主要包括地图显示，信息查询，地图操作功能。

在电子地图上显示的车辆应可以设置其显示符号、文本和运行轨迹式样及颜色，轨迹应根据需要可分为多种形式。

信息查询主要包括地物查询、路线查询、经纬度查询、方向查询、以及区域查询。

电子地图是在MapInfo支持下的矢量地图，应该能为用户提供任意放大、缩小、分层等基本功能，并同时以菜单和图标方式给出。

（3）路径优化子系统
路径分析是GIS中最基本且非常重要的功能，其核心是最优路径的求解，即路径优化。

路径优化的任务是：根据道路当前的通行能力现势地修改网络分析中的权值信息，通过选择不同的路径方案及其算法，进而规划出合理的最佳行驶路线。

最佳路径即是满足某种最优化条件的一条路径，这时的最“佳”可能是距离最短、时间最少、费用最小等。

路径优化分析方法：
1）最短路径：确定起点、终点和所要求经过的中间点，求出各条线段（弧段）长度之和。

2)静态最佳路径：由用户确定权值关系后，即给定每条弧段的属性，当需要求解最佳路径时，读出路径相关权重属性，求最佳路径。

城市道路的通行能力是路面宽度、当前车流量、天气的晴雨等因素复合作用的结果。

复合权值可以通过基于特定模型的函数来获得。

3)动态最佳路径：动态方法是指实际网络分析中权值是随着权值关系式变化的，而且可能会临时性出现一些障碍点，需要动态地计算最佳路径。

例如，某些路段临时性的交通管制、突发性交通事故等造成禁止通行或不能通行等。

4)N条最佳路径：确定起点、终点，求代价较小的几条路程，因为实践中往往仅求出最佳路径还不能满足要求，可能因为某种因素不走最佳路径，而走近似最佳路径。

（4）交通路况采集与指挥子系统：
通过安装在道路上的电子警察（电子警察又分为数码相机和摄像机两种，其中数码相机主要用于采集驾驶员闯红灯信息，摄像机主要采集超速、逆行、违章停车等信息），监控平台能够实时获取路况信息，并将这种信息发送至指挥中心，指挥中心根据用户的请求将收集到的路况信息发布给用户，并能在用户手持设备上以电子地图形式显示出行驶道路的交通状况（红色表示路段堵塞，绿色表示交通畅通）。

此外语音设备通过获取电子警察的位置，提醒用户减速慢性，并根据用户的行车路线提示用户车辆行驶策略（如遇路口可以提示驾驶员左右转信息，距前方路口的距离，以及应该行驶的车道）。

当用户遇到紧急情况时能够发送消息到指挥中心，获取救援和帮助。

指挥中心接到用户,请求由车管所数据库管理员调出车辆信息，同时还包括该路段的历史数据，以便采取行动。

3.3.2用例分析
(1)识别参与者
根据对GPS车载GPS导航定位系统需求的分析得到系统的参与者为：驾驶员、行人、游客、救援中心、监控中心。

(2)识别用例，绘制系统用例图
Name Documentation
驾驶员角色，打开GPS端口，进行基础操作
接收机角色，根据驾驶员发送请求显示主界面
电子地图角色，根据输入进行信息查询及路径优化
监控中心接受驾驶员的报警信息
打开GPS端口接受驾驶员的打开信息
显示主界面驾驶员打开GPS端口后屏幕显示
搜索卫星接收机内部系统开始进行卫星搜索
获取卫星个数获取空中分布24颗卫星的个数
卫星信号强弱由于接收机天线会受障碍物干扰，故获取其强弱信息
定位精度由卫星个数和信号强弱评价精度
读取GPS数据进行坐标转换之前由接收机内部系统读取GPS数据
获取坐标类型获取电子地图的坐标类型
坐标解算将WGS-84坐标系统转换成与电子地图匹配的坐标系统路径优化通过选取最优化方式进行路径的优化
查询信息通过屏幕点击或输入目标进行信息的查询
事故报警发生交通事故的时候驾驶员向监控中心进行事故报警
①如图3-1，显示GPS导航定位子系统用例图
图3-1 GPS导航定位子模块用例图
②如图3-2，电子地图打开子系统用例图
Name Documentation
驾驶员角色，打开GPS端口，进行基础操作地图查询查询驾驶员所需的路况信息
地图操作对电子地图进行简单的变形操作
地图显示将实地地图信息显示在地图上
目标查询查询地上的具体地物
经纬度查询查询车辆所在经纬度
区域查询查询具体区域
速度查询查询车辆当前速度
路线查询查询路线信息
地图放大将电子地图放大
地图缩小将电子地图缩小
地图保存将电子地图保存
地图删除将电子地图删除
地图旋转将电子地图旋转
显示目标将目标显示在电子地图上
显示轨迹将轨迹显示在电子地图上
显示注释将地物或目标的注释显示在电子地图上
图3-2电子地图打开子系统用例图
③如图3-3，显示路径优化子系统用例图
主要用例简单描述：
Name Documentation
监控中心角色，检测紧急事件的发生，预警并发送告警信息
司机角色，根据告警信息设置权值并选择路径方案
控制中心角色，调用相应算法，计算并返回最佳路径
发送告警信息由监控中心检测出紧急事件并向控制中心发送
接收告警信息由控制中心接收告警信息并显示给司机
设置权值由司机根据道路现状设置权值信息
选择最优路径方案由司机根据需求选择相应的路径方案
选择算法控制中心根据司机选择的路径方案调用相应的算法
计算并返回路径由控制中心计算并返回，将最佳路径显示在显示设备上
图3-3 路径优化子系统用例图④如图3-4，交通路况采集与指挥子系统用例图
图3-4 交通路况采集与指挥子系统用例图
3.3.3类图分析
(1) GPS卫星定位子系统数据字典及类图
Class Name Description
alarm 当用户发生交通事故的时候，GPS导航系统进行事故报警，通过网络信息技术将信息传递给交警部门和救援中心
seven parameter
通过七参数进行坐标转换
coordinate conversion 将GPS系统使用的WGS—84坐标转换成为与电子地图格式匹配的坐标系
four parameter
通过四参数进行坐标转换
feedback 将车辆的行驶路线、行驶里程、行驶速度及路况信息通过卫星定位系统或是电子眼反馈给监控中心
three parameter
通过三参数进行坐标转换Internet
可以连接网络进行资料查询
camera 可以通过内置摄像头自己拍照，存储照片以及导航用的图片，图片上会带有坐标信息，下一次导航时就可以直接点击图片，而不需要查找输入名称
positioning system 接收机内置的定位导航系统平台，采用WGS-84坐标系统，与电子地图匹配进行坐标转换，可以发送车辆信息，接受以及处理卫星信息
GPS receiver GPS定位系统的硬件设备，显示电子地图以及时间、速度、卫星精度等用户可以直接看到的信息
voice system 嵌入在GPS接受机中，可以播报查询的信息及现实路况信息
position accuracy 由于卫星钟差、轨道偏差及信号的遮掩会影响到定位的精度，通过获取卫星个数及卫星信号的强弱来评定精度
MP5 model
可以直接播放RMVB、RM等网络上常见的视频格式open TCP
打开GPS接收机端口，加载电子底图后开始搜索信号
satellite parameter 通过卫星的位置、时间以及卫星到接受机距离这些卫星参数解算车辆当前位置及行驶速度
input style 输入信息时可以通过屏幕点击、列表选择及输入名称这三种方式进行
satellite state
卫星状态为布尔类型，可分为好、中、差三种形式
图3-5 GPS卫星定位子系统类图
(2) 电子地图打开子系统数据字典及类图
图3-6 电子地图打开子系统类图
(3) 路径优化子系统数据字典及类图
开发数据字典
类定义
紧急事件检测到的紧急事件，属性包括事件发生的时间和地址权值几何网络中各条路段的权值信息，司机可以根据道路情况进行设置
影响因素包括路面宽度、当前车流量、警戒区域等，道路的通行能力是这些因素复合作用的结果。

算法提供了网络解算模型，包括Dijkstra算法，Floyd算法以及A*算法加权算法含有加权关系式的算法，是对算法的继承，用于加权路径的求解最短路径各路段权值相等，一般的可通过各路段的距离加和求得
最佳路径由司机根据需要选择，包括时间最少，费用最小，加权距离最短等路径基类路径，返回最终的路径信息
地图显示加载返回的路径信息，以供司机查看
图3-7 路径优化子系统类图
(4) 交通路况采集与指挥子系统数据字典及类图
图3-8 交通路况采集与指挥子系统类图
3.3.4序列图
(1)如图3-9，显示GPS导航定位子系统顺序图
图3-9 GPS导航定位子系统顺序图
(2)如图3-10，显示电子地图打开子系统顺序图
图3-10 电子地图打开子系统顺序图
(3)如图3-11，路径优化子系统顺序图
图3-11 路径优化子系统顺序图
(4)如图3-12，交通路况采集与指挥子系统顺序图
图3-12 交通路况采集与指挥子系统顺序图
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