车辆导航系统

湖南交通职业技术学院[智能交通系统]
[车辆导航系统]
项目组：曾为佳徐东子张馨宇
[2013年12月28日]
车辆导航系统
曾为佳徐东子张馨宇
一．摘要
车辆导航系统是智能交通系统ITS的一个分支,其把全球定位技术、地理信息技术、多媒体技（略）及嵌入式计算机技术综合到一起的高科技系统。

它能够实时、高效地向驾驶员提供导航定位、地理信息等服务，引导驾驶员从一地到达另一地。

车辆导航系统是新型汽车信息电子（略）表，它的应用对改善城市交通状况、促进行车安全和
提高道路的通行效率具有重要的实际意义。

本文密切结合实际科研成果，对车辆导航系统进行详细介绍。

二．主题词
●GPS
●自主式
●中心决定式
●发展与问题
三．正文
3.1 车辆导航系统的概述及起源
3.1.1 概述
车辆导航系统是ITS设施中涉及的一个主要应用系统。

导航是为使用者从一点指向另一点的导引的过程，一个成功的导航应该能够确定使用者在哪里，要去哪里以及怎样去的问题。

因此车辆导航系统是通过计算机提供相应的服务，来为使用者提供路况信息和道路交通指引的公共服务系统。

车辆导航系统一般具有以下基本作用：GPS卫星导航定位、电子地图浏览查询、智能的路线规划、全程的语音提示。

其中，电子地图的数据量与详细程度最为重要，车辆导航最主要的功能之一就是任意两点最佳路径建议功能。

车主只需将目标点输入，导航系统便会自动根据当前的位置，为车主设计最佳路线。

另外，它还有修改功能，假如车主因为不小心错过路口，没有走该系统推荐的最佳线路，车辆位置偏离最佳线路轨迹200m以上，该系统会根据车
辆所处的新位置，重新为车主设计最佳路线。

3.1.2 起源
最早期的车辆导航可追溯到公元前2600年的中国，当时人们在手推车装了一个人形的指南针，从而不管手推车在哪条道路上行进，指南针的手指始终指向南方。

这种指南针的仿制品可在中国历史博物馆见到。

3.2 现代车辆导航系统的发展及形成
3.2.1 国际上车辆导航系统的发展
现代车辆导航技术始于20世纪60年代晚期。

当时美国联邦公路局启动了一个称为电子路径诱导系统（ERGS）的项目。

ERGS是具有无线路径诱导能力的导航系统，可用于控制和分配交通流。

由于资金的限制，该项目并没有完整的被实施，但初步的实验还是很有成效的。

20世纪70年代以后，特别是80年代后期，车辆导航系统进入了一个迅猛发展的时期。

这主要是由于有关ITS的相关技术日趋成熟，而有关ITS的组织如欧洲的ERTICO，日本的VERTIS和美国的ITS America 等也相继成立。

ITS会议和有关刊物大量涌现，从而形成了一个所谓的“ITS”运动，如日本进行的CACS项目，欧洲进行的ACI 工程项目，美国实施的Navergator Guidestar项目，90年代后期有Pathfinder等。

3.2.2 国内车辆导航系统发展历程
我国的GPS产业是从GIS慢慢衍生出来的。

97年，国内第一家从事专业移动导航系统研发的凯立德公司正式成立，并受到政府委托建设中国自己的国家地理信息系统，并对商业用地进行实地测绘，至此国内GPS行业的发展的大幕也被缓缓拉开，同时凯立德也被誉为中国国土资源信息系统构架师，其开发的系统被国家沿用至今。

随着GIS产业的不断成熟，GPS的相关应用也随着国外GPS产业的逐渐升温而被重视，凯立德于99年首先进入了GPS领域。

同年，另外一家通过国家甲级测绘资质的灵图也宣布成立，并开始了集软件研发、地图生产及相关服务在内的移动导航系统开发。

2000年瑞图万方加入国内移动导航系统开发的队列，GPS软件研发队伍不断壮大，在此后的10年里，中国的车辆导航系统发展迅速，并取得了一定的成就，直到今天，车辆导航系统已经成为国内老百姓日常出行重要的帮手。

3.2.3 现代导航产品的发展历程
随着车辆导航系统的迅速发展，现代车辆导航系统所衍生出来的产品也迅速的被投入市场。

就现代车辆导航系统的产品而言，主要经历了以下三代的发展：
（1）第一代导航系统———自助导航
第一代自助导航产品由全球定位系统（GPS）和液晶显示器（LCD-DISPLAY）两部分构成。

内置的GPS天线会接收到来自环绕地
球的24颗GPS卫星中的至少3颗所传递的数据信息，由此测定汽车当前所处的位置。

导航系统本身装有储存电子地图信息的CD-ROM，通过GPS卫星信号确定的位置坐标与此相匹配，便可确定汽车在电子地图中的准确位置。

在此基础上，将会实现行车导航、路线推荐等多种功能。

驾驶者只须通过观看显示器上的画面、收听语音提示，操控显示器上的按键即可实现上述功能，从而轻松自如地驾车。

由于地图存储于本地，所以在路径的计算方面速度较快，但因此不易更新、升级，第一代导航产品的价格从6000～15000元不等。

（2）第二代导航系统———多媒体导航
第二代导航产品是多媒体导航。

多媒体导航系统在第一代的基础上增加了电话兼播放的功能，一般具有GPS 卫星导航定位、路线规划以及VCD/DVD、电视等功能。

多媒体导航的基本原理和第一代基本相同，可以算作是第一代的升级产品。

多媒体导航除保留第一代的电子地图和电子语音提示功能外，另外增加了前方转向提示信息，即对于一些重要、复杂的交通路口，能提前在屏幕上显示路口的放大地图，并用醒目的提示指引正确的行驶方向。

由于第二代只是在第一代的基础平台上添加了影音播放功能，从技术上并没有实现突破性、跳跃式发展。

第二代导航系统的价格在8000元～3万元不等。

由于中国对导航电子地图的管制比较严格，道路发展速度快，交通管理规则变化频繁及总体汽车消费水平限制等特
殊情况，中国丧失了第一代、第二代导航系统的发展机遇。

（3）第三代导航系统———GPS导航与无线通信结合实现联网功能的导航
第三代导航系统的导航功能实现可以说是革命性的。

一是地图可以在信息服务中心和车上两地存储，寻找目的地无需由驾驶员在地图上寻找，可由服务中心代劳，因此，在导航起步时也不必停车。

二是可有效利用实时交通信息实现“疏堵式”导航，自动避开堵车路段。

三是服务中心地图更新，即实现全网更新，即使是存储在车上的地图也可以随时通过无线下载实现更新。

同时可以增加安全控制、远程检测、WEB连接、求助救援等服务内容。

3.3.4 国内车辆导航产业发展所面临的问题
（1）电子地图精确度差、更新周期过长
电子地图绘制得越精确，定位也就越准确，用户使用起来就越方便。

而在中国，电子城市地图资源一直还没有一个完全开放的标准平台。

国内的汽车导航市场发展得不快，与我国的电子地图市场没有放开是密不可分的。

那么车载导航系统的地图精确度能达到什么程度呢？以北京合众思壮的电子地图为例，它的基础图是2001版全国公路交通图，缩小比例尺度为1∶100000，精确度在20m；而87个城市的地图其缩小比例尺度为1∶10000，精确度在3m以内。

而
国际上对GPS的误差允许范围是在15m以内，其定位点米80%～90%误差都在6～7m以内。

从实际情况来看，GPS与电子地图产品2套产品之间的误差有可能重合，也有可能叠加。

以此推算，在城区间的公路网误差最大为35m，而城市道路最大误差则为18m。

由此可以看出，国内一些比较先进的产品与国外相比仍有一定的差距。

（2）GPS车载系统价格居高不下
一种产品能否被市场所接受，关键还是在于是否适应了市场需求，再有就是产品价格、质量、服务等方面也是消费者所考虑的因素。

消费者究竟需要什么样的车载导航系统，恐怕是众多厂家所要率先解决的问题。

并且，在GPS市场一直唱“独角戏”的企业，由于先期开发成本高，使得GPS车载系统的价格居高不下。

据了解，目前国内市场的车用GPS导航仪，市场销售价格大多在1.5万元左右。

这与消费者的心理价位还存在一定的空档。

2004年2月，一款单价只需5000～6000元的面向普通消费者的便携式导航仪正式投放市场，这就是由广州爱捷数码资讯科技有限公司生产的爱捷汽车语音导航仪，价位仍然偏高。

（3）缺乏统一标准
由于这是一个新兴行业，目前行业还缺乏统一的标准。

在国外越来越普及的GPS综合管理系统，在我国还处于各自为营的散乱状态，没有统一的平台支持，行业缺乏统一的标准。

不同公司的GPS产品及运营系统不能通用、兼容，产品的可靠性、一致性及质量标准方面存在着问题。

这些问题都在无形中妨碍了该产品的推广应用。

车辆定位与导航系统的基本结构图
3.3 车辆导航系统的分类及基本功能
车载导航系统按不同标准有不同的分类。

从实现导航功能的角度主要分为两类：一类是自主式车载导航系统，其车辆定位与导航功能均由车载终端完成；另一类是中心决定式车载导航系统，其部分导航功能需要由控制信息中心来完成。

3.3.1 自主式车载导航系统
自主式动态车载导航系统又可以称为车载终端决定式的动态导航系统。

该系统根据实时交通信息，在车载导航终端上进行路径规划和导航。

结构框图如下图所示。

自主式动态车载导航系统三个子系统的结构组成及功能：
(1)控制信息中心子系统
控制信息中心子系统是所有车载子系统的控制和管理中心，由通信服务器、GIS服务器(电子地图数据库)、实时路况信息中心、应用服务器、中心接入服务器和指挥监控终端组成。

这些设备主要提供接收目标车辆的定位信息、对路况信息数据进行融合、判断并发布实时交通信息和提供信息咨询服务。

(2)车载导航子系统
车载导航子系统主要由电子地图数据库、定位、路径规划、路径引导、无线通信等模块组成。

电子地图数据库是其实现自主导航的
基础；定位模块利用一种或多种定位技术(如GPS定位和DR航位推算定位等技术)通过地图匹配实现自车定位；路径规划模块可以按用户的不同要求(如最短路径、最小时间、最经济等)，根据实时交通信息和电子地图数据进行路径规划；路径引导模块根据已规划的路径实现导航。

由于交通状态是变化的，路径规划模块计算出的路线也会随实时交通信息更新而不断修正。

(3)无线通信子系统
无线通信子系统为车载导航子系统和控制信息中心提供数据传输的无线通道，实现控制信息中心与车载导航子系统间的信息交互。

一般采用无线通信网络、路侧红外信标、无线电信标等方式，还可以通过调频广播信号传输动态交通信息和其他服务信息。

3.3.2中心决定式动态车载导航系统
中心决定式动态车载导航系统根据实时交通信息，对基于系统整体的多车辆进行路径规划，计算出每一个可能的起止点的最优或准最优路线供用户使用。

结构框图如下图所示：
中心决定式动态车载导航系统在结构组成上基本与自主式动态车载导航系统类似，功能实现区别主要体现在控制信息中心子系统和车载导航子系统：
(1)控制信息中心子系统
控制信息中心子系统是所有车载子系统的控制和管理中心。

主要提供接收目标车辆的定位信息、对路况信息数据进行融合、判断并发布实时交通信息、预测各路段行程时间、计算可能起止点的规划路径、进行平衡交通分配以及向一个或多个车辆提供引导和咨询的服务。

(2)车载导航子系统
车载导航子系统主要由定位、无线通信、路径引导等模块组成。

车载子系统的主要功能是实现自车定位，传送自车定位信息至控
制信息中心，然后接收控制信息中心传送的实时交通信息和满足用户需求的动态路线数据，然后实现行车导航，其本身不具备路径规划功能。

四总结
车辆导航系统是一个辅助人们出行的综合地理信息服务系统。

二十一世纪，随着经济的发展，汽车已经成为了人们出行必不可少的工具，然而，汽车的增多导致了交通拥堵和交通事故频繁发生，这给人们的日常生活和日常出行带来了诸多不便，因此，一个完善的车辆导航系统对我们的社会是非常重要的。

在国际上，车辆导航系统的发展已经达到了非常高的水平，例如美国，日本，英国等国家的车辆导航系统的普及化程度已经非常高了，车辆导航系统已成为这些国家的人们日常出行的标志。

由于我国车辆导航系统发展的起步较晚，所以水平与国际先进水平还有一定的差距，并且普及化程度不算太高，系统漏洞也较多，但随着发展的深入，中国的车辆导航系统也逐渐步入正轨。

在未来，车辆导航系统的发展将会持续，水平也会进一步提高，并且越来越先进，这将会给人们的生活出行带来更多的方便与快捷，让我们一起拭目以待。