（载运工具运用工程专业论文）具有绿色路径规划功能的车载导航监控系统的研究.pdf

学位论文版权使用授权书 f l ll li ii i ii i l li llliii 18 9 4 3 31 江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致， 允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国 学位论文全文数据库并向社会提供查询，授权中国学术期刊( 光盘版) 电子杂 志社将本论文编入中国优秀博硕士学位论文全文数据库并向社会提供查询。 论文的公布( 包括刊登) 授权江苏大学研究生处办理。 本学位论文属于不保密口。 纺_ - 钐日 一ly多沙， 一j 一 氰年 签“ p r 刻力 导滑 具有绿色路径规划功能的车载导航监控系统的研究 r e s e a r c ho no n - b o a r dn a v i g a t i o nm o n i t o r i n g s y s t e mw i t hg r e e np a t hp l a n n i n gf u n c t i o n 一 姓名袁荣 2 0 1 1 年6 月 江苏大学硕士学位论文 摘要 随着我国汽车保有量的快速增加，道路交通压力日渐加重，部分 大中，i ! 城市的交通拥堵已成为严重的社会问题，直接导致车辆运行速 度大大降低，燃油消耗增加，环境污染加重，物流系统效率下降。车 载导航装置的推广应用可以帮助驾驶员合理规划和选择行驶路径，避 开拥挤路段，从而在一定程度上起到疏导车流和缓解交通压力的作用， 对于节能环保意义重大。当起讫点之间有多条路径可选时，现有的车 载导航装置一般以距离最短或耗时最少为目标进行路径规划和选择， 尚未见以燃油消耗最少为目标进行路径规划的车载导航装置。 本文以节省车辆燃油消耗为出发点，研究车载导航系统的绿色路 径规划功能，即以燃油消耗最小为目标，借助监控中心提供的实时交 通信息，进行车辆行驶路径的规划和选择。 首先分析了道路状况、交通状况、驾驶员驾驶习惯和天气环境等 因素对于绿色路径选择的影响，建立了绿色路径规划模型并进行了相 应改善使模型更加符合实际情况，分析并确定了车辆行驶油耗的主要 影响因子，比较了几种最优路径算法的特点，确定了适合绿色路径规 划的算法。 接着分析了车载导航监控系统的关键问题( 包括导航电子地图、 g p s 定位问题和无线通信问题等) ，介绍了导航监控系统开发的控件； 对具有绿色路径规划功能的车载导航监控系统进行了设计，开发了基 于系统车载端和监控端需求分析的车载端界面，以v b 为编程语言， 结合m a p x 控件实现电子地图的基本功能；运用m s c o m m 控件实现 p c 机与g p s 、g s m 模块间的串口通信功能，接收、处理和显示定位 数据，采用地图匹配算法实现车辆与所行驶道路的位置匹配，提高了 具有绿色路径规划功能的车载导航监控系统的研究 辆的定位精度，通过a t 指令实现车载端和监控端的短消息通信；建 了道路网络的拓扑关系，为路径规划的实现提供了基础；分析了监 端的监控流程并设计了监控界面；采用m i c r o s o f ts q ls e r v e r 2 0 0 0 设 了车载端数据库和监控中心数据库以保证系统的运行，设计并介绍 数据库中的各属性关系表。 最后搭建试验平台，以镇江市所辖的某起讫点之间的两条路径为 ，通过实车试验对所建立的绿色路径规划模型进行验证，试验结果 明，采用绿色路径模型规划的路径比常规路径节约了1 3 4 m l 的燃油。 键词：导航监控绿色路径规划模型g p sg s m 路径规划数据库 a b s t r a c t w i t ht h er a p i di n c r e a s eo fa u t o m o b i l e p o s s e s s i o ni nc h i n a ，r o a dt r a f f i c p r e s s u r ei si n c r e a s i n g l yh e a v i e r f o rs o m el a r g ea n dm e d i u m c i t i e s t r a f n c c o n g e s t i o nh a sb e c o m eas e r i o u ss o c i a l p r o b l e m ，l e a d i n gd i r e c t l yt ot h e g r e a tr e d u c t i o no fv e h i c l e s p e e d ，t h ei n c r e a s eo ff u e l c o n s u m p t i o n , t h e a g g r a y a t i o no fe n v i r o n m e n tp o l l u t i o na n dt h e d e s c e n d i n go fl o g i s t i c s s y s t e m e f f f i c i e n c y t h ep o p u l a r i z a t i o na n d a p p l i c a t i o n o fo n b o a r d n a v i g a t i o nd e v i c ec a nh e l p p l a na n dc h o o s ear a t i o n a l r o u t ef o rt h e d r l v e r ，a v o i dt h ec r o w d e ds e c t i o n s ，w h i c ht oac e r t a i ne x t e n t ，c a nd r e d g et h e t r a f f i cf l o wa n de a s et r a f f i c p r e s s u r e ，a n do fg r e a ts i g n i f i c a n c et oe n e r g v c o n s e r v a t i o na n de n v i r o n m e n t p r o t e c t i o n i nt h es i t u a t i o no fm a n yo p t i o n a l r o m e sb e t w e e nt h es t a r tp o i n ta n dt h ee n d p o i n t ，t h ee x i s t i n go n _ b o a r d n a v l g a t i o nd e v i c e sg e n e r a l l yp l a na n dc h o o s ear o u t ew i t ht h e t a r g e to f s n o r t e s td i s t a n c eo rt i m e c o n s u m i n g ，t h ed e v i c ew i t ht h er o u t ep l a n n i n g t a r g e to fl e a s tf u e lc o n s u m i n gh a sb e e ns t i l ln o t s e t ，d t a k i n gs a v i n gt h ef u e lc o n s u m p t i o na st h es t a r tp o i n ti nt h ep a p e r t h e g r e e np a t h p l a n n i n g f u n c t i o no fo n b o a r d n a v i g a t i o ns y s t e mw a s r e s e a r c h e d ，t h a ti s ，t a k i n gl e a s tf u e lc o n s u m p t i o na st h et a r g e t ，u s i n gf e a l - t i m e t r a f f i ci n f o r m a t i o n p r o v i d e db ym o n i t o r i n gc e n t e ra n d m a k i n g t h ep l a n n i n g a n d c h o o s i n go fv e h i c l ed r i v i n gr o u t e t h er o a dc o n d i t i o n s ，t r a f f i cc o n d i t i o n s ，d r i v i n gc u s t o mo fd r i v e r sa n d w e a t h e rc o n d i t i o n so ng r e e np a t hs e l e c t i o nw e r ea n a l y z e df i r s t ，t h e g r e e n p a t hp l a n n i n gm o d e lw a se s t a b l i s h e da n d c o r r e s p o n d i n gi m p r o v e m e n to n t h em o d e lw a sm a d ea c c o r d i n g t ot h ea c t u a ls i t u a t i o n ，t h em a i ni n f l e n c i n g f a c t o r so f v e h i c l ef u e l c o n s u m p t i o n w e r e a n a l y z e d a n d d e t e r m i n e d c h a r a c t e r so fs e v e r a lo p t i m a lp a t ha l g o r i t h m sw e r ec o m p a r e d a n da p p r o p r i a t eg r e e n p a t hp l a n n i n ga l g o r i t h mw a so b t a i n e d t h e n ，t h ek e yp r o b l e m so fo n b o a r d n a v i g a t i o nm o n i t o r i n gs y s t e m p r o b l e ma n d t h ed e v e l o p e d c o n t r , i so f n a v i g a t i o n m o n i t o r i n gs y s t e m w e r ei n t r o d u c e d n e x t t h e o n b 4a r dn a v i g a t i o nm o n i t o r i n gs y s t e mw i t hg r e e np a t hp l a n n i n gf u n c t i o n w a s 。：e s i g n e d o n b o a r di n t e r f a c ew a sd e s i g n e db a s e do nt h es y s t e mn e e d s a n a l ，xs i s o f b o t hv e h i c l et e r m i n a la n dm o n i t o r i n g t e r m i n a l ，u s i n gv b p r o g r a m m i n gl a n g u a g e s ，c o m b i n e dw i t hm a p xc o n t r 0 1 t h eb a s i cf u n c t i o n s o fe kc t r o n i cm a pw e r er e a l i z e d ；m s c o m mc o n t r o lw a sm a d eu s et or e a l i z e s e r i a ! c o m m u n i c a t i o nb e t w e e np ca n dg p s ，g s mm o d u l e s t h ep o s i t i o n i n g d a t aw a s r e c e i v e d ，p r o c e s s e da n dd i s p l a y e d ，w i t ht h em a pm a t c h i n g a l g o l t h m ，p o s i t i o nm a t c h i n go fv e h i c l e sa n dd r i v i n gr o a d sw a sa c h i e v e d e f f e c i v e l y , e n h a n c i n g t h ev e h i c l e p o s i t i o n i n ga c c u r a c y s h o r tm e s s a g e c o m r ! un i c a t i o nb e t w e e nv e h i c l ea n d m o n i t o r i n gt e r m i n a lw a sd o n et h r o u g h a t c 、m m a n d s ；t h e nr o a dn e t w o r kt o p o l o g yr e l a t i o nw a ss e tu pa st h eb a s i s o fp ath p l a n n i n gr e a l i z a t i o n t h em o n i t o r i n gp r o c e s sw a sa n a l y s e da n d m o n i ：o r i n gt e r m i n a li n t e r f a c ew a sd e s i g n e d ；d a t a b a s e so fb o t ho n b o a r d a n dm o n i t o r i n gt e r m i n a lw e r ed e v e l o p e dt oe n s u r et h eo p e r a t i n go ft h e w h o l es y s t e mb ym i c r o s o f ts o l s e r v e r 2 0 0 0 ，e a c ha t t r i b u t er e l a t i o nt a b l e w a sd e s i g n e da n dd e s c r i b e d a tl a s t ，t h et e s tp l a t f o r mw a s b u i l t ，t a k i n gt w or o u t e sb e t w e e nt h es t a r t p o i n ta n dt h ee n dp o i n ti nz h e n j i a n ga r e a sa se x a m p l e ，t h eg r e e np a t h p l a n n i n gm o d e lw a sv a l i d a t e dt h r o u g hr e a l v e h i c l et e s t ，t h et e s tr e s u l t s h o w e d ，t h ep a t hp l a n n e db yg r e e np a t hp l a n n i n gm o d e ls a v e d1 3 4 m lf u e l k e yw o r d s ：n a v i g a t i o nm o n i t o r i n g g s m p a t hp l a n n i n g g r e e np a t hp l a n n i n gm o d e lg p s d a t a b a s e 江苏大学硕士学位论文 第一章 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 目录 绪论1 选题的背景1 1 1 1 公路建设的快速增长1 1 1 2 汽车产业的蓬勃发展1 1 1 3 交通拥挤现象日益严重。2 1 1 4 燃油与资源以及环境矛盾日益突出2 1 1 5 缓解燃油危机的探索。3 1 1 6 智能交通系统的发展。4 国内外车辆导航监控系统发展状况4 1 2 1 国外车辆导航监控系统的发展5 1 2 2 我国车辆导航监控系统研究。7 本文研究的意义8 本文研究的主要内容9 本章小结1 0 第二章绿色路径问题的研究1 1 2 1 绿色路径影响因素的研究1 1 2 1 1 行驶的道路1 1 2 1 2 交通状况1 2 2 1 3 驾驶习惯1 3 2 1 4 天气环境1 3 2 2 绿色路径规划模型的建立及改善1 3 2 - 3油耗影响因子的确定1 7 2 3 1 道路等级和设计车速1 7 2 3 2 行驶时段影响因子。2 0 2 3 3 实时信息影响因子2 1 2 4 绿色路径算法的分析2 2 2 5 本章小结2 4 第三章车载导航监控系统的关键问题和控件研究2 5 3 1g i s 地理信息系统和导航电子地图2 5 3 1 1g i s 地理信息系统简介2 5 3 1 2 导航电子地图。2 5 3 2 车辆g p s 定位问题研究2 6 3 2 1 影响g p s 定位精度的误差源2 6 3 2 2 误差分析2 7 3 2 3 地图匹配2 8 3 2 4 定位数据接口协议2 9 3 3 无线通信方式研究3 0 v 具有绿色路径规划功能的车载导航监控系统的研究 3 3 1 常用无线通信方式3 0 3 3 2g s m 无线通信。3 1 3 3 3a t 指令3 2 3 4 嵌入式电子地图控件m 印x 3 4 3 4 1 m a p x 的空间数据结构3 5 3 4 2 m a p x 的对象模型结构3 5 3 4 3 m a p x 数据组织3 7 3 4 4 m a p x 的主要功能3 8 3 5 串口通信的实现- - - m s c o m m 控件一3 9 3 5 1m s c o m m 控件简介。3 9 3 5 2m s c o m m 控件处理通讯方式。4 0 3 6 本章小结4 1 四章具有绿色路径规划功能的车载导航监控系统的研究。4 2 4 1 具有绿色路径规划功能的车载导航监控系统的需求分析4 2 4 2 车载端的研究和实现4 3 4 2 1 m a p x 控件实现地图操作4 4 4 2 2 定位数据的接收、处理和显示4 9 4 2 3 行驶车辆在电子地图上的实时显示5 2 4 2 4 基于位置点的匹配算法5 3 4 2 5 车载端短消息的收发5 5 4 2 6 路径规划问题的研究5 6 4 3 监控端的研究和实现6 1 4 4 数据库的建立6 3 4 4 1 监控中心数据库的设计6 4 4 4 2 车载端数据库的设计6 5 4 5 本章小结6 7 五章绿色路径规划的实施和模型验证6 8 5 1 试验方案6 8 5 2 试验平台的搭建6 8 5 3 绿色路径规划试验6 9 5 4 试验结果分析和验证7 3 5 5 绿色路径规划的应用拓展7 8 5 6 本章小结7 9 第六章总结与展望8 0 6 1 全文研究总结8 0 6 2 进一步的研究展望8 1 参考文献。8 3 致 8 7 攻读学位期间发表的学术论文8 8 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论弟一早珀t 匕 1 1 选题的背景 我国社会经济的发展、城乡一体化的推进以及人们生活水平的提高，促进了 我国交通运输业与汽车产业的蓬勃发展，与此同时，也引发了一系列的社会与环 境问题，如交通拥堵、噪声污染、排放污染、燃油浪费等，有悖于节能环保理念， 不仅影响人们的生活品质，也影响经济社会的有效运行，不利于我国低碳型经济 社会体系的构建。 1 1 1 公路建设的快速增长 近年来，我国加大了道路建设的投资。2 0 0 8 年，我国新增公路里程1 0 万公罩， 其中新增高速公路6 4 3 3 公里后；2 0 0 9 年，全国新增公路通车罩程9 8 万公里，其 中高速公路4 7 1 9 公里，到2 0 0 9 年底，我国高速公路的通车总里程达6 5 万公里。 按照我国2 0 0 5 年公布的国家高速公路网发展规划，到2 0 2 0 年，基本建成国家高 速公路网，届时，我国高速公路通车总里程将达1 0 万公里。新路网由7 条首都放 射线、9 条南北纵向线和1 8 条东西横向线组成，简称为“7 9 1 8 网”。据交通运输 部统计，2 0 0 9 年，全社会共完成农村公路新改建里程3 8 1 万公里，我国农村公路 总里程达到3 3 3 5 6 万公里，乡镇通达率达到9 9 4 。根据中国高速公路网资料， 到2 0 1 0 年年底，我国公路网总里程达到3 9 8 4 万公里，五年新增6 3 9 万公里。其 中，高速公路由“十五”期末的4 1 万公里发展到7 4 万公里，五年新增3 3 万公 里，“五纵七横1 2 条国道主干线提前1 3 年全部建成，西部开发8 条省际通道基 本贯通。 1 1 2 汽车产业的蓬勃发展 伴随着公路建设的投资和发展，我国汽车产业也在高速发展，对国民经济和 社会发展做出了重大贡献。2 0 0 8 年我国民用汽车保有量达到6 4 6 7 万辆，据公安部 交通管理局的信息，2 0 0 9 年底，我国民用汽车保有量已达7 6 1 9 3 1 万辆，与2 0 0 8 年相比，增加1 1 5 2 1 0 万辆，增长1 7 8 1 ，其中私人汽车保有量5 2 1 8 万辆；国家 统计局发布的2 0 1 0 年国民经济和社会发展统计公报显示，2 0 1 0 年末全国民用汽车 保有量达到9 0 8 6 万辆，比2 0 0 9 年末增长1 9 3 ，其中私人汽车保有量6 5 3 9 万辆， 增长2 5 3 。 现代化的前提，而我国的运输企业作为大量耗费能源的产业，普遍存在着燃料消 耗量大以及能源利用率低这两大问题，能源消耗的数量一般与其对环境所造成的 污染是成正比关系的，汽车尾气已成为城市空气污染的主要来源之一。另外，我 国汽车技术的平均水平低于世界发达国家，机动车燃油经济性水平比欧洲低2 5 ， 比日本低2 0 ，比美国整体水平低1 0 ；必须要加快汽车节能减排技术的发展， 积极发展节能和新能源汽车，才能实现我国汽车产业可持续发展。 江苏大学硕士学位论文 1 1 5 缓解燃油危机的探索 多年来，为了缓解能源危机，解决环境矛盾，国内外一直致力于节能技术的 研究，汽车节油是一个庞大的系统工程，提高车辆的技术，开发代用燃料，改善 汽车的运用都成为了行之有效的措施，但也面临着诸多挑战。 ( 1 ) 提高传统燃油汽车的燃料经济性 汽车节能这个涉及到汽车技术、汽车运用水平和公路交通设施的大工程，多 年来政府也在通过一系列的政策措施来实现。在公路交通设施方面，通过提高公 路设施水平能够有效降低汽车的能耗。而汽车业也从改善结构措施的角度出发以 期提高汽车的燃料经济性【1 】，包括汽车轻量化、提高压缩比、改善进排气系统、选 择合理的配气相位、采用稀混合气、减少空气阻力、选择最佳传动比等。 ( 2 ) 环保汽车的研发 面对环境污染和环保巨大压力的问题，环保汽车将会成为未来汽车的主流， 从长远看，新能源汽车代表着汽车产业的发展方向，也是解决车用能源问题的根 本途径。近年来汽车主要生产国都把发展新能源汽车提升为国家战略，纷纷出台 相关政策，加大资金投入，加快发展新能源汽车。我国政府高度重视新能源汽车 发展，目前纯电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池车的研究正在进行中；国际 混合动力汽车市场上，日本、美国、欧洲等市场比较成功，节能环保效益显著。 0 8 年的绿色奥运，催生了绿色汽车的市场。据悉，这是奥运历史上种类最多、 技术最先进、规模最大的节能与新能源汽车提供运输服务，实现奥林匹克公园中 心区域交通“零排放 【2 】，也是奥运史上的第一次，保障了中心区域周边地区及奥 林匹克交通优先路线交通“低排放”目标。在2 0 1 0 年3 月第8 0 届日内瓦的车展 中，新能源车成为了主角，新能源车带来了汽车市场的新格局，即便是性能至上 的跑车品牌法拉利和保时捷，也将节能减排理念提上日程，推出了法拉利5 9 9 h y b r i d 和保时捷9 1 1g t 3rh y b r i d ，2 0 1 0 年4 月的北京国际车展上，9 5 款新能源 车亮相，这前所未有的绿色阵营涌起了一股强劲的全球低碳浪潮，新能源低碳环 保的理念已经大量渗入到汽车中，大幅推进了绿色汽车的研发和节能减排。 ( 3 ) 面临的挑战 传统燃油汽车结构的改善能够提高燃油经济性，降低燃油消耗，但是在设计 方面一味追求低油耗，会让汽车驾驶时在性能方面受到一定的影响，且改善汽车 结构措施存在相应的技术难题，需要技术发展的大力支撑。 国l 内外的新能源车中，混合动力车的商业前景最被看好，但混合动力车的普 3 具有绿色路径规划功能的车载导航监控系统的研究 及面i h 着电池成本过高以及车用动力电池的回收污染问题：纯电动汽车酐j 零排放 和不f f ：赖于化石能源的两大优势使其在新能源汽车领域一直备受关注，然而受到 电池私量的限制，纯电动车并不能够支撑高时速，其被市场认可也比较难，可在 公交系统中推广。燃料电池车成本很高，在奥运会上展示的3 辆燃料电池客车， 每辆的成本为3 0 0 多万元；成本过高和技术水平这两者成为了制约新能源汽车发 展的障碍，且受到基础设施等一系列客观因素以及人们的观念意识的影响，它面 临着很多系统性的挑战，与现有的使用环境系统以及基础设施系统存在着很大的 冲突。环保汽车在未来将能够成为汽车的主流，但它的普及在近期内还无法实现， 有待继续研究。 1 1 6 智能交通系统的发展 i t s ( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，智能交通系统) 智能交通系统以其在环 境、肌畅和安全方面的功能在交通运输和社会经济中发挥着越来越重要的作用。 它将出行者、道路和交通运输工具三者作为一个整体系统柬综合考虑，使得交通 运输基础设施得以发挥最大效能，车辆堵塞和交通拥挤得到有效解决，出行者的 安全度和舒适度得到明显改善。有资料表明，采用智能交通系统能够减少6 0 的 城市交通拥塞，短途运输效率可提高近7 0 ，汽车的油耗也由此降低1 5 ，大幅 减少汽车尾气排放量，从而改善空气质量。作为成功实行智能交通系统的美国和 日本，美国广泛使用的交互式导航系统能使车辆废气排放量减少5 1 6 。而日本， 资料显示实行i t s 后，在3 0 年内有望将c 0 2 产生量减少1 5 ，n 0 2 排出量减少 2 0 ，这对于环保具备重要意义；而燃料消费量也降低2 5 ，对于缓解资源矛盾迈 出了非常成功的一大步。在国内，北京智能交通的建设处于领先水平。 1 2 国内外车辆导航监控系统发展状况 车辆导航监控系统作为智能交通系统的重要组成部分，发挥着重要的作用， 车辆导航系统为装载了车载导航设备的用户车辆服务，为驾驶员方便合理地选择 出行路径，减少车辆在途运行时间，避开拥挤路段，有效减少了车辆在行驶过程 中的燃油消耗；利用全球定位系统、地理信息系统、计算机和先进的通信技术等， 使车载计算机能够自动显示车辆位置、交通网络图和道路交通状况，为驾驶员找 到从当前位置到目的地的最佳行驶路线，并为出行者进入陌生的地方时提供必要 的帮助【3 1 。而导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相 结合，则能够实现监控中心对车辆的有效监控和调度。 4 江苏大学硕士学位论文 典型的导航系统由电子地图数据模块、地图操作查询模块、定位模块、路径 规划模块以及路径引导模块等组成【4 1 。路径规划是车载导航系统的核心功能，可根 据实际应用中的不同目的，在路径规划中采用多种优化标准，如最短行车距离、 最少行车时间、最低费用等。 1 2 1国外车辆导航监控系统的发展 日本、美国、欧洲等国家在车辆导航监控系统这个领域起步较早，且研发速 度快，研究成果较为丰富，现己形成了日、美、欧三足鼎立的局面，目前研究开 发比较成功的有美国的t r a v t e k 系统、德国的a l i s c o u t 系统和日本的导航系统等。 ( 1 ) 美国 p a t h f i n d e r 系统是8 0 年代中期加利福尼亚交通部门研究的，是美国第一个 i v h s ( i n t e l l i g e n tv e h i c l e - h i g h w a ys y s t e m ) 研究项目，它提供有关道路拥挤程度的 信息，并以文字形式显示于电子地图上或以语音方式提示驾驶员【5 】，能够引导车辆 避开拥挤。 t r a v t e k ( t r a v e lt e c h n o l o g y ) 系统是由美国联邦公路委员会、佛罗里达交通部及 奥兰多市等政府部门和通用汽车公司、摩托罗拉公司以及美国汽车协会等联合开 发的一个车辆定位与调度系统，具有代表性。它可以向用户提供车辆当前位置、 实时交通信息和优化的出行路径等丰富的信息服务，帮助驾驶员安全、快速的穿 过拥挤地区。系统由三大部分组成：( 1 ) 交通管理中心( t m c ) ，负责收集和分 析整个路网的实时交通信息；( 2 ) t r a v t e k 信息和服务中心( r r i s c ) ，它为交通 管理中心和t r a v t e k 车辆提供地图和信息数据库，驾驶员通过蜂窝电话向t i s c 询 问各种信息获取帮助；( 3 ) 装备有计算机和通信设备的车辆( 包括t r a v t e k 车辆) ， t r a v t e k 车辆安装有一套计算机和通信设备，本身可作为交通信息探测器向t m c 提供信息。t r a v t e k 系统确保了车辆位置显示和路径选择的实时性，且当通信设施 局部受损时，用户办能通过历史数据获取帮助【6 】；它可以保证驾驶员快速而准确的 到达目的地，对于不熟悉的旅行地点则尤为适用。 1 9 9 1 年7 月到1 9 9 6 年1 2 月，a d v a n c e ( a d v a n c e dd r i v e ra n dv e h i c l ea d v i s o r y n a v i g a t i o nc o n c e p o 项目的研究在伊利诺斯州的芝加哥进行，系统通过电波的双向 通信直接连通车载导航装置和交通管制中心，车辆利用差分g p s 导航和定时计算、 地图匹配进行路径引导，将其实时信息传至交通信息中心，中心通过向其他车辆 传送这些信息帮助它们进行动态路径选择【7 】，在g p s 处于盲区时，还能够辅以航 位推算为车辆定位服务。 5 ( 3 ) 日本 日本是当今车辆定位与导航系统和智能交通系统发展最为成功的国家之一， 它的研究计划开始于1 9 7 1 年的c a c s ( c o m p r e h e n s i v ea u t o m o b i l et r a f f i cc o n t r o l s y s t e m ：综合车辆交通控制系统4 】项目，它基于r f 射频通信的车载导航动态路 径诱导系统进行开发试验，得到了可减少1 3 行驶时间的结论【1 5 】；8 0 年代，日本 生产出了配备彩色显示器并使用c d r o m 存放数字地图的自主式导航系统【1 6 】； 随着g p s 技术、地图匹配技术和通信技术的发展，1 9 9 1 年，设计出了定位精度更 高、可以基于v i c s ( v e h i c l ei n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 给出最佳行 6 江苏大学硕士学位论文 驶路径的导航系统。v i c s 是日本导航系统的核心【8 】，是一个全国性的交通信息系 统。：由道路上的交通流检测器以及车辆上的发射天线将动态交通信息f i 输给信 息中心，经过信息中心的规范化处理后利用多重发送等手段将多种诱导信息再发 送给乍辆，结合车载接收机的定位功能，从而实现引导车辆更好地完成出行的目 的。v i c s 的通信方式有三种：( 1 ) 安装于道路主要路段的红外信标；( 2 ) 安装 于乡村区域道路和高速公路的短波信标；( 3 ) 调频副载波广播。在2 0 0 2 年该系 统就实现了向全国范围提供信息服务，实现交通安全和畅通的目的。 而日本1 9 9 3 年开始部署的与v i c s 兼容的加强的交通管理系统u t m s ( u r b a n t r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e m ) ，在红外信标和微波等设备和车载装置之间进行双向通 信；- 1 芒中的动态路径引导系统d r g s ( d y n a m i cr o u t eg u i d a n c es y s t e m ) 将交通信 息中心收集到的检测器数据转换为路段的行程时间数据，以此决定最优路径。日 本还i | j | j 定了s m a r t c a r a s v ( a d v a n c e ds a f e t yv e h i c l e ，先进安全型汽车) 计划，在车 辆上装备电子导航系统、车辆问通讯设备、自动驾驶装置等，使之能够了解行车 路径f ：的交通状况，不断选择最佳行车路线，依靠车道白线和车辆间通讯等信息 进行自动或半自动驾驶。 1 2 2 我国车辆导航监控系统研究 我国对于车辆导航系统的研究起步较晚，它的应用也只是主要集中在车辆的 监控调度方面，但是近年来，随着电子技术、通信技术、g p s g i s r s 技术和信息 处理技术的不断发展，国家对于车辆导航系统的开发也越发地重视，已有很多的 研究所以及企业在这一领域进行研发。紧随着美国、欧洲和日本的发展，也取得 了一定的成果。 上海交警总队和同济大学于1 9 9 5 年6 月合作完成了多段接力式动态标志 路线引导系统，系统由五个部分组成：( 1 ) 交通信息采集系统；( 2 ) 交通信息评价处 理单元；( 3 ) 数据传输系统；( 4 ) 中央计算机处理系统；( 5 ) 可变标牌、交通信息广播 台及其控制单元，通过可变标牌和交通广播电台实现交通流的诱导【1 5 1 ，但它只适 合对诱导路线比较单纯的高速公路网络进行诱导。 无锡市公安局和无锡的移动分公司合作开发了智能交通诱导系统，系统包括 交通信息中心、无线网络和移动终端，交通信息中心通过无线网络进行道路交通 数据信息的采集、处理和发布，移动终端则负责接收这些信息并进行导航路径的 动态规划，为用户提供动态的导航服务【切。 清华大学、北京人民广播电台和中科院遥感所共同研制的广播调频副载波车 7 综上，国内外的车辆导航监控系统意在克服车辆行驶的盲目性、解决车辆到 达的快速性，并利用车辆和监控中心的通信实现车辆的路径引导等，提高道路交 通网络的利用率，避开拥挤路段，在一定程度上能够疏导交通流，缓解交通压力， 也节约了燃油，对于环境保护发挥着作用。 当起讫点之间有多条路径可选时，现有的车载导航系统一般以距离最短或耗 时最少为目标进行路径规划和选择，尚未见以燃油消耗最少为目标进行路径规划 的车载导航装置。传统车辆导航系统虽然有效避免了出行的盲目性和主观性，避 8 江苏大学硕士学位论文 开了拥挤路段，但已不能够完全满足绿色行驶的需要，导航系统的路径规划需要 嵌入新的功能，现今，发展低碳经济才是我们应对环境危机和气候危机的根本出 路，同时也是化解能源危机的有效途径；对于构建低碳型交通运输体系具备重要 的指导意义。 本文所研究的具有绿色路径规划功能的车载导航监控系统，针对出行过程中 的燃料大量浪费现象以及世界面临的能源危机和环保问题，从资源和环境两个方 面出发，提出一种以节省燃油为目的的绿色路径规划方法，在传统的导航监控系 统中导入了节油的理念，路径规划时运用绿色路径的规划理念代替智能交通中行 驶时间的规划理念。以节约路网的燃油消耗为出发点，将燃油问题综合为车辆、 道路以及交通环境问题的统一体，需求一条能在燃油消耗上使得人、车、路有机 结合达到最佳和谐状态的路径，以最小的燃油消耗实现起讫点之间的行驶。 系统具备传统车辆导航监控系统的优点( 克服行驶的盲目性和主观性，了解 动态路网信息避开拥挤路段等) ，并在传统的路径规划中导入了节油的理念，使 得车辆的出行更加符合节能环保的需要，有效实现车辆的绿色行驶。实时交通信 息在导航系统上的支撑使得导航能够更加符合出行的实际，提高路网通行能力的 利用效率，实现路网信息的集成和共享，该系统利用监控端和车载端的通信，将 某些突发拥挤状况以及道路建设所引起的道路封闭信息发布到车载端，以便车载 端对于已规划的绿色路径进行相应的动态调整，避免盲目地绕路和等待，对于车 辆出行的节油理念发挥了实际的效果，对于节约能源、减少污染保护环境和社会 经济的发展都具有重要的意义。 国际上，瑞典以及以色列两位发明家发明的g r e e n d r i v e 卫星导航系统，能感 应即将驶入道路的种类，若对油耗有影响，系统即会向驾驶者发出警告。通过这 个导航系统，驾驶者能够实现智能、安全的驾驶，司机可以平均节省1 5 2 5 的 油耗，对于环境保护也很有帮助。此外，g r e e n d r i v e 还能提供即时和历史上节能 驾驶情况的信息【加1 。这套系统目前还在实地测试阶段，就目前而言，国内外对于 以节省燃油消耗为目标的“绿色路径 规划的研究文献和报道甚少，具有“绿色 路径规划功能的车用导航仪产品也尚未出现。 1 4 本文研究的主要内容 本文提出具有绿色路径规划功能的车载导航监控系统，并将从以下几个方面 展开研究工作： 9 及发展所引发的一系列的问题。介绍了国内外在提高传统燃油汽车的燃料经济性 和研发环保汽车两个方面进行缓解燃油危机的探索以及所面临的挑战。接着介绍 了国内外车辆导航监控系统的发展情况，以及它们在疏导交通流、缓解交通压力 发挥的作用，针对传统导航系统以距离最小或时间最少为路径规划目标，