第1节 车载设备系统

1、第一节车载设备系统机械工业出版社 概述车载系统是ITS设施中涉及的一个主要应用系统，它可采取相对低级或高级的形式，具备简单或复杂的功能。低级的如依靠人工计算在纸质的地图上确定车辆位置。PART ONE概述高级的则是一个复杂的大系统，配有车载计算机、GPS接收机和各类传感器等车载设备，充分利用检测、通信、计算机、控制、GPS和GIS等现代高新技术，动态地向驾驶人提供实时交通信息和最优路径引导指令，通过对道路上的车流进行诱导，从而平衡路网车流以时空上的合理分配，提高道路网络运输效率，缓解和防止交通阻塞，减少空气污染。PART ONE一、概述图8-1车辆定位与导航系统的基本结构数字地图数据库数字地图

2、数据库包含以预定格式存储的道路及其属性信息，能被计算机处理，用以提供与地图有关的服务，如车辆定位、道路分类、交通限制和旅行信息等。定位模块定位模块此模块综合各种不同传感器的输出或使用无线测量技术来精确计算车辆的位置和速度等信息，从而可推断其运行的路段和将要抵达的交叉口。地图匹配单元地图匹配单元用于将由定位模块获得的车辆位置数据定位于由地图数据库提供的地图上的某一位置或路径上。路径选择单元路径选择单元用于帮助驾驶人在出发前或出行中选取合适的路径。这种选择传统上是基于数据库数据的，即静态的。路径引导单元路径引导单元它用于引导驾驶人沿着由路径选择单元选定的路径顺利行驶。它由各种路径引导指令组成，需要

3、动态的、准确的车辆位置信息。人机接口界面人机接口界面它用于使用户与系统进行交互，可以为文字界面、图形界面、甚至语音界面。无线通信单元无线通信单元它提供各单元模块间的信息交流，特别是可使车载系统实时接收最新的路况信息，以使车辆更安全、有效地行驶。上述各个分支单元均为实现车辆导航系统的关键模块，不但要使各分系统构造合理，更要注意它们能相互配合和协调，从而使整个大系统良好地运行，满足实际要求，这就是系统工程的意义所在。二、数字地图模块数字地图模块是包含在地图相关功能的车载系统中不可分割的部分，与之相关的车载设备包括计算机、光盘机等部件。如果没有地图，要让驾驶人在不熟悉的区域先进交做出正确的路径选择是

4、非常困难的。用地图作为一个媒介，复杂的信息能够比较容易地交换。PART TWO1)显示地图。2)使用一个街道地址或相关的交叉口来定位一个地址或目的地。3)计算一个旅行路径。4)引导驾驶人沿着一个预先规划好的路径行驶。5)将由传感器得到的车辆运行轨迹匹配到地图中的公路网络上，以便更准确地确定车辆的实际位置。6)提供有关旅行信息如旅行指引、风景点、宾馆和餐饮信息等。二、数字地图模块的功能3种可提供的方式1)用数字扫描仪数字化一幅纸质地图，从而可将其存储于计算机的存储器内作为一个栅格编码结构的数字化图像。3)通过因特网进入相关网站，如美国的3A网站、中国的go2map网站等，可下载或浏览有关地区及城

5、市的电子地图。2)将纸质地图转换为数据结构或矢量编码结构，以便存储于计算机，然后按需要的功能或特性，以不同的方式呈现给用户。三、定位模块定位模块是车辆定位与导航系统中的一个关键模块，其相关的车载设备包括GPS接收机以及其它各类传感器。为了帮助驾驶人获得车辆位置或者提供给用户适当的操作指令，车辆的位置都必须首先被 准确地确定。因此，获得精确和可靠的车辆定位信息对于任何好的车辆定位和导航系统而言都是一个基本的先决条件。PART THREE三、定位模块定位的概念一方面是指确定一部车辆的地球坐标以定位其在地球表面的绝对位置，另一方面含义是确定车辆与重要的标志性建筑或其它特征物体的关系，可将其理解为相对

6、位置。这些工作均主要由定位模块完成。基本的定位技术包括传感器技术和传感器信号融合技术。PART THREE三、定位模块目前，使用的定位技术主要有三种，即独立计量、卫星定位和无线测量技术。航位推算是一个典型的独立计量技术，而最普通的卫星定位技术就是给车辆配备一个GPS接收器。航位推算与GPS技术是目前车辆定位和导航系统中最广泛应用的技术，而无线测量技术的应用则并不普遍。PART THREE三、定位模块表8-1各种定位技术的性能比较技术性能航位推算（DR）差（长时段差，短时段优）无线电测量一般（150200m，可以改善）GPS定位较好（100300m，SA，无荫蔽）DR+地图匹配（MM）较好（20

7、50m，无损耗情况）DGPS好（1020m，无荫蔽情况）GPS+DR+MM更好（1550m,连续）DGP+DR+MM最好（1015m，连续）三、定位模块由于各种限制，没有任何单个的传感器能不间断的提供车辆定位与导航系统所需要的精确的位置信息。最普通的解决方法就是将若干不同的传感器信号进行“融合，以使它们互补，从而完成系统的要求，因此，若干个传感器，它们相互结合，以满足总体性能要求。PART THREE图8-2普通定位模块三、定位模块由普通定位模块的图所示，它是基于许多不同的定位传感器，如GPS接收机，惯性陀螺等组成，由于GPS在高大建筑的阴影下会丢失信号，所以现在一般是将其与其它信号“融合”，

8、以保证其定位精度。PART THREE四、地图匹配单元地图匹配单元在车辆定位与导航系统中直到非常重要的作用，它利用数字地图使定位系统更加可靠、准确，与之相关的车载设备为计算机和各类传感器。PART FOUR四、地图匹配单元为了给驾驶人提供适当的“操作”指令，或将车辆准确地显示在地图，车辆的位置都必须精确地确定，因此，准确的车辆位置是保证系统性能良好的先决条件。四、地图匹配单元航位推算能计算出车辆相对 另一位置的行驶轨迹，车辆在方向和距离上相对于起点的逐步变化被用来跟踪其位置，但不免会有积累误差，这些误差使车辆位置的推算不准确，而且即使具有非常好的传感器的矫正和“融合”技术，不准确也是不可避免的

9、，作为这些不准确的后果，实际车辆位置将与计算车辆位置不符。这些不准确性随着行驶距离的增加进一步扩大，误差增加。PART FOUR四、地图匹配单元为了解决这种不确定性，地图匹配单元的作用就是将由“航位推算”得到的车辆位置与数字地图上的一个实际位置对应起来，也即当“航位推算”算出车辆在地图的某一位置时，匹配单元会根据实际情况将它调整至另一个更为可能的位置。这样可以消除至下一个地图匹配步骤的累积误差，从而通过在系统 的每个后循环中执行这个过程，就可以得到一个更为准确的车辆位置信息。PART FOUR四、地图匹配单元诚一个好的地图匹配算法能够极大的提高定位的准确性，其道理很明显。与空中或海洋的运输不同，道路运输车辆基本上是限制在道路网络中运行的，只是偶尔储存停车场或其它的非道路地点。这就使得使用计算机算法将车辆运行轨道与数字地图上的道路信息相互匹配成为可能。诚一个地图匹配算法可以将基于各种传感器得到的车辆位置对应到道路网络中去，其方法就是将车辆的运行轨道在数字地图数据库中标明了的道路网络进行比较。当然，这也就意味着假定车辆是运行在道路上的，这个单元中，车辆的行驶轨迹不断地与组成道路网络的一系列相连的路段做比较，通过模式识别和匹配过程，车辆相