车载导航技术课程教学版(2010)

1、实验室S集成与多媒体通讯课程1车载导航技术车载导航技术李必军实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29课程安排课程安排一、基本概念二、课程背景三、汽车导航基本原理四、导航地理数据模型 导航地理数据交换格式（国标）五、汽车导航关键技术六、导航新技术（网络导航）七、未来发展实验室S集成与多媒体通讯课程1一、基本概念一、基本概念2022/5/29实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29GNSSGlobal Navigation Satellite System,Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系全球导航卫星系统统当前全球有四大卫星定位系

2、统，分别是当前全球有四大卫星定位系统，分别是GPSGPS、 GLONASSGLONASS、GalileoGalileo、CompassCompass；印度的印度的IRNSSIRNSS卫星系统也在计划中卫星系统也在计划中。参见刘基余：参见刘基余：GPSGPS卫星导航定位原理与方法，科学出版社卫星导航定位原理与方法，科学出版社实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29GPS ? 全球卫星定位系统（Global Position System, GPS）为美国国防部开发，由遍及全球的24颗人造卫星所构成，其中包括三颗预备卫星。利用对民间开放的C/A码标准，能得到十米左右的精度，为无线电定位法的

3、一种。 卫星定位系统整体运作上可分成三部份：太空部分、地面部分以及讯号部分。 实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29GPS太空部分太空部分 目前太空中有24颗GPS 卫星可供定位运用，它们平均分布於6个轨道面，每个轨道面上各有 4颗，距离地面高度约10,900海里 (大约20,000公里)， 呈55角倾斜绕行地球运转，绕行地球一周需 12 恒星时，每日可绕行地球 2周；任何时间，任何地点，包含北极, 南极，至少有 4 颗以上的卫星出现在我们的上空。 实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29GPS讯号部分讯号部分GPS卫星产生两组随机电码，一组称为C/A码，一组称为P码。C/A

4、码主要开放给民间使用，因此在精度上刻意降低，P码则是美国国防部保留为其军事用途的电码，精度比C/A码高很多，因此设有密码，一般民间使用者无法解读。GPS卫星传送两种频率的载波， L1 (Link 1) 载波的频率为1575.42 MHZ，L2 (Link 2)载波的频率为1227.60MHZ。 实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29GPS地面部分地面部分监控站 包括一个主要控制站（包括一个主要控制站（Master Control Station）、）、五个监测站五个监测站（Monitor Station，夏威夷、亚森欣岛、迪亚哥加西亚、瓜加林岛、夏威夷、亚森欣岛、迪亚哥加西亚、瓜加林

5、岛、科罗拉多州科罗拉多州） ，三个地面控制站（，三个地面控制站（Ground Control Station）。监测站主要负责追踪所有卫星的运行位置、时间、气象资料及电离层监测站主要负责追踪所有卫星的运行位置、时间、气象资料及电离层资料等，根据每资料等，根据每15秒观测到的资料计算出每秒观测到的资料计算出每15分钟一组的平滑化数分钟一组的平滑化数据（据（Smoothed Data），），传送到主控制站后，由主控制站加以整合，传送到主控制站后，由主控制站加以整合，计算出卫星星历、时表修正量、电离层改正系数，再转换成导航讯计算出卫星星历、时表修正量、电离层改正系数，再转换成导航讯息，以维护卫星系统

6、的精度与正常运作。息，以维护卫星系统的精度与正常运作。 使用者接收设备 主要是一个卫星讯号接收器，基本的功能是接收主要是一个卫星讯号接收器，基本的功能是接收L1载波，分离出载波，分离出C/A电码，进行最简单的虚拟距离定位，是车辆定位所使用的机型。电码，进行最简单的虚拟距离定位，是车辆定位所使用的机型。GPS卫星产生两种不同的载波来承载所有电码与讯息，其中卫星产生两种不同的载波来承载所有电码与讯息，其中C/A码仅码仅调置在调置在L1载波上，载波上，P码则分别调置在码则分别调置在L1与与L2载波上，并区别为载波上，并区别为P1与与P2电码，但美国军方目前仅开放电码，但美国军方目前仅开放C/A码仅民

7、间使用。码仅民间使用。实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29BD1/22003年建立北斗导航试验系统，为中国及其周边地区定位、授时、报文等至今年12月已有6颗导航卫星，预计2012年覆盖亚太地区，2020年建成覆盖全球，形成由颗静止轨道卫星和颗非静止轨道卫星组成的网络应用于海陆空交通运输、有线和无线通信、地质勘探、资源调查、森林防火、医疗急救、海上搜救、精密测量、目标监控等领域实验室S集成与多媒体通讯课程1BD1 vs GPS2022/5/291、 覆盖范围：北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航覆盖范围：北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约系统。覆盖范围东经约70

8、- 140，北纬，北纬5- 55。GPS是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保地球上任何是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星颗卫星(实际上最多能观实际上最多能观测到测到11颖颖)。2、 卫星数量和轨道特性：北斗导航系统是在地球赤道卫星数量和轨道特性：北斗导航系统是在地球赤道平面上设置平面上设置2颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约60。GPS是在是在6个轨道平面上设置个轨道平面上设置24颗卫星，轨道赤道倾角颗卫星，轨道赤道倾角55，轨道面赤道角距，轨道面赤道角距60。导航卫星为准同步轨道，。导航

9、卫星为准同步轨道，绕地球一周绕地球一周11小时小时58分。分。实验室S集成与多媒体通讯课程1BD1 vs GPS2022/5/293、 定位原理：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。定位原理：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。GPS是是被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立 解算自解算自己三维定位数据。己三维定位数据。“北斗一号北斗一号”的这种工作原理带来两的这种工作原理带来两个方面的问题，一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽个方面的问题，一是用户定位的同时失去

10、了无线电隐蔽性，这在军事上相当不利，另一方面由于设备必性，这在军事上相当不利，另一方面由于设备必 须包含须包含发射机，因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不发射机，因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位。利的地位。4、定位精度：北斗导航系统三维定位精度约几十米，、定位精度：北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约授时精度约100ns。GPS三维定位精度三维定位精度P码目前己由码目前己由16m提高到提高到6m，C/A码目前己由码目前己由25-100m提高到提高到15m，授时，授时精度日前约精度日前约20ns。实验室S集成与多媒体通讯课程1BD1 vs GPS2022/5/295、

11、用户容量：主动双向测距的询问、用户容量：主动双向测距的询问-应答系统，用户设备应答系统，用户设备与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信号，还要求用户设备向号，还要求用户设备向 同步卫星发射应答信号。系统的用同步卫星发射应答信号。系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率。的响应频率。 6、生、生 存能力：和所有导航定位卫星系统一样，存能力：和所有导航定位卫星系统一样，“北斗一号北斗一号”基于中心控制系统和卫星工作；但是基于中心控制系统和卫星工作；但是

12、“北斗一号北斗一号” 定位解定位解算不是由用户设备完成的。算不是由用户设备完成的。 7、实时性：、实时性：“北斗一号北斗一号”用户的定位申请要送回中用户的定位申请要送回中 心控制心控制系统，中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回系统，中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球静止卫星走一个来回，再加上卫星转用户，其间要经过地球静止卫星走一个来回，再加上卫星转发，中心控制系统的处理，时间延迟对于高速运动体，就加发，中心控制系统的处理，时间延迟对于高速运动体，就加大了定位的误差。此外，大了定位的误差。此外，“北斗一号北斗一号”卫星导航系统具备的卫星导航系统具备的短信

13、通讯功能就是短信通讯功能就是GPS所不具备的。所不具备的。实验室S集成与多媒体通讯课程1BD22022/5/292009年年满足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求，满足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求，2010年年覆盖亚洲地区。覆盖亚洲地区。北斗二号，是中国开发的独立的全球卫星地位系统，不北斗二号，是中国开发的独立的全球卫星地位系统，不是北斗一号的简单延伸，更类似于是北斗一号的简单延伸，更类似于GPS全球定位系统全球定位系统 和和 伽利略伽利略。北斗二号卫星导航系统提供开放服务和授权服务。开放北斗二号卫星导航系统提供开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，

14、定位服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为精度为10米，授时精度为米，授时精度为50纳秒纳秒，测速精度为，测速精度为0.2米米/秒。秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。和通信服务以及系统完好性信息。实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29智能交通系统（智能交通系统（ITS） 智能交通系统就是以缓和道路堵塞和减少交通事故，提高交通利用者的方便、舒适为目的，利用交通信息系统、通讯网络、定位系统和智能化分析与选线的交通系统的总称。它通过传播实时的交通信息使出行者对即将面对的交通环境有

15、足够的了解，并据此作出正确选择；通过消除道路堵塞等交通隐患，建设良好的交通管制系统，减轻对环 境的污染；通过对智能交叉路口和自动驾驶技术的开发，提高行车安全，减少行驶时间。实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29ITS的构成的构成ITS智能车辆系统智能车辆系统智能信息服务系统智能信息服务系统智能交通管理系统智能交通管理系统智能道路系统智能道路系统LBS自动导航系统自动导航系统自动驾驶系统自动驾驶系统自动车距保持系统自动车距保持系统视觉增强系统视觉增强系统周边车辆危险报警系统周边车辆危险报警系统驾驶员状态监控系统驾驶员状态监控系统声控系统声控系统车道跟踪车道跟踪/变更变更/交汇系统交汇系

16、统自动刹车系统自动刹车系统精确停车系统精确停车系统实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29二、课程背景二、课程背景实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29 属于汽车电子类消费类产品，以车载嵌入式属于汽车电子类消费类产品，以车载嵌入式计算机技术为基础，结合地理信息系统（计算机技术为基础，结合地理信息系统（GISGIS）、）、卫星定位（卫星定位（GPSGPS）技术、无线通信技术而开发的技术、无线通信技术而开发的应用产品。应用产品。引引 言言2.1 汽车导航系统汽车导航系统实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/292.2 国家科技计划国家科技计划2000年发改委发布了国家计委关

17、于组织实施卫星导航应用产业化年发改委发布了国家计委关于组织实施卫星导航应用产业化专项的公告。专项的公告。2004年发改委发布了汽车产业发展政策，支持作为汽车零部件年发改委发布了汽车产业发展政策，支持作为汽车零部件重要组成部分的车载导航信息终端的自主化研究和生产。重要组成部分的车载导航信息终端的自主化研究和生产。2004年，发改委发布了国家发展改革委关于组织实施汽车电子产年，发改委发布了国家发展改革委关于组织实施汽车电子产业化专项的通知，明确把车载信息系统（包括车载信息系统、车业化专项的通知，明确把车载信息系统（包括车载信息系统、车载网络系统等）作为支持重点。载网络系统等）作为支持重点。863计

18、划设立了对地观测与导航领域，每年支持的科研经费上亿元计划设立了对地观测与导航领域，每年支持的科研经费上亿元863计划现代交通将车路协同与区域交通协调控制作为十二五主题计划现代交通将车路协同与区域交通协调控制作为十二五主题项目项目实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/292.3 导航技术前景卫星导航是继通信后又一大IT技术；2010年中国移动用户手机量7亿；PND（Portal Navigation Device）在中国需求量爆发增长（IPHONE、NOKIA）物联网技术发展将促进导航技术实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29车载导航技术主要问题 与发展趋势？实验室S集成与多媒体

19、通讯课程12022/5/29三、汽车导航基本原三、汽车导航基本原理理实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/293.1 主要基本概念主要基本概念导航电子地图自主导航POI （Points of Interest）DR （Dead Reconing）地图匹配（Map Matching）路径规划（Route Planing）GIS-T （GIS for Transportation）实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/293.2 汽车导航系统汽车导航系统汽车导航系统通过GPS信号、车轮传感器、陀螺等三种传感器获取数据，确定汽车的速度和位置。车轮传感器记录车轮的速度，产生的脉冲信号用于定

20、时计算行驶距离和方向变化。电子地图存储容量能够存储汽车运行区域的所有数据，车载电脑与存储道路网络数据不断比较判断，更正定位误差从而确定最佳行驶路径。多用单片机结构，嵌入式操作系统，软件代码存储于ROM中，代码简洁，运行可靠，启动及关闭迅速，具有几乎完整的组件和输入输出端口，适应汽车恶劣的工作环境，在高温或低温以及剧烈振动环境下工作可靠性高。实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/293.3 自主导航（一）汽车自动导航系统的作用是根据车辆当前位置和用户输入的车辆目的地、参照电子地图计算的行驶路线，并在行驶中将信息提供给驾车者。其主要特征是每套车载导航设备都自带电子地图，定位和导航功能全部由车

21、载设备完成。它的工作过程主要有以下步骤：1、输入数据信息 出发前，车主将目的地输入到导航设备中，在系统显示的电子地图上直接点击，或者是借助某种输入方法，将目的地名称输入到系统中。根据输入设备的不同，可以有不同的地名输入方法； 目前人们也在开发语音识别技术的产品。实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29自主导航（二）2、显示电子地图 汽车导航系统中至关重要的一部分是存储在光盘或内置存储器(如硬盘)中的电子地图，电子地图中存储了一定范围内的地理、道路和交通管制信息，与地点对应存储了相关的经纬度信息。汽车导航主机从经过计算确定的当前点经纬度，通过与电子地图数据的对比，就可以随时确定车辆当前所

22、在的地点； 一般汽车导航系统将车辆当前位置默认为出发点，在用户输入了目的地之后，导航系统根据电子地图上存储的地图信息，就可以自动计算出一条最合适的推荐路线。在有的系统中，用户还可以指定途中希望经过的途径点，或者指定一定的路线选择规则(如不允许经过高速公路、按照行驶路线最短的原则等)。推荐的路线将以醒目的方式显示在屏幕上的地图中，同时屏幕上也时刻显示出车辆的当前位置，以提供参考； 偏离路线后，重新根据确定的规则计算更新推荐路线。实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/293.4 输出设备输出设备汽车自动导航系统的输出设备包括显示屏幕和语音输出设备。显示屏幕是液晶显示屏(支持手写输入时，显示屏

23、表面还有一张透明的触摸屏）；主要显示内容包括：地图(包括相应的道路名称、公路编号、重要地点名称等)、车辆的当前位置、推荐路线等，根据用户的设定还可以显示附近的维修站、加油站、停车场及其他公共服务单位的名称及地理位置等信息，以方便用户需要；汽车导航系统操作的简便性是设计者追求的目标，实际上这也涉及到一个安全的问题，因为驾车者不允许一边开车一边看电子地图。因此，设计者都考虑针对汽车导航系统应用需求开发语音及语音识别技术。实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/293.5 电子地图电子地图汽车导航系统的应用关键是电子地图。随着城乡建设及道路变化，电子地图也会定期更新。建立公共交通信息电台，通过移

24、动通讯形式或电台发送最新的交通信息提供给汽车上的导航设备对汽车上电子地图的信息随时进行修正。我国对于地图的出版有严格的规定。电子地图标准性、政策性、保密性、技术性较强，是国家版图、行政区划界线的科学表达，因此电子地图一定要经审核后才能出版。为了适应汽车自动导航设备需要根据行驶区域、路线、自动或人工改变地图比例尺的需求，汽车导航系统所使用的地图必须是以向量方式记录的。实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29车辆定位车辆定位路径规划路径规划路径引导路径引导数字地图数据库子系统数字地图数据库子系统GPS推算定位DR目的地信息系统声音引导图象引导数字地图信息地图坐标数据网络拓扑数据特征属性数据

25、路段的特征属性结点的特征属性数据管理查询检索更新路线信息车辆位置信息实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29四、导航地理数据模型四、导航地理数据模型实验室S集成与多媒体通讯课程1基础地理数据与导航地理数据比较基础地理数据与导航地理数据比较 基础地理数据导航地理数据数据内容数据内容n以同样重要程度全面描述了地理空间中的地物特征n主要刻画道路网络信息，以信息索引数据和背景数据作为参考信息数据数据组织结构组织结构n用“比例尺”的概念来描述地图对现实世界不同详尽程度的表达，较小比例尺的要素通常需进行“综合”n不同比例尺数据按照相应图幅组织n数据集的描述与表达无比例尺的概念n在一个数据集中集成地

26、表达不同详细程度、不同抽象程度的道路拓扑关系拓扑关系n不表达道路之间的交通关系n通常定义数据中点、线、面的拓扑关系n表达道路网络的连通关系n路段以道路中心线或交通流方向为建模目标实验室S集成与多媒体通讯课程1基础地理数据中道路的表示基础地理数据中道路的表示道路以中心线表达道路以中心线表达立交桥以点或图示符号的方式表达立交桥以点或图示符号的方式表达不表示道路间的立交关系不表示道路间的立交关系实验室S集成与多媒体通讯课程1实验室S集成与多媒体通讯课程1内容简化内容简化内容增加内容增加模型改变模型改变 传统测绘产品不能满足导航地理数据库传统测绘产品不能满足导航地理数据库的基本要求的基本要求基础地理数

27、据基础地理数据 导航地理数据导航地理数据实验室S集成与多媒体通讯课程1实验室S集成与多媒体通讯课程1实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29导航地理数据模型与交导航地理数据模型与交换格式换格式(GB/T 19711-2005)实验室S集成与多媒体通讯课程1应用范围：应用范围：ITS用于ITS（Intelligent Transportation Systems）的地图数据“建模”与“交换” 车载导航(NAV) 实时引导 基于位置的服务(LBS) 离我最近的“服务”在什么地方？ 交通管理(TTM) 协助交通管理中心进行交通情况监控与疏导 先进驾驶者辅助系统（ADAS） 适应性巡航控制，弯

28、道车速报警与控制，车道偏离报警与控制,.实验室S集成与多媒体通讯课程1应用范围：功能分类应用范围：功能分类地图显示 美观、易读（NAV/LBS/TTM）地理编码 能够对起始点与目的地的地址信息进行定位（NAV/LBS/TTM/ADAS）定位 为GPS应用提供坐标信息（NAV/LBS/ADAS）路径规划 确定出行路径 (NAV/LBS/TTM/ADAS)行驶引导 转向实时引导（NAV/LBS）信息服务 提供POI信息与动态服务信息（NAV/LBS/TTM）实验室S集成与多媒体通讯课程1应用范围：功能需求应用范围：功能需求地图数据满足以下要求 对现实世界建模 要素的一般精度（NAV/LBS/TTM

29、）的或高精度（ADAS）几何表达 要素网络拓扑 交通规则 完整的地址模型 POI信息 高程模型（ADAS）实验室S集成与多媒体通讯课程1应用范围：非应用范围：非ITS领域领域ITS以外领域的应用 是独立于应用的数据模型 不依赖于数据提供商和操作系统 是对“现实世界”的建模 可在非面向ITS的GIS系统中应用实验室S集成与多媒体通讯课程1作用作用在不同的应用之间共享地理信息减少生产商的成本、降低用户消费价格 不同应用之间的成本均摊 统一生产过程、格式，降低生产成本 开放标准刺激竞争适应不断发展的市场需求 为应用开发者提供了稳定的开发基础 为产品与服务提供了技术框架实验室S集成与多媒体通讯课程1基

30、本内容（基本内容（1）从四个层面描述地图数据 概念层：数据内容的最高层抽象描述（总体概念） 现实世界对象（如一个线要素）及其特征（属性）的数据库表达 内容层：单个数据元素的定义 一个道路元素是，街道名称是 逻辑层：总体概念的逻辑组织 一个线要素由起始结点、形状点以及终止结点表达 起始结点由X与Y坐标表达 形状点 一个X坐标是一个10位数 物理层：物理表现 一个线要素记录包含X个字段，有Y个属性实验室S集成与多媒体通讯课程1基本内容（基本内容（2）独立于具体应用的数据模型数据内容分类 要素（Feature Catalogue） 属性（Attribute Catalogue） 关系（Relatio

31、nships Catalogue）数据表达规则 元数据 逻辑与物理数据规范实验室S集成与多媒体通讯课程1总体概念模型：基本数据组织单元总体概念模型：基本数据组织单元独立于具体应用的数据模型 要素：现实世界中地理实体或在某个地理位置的活动在数据库中的表达 属性：要素所具有的性质 关系：一个要素所具有的涉及到其它要素的特性要素要素属性属性关系关系实验室S集成与多媒体通讯课程1 几何（几何（Geometry） 要素（要素（feature）复杂要素复杂要素属性属性关系关系点要素点要素线要素线要素面要素面要素结点结点边边面面坐标坐标实验室S集成与多媒体通讯课程1 “要素（Feature）”是现实世界地理

32、对象(object)在数据库中的表达，如道路、建筑物等。每个要素必须属于且仅属于一个要素种类(Feature Class)和一个要素主题（Feature Theme）。要素种类和要素主题由一个名称（Name）和一个代码(Code)唯一标识。每个要素可以有零个、一个或多个属性（Attribute），并可以与一个或多个要素相关联。每个要素只可以表达为一个要素表达类型（Feature category）。要素表达类型 定义为点要素、线要素、面要素和复杂要素。单向箭头线表达子类约束。模型中点要素、线要素、面要素均表示了两次，表明这些要素在图形数据文件中可以用两种方法来表达。其区别在于本标准所支持的不同

33、类型的拓扑关系。因而首先应注意信息存储在哪个层次。 实验室S集成与多媒体通讯课程1总体概念模型：拓扑总体概念模型：拓扑非显式拓扑：没有显式定义对象之间的拓扑关系，即拓扑关系仅仅通过坐标值来定义。连通拓扑：明确定义了维与维对象之间的拓扑关系。但没有明确定义这些对象与维对象之间的拓扑关系完全拓扑：、维对象之间的所有拓扑关系都明确定义。 实验室S集成与多媒体通讯课程1总体概念模型：要素总体概念模型：要素线要素线要素面要素面要素面面边边点要素点要素结点结点复杂要素复杂要素Level-2Level-1要素的集合要素的集合Level-1添加类型添加类型Level-0基本几何图元基本几何图元实验室S集成与多

34、媒体通讯课程1总体概念模型：属性总体概念模型：属性11.n属性属性复杂属性复杂属性简单属性简单属性子属性子属性1.n限制性子属性限制性子属性1实验室S集成与多媒体通讯课程1要素分类与定义：要素主题要素分类与定义：要素主题内容规范：要素主题（Feature Theme） 道路与车渡 行政区域 命名区域 土地覆盖与利用 构造物 铁路 水系 道路附属设施 服务 公共交通 链参考要素 通用要素实验室S集成与多媒体通讯课程1道路与车渡道路与车渡1-层（简单要素）层（简单要素）2-层（复杂要素）层（复杂要素）道路元素道路元素连接点连接点渡口联络线渡口联络线封闭交通区域封闭交通区域地址区域边界元素地址区域边

35、界元素地址区域地址区域路段路段交叉口交叉口渡口渡口环岛环岛聚合路聚合路汇交路口汇交路口实验室S集成与多媒体通讯课程1位于位于边界上边界上被被界定界定包含包含属于属于1-层层属于属于包含包含2-层层道路元素道路元素（ID）连接连接点点（ID）渡口联络线渡口联络线（ID）界定界定开始于开始于界定界定结束于结束于包含包含属于属于属于属于包含包含开始于开始于界定界定结束于结束于界定界定包含包含属于属于地址区域地址区域边界元素边界元素（ID）包含包含属于属于 属于属于包含包含界定界定开始于开始于界定界定终止于终止于包含包含属于属于封闭交通封闭交通区域区域（ID）地址区域地址区域（ID）界定界定被界定被界

36、定包含包含属于属于路段路段（ID）渡口渡口（ID）交叉交叉口口（ID）开始于开始于界定界定结束于结束于界定界定界定界定开始于开始于界定界定结束于结束于聚合聚合路路（ID）汇交路口汇交路口（ID）环岛环岛（ID）包含包含属于属于实验室S集成与多媒体通讯课程11-层层实验室S集成与多媒体通讯课程11-层层道路元素道路元素的独立特性的独立特性道路元素道路元素CDCD独立于其它独立于其它道路元素道路元素。当。当CDCD被隔断被隔断时，交通流仍可在其它时，交通流仍可在其它道路元素道路元素通行。通行。道路元素道路元素AFAF与与BFBF的属性不的属性不同（名称不同），因而是同（名称不同），因而是彼此独立的

37、。彼此独立的。ADAD、DEDE和和ECEC的区别在于交通限制不同。的区别在于交通限制不同。实验室S集成与多媒体通讯课程11-层层非结构化的交通广场视为非结构化的交通广场视为封闭交通区域封闭交通区域地址区域地址区域实验室S集成与多媒体通讯课程12-层层实验室S集成与多媒体通讯课程12-层层实验室S集成与多媒体通讯课程12-层层实验室S集成与多媒体通讯课程12-层层实验室S集成与多媒体通讯课程12-层层实验室S集成与多媒体通讯课程1公共交通公共交通公交路线线段公交路线线段公交连接点公交连接点公交车站公交车站公交点公交点公交换乘区公交换乘区公交路线公交路线公交线路公交线路公交路线公交路线ID公交车

38、站公交车站ID包含包含存在于存在于包含包含存在于存在于路线线段路线线段ID连接点连接点ID开始于开始于界定界定结束于结束于界定界定公交点公交点ID包含包含存在于存在于线路线路ID包含包含存在于存在于换乘区换乘区ID包含包含存在于存在于实验室S集成与多媒体通讯课程1公共交通公共交通实验室S集成与多媒体通讯课程1铁路铁路铁路中的要铁路中的要素素铁路元素铁路元素ID铁路元素连接铁路元素连接点点ID开始于开始于界定界定结束于结束于界定界定实验室S集成与多媒体通讯课程1行政区划行政区划国家：由国家边境所界定的区域国家：由国家边境所界定的区域第第1至第至第7级行政区划：是一个国家行政结构中的中间区级行政区

39、划：是一个国家行政结构中的中间区划层划层第第8级行政区划：是一个国家在全国范围内存在的行政级行政区划：是一个国家在全国范围内存在的行政区划结构中的最低一层区划结构中的最低一层第第9级行政区划：是第级行政区划：是第8级行政区划的下一级。它可以只级行政区划的下一级。它可以只存在于部分第存在于部分第8级区划中级区划中跨国行政区划：由多个国家构成的区域跨国行政区划：由多个国家构成的区域行政地点：在行政区划层次结构之外定义的管理区域行政地点：在行政区划层次结构之外定义的管理区域行政区划边界元素行政区划边界元素行政区划边界连接点行政区划边界连接点实验室S集成与多媒体通讯课程1服务（服务（POIPOI） 在

40、某一位置的活动。代表的是一个活动而在某一位置的活动。代表的是一个活动而非活动发生所在地的建筑物。非活动发生所在地的建筑物。 机场机场ID露天大露天大型运动场型运动场ID高速公路休息高速公路休息区区ID上山上山缆索站缆索站ID收费站收费站ID饭店饭店ID旅游点旅游点ID旅馆旅馆ID银行银行ID服务中服务中的要素的要素服务入口点服务入口点ID实验室S集成与多媒体通讯课程1道路附属设施道路附属设施道路附属设道路附属设施主题中的施主题中的要素要素路标路标IDID环境设备环境设备IDID测量设备测量设备IDID交通标志交通标志IDID人行横道人行横道IDID照明灯照明灯IDID交通信号交通信号灯灯IDI

41、D安全设备安全设备IDID路面标记路面标记IDID实验室S集成与多媒体通讯课程1构造物构造物 交通网络中的重要建筑物，如桥梁、高架桥、隧道、渡槽、路堑（Cuttings）、廊道、防护墙（Retaining wall）、涵洞等 构造物构造物构造物主题构造物主题中的要素中的要素实验室S集成与多媒体通讯课程1水系水系对水体的表达对水体的表达 水体水体ID水体水体边界边界元素元素ID水体边水体边界连接界连接点点ID被界被界定定界定界定开始开始于于界定界定结束结束于于界定界定内 陆内 陆水体水体水道水道运河运河河流河流湖泊湖泊海水海水沿海礁沿海礁湖湖河口河口海、海、洋洋水库水库实验室S集成与多媒体通讯课

42、程1要素属性要素属性分段属性分段属性通用要素属性及用户自定义属性通用要素属性及用户自定义属性 实验室S集成与多媒体通讯课程1道路附属设施属性道路附属设施属性属于属于有有目的地位目的地位置置属于属于有有交通标志交通标志上的路线上的路线编号编号属于属于有有交通标志交通标志类型类型属于属于带有带有交通标志交通标志上的符号上的符号属于属于有有交通标志交通标志上的数值上的数值属于属于带有带有其它文字其它文字内容内容属于属于在在有效有效方向方向交通标志交通标志信息信息有有属于属于交通标志交通标志交通标志上交通标志上的目的地信的目的地信息息属于属于有有道路附属道路附属设施中的设施中的要素要素设备标识设备标识

43、属于属于有有出口编号出口编号有有 属于属于实验室S集成与多媒体通讯课程1要素关系：关系数据模型要素关系：关系数据模型要要素素关系关系关系类型关系类型属性属性具有具有属于属于图图层层包含包含包含于包含于作为作为成员成员参与参与涉及涉及1成员成员作为作为N成员参与成员参与涉及成员涉及成员具有具有属于属于n 交通关系交通关系n 要素空间关系要素空间关系n 链接关系链接关系实验室S集成与多媒体通讯课程1交通关系交通关系在在ISO GDF5.0中，由交通标志特别指明中，由交通标志特别指明的交通限制用关系（称为策略）来表达，的交通限制用关系（称为策略）来表达，而一般具有较普遍意义的交通规则只需用而一般具有

44、较普遍意义的交通规则只需用道路元素的属性来表达。道路元素的属性来表达。策略分为：策略分为：优先策略优先策略 禁止策略禁止策略 限制策略限制策略实验室S集成与多媒体通讯课程1优先策略优先策略优先策略优先策略（只能用于描述静态的行驶权，不描述由交通信只能用于描述静态的行驶权，不描述由交通信号灯控制的优先权号灯控制的优先权 ） 隐式：主路先行、直行先行、隐式：主路先行、直行先行、 显式：由交通标志指示显式：由交通标志指示关系代码关系代码 道路元素道路元素 连接点连接点 道路元素道路元素 道路元素道路元素 道路元素道路元素2104L711J1L712L522L5212104L511J2L721实验室S

45、集成与多媒体通讯课程1禁止策略禁止策略关系代码关系代码 道路元素道路元素 连接点连接点 道路元素道路元素 道路元素道路元素 道路元素道路元素2103 L711 J1 L712L522 L5212103 L723 J4 L521实验室S集成与多媒体通讯课程1限制策略限制策略实验室S集成与多媒体通讯课程1要素空间关系要素空间关系表达要素在空间表达要素在空间位置上的包含与位置上的包含与邻接关系邻接关系可以通过空间要可以通过空间要素的形状及位置素的形状及位置坐标推算，在模坐标推算，在模型中显式定义是型中显式定义是为了提高导航应为了提高导航应用中实时查询与用中实时查询与计算的速度计算的速度行政行政区划区

46、划建成区建成区域域管区管区有名称有名称区域区域服务服务道路元道路元素素相关相关 相关相关相关相关相关相关 相关相关相关相关 相关相关相关相关 相关相关连接点连接点相关相关 相关相关相关相关 相关相关建筑物建筑物相关相关 相关相关相关相关 相关相关服务服务相关相关 相关相关相关相关 相关相关相关相关 相关相关相关相关 相关相关建成区建成区域域相关相关 相关相关管区管区相关相关 相关相关相关相关 相关相关封闭交封闭交通区域通区域相关相关 相关相关相关相关 相关相关渡口联渡口联络线络线相关相关 相关相关相关相关 相关相关相关相关 相关相关相相关关实验室S集成与多媒体通讯课程1要素链接关系要素链接关系

47、路标与道路元素路标与道路元素汇交路口与出口汇交路口与出口交通元交通元素素ID立交跨越立交跨越ID构造物构造物ID有上层要素有上层要素作为上层要素参与作为上层要素参与有下层要素有下层要素作为下层要素参与作为下层要素参与构成构成由由组成组成实验室S集成与多媒体通讯课程1要素链接关系要素链接关系路标信息路标信息直达路线直达路线R1R1R2R2R3R3 珠海珠海 中山中山14 横沥横沥 坦尾坦尾2529L574L604L575S1关系代码关系代码 路标路标 道路元素道路元素 道路元素道路元素 属性值属性值2128 S1 L574 L604 珠海珠海 中山中山 14 2128 S1 L574 L575

48、横沥横沥 坦尾坦尾 25 29实验室S集成与多媒体通讯课程1交换格式交换格式交换格式 包含字母或数字字符的记录 记录长80个字节 数据组织 记录（records）包含于 分区（sections）包含于 层（layers）包含于 数据集（data sets）包含于 一个或多个卷（volumes）实验室S集成与多媒体通讯课程1交换格式的记录层次交换格式的记录层次实验室S集成与多媒体通讯课程1交换格式交换格式实验室S集成与多媒体通讯课程1交换格式交换格式元数据与数据记录实验室S集成与多媒体通讯课程1点要素记录点要素记录实验室S集成与多媒体通讯课程1线要素记录线要素记录实验室S集成与多媒体通讯课程1结

49、点记录结点记录实验室S集成与多媒体通讯课程1边记录边记录实验室S集成与多媒体通讯课程1属性记录属性记录实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29五、汽车导航关键技术五、汽车导航关键技术5 5.1 .1 时空一体化模型时空一体化模型多元数据采集与融合技术多元数据采集与融合技术逻辑模型与物理存储格式逻辑模型与物理存储格式5 5.2 .2 组合定位技术组合定位技术5 5.3 .3 路径规划技术路径规划技术实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/295.1 时空一体化模型时空一体化模型实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/295 5.1.1 .1.1 多元数据采集与融合建模多元数据采集

50、与融合建模道路数据的采集 道路网 （基础数据） 设施信息 属性信息实时交通信息的采集与管理 （重点）实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29 实时交通信息编码与表达实时交通信息编码与表达实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29实时交通信息发布实时交通信息发布实验室S集成与多媒体通讯课程1实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29实时实时交通系统交通系统的概述的概述实时智能交通运输系统（ITS）是人们彻底解决交通拥挤、交通事故以及环境污染等交通问题的杀手锏，它将先进的信息、数据通迅传输、电子控制、传感器以及计算机处理等各种技术有效地综合运用于整个运输体系，从而建立起一种大范

51、围、全方位地发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理系统，使人、车、路都得以密切配合、和谐统一，极大地提高交通运输效率，保障交通安全，改善环境质量，提高能源利用率。先进的交通信息系统（ATIS）是ITS 的重要组成部分，也是发展ITS 的基础和关键技术，ATIS 是建立在完善的信息网络基础上的，交通参与者通过装备在道路上、车上、换乘站上、停车场上以及气象中心的传感器和传输设备，可以向交通信息中心提供各处的交通信息。 实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29类类分分件件事事息息信信通通交交时时实实 按照按照ISO14819-2-2006ISO14819-2-2006的规定，实时交通信息可

52、分为以下的规定，实时交通信息可分为以下3131类：类：编号编号 事件类别事件类别编号编号 事件类别事件类别1level of service17wind and air quality2expected level of service18activities3accidents19security alerts4incidents20 delays5closures and lane restrictions21cancellations6carriageway restrictions22travel time information7exit restrictions23dangerou

53、s vehicles8entry restrictions24exceptional loads/vehicles9traffic restrictions25traffic equipment status10carpool information 26size and weight limits11road works 27parking restrictions12obstruction hazards 28parking13dangerous situations 29reference to audio broadcasts14road conditions 30service me

54、ssages15temperatures31special messages16precipitation and visibility实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29l EURO SCOUT EURO SCOUT 是以红外线信标为媒体的动态路线引导系统。车辆和信标间的红外线通信是双向进行的，汽车就变为一个探头，将旅行时间、排队等候时间及OD 信息等交通信息数据传输给中央引导计算机。欧洲的代表性系统欧洲的代表性系统实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29RDS-TMCRDS-TMC实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29RDS-TMC特点特点实验室S集成与多媒体

55、通讯课程12022/5/29实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29美国的代表性系统美国的代表性系统lTRAVTEK TRAVTEK以实时路线引导和服务信息系统实用化为目的，由交通管理中心、信息与服务中心、装有导航装置的车辆组成。交通管理中心进行道路交通信息的收集、管理及提供，同时还进行系统运行所必需的信息管理和提供；信息服务中心收集观光设施、旅馆、饭店等为对象的各种服务信息；车载导航装置由车辆位置测定、路线选择及接口3 种功能构成，可显示交通堵塞地段、事故及施工等信息的奥兰多地区的地图、按驾驶员需要进行的路线引导及提供服务的文字信息等。实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29

56、lADVANCE ADVANCE通过电波的双向通信直接将车载导航装置和交通管制中心连通，导航装置由接触式屏幕、显示器及导航计算机构成。一输入最终目的地便可利用最新交通信息计算最佳路线。路线引导是采用声音合成及用显示器上的符号指示的形式。美国的代表性系统美国的代表性系统实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29lFASTTRAC FASTTRAC是把先进交通管理系统（ATMS）和先进交通信息系统（ATIS）技术组合在一起的ITS 项目，它计划进行使实验车辆与信息控制方式统一的试验，亦即根据车辆测量的等候时间等使信号控制和绿色信号实现最佳化。美国的代表性系统美国的代表性系统实验室S集成与多媒

57、体通讯课程12022/5/29日本的代表性系统日本的代表性系统VICS VICS中心通过日本道路交通通信中心汇总交通管理者和道路管理者双方的交通信息。由VICS 提供的信息有：交通堵塞信息、所需时间信息、交通障碍信息、交通管制信息和停车场信息5 种。实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29ATIS ATIS是先进的交通信息服务系统，它的通信媒体是电话线路（无线、有线）。交通信息利用者通过车上装载的导航装置或自己家及办公室的微机，可按需要接收多媒体的地图信息和文字信息。日本的代表性系统日本的代表性系统实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29 VICSVICS实验室S集成与多媒体通

58、讯课程12022/5/29实时交通信息的原理实时交通信息的原理（VICS）信息收集信息处理信息传输实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29VICSVICS特点特点实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29提供信息内容提供信息内容通过电波信标，主要提供行驶方向的有关信息：通过电波信标，主要提供行驶方向的有关信息：l高速公路各出入口之间的驾驶时间以及包括附近一般道路在内的交通堵塞信息和道路分流指南。l交通事故信息和车速、车道限制以及轮胎防滑链加装规定等信息；l高速公路休息服务区域和停车区域的车位空置状况信息。通过光信标，主要提供行驶方向的有关信息：通过光信标，主要提供行驶方向的有关信

59、息：l交通堵塞信息以及驾驶所需时间；l交通事故以及有关事故车辆的信息和因施工而实行的道路限制等信息；l停车场的车位空置状况信息。通过调频多重广播，主要提供以下有关信息：通过调频多重广播，主要提供以下有关信息：l广泛区域的交通堵塞信息和驾驶所需的时间；l广泛区域内的交通事故、道路施工以及车速、车道限制的信息；l停车场的位置和车位空置状况信息。实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/29交通信息显示三种类型交通信息显示三种类型1、文字显示型、文字显示型 即在车载机的显示器上以文字的形式显示VICS信息。它用文字提供时刻变化着的道路 交通状况信息，帮助驾驶员选择行车路线。一般道路光信标&电波信标

60、高速道路一般道路多重调频广播高速道路实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/292、简易图形显示型、简易图形显示型 即在车载机的显示器上以简单的图形显 VICS信息。其特点是，以道路交通信息模 型化的简易图形和文字来显示交通堵塞地点 和地段行驶时间。交通信息显示三种类型交通信息显示三种类型一般道路光信标&电波信标城市快速路一般道路多重调频广播城市快速路红色： 严重堵塞黄色： 轻微堵塞实验室S集成与多媒体通讯课程12022/5/293、地图显示型、地图显示型 即在车载机显示器的地图画面上集中显示交通堵塞等各种信息。由于行驶地点和堵塞地段一目了然，所以，驾驶员可以根据随时变化的道路交通状况来选