第1節(jié)車載設(shè)備系統(tǒng)

1、第一節(jié)車載設(shè)備系統(tǒng)機械工業(yè)出版社 概述車載系統(tǒng)是ITS設(shè)施中涉及的一個主要應(yīng)用系統(tǒng)，它可采取相對低級或高級的形式，具備簡單或復(fù)雜的功能。低級的如依靠人工計算在紙質(zhì)的地圖上確定車輛位置。PART ONE概述高級的則是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，配有車載計算機、GPS接收機和各類傳感器等車載設(shè)備，充分利用檢測、通信、計算機、控制、GPS和GIS等現(xiàn)代高新技術(shù)，動態(tài)地向駕駛?cè)颂峁崟r交通信息和最優(yōu)路徑引導(dǎo)指令，通過對道路上的車流進(jìn)行誘導(dǎo)，從而平衡路網(wǎng)車流以時空上的合理分配，提高道路網(wǎng)絡(luò)運輸效率，緩解和防止交通阻塞，減少空氣污染。PART ONE一、概述圖8-1車輛定位與導(dǎo)航系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫數(shù)字地圖

2、數(shù)據(jù)庫包含以預(yù)定格式存儲的道路及其屬性信息，能被計算機處理，用以提供與地圖有關(guān)的服務(wù)，如車輛定位、道路分類、交通限制和旅行信息等。定位模塊定位模塊此模塊綜合各種不同傳感器的輸出或使用無線測量技術(shù)來精確計算車輛的位置和速度等信息，從而可推斷其運行的路段和將要抵達(dá)的交叉口。地圖匹配單元地圖匹配單元用于將由定位模塊獲得的車輛位置數(shù)據(jù)定位于由地圖數(shù)據(jù)庫提供的地圖上的某一位置或路徑上。路徑選擇單元路徑選擇單元用于幫助駕駛?cè)嗽诔霭l(fā)前或出行中選取合適的路徑。這種選擇傳統(tǒng)上是基于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的，即靜態(tài)的。路徑引導(dǎo)單元路徑引導(dǎo)單元它用于引導(dǎo)駕駛?cè)搜刂陕窂竭x擇單元選定的路徑順利行駛。它由各種路徑引導(dǎo)指令組成，需要

3、動態(tài)的、準(zhǔn)確的車輛位置信息。人機接口界面人機接口界面它用于使用戶與系統(tǒng)進(jìn)行交互，可以為文字界面、圖形界面、甚至語音界面。無線通信單元無線通信單元它提供各單元模塊間的信息交流，特別是可使車載系統(tǒng)實時接收最新的路況信息，以使車輛更安全、有效地行駛。上述各個分支單元均為實現(xiàn)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊，不但要使各分系統(tǒng)構(gòu)造合理，更要注意它們能相互配合和協(xié)調(diào)，從而使整個大系統(tǒng)良好地運行，滿足實際要求，這就是系統(tǒng)工程的意義所在。二、數(shù)字地圖模塊數(shù)字地圖模塊是包含在地圖相關(guān)功能的車載系統(tǒng)中不可分割的部分，與之相關(guān)的車載設(shè)備包括計算機、光盤機等部件。如果沒有地圖，要讓駕駛?cè)嗽诓皇煜さ膮^(qū)域先進(jìn)交做出正確的路徑選擇是

4、非常困難的。用地圖作為一個媒介，復(fù)雜的信息能夠比較容易地交換。PART TWO1)顯示地圖。2)使用一個街道地址或相關(guān)的交叉口來定位一個地址或目的地。3)計算一個旅行路徑。4)引導(dǎo)駕駛?cè)搜刂粋€預(yù)先規(guī)劃好的路徑行駛。5)將由傳感器得到的車輛運行軌跡匹配到地圖中的公路網(wǎng)絡(luò)上，以便更準(zhǔn)確地確定車輛的實際位置。6)提供有關(guān)旅行信息如旅行指引、風(fēng)景點、賓館和餐飲信息等。二、數(shù)字地圖模塊的功能3種可提供的方式1)用數(shù)字掃描儀數(shù)字化一幅紙質(zhì)地圖，從而可將其存儲于計算機的存儲器內(nèi)作為一個柵格編碼結(jié)構(gòu)的數(shù)字化圖像。3)通過因特網(wǎng)進(jìn)入相關(guān)網(wǎng)站，如美國的3A網(wǎng)站、中國的go2map網(wǎng)站等，可下載或瀏覽有關(guān)地區(qū)及城

5、市的電子地圖。2)將紙質(zhì)地圖轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或矢量編碼結(jié)構(gòu)，以便存儲于計算機，然后按需要的功能或特性，以不同的方式呈現(xiàn)給用戶。三、定位模塊定位模塊是車輛定位與導(dǎo)航系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵模塊，其相關(guān)的車載設(shè)備包括GPS接收機以及其它各類傳感器。為了幫助駕駛?cè)双@得車輛位置或者提供給用戶適當(dāng)?shù)牟僮髦噶?，車輛的位置都必須首先被 準(zhǔn)確地確定。因此，獲得精確和可靠的車輛定位信息對于任何好的車輛定位和導(dǎo)航系統(tǒng)而言都是一個基本的先決條件。PART THREE三、定位模塊定位的概念一方面是指確定一部車輛的地球坐標(biāo)以定位其在地球表面的絕對位置，另一方面含義是確定車輛與重要的標(biāo)志性建筑或其它特征物體的關(guān)系，可將其理解為相對

6、位置。這些工作均主要由定位模塊完成?；镜亩ㄎ患夹g(shù)包括傳感器技術(shù)和傳感器信號融合技術(shù)。PART THREE三、定位模塊目前，使用的定位技術(shù)主要有三種，即獨立計量、衛(wèi)星定位和無線測量技術(shù)。航位推算是一個典型的獨立計量技術(shù)，而最普通的衛(wèi)星定位技術(shù)就是給車輛配備一個GPS接收器。航位推算與GPS技術(shù)是目前車輛定位和導(dǎo)航系統(tǒng)中最廣泛應(yīng)用的技術(shù)，而無線測量技術(shù)的應(yīng)用則并不普遍。PART THREE三、定位模塊表8-1各種定位技術(shù)的性能比較技術(shù)性能航位推算（DR）差（長時段差，短時段優(yōu)）無線電測量一般（150200m，可以改善）GPS定位較好（100300m，SA，無蔭蔽）DR+地圖匹配（MM）較好（20

7、50m，無損耗情況）DGPS好（1020m，無蔭蔽情況）GPS+DR+MM更好（1550m,連續(xù)）DGP+DR+MM最好（1015m，連續(xù)）三、定位模塊由于各種限制，沒有任何單個的傳感器能不間斷的提供車輛定位與導(dǎo)航系統(tǒng)所需要的精確的位置信息。最普通的解決方法就是將若干不同的傳感器信號進(jìn)行“融合，以使它們互補，從而完成系統(tǒng)的要求，因此，若干個傳感器，它們相互結(jié)合，以滿足總體性能要求。PART THREE圖8-2普通定位模塊三、定位模塊由普通定位模塊的圖所示，它是基于許多不同的定位傳感器，如GPS接收機，慣性陀螺等組成，由于GPS在高大建筑的陰影下會丟失信號，所以現(xiàn)在一般是將其與其它信號“融合”，

8、以保證其定位精度。PART THREE四、地圖匹配單元地圖匹配單元在車輛定位與導(dǎo)航系統(tǒng)中直到非常重要的作用，它利用數(shù)字地圖使定位系統(tǒng)更加可靠、準(zhǔn)確，與之相關(guān)的車載設(shè)備為計算機和各類傳感器。PART FOUR四、地圖匹配單元為了給駕駛?cè)颂峁┻m當(dāng)?shù)摹安僮鳌敝噶?，或?qū)④囕v準(zhǔn)確地顯示在地圖，車輛的位置都必須精確地確定，因此，準(zhǔn)確的車輛位置是保證系統(tǒng)性能良好的先決條件。四、地圖匹配單元航位推算能計算出車輛相對 另一位置的行駛軌跡，車輛在方向和距離上相對于起點的逐步變化被用來跟蹤其位置，但不免會有積累誤差，這些誤差使車輛位置的推算不準(zhǔn)確，而且即使具有非常好的傳感器的矯正和“融合”技術(shù)，不準(zhǔn)確也是不可避免的

9、，作為這些不準(zhǔn)確的后果，實際車輛位置將與計算車輛位置不符。這些不準(zhǔn)確性隨著行駛距離的增加進(jìn)一步擴(kuò)大，誤差增加。PART FOUR四、地圖匹配單元為了解決這種不確定性，地圖匹配單元的作用就是將由“航位推算”得到的車輛位置與數(shù)字地圖上的一個實際位置對應(yīng)起來，也即當(dāng)“航位推算”算出車輛在地圖的某一位置時，匹配單元會根據(jù)實際情況將它調(diào)整至另一個更為可能的位置。這樣可以消除至下一個地圖匹配步驟的累積誤差，從而通過在系統(tǒng) 的每個后循環(huán)中執(zhí)行這個過程，就可以得到一個更為準(zhǔn)確的車輛位置信息。PART FOUR四、地圖匹配單元誠一個好的地圖匹配算法能夠極大的提高定位的準(zhǔn)確性，其道理很明顯。與空中或海洋的運輸不同，道路運輸車輛基本上是限制在道路網(wǎng)絡(luò)中運行的，只是偶爾儲存停車場或其它的非道路地點。這就使得使用計算機算法將車輛運行軌道與數(shù)字地圖上的道路信息相互匹配成為可能。誠一個地圖匹配算法可以將基于各種傳感器得到的車輛位置對應(yīng)到道路網(wǎng)絡(luò)中去，其方法就是將車輛的運行軌道在數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫中標(biāo)明了的道路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較。當(dāng)然，這也就意味著假定車輛是運行在道路上的，這個單元中，車輛的行駛軌跡不斷地與組成道路網(wǎng)絡(luò)的一系列相連的路段做比較，通過模式識別和匹配過程，車輛相