電子地圖車載導航管理論文

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[論文關鍵詞]GPS技術車載導航系統應用

[論文摘要]GPS車載導航設備作為一種全新概念的汽車電子用品，可以在地理信息服務、城市導航、自駕遠游等方面為車主提供諸多便利。在歐美、日本等國，GPS車載導航儀已經成為大眾的一個生活輔助工具，甚至是必需品。通過對日常生活的客觀狀況的了解，提出自己粗略的見解。

目前，隨著私家車保有量的大幅提升，參與國內GPS市場角逐的企業也如雨后春筍，GPS車載導航儀產品不再是少數專業人士及探險家手里的“發燒”級裝備。選購此類高科技產品時，消費者往往處于“一知半解”的狀態，容易產生困惑和迷茫。

一、GPS地圖衛星定位系統技術內容簡介

（一）GPS技術系統簡介

GPS（GlobalPositioningSystem），一般譯為“全球衛星定位系統”，是美國國防部安排部署的，其首要的任務是為美軍及其盟軍提供全球范圍內不間斷的定位、導航等數據。GPS系統包括GPS衛星、GPS監控站，以及用戶接收設備和GPS應用軟件等部分。GPS系統目前共有24顆衛星分布在6條固定的軌道上，繞地球運行。軌道距地面約20400km，每顆星以12h為周期，連續向地面發送關于時間和自身位置的精確信息。

由于地球上任一點到衛星的距離不等，且都有一組相對應的比較確定的數據，因此在實際應用中在用手持接收器于測式點接收到這一組數據信號時，即可用這組數據到達的時間差來計算該點相對衛星的距離，并以此來確定該點的相對位置，從而達到定位的目的。根據計算公式，定位有二維和三維之分，二維定位至少需要接收三顆衛星的星歷；而三維定位至少要接收四顆衛星的星歷。

（二）其他衛星定位系統

GPS地圖導航衛星系統除美國的GPS衛星系統外，能與其比擬的就是俄國的GLONASS衛星系統，也是24顆衛星組成的系統，由于經費困難，缺乏維護和補充，目前可能有19顆可用，隨著俄國經濟的復蘇和軍事上的需要，將會得到完善和健全。GLONASS系統是開放性，有利于使用，許多GPS生產廠商，為了提高GPS接收機使用性能和精度，都積極地研究GPS與GLONASS結合雙系統應用軟件，充分地利用GLONASS系統，已初見成效。如美國JAVAD公司GPS接收機，利用超級集成技術，在芯片中集成40個通用信道，把GPS與GLONASS的差異無端地縮小了，結合起來使用，使觀測衛星增多。

歐洲的GNSS系統：歐洲的策略是盡可能地利用GPS的星基或空基導航取代陸基導航，以達到最大的成本效益比。但也堅信不能依靠由他國軍方控制的衛星系統來實現本國的導航，所以，正在積極建立自己衛星導航系統GNSS，它的目標是分二步走，首先發展一個民間GNSS－1，其主要內容是對現有GPS和GLONASS的星基進行增強，即利用靜止衛星，面向歐洲范圍內的導航提供服務，即EGNOS計劃，已于95年啟動，99年實現初始運行能力，2002年實現全運行能力。第二個目標建成GNSS－2，從區域性漸進地擴展成全球系統。日本也正在積極籌劃建立日本的多功能衛星增強系統（MSAS）。在我國GPS的開發研究與應用不斷在深化和廣化。特別是建立了全國永久性GPS跟蹤網和相應的通訊網絡和數據處理設施，并發展成為我國GPS的綜合性服務體系，為國民經濟建設、國防建設和社會進步提供了服務。GPS接收機制造與生產也從無到有，工藝水平也不斷在提高，價格大大地低于進口的同類產品。在不久的將來我國也將有自己制造和發射的衛星導航定位系統。

二、車載導航GPS地圖的應用原理及其應用模式

（一）車載導航GPS地圖的應用原理

利用GIS中的電子地圖和GPS接收機的實時定位技術，組成GPS+GIS的各種電子導航系統。

（二）車載導航電子地圖的應用模式

車載導航電子地圖的應用模式主要有如下二種：一是GPS單機定位＋矢量電子地圖。該系統可根據目標位置（工作時輸入）和車船現位置（由GPS測定）自動計算和顯示最佳路徑，引導司機最快地到達目的地，并可用多媒體方式向駕駛員提示。制作矢量地圖數據庫需要花費較大成本。二是GPS差分定位＋矢量電子地圖。該系統通過固定站與移動車船之間的兩臺GPS偽距差分技術，可使定位精度達到1～3M，當采用雙向通訊方式時，則可構成車船的自動導航系統，又可將移動車船上的GPS定位結果準確實時地傳送到控制中心，并在電子地圖上顯示出來，構成交通網絡監控指揮系統。為了防止在樓群遮擋時收不到足夠的GPS衛星信號，在車上除裝有GPS接收機以外，還裝有低價格的壓電振蕩陀螺。利用卡爾曼濾波算法同時處理GPS、里程計和陀螺儀的數據來進行運載體的實時定位。

三、GPS定位過程簡介

GPS結合電子地圖能夠實現城市交通管理、車輛調度管理，公安、銀行車輛，港口、河流船舶的自動導引與監控，具有巨大的應用潛力。根據地形圖制作而成的矢量電子地圖，GPS坐標還需經過坐標轉換才能正確與之匹配。下面將從GPS定位坐標系、WGS-84大地坐標、地圖投影、平面坐標變換等幾方面詳細討論坐標匹配問題。GPS定位過程主要有如下幾個步驟：

1.確定用戶的宇宙直角坐標系位置，即用戶的X、Y、Z位置。

2.宇宙直角坐標系至WGS-84大地坐標系的轉換，既求出用戶的WGS-84大地坐標位置λ、φ、h。

3.坐標投影轉換，即將球面坐標λ、φ、h轉換成平面電子地圖投影坐標，如高斯-克呂格投影坐標。

4.二維平面相似性變換，即經過平移、旋轉、縮放運算，達到其與GPS地圖的配準。上述四個過程全部都是由計算機用程序自動計算獲得，具體算法這里介紹從略。

四、基于GPS和電子地圖的車輛自動導航系統的組成及功能

（一）基于GPS和電子地圖的車輛自動導航系統的組成

整個GPS電子地圖車輛動態引導系統構成如下圖所示，它由主控計算機、液晶顯示器、語音報警器、遙控器、組合導航處理器、GPS傳感器、速率陀螺儀、光驅等組成。主控計算機視用戶需求不同，可以是通用計算機，也可以是專用處理器。

（二）基于GPS和電子地圖的車輛自動導航系統的功能

本系統可以實現車、船等運動載體的電子地圖中的實時跟蹤顯示、最優路徑選擇及導引、顯示導航信息、地圖檢索、語音提示告警、矢量圖分層顯示及縮放顯示；可以滿足城市車輛，港口、河流、海用船只的導引與監視，GPS＋航跡推算組合導航功能即使在信號不正常的條件下也能正確引導。電子地圖存儲于光盤中，可存儲大容量矢量電子地圖。矢量電子地圖生成點陣形式存放于主機內存中，可達到地圖檢索和車輛跟蹤的平滑效果。車船行至地圖邊緣時，將自動從光盤中調入下一幅新的矢量圖，實現自動切換。

參考文獻：

[1]左偉．GPS技術及其在導航電子地圖中的應用[J]．地圖，2001（04）.