汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)

   　汽車(chē)導(dǎo)航是近年興起的一種汽車(chē)駕駛輔助設(shè)備，駕車(chē)者只要將目的地輸入汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)電子地圖自動(dòng)計(jì)算出最合適的路線，并在車(chē)輛行駛過(guò)程中（例如轉(zhuǎn)彎前）提醒駕駛員按照計(jì)算的路線行駛。

　　在整個(gè)行駛過(guò)程中，駕車(chē)者根本不用考慮該走哪條路線就能快捷地到達(dá)目的地。

　　當(dāng)前的汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)包括兩部分：全球定位系統(tǒng)和車(chē)輛自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)。汽車(chē)導(dǎo)航設(shè)備一般是由GPS天線，集成了顯示屏幕和功能按鍵的主機(jī)，以及語(yǔ)音輸出設(shè)備（一般利用汽車(chē)音響系統(tǒng)輸出語(yǔ)音提示信息）構(gòu)成的。受車(chē)內(nèi)安裝位置的限制，一般汽車(chē)導(dǎo)航設(shè)備和汽車(chē)視像音響合成在一起，可以播放CD、VCD和DVD碟，其中DVD驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)讀取電子地圖DVD光盤(pán)，因此，一些汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)又稱(chēng)為DVD導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　一、全球定位系統(tǒng)GPS

　　介紹汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)必然要涉及到全球定位系統(tǒng)，即GPS。GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的縮寫(xiě)，它是由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控和用戶接收等三大部分組成?？臻g衛(wèi)星由24顆衛(wèi)星組成一個(gè)分布網(wǎng)絡(luò)，分別分布在6條離地面 2萬(wàn)公里、傾斜角為55°的地球準(zhǔn)同步軌道上，每條軌道上有4顆衛(wèi)星。GPS 
衛(wèi)星每隔12小時(shí)繞地球一周，使地球上任一地點(diǎn)能夠同時(shí)接收7～9顆衛(wèi)星的信號(hào)。

　　地面共有1個(gè)主控站和5個(gè)監(jiān)控站負(fù)責(zé)對(duì)衛(wèi)星的監(jiān)視、遙測(cè)、跟蹤和控制。它們負(fù)責(zé)對(duì)每顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，并向主控站提供觀測(cè)數(shù)據(jù)。主控站收到數(shù)據(jù)后，計(jì)算出每顆衛(wèi)星在每一時(shí)刻的精確位置，并通過(guò)3個(gè)注入站將它傳送到衛(wèi)星上去，衛(wèi)星再將這些數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電波向地面發(fā)射。

　　二、汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)

　　汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)中的GPS信號(hào)接收器接收衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)，根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)計(jì)算出地面接收機(jī)的當(dāng)前位置。如果地面接收機(jī)同時(shí)收到4顆以上的衛(wèi)星信號(hào)，就能根據(jù)衛(wèi)星的精確位置及發(fā)送信號(hào)的時(shí)刻，通過(guò)計(jì)算以求得當(dāng)前地點(diǎn)的位置。汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)車(chē)輪傳感器、地磁傳感器和偏航傳感器等三種傳感器獲取數(shù)據(jù)，確定汽車(chē)的速度和位置。車(chē)輪傳感器記錄車(chē)輪的速度，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)用于定時(shí)計(jì)算行駛距離和方向變化。地磁傳感器通過(guò)勵(lì)磁繞組感應(yīng)出電壓脈沖，測(cè)量出沿途地磁場(chǎng)水平分量的大小與起始點(diǎn)磁場(chǎng)的比較，為車(chē)載電腦提供補(bǔ)償數(shù)據(jù)。電子地圖存儲(chǔ)容量能夠存儲(chǔ)汽車(chē)運(yùn)行區(qū)域的所有數(shù)據(jù)，車(chē)載電腦與存儲(chǔ)道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)不斷比較判斷，更正定位誤差從而確定最佳行駛路徑。

　　目前先進(jìn)的汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)多用單片機(jī)結(jié)構(gòu)，嵌入式操作系統(tǒng)，軟件代碼存儲(chǔ)于ROM中，代碼簡(jiǎn)潔，運(yùn)行可靠，啟動(dòng)及關(guān)閉迅速，具有幾乎完整的PC組件和輸入輸出端口，適應(yīng)汽車(chē)惡劣的工作環(huán)境，在高溫或低溫以及劇烈振動(dòng)環(huán)境下工作可靠性高。

　　三、自主導(dǎo)航

　　汽車(chē)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的作用是根據(jù)GPS接收機(jī)提供的車(chē)輛當(dāng)前位置和用戶輸入的車(chē)輛目的地、參照電子地圖計(jì)算的行駛路線，并在行駛中將信息提供給駕車(chē)者。目前世界上應(yīng)用較多的是自主導(dǎo)航，其主要特征是每套車(chē)載導(dǎo)航設(shè)備都自帶電子地圖，定位和導(dǎo)航功能全部由車(chē)載設(shè)備完成。它的工作過(guò)程主要有以下步驟：

　　（1）輸入數(shù)據(jù)信息。出發(fā)前，車(chē)主將目的地輸入到導(dǎo)航設(shè)備中，在系統(tǒng)顯示的電子地圖上直接點(diǎn)擊選取地點(diǎn)，或者是借助某種輸入方法，將目的地名稱(chēng)輸入到系統(tǒng)中。根據(jù)輸入設(shè)備的不同，可以有不同的地名輸入方法，依靠按鍵或觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)幾乎所有的操縱功能。為了便利，目前人們也在開(kāi)發(fā)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的產(chǎn)品。

　?。?）顯示電子地圖。汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分是存儲(chǔ)在光盤(pán)或內(nèi)置存儲(chǔ)器（如硬盤(pán)）中的電子地圖，電子地圖中存儲(chǔ)了一定范圍內(nèi)的地理、道路和交通管制信息，與地點(diǎn)對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)了相關(guān)的經(jīng)緯度信息。汽車(chē)導(dǎo)航主機(jī)從GPS接收機(jī)得到經(jīng)過(guò)計(jì)算確定的當(dāng)前點(diǎn)經(jīng)緯度，通過(guò)與電子地圖數(shù)據(jù)的對(duì)比，就可以隨時(shí)確定車(chē)輛當(dāng)前所在的地點(diǎn)。一般汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)將車(chē)輛當(dāng)前位置默認(rèn)為出發(fā)點(diǎn)，在用戶輸入了目的地之后，導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)電子地圖上存儲(chǔ)的地圖信息，就可以自動(dòng)計(jì)算出一條最合適的推薦路線。在有的系統(tǒng)中，用戶還可以指定途中希望經(jīng)過(guò)的途徑點(diǎn)，或者指定一定的路線選擇規(guī)則（如不允許經(jīng)過(guò)高速公路、按照行駛路線最短的原則等）。推薦的路線將以醒目的方式顯示在屏幕上的地圖中，同時(shí)屏幕上也時(shí)刻顯示出車(chē)輛的當(dāng)前位置，以提供參考。如果行駛過(guò)程中車(chē)輛偏離了推薦的路線，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)刪除原有路線并以車(chē)輛當(dāng)前點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)重新計(jì)算路線，并將修正后的路線作為新的推薦路線。

　　汽車(chē)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出設(shè)備包括顯示屏幕和語(yǔ)音輸出設(shè)備。顯示屏幕一般是個(gè)100～150毫米（4～6英寸）的液晶顯示屏（如果需要手寫(xiě)識(shí)別作為輸入，顯示屏表面還有一張透明的觸摸屏作保護(hù)）它的屏幕可以由幾十萬(wàn)個(gè)點(diǎn)陣組成，全屏幕有30多萬(wàn)個(gè)像素，常用分辨率有640×480或774×435，可以支持高清晰度圖像和DVD放像功能。主要顯示內(nèi)容包括：地圖（包括相應(yīng)的道路名稱(chēng)、公路編號(hào)、重要地點(diǎn)名稱(chēng)等）、車(chē)輛的當(dāng)前位置、推薦路線等，根據(jù)用戶的設(shè)定還可以顯示附近的維修站、加油站、停車(chē)場(chǎng)及其他公共服務(wù)單位的名稱(chēng)及地理位置等信息，以方便用戶需要。

　　汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)操作的簡(jiǎn)便性是設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo)，實(shí)際上這也涉及到一個(gè)安全的問(wèn)題，因?yàn)轳{車(chē)者不允許一邊開(kāi)車(chē)一邊看電子地圖。因此，設(shè)計(jì)者都考慮針對(duì)汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用需求開(kāi)發(fā)語(yǔ)音及語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，使用者通過(guò)語(yǔ)音代替按鍵操作發(fā)出指令，使導(dǎo)航系統(tǒng)完成相應(yīng)的工作，導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)語(yǔ)音代替圖像文字，向駕車(chē)者發(fā)出信號(hào)或指令。例如豐田威馳導(dǎo)航系統(tǒng)就是一種帶有語(yǔ)音技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)彎路口等地方可以用語(yǔ)音提示。

　　汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用關(guān)鍵是電子地圖。用戶購(gòu)買(mǎi)裝備有導(dǎo)航系統(tǒng)的車(chē)輛時(shí)，還能得到一張刻錄了電子地圖的CD-ROM光盤(pán)。用戶在開(kāi)啟車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)之后,必須把這張CD-ROM插入導(dǎo)航設(shè)備的光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中，系統(tǒng)需要道路信息時(shí)都會(huì)到CD-ROM上去獲取。例如豐田威馳DVD導(dǎo)航系統(tǒng)就是這樣，它在副駕駛座下面有一個(gè)DVD驅(qū)動(dòng)器，專(zhuān)門(mén)讀取電子地圖DVD光盤(pán)。隨著城鄉(xiāng)建設(shè)及道路變化，電子地圖光盤(pán)也會(huì)定期更換。但是，就是最新版的電子地圖也不能保證準(zhǔn)確無(wú)誤。針對(duì)這種情況，汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng) 
又需要增加一定的輔助支援系統(tǒng)。目前在應(yīng)用汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)比較廣泛的地區(qū)（例如歐美和日本），汽車(chē)公司或其他商業(yè)公司建立的呼叫中心或公共交通信息電臺(tái)，通過(guò)GSM移動(dòng)通訊形式發(fā)短消息或電臺(tái)發(fā)送的最新的交通信息提供給汽車(chē)上的導(dǎo)航設(shè)備，可以對(duì)汽車(chē)上電子地圖的信息隨時(shí)進(jìn)行修正。

　　我國(guó)對(duì)于地圖的出版有嚴(yán)格的規(guī)定，對(duì)于電子地圖也不例外。因?yàn)樗煌谝话愕碾娮映霭嫖?，其?biāo)準(zhǔn)性、政策性、保密性、技術(shù)性較強(qiáng)，是國(guó)家版圖、行政區(qū)劃界線的科學(xué)表達(dá)，因此電子地圖一定要經(jīng)國(guó)家測(cè)繪局審核后才能出版。目前威馳轎車(chē)的DVD語(yǔ)音電子導(dǎo)航系統(tǒng)，也特別注明電子導(dǎo)航系統(tǒng)是“經(jīng)國(guó)家測(cè)繪局的支持和批準(zhǔn)”。為了適應(yīng)汽車(chē)自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備需要根據(jù)行駛區(qū)域、路線、自動(dòng)或人工改變地圖比例尺的需求（即電子地圖放大或縮?。?，所以，汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)所使用的地圖必須是以向量方式記錄的。

　　目前國(guó)內(nèi)一些汽車(chē)運(yùn)營(yíng)企業(yè)安裝的“汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)”，主要功能是調(diào)度與監(jiān)測(cè)，與前面說(shuō)明的汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)不同，這些系統(tǒng)中的車(chē)輛上除GPS天線和接收機(jī)外，并不需要車(chē)輛自主導(dǎo)航設(shè)備（包括電子地圖），車(chē)輛通過(guò)車(chē)載通訊設(shè)備和公司保持聯(lián)系。因?yàn)檫@類(lèi)系統(tǒng)的導(dǎo)航過(guò)程其實(shí)是人工完成，因此還不能算是汽車(chē)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)。