網(wǎng)絡(luò)消費網(wǎng) >  5G > > 正文
GPS在車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用
時間:2021-11-21 22:00:02

引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/155454.htm

近年來,隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展,機動車的增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于道路修建的速度,任何城市都面臨道路狀況改善相對滯后的局面,從而造成交通擁堵、環(huán)境惡化,大力發(fā)展智能交通系統(tǒng)(ITS)已成為解決交通問題的唯一行之有效的出路。利用全球定位系統(tǒng)GPS)的城市車輛定位技術(shù)作為ITS 的關(guān)鍵技術(shù)之一,借助電子地圖等其他手段,可依據(jù)城市道路擁擠狀況和運輸?shù)淖罴丫€路,選擇運輸途徑,從而避免運輸?shù)缆愤x擇的盲目性,提高了城市車輛的調(diào)度和管理水平,減少車輛行駛時間和油耗,從而保證城市道路系統(tǒng)負(fù)荷的均勻性,達(dá)到改善交通狀況的目的。車輛定位導(dǎo)航可采用各種技術(shù)手段進(jìn)行,但其中車輛精確定位的實現(xiàn)是最重要,也最困難,花費最高的。但自從GPS應(yīng)用于車輛定位與導(dǎo)航中,情況發(fā)生了劃時代的革命性變化。下面就以GPS為切入點介紹它在車輛定位與導(dǎo)航中的應(yīng)用。

1.緒論

自六十年代以來,許多國家即開始對導(dǎo)航和定位技術(shù)的研究。開始,其主要用于軍事目的,如使用慣性器件的美國的“民兵(MX)巡航導(dǎo)彈系列”即首先使用了導(dǎo)航和定位技術(shù)。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展,導(dǎo)航和定位系統(tǒng)的器件開始向小型化、輕型化、低廉化方向發(fā)展。于是,導(dǎo)航和定位系統(tǒng)開始逐步進(jìn)入消費市場,特別在交通方面(主要用于交通流的引導(dǎo)和疏通)。

將運載體從起始點引導(dǎo)到目的地的技術(shù)和方法稱為導(dǎo)航;而車輛導(dǎo)航系統(tǒng)即是測量并解算出車輛的瞬時運動狀態(tài)和位置,提供給駕駛員或自動駕駛儀以實現(xiàn)車輛的正確操縱或控制。車輛導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展起始于七十年代初,美國公路局于70 年代初提出了一種電子路徑引導(dǎo)系統(tǒng)(ERGS),此系統(tǒng)是一種具有無線路徑引導(dǎo)能力的導(dǎo)航系統(tǒng),它以短距離指向標(biāo)網(wǎng)絡(luò)作為其基本的技術(shù)起點而形成的中央動態(tài)路徑引導(dǎo)功能的導(dǎo)航系統(tǒng);但是,由于資金有限,此系統(tǒng)最終沒有實現(xiàn)。

到了八十年代,隨著無線電通訊技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展,歐、美、日先后開發(fā)了CARIN 系統(tǒng)、EVA 系統(tǒng)、LOREN 系統(tǒng)、OMEGA 系統(tǒng)、RACS 系統(tǒng)和AMTICS 系統(tǒng)等。

進(jìn)入九十年代后,衛(wèi)星定位技術(shù)的不斷完善,美國和前蘇聯(lián)分別完善了其衛(wèi)星定位系統(tǒng),使GPS 系統(tǒng)和GOLLNAX 系統(tǒng)開始真正的進(jìn)入民用市場,并使以此系統(tǒng)為依托的車輛導(dǎo)航系統(tǒng)得以巨大發(fā)展。

從導(dǎo)航和定位技術(shù)的發(fā)展過程來看,它的發(fā)展和相應(yīng)時代的技術(shù)發(fā)展是并行的。在九十年代,以GPS 為基礎(chǔ)的導(dǎo)航系統(tǒng)不斷地完善,在國內(nèi)外都進(jìn)入了實用階段,美國開發(fā)的PATHFINDER 系統(tǒng),日本的VICS 系統(tǒng)。在中國,GPS 定位導(dǎo)航技術(shù)于近幾年也了巨大的發(fā)展,如西安504 所開發(fā)的WP2000 系統(tǒng),其主要用于導(dǎo)航和報警方面。

2. GPS 概述

2.1 GPS 系統(tǒng)簡介

全球定位系統(tǒng),簡稱GPS,是沿地球軌道運行的24 顆導(dǎo)航衛(wèi)星的星座集合。GPS 接收機就是利用這些衛(wèi)星所發(fā)送的精確的時間和位置信息來進(jìn)行定位。該系統(tǒng)可提供地球上所有點的三維坐標(biāo)。

美國五角大樓利用GPS 提供的導(dǎo)航數(shù)據(jù)以應(yīng)付險峻地形和各種突發(fā)情況,同時它也控制著此系統(tǒng)。盡管GPS 主要用于軍事目的,但是它在民用和商業(yè)領(lǐng)域中的價值不斷的被認(rèn)識。GPS 衛(wèi)星也因此發(fā)送兩種代碼:一種只供軍方使用的加密代碼PPS(也稱P 碼),另一種是供民間使用的標(biāo)準(zhǔn)定仁明良務(wù)代碼SPS(C/A 碼)。美國政府己于21 世紀(jì)初宣布,自2000 年5 月1 日子夜開始,取消SA 政策,使民用C/A 碼的定位精度大大提高。

GPS 系統(tǒng)主要是由三部分組成:(1)GPS 衛(wèi)星(空間部分),(2)地面監(jiān)控系統(tǒng),(3)GPS 接收機(用戶部分)。

2.2 GPS 定位的基本原理

GPS 定位的基本原理是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為己知的起算數(shù)據(jù),采用空間距離后方交會的方法,確定待測點的位置。

利用GPS 進(jìn)行定位是以GPS 衛(wèi)星和用戶接收機天線之間的距離(或距離差)為基礎(chǔ),并根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)來確定用戶接收機所對應(yīng)的點位,即待定點的三維坐標(biāo)(x,y,z),其關(guān)鍵是測定用戶接收機天線至GPS 衛(wèi)星之間的距離。GPS 定位方式主要有絕對定位和相對定位兩種。

3.GPS 在車輛定位與導(dǎo)航中的應(yīng)用

車輛定位與導(dǎo)航的研究在國外起始于上世紀(jì)70 年代,目前稱為AVLN(AutomaTIc Vehicle LocatiON and Navigation,自動車輛定位與導(dǎo)航)。

AVLN 是智能運輸系統(tǒng)(ITS)或智能汽車/ 公路系統(tǒng)(IVHS)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。

GPS 車輛定位與導(dǎo)航系統(tǒng),以其精確定位的易實現(xiàn)性、相對成本的低廉性、設(shè)計與安裝的相對獨立性,自1995 年以來,在國內(nèi)獲得了迅速發(fā)展。中國科技大學(xué)GPS 實驗室在其中也做出了開創(chuàng)性的工作。

3.1 GPS 車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展

GPS 全球定位技術(shù)作為一項高新技術(shù),以前國內(nèi)主要應(yīng)用于鐵路、空運及海運領(lǐng)域,隨著GPS 全球定位系統(tǒng)技術(shù)日趨成熟,該技術(shù)開始轉(zhuǎn)向公路運輸領(lǐng)域。目前,GPS 車載定位系統(tǒng)主要用于公交、出租、客運等行業(yè)。通過GPS 定位技術(shù)可以很好地解決公路交通擁擠的現(xiàn)象,GPS 車輛定位系統(tǒng)是借助于GPS 全球定位系統(tǒng)為機動車輛提供定位信息的系統(tǒng)。GPS 系統(tǒng)可以提供全球覆蓋、全天候、免費的高精度標(biāo)準(zhǔn)授時/ 導(dǎo)航定位服務(wù),通過GPS 接收機可以實時地獲得經(jīng)緯度信息進(jìn)行確定經(jīng)緯度位置和速度、時間等信息車輛定位系統(tǒng)將獲得的一系列信息進(jìn)行處理以確定車輛的具體位置。日本,豐田、東芝、索尼等在轎車導(dǎo)航系統(tǒng)方面的研究處于世界領(lǐng)先地位。1991 年,東芝公司轎車導(dǎo)航系統(tǒng),采用一種可操作的電視GPS 接收機,可顯示沿途飯店、旅館和商店等信息。

1994 年,索尼公司推出一種帶電子地圖的汽車導(dǎo)航系統(tǒng),將一個8 通道的GPS 接收機與CD- ROM格式的地圖及信息數(shù)據(jù)庫結(jié)合在一起,并能接收調(diào)頻無線電廣播發(fā)送的交通流量信息。奔馳、豐田、本田等大公司,積極開發(fā)自己的導(dǎo)航信息系統(tǒng),拓展導(dǎo)航信息服務(wù)市場。在美國,克萊斯勒公司研制了一種基于GPS 的車輛導(dǎo)航系統(tǒng),該系統(tǒng)在失去衛(wèi)星信號后,可用羅經(jīng)和記程計工作,保持車輛繼續(xù)導(dǎo)航。威斯汀豪斯公司使巴黎的公共汽車率先使用車輛調(diào)度和導(dǎo)航系統(tǒng)。

3.2 GPS 與車輛導(dǎo)航系統(tǒng)

GPS 在ITS 中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在車輛導(dǎo)航上。在GPS 的諸項應(yīng)用中,車輛定位導(dǎo)航應(yīng)用發(fā)展最快,并取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。車輛應(yīng)用已躍居GPS 各應(yīng)用之首。

雖然汽車是人們?nèi)粘I钪械囊徊糠?,但是,擁有小汽車并不一定使我們的生活變得更加方便。公共交通工具是在固定的交通路線上行駛的,與此不同的是,小汽車和卡車司機需要知道到達(dá)目的地的路線以及何處可以停車。如果道路網(wǎng)錯綜復(fù)雜,那么,司機就很容易迷路,這種情況,既令人焦急,又浪費寶貴的時間。

車輛導(dǎo)航系統(tǒng)就像一個自信的領(lǐng)航員坐在汽車的副駕駛位置上,指引司機一點也不用費勁即可按時到達(dá)目的地。即使有了導(dǎo)航系統(tǒng),如果司機的方向辨別能力太差,也是容易迷路的。如果將你目前所處的位置和目的地在顯示屏上標(biāo)出來,那么,事情就好辦了。顯示屏上的箭頭表明你的當(dāng)前位置,并向你建議朝哪個方向行駛,可以到達(dá)目的地。有的導(dǎo)航系統(tǒng)具有聲音導(dǎo)航提示功能,如前面向右拐,或者你離目的地還有一半的路程。因此,司機就不需要頻繁地看顯示器了。導(dǎo)航系統(tǒng)的另一個具有吸引力的性能,是資料信息軟件庫,該軟件庫將飯店、高爾夫球場和其他娛樂場所等當(dāng)?shù)氐牡缆沸畔⒓显谝黄稹?/p>

所謂GPS 車輛導(dǎo)航系統(tǒng),就是利用接收GPS 信號對機動目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控和定位,并根據(jù)航跡情況對其運動進(jìn)行優(yōu)化和指導(dǎo)的系統(tǒng)。使用車用導(dǎo)航系統(tǒng)可帶來縮短行車時間、快速到達(dá)目的地、減少能源消耗、保障行車安全等多方面的利益。

車輛GPS 定位導(dǎo)航系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)至少需要覆蓋全球的GPS 衛(wèi)星系統(tǒng)、輕便可靠的GPS 接收機、快速強大的運算系統(tǒng)、覆蓋面廣內(nèi)容詳實的電子地圖以及無線通訊網(wǎng)絡(luò)等附屬設(shè)施。

3.2.1 車輛定位技術(shù)

車輛定位技術(shù)是整個車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ),系統(tǒng)中幾乎所有的功能都以車輛定位的精確度為前提。車輛定位的精確度和實時性直接關(guān)系到一個智能交通系統(tǒng)的實用價值和整體性能。由于車輛定位技術(shù)在車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中特殊且有重要的作用,車輛定位技術(shù)一直是各種車輛導(dǎo)航系統(tǒng)研究和開發(fā)機構(gòu)的重點課題。GPS 全球定位系統(tǒng)是由美國提出并實施的一項龐大的宇宙及航天工程,其最初的目的是為美國軍方服務(wù),但隨著近年來GPS 技術(shù)的民用化,它逐漸成為了一個全球性的工具。在陸地上的移動信息系統(tǒng)方面,GPS 逐步被應(yīng)用到安全保障、車輛導(dǎo)航領(lǐng)域。GPS 定位精度高、實時性好,基本上能夠滿足未來ITS 中車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的精度要求。因此,基于GPS 的車輛自動定位/ 導(dǎo)航與管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用正日益受到國內(nèi)外各部門的高度重視,并將顯示出巨大的經(jīng)濟和社會效益。

3.2.2 GPS 車輛定位系統(tǒng)硬件設(shè)計

車載設(shè)備的具體工作環(huán)境要求GPS 車輛定位系統(tǒng)的體積要盡可能小,可靠性要盡可能高。因此,系統(tǒng)硬件核心部分適宜選擇某種嵌入式計算機。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,在產(chǎn)品中嵌入微機作為控制器已開始隨處可見。由于PC 體系結(jié)構(gòu)的廣泛流行,與PC 兼容的軟件、硬件、外設(shè)和開發(fā)工具都比其它體系結(jié)構(gòu)更豐富、更便宜,將PC 體系結(jié)構(gòu)用于嵌入式應(yīng)用就意味著能夠大幅度地降低開發(fā)成本、減小風(fēng)險及縮短開發(fā)周期,而且減少了許多令人頭疼的系統(tǒng)維護和技術(shù)支持。PC/104計算機可以滿足以上要求,它體積小、集成度高,提供與PC 總線在體系結(jié)構(gòu)、硬件和軟件上的完全兼容,而且結(jié)構(gòu)緊湊的棧接式模塊很適合嵌入式控制應(yīng)用的獨特要求。由于使用CMOS 器件,PC/104 模塊功耗低,不存在散熱問題,工作溫度范圍寬(0- 700℃);結(jié)構(gòu)緊固,非常緊湊,所占面積只有90mm×96mm,超小的體積使安裝和攜帶都很方便;減少了產(chǎn)品部件的數(shù)量;由模塊構(gòu)成的系統(tǒng),直接疊裝,無需機箱和底板;具有良好的抗沖擊、抗震特性。己有的PC/104 模塊為構(gòu)造嵌入式系統(tǒng)提供了種類繁多的各種構(gòu)件,它高集成性和可模塊化的結(jié)構(gòu)適用于多種應(yīng)用。

關(guān)鍵詞: 系統(tǒng) 應(yīng)用 導(dǎo)航 定位 車輛 GPS

版權(quán)聲明:
    凡注明來網(wǎng)絡(luò)消費網(wǎng)的作品,版權(quán)均屬網(wǎng)絡(luò)消費網(wǎng)所有,未經(jīng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用,并注明"來源:網(wǎng)絡(luò)消費網(wǎng)"。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
    除來源署名為網(wǎng)絡(luò)消費網(wǎng)稿件外,其他所轉(zhuǎn)載內(nèi)容之原創(chuàng)性、真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾,請讀者僅作參考并自行核實。
熱文

網(wǎng)站首頁 |網(wǎng)站簡介 | 關(guān)于我們 | 廣告業(yè)務(wù) | 投稿信箱
 

Copyright © 2000-2020 m.netfop.cn All Rights Reserved.
 

中國網(wǎng)絡(luò)消費網(wǎng) 版權(quán)所有 未經(jīng)書面授權(quán) 不得復(fù)制或建立鏡像
 

聯(lián)系郵箱:920 891 263@qq.com

備案號:京ICP備2022016840號-15

營業(yè)執(zhí)照公示信息