车载定位导航系统的设计与实现
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摘要
本文研究和设计的车载定位导航系统利用全球定位系统(Global Positioning System)实现了对车体所在位置进行自主地理定位的功能。同时与地理信息系统(Geography Information System)相结合，配合城市电子地图及主要交通公路电子地图，实时地为司机提供行车导航信息。
本文基于GPS的定位原理，针对其技术特点，结合车载导航系统的工程实际，提出和设计了一套软件和硬件实施方案，成功地接收了GPS的定位数据。并运用了GIS和电子地图的相关知识，提出了一种利用MapInfo应用软件实现矢量电子地图的方法。同时，为将定位数据实时地传送并显示在车载定位导航电子地图中，本文实现了GPS和GIS两系统的集成。
为降低整体成本，本文设计的车载定位导航系统采用了单个GPS接收机来实时测量汽车的位置，致使定位精度不高。为提高定位精度，取得较好的导航效果，本文通过对GPS信号与电子地图进行匹配，提高了系统的实时性、可靠性及精度。
为完善系统的功能，在集成环境下，本文针对错综复杂的公路道路网，采用了Dijkstra算法进行最短路径寻优，快速生成通往目的地的最短行车路线，为行车提供了方便。
Vehicle Location and Navigation System discussed and designed in this paper makes use of Global Positioning System (GPS) for automatic vehicle positioning. Moreover, the system combines with Geography Information System (GIS), including electronic map of main roads networks, can provide navigation information for drivers in real-time.
In this paper, a set of software and hardware project is designed to receive the positioning data from GPS successfully, based on the positioning principle of GPS, the characteristics of technology and the project practice. And combined with some knowledge about GIS, a way to implement vector electronic map by MapInfo is put forward. Furthermore, the integration of GPS and GIS is finished in order to transmit and display in real-time the vehicle positioning data in the electronic map.
To reduce of the total cost, Vehicle Location and Navigation System designed in this paper chooses a single GPS receiver to position , as a result, the positioning precision of the system is affected. To improve the precision of positioning, a definite algorithm is designed and used to make the signals of GPS and electronic map match, which has greatly improved the qualities of real-time, reliability and precision.
In order to make the system perfect, Dijkstra algorithm is adopted in this paper to search the shortest paths for roads networks in the Integrated Mapping Environment, so that the shortest paths towards the destination is created quickly and provide convenience for the drivers.
本文基于GPS的定位原理，针对其技术特点，结合车载导航系统的工程实际，提出和设计了一套软件和硬件实施方案，成功地接收了GPS的定位数据。并运用了GIS和电子地图的相关知识，提出了一种利用MapInfo应用软件实现矢量电子地图的方法。同时，为将定位数据实时地传送并显示在车载定位导航电子地图中，本文实现了GPS和GIS两系统的集成。
为降低整体成本，本文设计的车载定位导航系统采用了单个GPS接收机来实时测量汽车的位置，致使定位精度不高。为提高定位精度，取得较好的导航效果，本文通过对GPS信号与电子地图进行匹配，提高了系统的实时性、可靠性及精度。
为完善系统的功能，在集成环境下，本文针对错综复杂的公路道路网，采用了Dijkstra算法进行最短路径寻优，快速生成通往目的地的最短行车路线，为行车提供了方便。
Vehicle Location and Navigation System discussed and designed in this paper makes use of Global Positioning System (GPS) for automatic vehicle positioning. Moreover, the system combines with Geography Information System (GIS), including electronic map of main roads networks, can provide navigation information for drivers in real-time.
In this paper, a set of software and hardware project is designed to receive the positioning data from GPS successfully, based on the positioning principle of GPS, the characteristics of technology and the project practice. And combined with some knowledge about GIS, a way to implement vector electronic map by MapInfo is put forward. Furthermore, the integration of GPS and GIS is finished in order to transmit and display in real-time the vehicle positioning data in the electronic map.
To reduce of the total cost, Vehicle Location and Navigation System designed in this paper chooses a single GPS receiver to position , as a result, the positioning precision of the system is affected. To improve the precision of positioning, a definite algorithm is designed and used to make the signals of GPS and electronic map match, which has greatly improved the qualities of real-time, reliability and precision.
In order to make the system perfect, Dijkstra algorithm is adopted in this paper to search the shortest paths for roads networks in the Integrated Mapping Environment, so that the shortest paths towards the destination is created quickly and provide convenience for the drivers.
引文
[1] 章健，谭立华．GPS智能交通引导系统．导航．1998(9)：31-37页
[2] 三味工作室．MapInfo 6．0应用开发指南．北京：人民邮电出版社，2001：3-4页，252-253页
[3] 黄伟东，万义玲．公路网最佳路径算法的研究．南昌大学学报(工科版)．2001(1)：48-63页
[4] 施化吉．“火警119”系统中通往火场最短行车路线的快速生成．微型机与应用．1999(4)：43-44，49页
[5] 王朝阳．图论(第二版)．北京：北京理工大学出版社，1977：206-208页
[6] 陆锋，卢冬梅，崔伟宏．交通网络限制搜索区域时间最短路径算法．中国图象图形学报．1999(10)：849-853页
[7] 蔡淑兰．最短路径算法在铁路客运系统中应用的研究．燕山大学学报．1998(2)：157-159页
[8] 罗云启，罗毅编著．数字化地理信息系统Mapinfo应用大全．北京希望电子出版社，2001：589-601页
[9] 姚娜编著．GIS Mapinfo与MapBasjc学习教程．北京大学出版社，2000：32-36页
[10] 柯王俊．差分 GPS 技术在车辆时实监控中的应用研究．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2001：34-40页
[11] 赵冬青，吕志平，邓永兴，李明叁．基于MapInfo的车载GPS与GIS集成应用系统的开发．地矿测绘．2000(3)：9-10，21页
[12] 付建明，卢益民，黄本雄．运动车辆 GFS 定位系统中通信方案的设计．无线电通信技术．2000(6)：62-64页
[13] 曹红杰，王艳慧，张学庄．Maplnfo 与 VB 数据共享的实现．矿山测量．2000(9)：53-54页
[14] 郑金吾，朱兴昌，邢宏．GPS接收机与PC机串行通信技术的开发与应用．测控技术．2000(9)：49-51页
[15] 周捷，张为公．Windows 95下利用Visual C++实现微机与GPS-OEM板的串行通讯．电子技术应用．1998(11)：16-18页
[16] 张旺生，黄晓钢．矢量电子地图的自动生成．微电子学与计算机．1999(6)：30-32页
[17] 吴简彤，袁金升．GPS/电子地图导航系统研究．导航．2000(1)：7-12页
[18] 王剑，孙庆翔，王继晔．GIS 在公路数据库中的应用．计算机世界周刊．1994(4)：132-135页
[19] 易玉丹，季善标，白征东．车载GPS导航定位系统中电子地图的建立．工程勘察．1998(5)：46-50页
[20] 王广运，郭秉义，李宏涛．差分GPS定位技术与应用．电子工业出版社，1996：1-30页
[21] 王密，郭丙轩，雷霆，李德仁．车载GPS导航系统中GPS定位与道路匹配方法研究．武汉测绘科技大学学报．2000(3)：248-251页
[22] 张小国，王庆，万德钧．基于电子地图的路径最优算法研究．中国惯性技术学报．2001(9)：44-49页
[23] 赵亦林，谭国真．车辆定位与导航系统．北京：电子工业出版社，1999：80-84页
[24] 杨东凯，吴今培．GPS车辆监控系统研究．导航．1999(1)：59-68页
[25] Yuan. GPS Applied to Space Vehicles. IEEE Aerospace and Electronic Systems magazine, 1998(1): 25-30 P
[26] Ribeiro A, ed. A GPS/GIS based system for the acquisition of spatially structured field properties. European Conference on Precision Agriculture, 2001(3): 97-102 P
[27] 夏后朋．车载GPS自主式导航系统．武汉测绘科技大学．硕士论文．1998(4)：3-5页
[28] Simon, ed. Real-time navigation using the Global Positioning System. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 1995(10): 31-37 P
[29] 李德仁，龚健雅，边馥苓．地理信息系统导论．北京：测绘出版社，1993：
36-51页
[30] 刘基余，李征航，王跃虎．全球定位系统原理及其应用．北京：测绘出版社，1993：26-37页
[31] 陈小明．高精度GPS动态定位的理论与实践．武汉：武汉测绘科技大学硕士论文，1997：16-47页
[32] Fawcett, ed. Adaptive Routing for Road Traffic -An integrated system uses road congestion information to guide routing. IEEE computer graphics and applications, 2000(3): 46-54 P
[33] Stoll A, ed. GPS guidance of agricultural vehicles. VDI-Berichte, 2000(1544): 331-336 P
[34] Sehmisch A, ed. Integration of GPS and GIS in Vehicle Tracking Systems. GIS research in the UK, 2001(4): 598-599 P
[35] Taylor G, ed. GPS Positioning Using Map-Matching Algorithms. Drive Restriction Information and Road Network Connectivity GIS research in the UK, 2001(4): 114-119 P
[36] Arvanitis L. GSW09-5 Vessel Monitoring System Using GPS/GSM/GIS for Small City. Asia Pacific conference on communications, 2000 (6):470-474 P
[37] Apakupakul K, ed. Using GIS, GPS and digital photography in shellfish resource management. Triennial meeting, 2001(1):537-542 P
[38] Arvanitis L.G, ed. Integrating GIS, GPS and Mobile Computing for Forest Resource Inventories. Internation conference, 2000(2): 589-595 P
[39] Krakiwsky E. J. Smart Vehicles: Driving Its Development Technology and Market Forces. GPS world, 1996(7): 50-54 P
[40] 张守信．GPS 卫星测量定位理论与应用．国防科技大学出版社，1996：52-57页
[41] 苏永云，晏克非，黄翔，朱培康．车辆导航系统的动态最优路径搜索方法研究．系统工程．2000(7)：32-37页
[42] 刘利，殷小龙，马高峰．在基于道路的地球同步卫星定位系统中集成MapInfo．导航．2002(6)：33-39页
[43] 陈明杰，李殿璞，张爱筠．车载智能通讯系统的研究．应用科技．2002(2)：35-38页
[44] 赫建忠，李维功．国产车载 GPS 智能导航与定位管理系统．测绘通报．1998(12)：19-21页
[2] 三味工作室．MapInfo 6．0应用开发指南．北京：人民邮电出版社，2001：3-4页，252-253页
[3] 黄伟东，万义玲．公路网最佳路径算法的研究．南昌大学学报(工科版)．2001(1)：48-63页
[4] 施化吉．“火警119”系统中通往火场最短行车路线的快速生成．微型机与应用．1999(4)：43-44，49页
[5] 王朝阳．图论(第二版)．北京：北京理工大学出版社，1977：206-208页
[6] 陆锋，卢冬梅，崔伟宏．交通网络限制搜索区域时间最短路径算法．中国图象图形学报．1999(10)：849-853页
[7] 蔡淑兰．最短路径算法在铁路客运系统中应用的研究．燕山大学学报．1998(2)：157-159页
[8] 罗云启，罗毅编著．数字化地理信息系统Mapinfo应用大全．北京希望电子出版社，2001：589-601页
[9] 姚娜编著．GIS Mapinfo与MapBasjc学习教程．北京大学出版社，2000：32-36页
[10] 柯王俊．差分 GPS 技术在车辆时实监控中的应用研究．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2001：34-40页
[11] 赵冬青，吕志平，邓永兴，李明叁．基于MapInfo的车载GPS与GIS集成应用系统的开发．地矿测绘．2000(3)：9-10，21页
[12] 付建明，卢益民，黄本雄．运动车辆 GFS 定位系统中通信方案的设计．无线电通信技术．2000(6)：62-64页
[13] 曹红杰，王艳慧，张学庄．Maplnfo 与 VB 数据共享的实现．矿山测量．2000(9)：53-54页
[14] 郑金吾，朱兴昌，邢宏．GPS接收机与PC机串行通信技术的开发与应用．测控技术．2000(9)：49-51页
[15] 周捷，张为公．Windows 95下利用Visual C++实现微机与GPS-OEM板的串行通讯．电子技术应用．1998(11)：16-18页
[16] 张旺生，黄晓钢．矢量电子地图的自动生成．微电子学与计算机．1999(6)：30-32页
[17] 吴简彤，袁金升．GPS/电子地图导航系统研究．导航．2000(1)：7-12页
[18] 王剑，孙庆翔，王继晔．GIS 在公路数据库中的应用．计算机世界周刊．1994(4)：132-135页
[19] 易玉丹，季善标，白征东．车载GPS导航定位系统中电子地图的建立．工程勘察．1998(5)：46-50页
[20] 王广运，郭秉义，李宏涛．差分GPS定位技术与应用．电子工业出版社，1996：1-30页
[21] 王密，郭丙轩，雷霆，李德仁．车载GPS导航系统中GPS定位与道路匹配方法研究．武汉测绘科技大学学报．2000(3)：248-251页
[22] 张小国，王庆，万德钧．基于电子地图的路径最优算法研究．中国惯性技术学报．2001(9)：44-49页
[23] 赵亦林，谭国真．车辆定位与导航系统．北京：电子工业出版社，1999：80-84页
[24] 杨东凯，吴今培．GPS车辆监控系统研究．导航．1999(1)：59-68页
[25] Yuan. GPS Applied to Space Vehicles. IEEE Aerospace and Electronic Systems magazine, 1998(1): 25-30 P
[26] Ribeiro A, ed. A GPS/GIS based system for the acquisition of spatially structured field properties. European Conference on Precision Agriculture, 2001(3): 97-102 P
[27] 夏后朋．车载GPS自主式导航系统．武汉测绘科技大学．硕士论文．1998(4)：3-5页
[28] Simon, ed. Real-time navigation using the Global Positioning System. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 1995(10): 31-37 P
[29] 李德仁，龚健雅，边馥苓．地理信息系统导论．北京：测绘出版社，1993：
36-51页
[30] 刘基余，李征航，王跃虎．全球定位系统原理及其应用．北京：测绘出版社，1993：26-37页
[31] 陈小明．高精度GPS动态定位的理论与实践．武汉：武汉测绘科技大学硕士论文，1997：16-47页
[32] Fawcett, ed. Adaptive Routing for Road Traffic -An integrated system uses road congestion information to guide routing. IEEE computer graphics and applications, 2000(3): 46-54 P
[33] Stoll A, ed. GPS guidance of agricultural vehicles. VDI-Berichte, 2000(1544): 331-336 P
[34] Sehmisch A, ed. Integration of GPS and GIS in Vehicle Tracking Systems. GIS research in the UK, 2001(4): 598-599 P
[35] Taylor G, ed. GPS Positioning Using Map-Matching Algorithms. Drive Restriction Information and Road Network Connectivity GIS research in the UK, 2001(4): 114-119 P
[36] Arvanitis L. GSW09-5 Vessel Monitoring System Using GPS/GSM/GIS for Small City. Asia Pacific conference on communications, 2000 (6):470-474 P
[37] Apakupakul K, ed. Using GIS, GPS and digital photography in shellfish resource management. Triennial meeting, 2001(1):537-542 P
[38] Arvanitis L.G, ed. Integrating GIS, GPS and Mobile Computing for Forest Resource Inventories. Internation conference, 2000(2): 589-595 P
[39] Krakiwsky E. J. Smart Vehicles: Driving Its Development Technology and Market Forces. GPS world, 1996(7): 50-54 P
[40] 张守信．GPS 卫星测量定位理论与应用．国防科技大学出版社，1996：52-57页
[41] 苏永云，晏克非，黄翔，朱培康．车辆导航系统的动态最优路径搜索方法研究．系统工程．2000(7)：32-37页
[42] 刘利，殷小龙，马高峰．在基于道路的地球同步卫星定位系统中集成MapInfo．导航．2002(6)：33-39页
[43] 陈明杰，李殿璞，张爱筠．车载智能通讯系统的研究．应用科技．2002(2)：35-38页
[44] 赫建忠，李维功．国产车载 GPS 智能导航与定位管理系统．测绘通报．1998(12)：19-21页