一種嵌入式車(chē)載導航信息系統研究

摘要：分析研究嵌入式車(chē)載導航信息系統體系結構，以實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式操作系統Windows CE．NET為嵌入式軟件平臺，搭建了嵌入式車(chē)載導航信息系統的應用環(huán)境。以車(chē)載導航信息系統的導航電子地圖和導航數據庫作為重點(diǎn)研究對象。分析導航信息系統中導航電子地圖和導航數據庫的實(shí)現方法。

　　我國GPS車(chē)輛導航系統受?chē)鴥绕?chē)工業(yè)發(fā)展現狀、電子地圖配套限制等諸多綜合因素制約，仍處于初始發(fā)展階段。在功能上，大部分GPS車(chē)輛導航系統還只有車(chē)輛跟蹤、數字地圖查詢(xún)、路徑簡(jiǎn)單規劃等基本功能。本文對嵌入式車(chē)載導航信息系統體系結構進(jìn)行研究，給出一個(gè)完整系統結構。并重點(diǎn)討論導航電子地圖的實(shí)現方法。

1 嵌入式車(chē)載導航信息系統結構

　　車(chē)載導航信息系統借助于定位、地理信息處理和通信等技術(shù)，通過(guò)處理車(chē)輛狀態(tài)數據。配合地理信息系統和導航數據庫處理信息，并與服務(wù)中心交流信息交流，可提供定位、電子地圖、路徑規劃和引導、信息查詢(xún)、歷史行駛狀態(tài)詳細記錄、通信等功能。圖1為該導航信息系統功能各模塊關(guān)系。

　　圖1中，定位系統包括定位模塊和地圖匹配模塊，可得到系統的實(shí)時(shí)姿態(tài)數據，如經(jīng)度、緯度、高度、速度、運動(dòng)方向等；數字地圖數據庫包含預先定義好存儲格式的數字地圖信息，提供計算機處理與地圖有關(guān)信息，如辨別場(chǎng)所、公路等級、交通規則和旅行信息等：路徑規劃和路徑引導模塊功能是根據地圖數據庫模塊所提供的地圖數據，加上從無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )收到的實(shí)時(shí)交通信息，按照某個(gè)指標(如最小時(shí)間或者最小旅行代價(jià))幫助用戶(hù)在行駛前或運行中規劃路線(xiàn)；人機接口允許用戶(hù)與定位和導航計算機及裝置進(jìn)行人機交互；無(wú)線(xiàn)通訊模塊進(jìn)一步改進(jìn)系統性能并增加系統功能。

　　傳統的導航信息系統主要有2種實(shí)現方法：基于單片機的簡(jiǎn)易導航系統和基于移動(dòng)PC的導航系統。前者結構簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但功能有限，僅僅實(shí)現定位、簡(jiǎn)易位置指示以及簡(jiǎn)單通訊功能；而后者以PC操作系統為軟件平臺，應用專(zhuān)業(yè)軟件包或自主開(kāi)發(fā)軟件包，配以相應外圍模塊(如定位、通訊等)能夠實(shí)現導航所有復雜功能，但價(jià)格高，且難以適應車(chē)載環(huán)境。因此，采用嵌入式系統作為現代車(chē)載導航系統的運行平臺是必然選擇。

　　選用PCM-5820作為嵌入式車(chē)載信息系統的硬件平臺，Windows CE作為嵌入式系統的操作系統平臺。PCM-5820完全滿(mǎn)足系統在存儲容量、處理速度、通信接口、功耗、體積等方面的要求。Windows CE具有方便定制、移植簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性強、可靠性高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，且具有與PC操作系統一致界面風(fēng)格和操作方式，實(shí)現豐富的API，便于開(kāi)發(fā)?；谝陨掀脚_，圖2給出嵌入式車(chē)載導航系統的軟件結構。

　　該系統的定位模塊和無(wú)線(xiàn)通訊模塊需借助相應裝置，導航信息系統直接收發(fā)這些裝置數據，處理后為系統所用；路徑規劃和路線(xiàn)引導模塊功能的實(shí)現算法研究已相當深入，這里不再贅述。而對于導航電子地圖模塊，為便于功能實(shí)現和后期擴展，按其功能分為矢量圖形系統和導航數據庫系統，前者是按特定要求顯示矢量圖形，后者是存儲和管理圖形元素的幾何數據(如坐標等)、屬性數據(如道路等級等)以及其他相關(guān)數據(如交通信息等)。

2 導航矢量圖形系統

　　2．1 基于EVC的矢量圖形系統

　　分析地圖發(fā)現，地圖矢量化后矢量圖形的元素類(lèi)型有：點(diǎn)(Point)、線(xiàn)(Line)、連續折線(xiàn)(Polyline)、區域(Region)、弧線(xiàn)(Arc)、文本(Text)、矩形(Rectangle)、圓角矩形(Rounded Rectangle)、橢圓(Ellipse)、圓(Circle)、符號(Symbol)等11個(gè)類(lèi)型。導航電子地圖中，符號只用于顯示，而且類(lèi)型有限，該系統采用柵格方式在矢量圖形上透明顯示。其余10種圖形元素并非獨立分類(lèi)，比如，元素點(diǎn)可用其他若干個(gè)元素組合表達：矩形元素(在嵌入式C++中有直接函數支持)實(shí)質(zhì)是一個(gè)特殊區域。

　　考慮以上每個(gè)對象類(lèi)都有如線(xiàn)型、顏色等的公共數據，可抽象一個(gè)基類(lèi)。本文共建立了15對象類(lèi)及結構：基類(lèi)Class CDraw、線(xiàn)類(lèi)Class Cline：public CDraw、多線(xiàn)類(lèi)Class CPline：public CDraw、區域類(lèi)Class CArea：public CDraw、橢圓弧類(lèi)Class CEarc：public CDraw、圓類(lèi)偽代碼描述Class CCirele：public CDraw、矩形類(lèi)Class Crectangle：public CDraw、圓角矩形類(lèi)Class CroundedRectangle：public CDraw、橢圓類(lèi)Class CEllipse：public CDraw、文本類(lèi)Class CText：public CDraw、符號類(lèi)Class CSvmbol:public CDraw、繪制矢量圖形參數類(lèi)Class CgraphPara、圖層屬性結構typedef struct、當前畫(huà)面屬性結構tvoedef struct、導航目標屬性結構typedef stmct。