汽車(chē)導航系統的應用技術(shù)

　汽車(chē)導航是近年興起的一種汽車(chē)駕駛輔助設備，駕車(chē)者只要將目的地輸入汽車(chē)導航系統，系統就會(huì )根據電子地圖自動(dòng)計算出最合適的路線(xiàn)，并在車(chē)輛行駛過(guò)程中（例如轉彎前）提醒駕駛員按照計算的路線(xiàn)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(xiàn)就能快捷地到達目的地。

　　當前的汽車(chē)導航系統包括兩部分：全球定位系統和車(chē)輛自動(dòng)導航系統。汽車(chē)導航設備一般是由GPS天線(xiàn)，集成了顯示屏幕和功能按鍵的主機，以及語(yǔ)音輸出設備（一般利用汽車(chē)音響系統輸出語(yǔ)音提示信息）構成的。受車(chē)內安裝位置的限制，一般汽車(chē)導航設備和汽車(chē)視像音響合成在一起，可以播放CD、VCD和DVD碟，其中DVD驅動(dòng)器負責讀取電子地圖DVD光盤(pán)，因此，一些汽車(chē)導航系統又稱(chēng)為DVD導航系統。

　　一、全球定位系統GPS

　　介紹汽車(chē)導航系統必然要涉及到全球定位系統，即GPS。GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統）的縮寫(xiě)，它是由空間衛星、地面監控和用戶(hù)接收等三大部分組成?？臻g衛星由24顆衛星組成一個(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°的地球準同步軌道上，每條軌道上有4顆衛星。GPS
衛星每隔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顆衛星的信號。

　　地面共有1個(gè)主控站和5個(gè)監控站負責對衛星的監視、遙測、跟蹤和控制。它們負責對每顆衛星進(jìn)行觀(guān)測，并向主控站提供觀(guān)測數據。主控站收到數據后，計算出每顆衛星在每一時(shí)刻的精確位置，并通過(guò)3個(gè)注入站將它傳送到衛星上去，衛星再將這些數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波向地面發(fā)射。

　　二、汽車(chē)導航系統

　　汽車(chē)導航系統中的GPS信號接收器接收衛星發(fā)送的信號，根據衛星信號計算出地面接收機的當前位置。如果地面接收機同時(shí)收到4顆以上的衛星信號，就能根據衛星的精確位置及發(fā)送信號的時(shí)刻，通過(guò)計算以求得當前地點(diǎn)的位置。汽車(chē)導航系統通過(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據，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)生的脈沖信號用于定時(shí)計算行駛距離和方向變化。地磁傳感器通過(guò)勵磁繞組感應出電壓脈沖，測量出沿途地磁場(chǎng)水平分量的大小與起始點(diǎn)磁場(chǎng)的比較，為車(chē)載電腦提供補償數據。電子地圖存儲容量能夠存儲汽車(chē)運行區域的所有數據，車(chē)載電腦與存儲道路網(wǎng)絡(luò )數據不斷比較判斷，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)導航系統多用單片機結構，嵌入式操作系統，軟件代碼存儲于ROM中，代碼簡(jiǎn)潔，運行可靠，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、自主導航

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

　?。?）輸入數據信息。出發(fā)前，車(chē)主將目的地輸入到導航設備中，在系統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)輸入到系統中。根據輸入設備的不同，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)音識別技術(shù)的產(chǎn)品。

　?。?）顯示電子地圖。汽車(chē)導航系統中至關(guān)重要的一部分是存儲在光盤(pán)或內置存儲器（如硬盤(pán)）中的電子地圖，電子地圖中存儲了一定范圍內的地理、道路和交通管制信息，與地點(diǎn)對應存儲了相關(guān)的經(jīng)緯度信息。汽車(chē)導航主機從GPS接收機得到經(jīng)過(guò)計算確定的當前點(diǎn)經(jīng)緯度，通過(guò)與電子地圖數據的對比，就可以隨時(shí)確定車(chē)輛當前所在的地點(diǎn)。一般汽車(chē)導航系統將車(chē)輛當前位置默認為出發(fā)點(diǎn)，在用戶(hù)輸入了目的地之后，導航系統根據電子地圖上存儲的地圖信息，就可以自動(dòng)計算出一條最合適的推薦路線(xiàn)。在有的系統中，用戶(hù)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(xiàn)選擇規則（如不允許經(jīng)過(guò)高速公路、按照行駛路線(xiàn)最短的原則等）。推薦的路線(xiàn)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(xiàn)，系統會(huì )自動(dòng)刪除原有路線(xiàn)并以車(chē)輛當前點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)重新計算路線(xiàn)，并將修正后的路線(xiàn)作為新的推薦路線(xiàn)。

　　汽車(chē)自動(dòng)導航系統的輸出設備包括顯示屏幕和語(yǔ)音輸出設備。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)識別作為輸入，顯示屏表面還有一張透明的觸摸屏作保護）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。主要顯示內容包括：地圖（包括相應的道路名稱(chēng)、公路編號、重要地點(diǎn)名稱(chēng)等）、車(chē)輛的當前位置、推薦路線(xiàn)等，根據用戶(hù)的設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(hù)需要。


　　汽車(chē)導航系統操作的簡(jiǎn)便性是設計者追求的目標，實(shí)際上這也涉及到一個(gè)安全的問(wèn)題，因為駕車(chē)者不允許一邊開(kāi)車(chē)一邊看電子地圖。因此，設計者都考慮針對汽車(chē)導航系統應用需求開(kāi)發(fā)語(yǔ)音及語(yǔ)音識別技術(shù)，使用者通過(guò)語(yǔ)音代替按鍵操作發(fā)出指令，使導航系統完成相應的工作，導航系統通過(guò)語(yǔ)音代替圖像文字，向駕車(chē)者發(fā)出信號或指令。例如豐田威馳導航系統就是一種帶有語(yǔ)音技術(shù)的導航系統，在轉彎路口等地方可以用語(yǔ)音提示。

　　汽車(chē)導航系統的推廣與應用關(guān)鍵是電子地圖。用戶(hù)購買(mǎi)裝備有導航系統的車(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(hù)在開(kāi)啟車(chē)輛導航系統之后,必須把這張CD-ROM插入導航設備的光盤(pán)驅動(dòng)器中，系統需要道路信息時(shí)都會(huì )到CD-ROM上去獲取。例如豐田威馳DVD導航系統就是這樣，它在副駕駛座下面有一個(gè)DVD驅動(dòng)器，專(zhuān)門(mén)讀取電子地圖DVD光盤(pán)。隨著(zhù)城鄉建設及道路變化，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確無(wú)誤。針對這種情況，汽車(chē)導航系統
又需要增加一定的輔助支援系統。目前在應用汽車(chē)導航系統比較廣泛的地區（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，通過(guò)GSM移動(dòng)通訊形式發(fā)短消息或電臺發(fā)送的最新的交通信息提供給汽車(chē)上的導航設備，可以對汽車(chē)上電子地圖的信息隨時(shí)進(jìn)行修正。

　　我國對于地圖的出版有嚴格的規定，對于電子地圖也不例外。因為它不同于一般的電子出版物，其標準性、政策性、保密性、技術(shù)性較強，是國家版圖、行政區劃界線(xiàn)的科學(xué)表達，因此電子地圖一定要經(jīng)國家測繪局審核后才能出版。目前威馳轎車(chē)的DVD語(yǔ)音電子導航系統，也特別注明電子導航系統是“經(jīng)國家測繪局的支持和批準”。為了適應汽車(chē)自動(dòng)導航設備需要根據行駛區域、路線(xiàn)、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)導航系統所使用的地圖必須是以向量方式記錄的。

　　目前國內一些汽車(chē)運營(yíng)企業(yè)安裝的“汽車(chē)導航系統”，主要功能是調度與監測，與前面說(shuō)明的汽車(chē)導航系統不同，這些系統中的車(chē)輛上除GPS天線(xiàn)和接收機外，并不需要車(chē)輛自主導航設備（包括電子地圖），車(chē)輛通過(guò)車(chē)載通訊設備和公司保持聯(lián)系。因為這類(lèi)系統的導航過(guò)程其實(shí)是人工完成，因此還不能算是汽車(chē)自動(dòng)導航系統。