智能车辆导航系统第二章教材课件

第二章第二章 智能车辆定位导航系统的组成与原理智能车辆定位导航系统的组成与原理2.1 2.1 车辆定位导航系统的发展概况车辆定位导航系统的发展概况 2.1.1 2.1.1 发达国家发展概况发达国家发展概况车辆定位导航系统就是对车辆进行实时定车辆定位导航系统就是对车辆进行实时定位，显示车辆的地理位置并提供实时导航信位，显示车辆的地理位置并提供实时导航信息（包括路径选择优化等功能），它是电子息（包括路径选择优化等功能），它是电子技术、通信技术、信息技术等多种技术集于技术、通信技术、信息技术等多种技术集于一体的综合系统。从二十世纪一体的综合系统。从二十世纪6060年代开始，年代开始，车辆定位和导航系统进入一个崭新的阶段。车辆定位和导航系统进入一个崭新的阶段。美国、日本、欧洲等主要发达国家和地区都美国、日本、欧洲等主要发达国家和地区都积极开展相关的研究。积极开展相关的研究。6060年代末期，美国公路局（现称联邦公路局）提年代末期，美国公路局（现称联邦公路局）提出了一种电子路径引导系统出了一种电子路径引导系统ERGSERGS。这是一种具有无这是一种具有无线路径引导能力的导航系统，它利用短距离信标线路径引导能力的导航系统，它利用短距离信标（beaconbeacon）网络作为通信媒介，驾驶员可以通过控网络作为通信媒介，驾驶员可以通过控制台输入目的地码，当车辆接近主要交叉路口时，制台输入目的地码，当车辆接近主要交叉路口时，目的地码经车载无线收发机发出，由埋在路面下的目的地码经车载无线收发机发出，由埋在路面下的环形天线接收并传送到路边的控制器。控制器与中环形天线接收并传送到路边的控制器。控制器与中央计算机系统相连，可以获得实时交通信息。在接央计算机系统相连，可以获得实时交通信息。在接收到目的地码后，控制器将其与交通数据结合，规收到目的地码后，控制器将其与交通数据结合，规划最佳的行驶路径，并将路径引导指令通过信标发划最佳的行驶路径，并将路径引导指令通过信标发送到车上。送到车上。7070年代初期，美国开发了一种自主导航系统，这年代初期，美国开发了一种自主导航系统，这种系统利用航位推算（种系统利用航位推算（dead-reckoningdead-reckoning）模块，借模块，借助于地图匹配（助于地图匹配（map-matchingmap-matching）算法进行车辆定位，算法进行车辆定位，确定车辆沿着路径行驶的位置。该系统的第二版本确定车辆沿着路径行驶的位置。该系统的第二版本能够把路径引导指令显示在车内的等离子显示器上。能够把路径引导指令显示在车内的等离子显示器上。19851985年，美国易泰克（年，美国易泰克（ETAKETAK）公司推出了一种称公司推出了一种称为为NavigatorNavigator的汽车自主导航系统。该系统配有数字的汽车自主导航系统。该系统配有数字地图库，采用航位推算和地图匹配技术，定位误差地图库，采用航位推算和地图匹配技术，定位误差可由已知道路的位置和方向来修正，航位推算传感可由已知道路的位置和方向来修正，航位推算传感器包括磁罗盘和车速传感器。器包括磁罗盘和车速传感器。进入进入9090年代，随着计算机和通信技术的飞速发展，年代，随着计算机和通信技术的飞速发展，车辆定位与导航系统开始进入真正的实用阶段。特车辆定位与导航系统开始进入真正的实用阶段。特别是美国全球卫星定位系统（别是美国全球卫星定位系统（GPSGPS）的成功发展和建的成功发展和建立，为全球范围内的用户提供了一种廉价、实用的立，为全球范围内的用户提供了一种廉价、实用的定位手段，使车辆定位与导航系统的发展进入了高定位手段，使车辆定位与导航系统的发展进入了高潮潮。19941994年，第一个装有年，第一个装有GPSGPS接收机的自主式导航系接收机的自主式导航系统统GuidestarGuidestar投入市场。与此同时，定位与导航系统投入市场。与此同时，定位与导航系统的概念和相关的研究范围也开始逐渐扩展，从单一的概念和相关的研究范围也开始逐渐扩展，从单一的车辆定位和导航发展到集交通基础设施智能化、的车辆定位和导航发展到集交通基础设施智能化、交通工具智能化、交通管理智能化概念为一体的智交通工具智能化、交通管理智能化概念为一体的智能交通系统（能交通系统（Intelligent Transportation Intelligent Transportation System)System)。目前，智能交通系统（目前，智能交通系统（ITSITS）已经成为许多国家已经成为许多国家的热门研究领域。如在美国芝加哥进行的的热门研究领域。如在美国芝加哥进行的ADVANCEADVANCE项项目（目（1991.7-1996.121991.7-1996.12）的研究为动态路径诱导系统）的研究为动态路径诱导系统建立了系统性的研究基础，该系统是一种基于实时建立了系统性的研究基础，该系统是一种基于实时交通条件的分布式路径诱导系统，车辆定位主要采交通条件的分布式路径诱导系统，车辆定位主要采用差分用差分GPSGPS，在，在GPSGPS处于盲区时辅以航位推算法进行处于盲区时辅以航位推算法进行定位定位 。日本是当今车辆定位与导航系统和智能交通系统日本是当今车辆定位与导航系统和智能交通系统发展最成功的国家之一发展最成功的国家之一 。日本从。日本从8080年代的年代的RACSRACS和和AMTICSAMTICS发展到当前的发展到当前的ATISATIS、VICSVICS和和UTMSUTMS。欧洲欧洲8080年代推出年代推出CARINCARIN和和EVAEVA车辆自主导航系统。车辆自主导航系统。CARINCARIN利用了推算定位和地图匹配技术及彩色显示器利用了推算定位和地图匹配技术及彩色显示器来显示地图，它是第一个采用来显示地图，它是第一个采用CD-ROMCD-ROM存储数字地图存储数字地图的导航系统。的导航系统。EVAEVA除了推算定位、地图匹配和依次转除了推算定位、地图匹配和依次转向路径引导，它还可以同时用可视显示和声音合成向路径引导，它还可以同时用可视显示和声音合成输出来给司机提供导航。输出来给司机提供导航。8080年代中期以来，智能交年代中期以来，智能交通系统实验计划通系统实验计划PROMETHUSPROMETHUS和和DRIVEDRIVE一直在欧洲大规一直在欧洲大规模地实施中。模地实施中。2.1.22.1.2国内发展情况国内发展情况和国外发达国家相比，国内在此方面的研究起步和国外发达国家相比，国内在此方面的研究起步较晚，但由于较晚，但由于ITSITS是是2121世纪交通运输发展的必由之路，世纪交通运输发展的必由之路，因此目前中国政府和有关单位也十分关注世界因此目前中国政府和有关单位也十分关注世界ITSITS的的发展趋势。交通部在制定发展趋势。交通部在制定公路、水运公路、水运”九五九五”科科技发展计划和技发展计划和20102010年远景规划年远景规划时就已将时就已将ITSITS的发展的发展列入其中，并从列入其中，并从19951995年开始派团参加每届的年开始派团参加每届的ITSITS世界世界大会。交通部于大会。交通部于19981998年成立了年成立了“ITSITS工程研究中心工程研究中心”，完成了，完成了“智能运输系统发展战略研究智能运输系统发展战略研究”科研课题，科研课题，同时计划在今后若干年先后进行同时计划在今后若干年先后进行“GPSGPS路政车辆系统路政车辆系统”，“自动诱导系统算法研究自动诱导系统算法研究”等方面的研究。等方面的研究。2.1.32.1.3现代车辆定位技术现代车辆定位技术在车辆定位导航技术中，定位是实现导航在车辆定位导航技术中，定位是实现导航功能的前提与基础。功能的前提与基础。车辆定位是指确定车辆在地球表面上的坐车辆定位是指确定车辆在地球表面上的坐标。常用的表示某个物体在地球表面位置的方标。常用的表示某个物体在地球表面位置的方式为经纬度。式为经纬度。经度：物体在地球表面的位置和地经度：物体在地球表面的位置和地心的连线与格林威治心的连线与格林威治0 0度经线所在平面度经线所在平面的夹角即为该位置的经度，根据位置的夹角即为该位置的经度，根据位置的不同经度又可分为东经和西经。的不同经度又可分为东经和西经。纬度：物体在地球表面的位置和纬度：物体在地球表面的位置和地心的连线与赤道平面的夹角即为该地心的连线与赤道平面的夹角即为该位置的纬度，位置在北半球则为北极，位置的纬度，位置在北半球则为北极，位置在南半球则为南极。位置在南半球则为南极。目前移动目标定位技术主要有三种：目前移动目标定位技术主要有三种：独立定位独立定位地面无线电定位地面无线电定位卫星定位卫星定位一、无线电定位一、无线电定位地面无线电定位的原理是电磁波的恒定地面无线电定位的原理是电磁波的恒定传播速率和路径的可预测性原理。传播速率和路径的可预测性原理。常用的无线电定位技术有三种：到达时常用的无线电定位技术有三种：到达时间（间（TOATOA）、）、到达角度（到达角度（AOAAOA）和到达时间差和到达时间差（TDOATDOA）。）。TOATOA通过测量从多个已知位置的发射机通过测量从多个已知位置的发射机传来的无线电信号到达接收端的时间来确定传来的无线电信号到达接收端的时间来确定接收机的位置。接收机的位置。AOAAOA通过三角测量法定为，信号由车载通过三角测量法定为，信号由车载发射机发射，处在已知位置的天线阵列接发射机发射，处在已知位置的天线阵列接收信号并计算信号到两个或多个天线单元收信号并计算信号到两个或多个天线单元的入射角，车辆位置由入射角的交叉点确的入射角，车辆位置由入射角的交叉点确定。定。TDOATDOA采用三边测量法定位，由多个已知位置采用三边测量法定位，由多个已知位置的发射机发送时间同步信号，移动接收机接收信的发射机发送时间同步信号，移动接收机接收信号并测量至少两组信号的到达时间差，由此确定号并测量至少两组信号的到达时间差，由此确定接收机的位置。接收机的位置。目前地面无线电导航系统已经在航海和航空目前地面无线电导航系统已经在航海和航空领域获得了广泛应用，大约有领域获得了广泛应用，大约有100100种不同类型的种不同类型的系统正在世界各地运营，如著名的系统正在世界各地运营，如著名的Loran-CLoran-C和和OMEGAOMEGA。Loran-CLoran-C无线电定位系统简介无线电定位系统简介罗兰罗兰C C（Loran-long range navigation)Loran-long range navigation)陆基、低频脉冲相位导航系统陆基、低频脉冲相位导航系统中远程精密无线电导航系统中远程精密无线电导航系统主要包括地面设施和用户设备两大部分。主要包括地面设施和用户设备两大部分。地面设施：发射台组和监测站地面设施：发射台组和监测站工作原理：双曲线无线电导航系统。工作原理：双曲线无线电导航系统。用户设备接收到两个发射台的信号到达的用户设备接收到两个发射台的信号到达的时间差时间差DTOADTOA，乘以电波传播速度，可换算为，乘以电波传播速度，可换算为距两个台的距离差值距两个台的距离差值为一双曲线，再接收为一双曲线，再接收另外两个台的信息，便可得另一双曲线，两另外两个台的信息，便可得另一双曲线，两条双曲线的交点，就可计算出用户位置。条双曲线的交点，就可计算出用户位置。然而，因为无线电然而，因为无线电定位信号容易受到地定位信号容易受到地面障碍物的干扰，从而产生信号衰减和多路面障碍物的干扰，从而产生信号衰减和多路径效应，造成定位精度下降或失效。因此地径效应，造成定位精度下降或失效。因此地面无线电定位技术目前很少应用于陆地车辆面无线电定位技术目前很少应用于陆地车辆定位。定位。二、二、卫星定位导航系统（卫星定位导航系统（GNSSGNSS）GNSSGNSS：Global Navigation Satellite Global Navigation Satellite System.System.是以导航定位卫星发射的信号来确定载是以导航定位卫星发射的信号来确定载体位置而进行导航的系统。体位置而进行导航的系统。1957 1957年年1010月，世界上第一颗人造卫星的发射月，世界上第一颗人造卫星的发射成功使人类在空间建立导航无线电发射基准站的成功使人类在空间建立导航无线电发射基准站的设想变成了现实，星基无线电导航系统也随之应设想变成了现实，星基无线电导航系统也随之应运而生，这就是卫星定位系统。运而生，这就是卫星定位系统。与传统的定位方法相比，卫星导航不但能够与传统的定位方法相比，卫星导航不但能够在全球范围内为陆地、海洋以及近地空间的用户在全球范围内为陆地、海洋以及近地空间的用户提供连续准确的位置、速度和时间信息，而且用提供连续准确的位置、速度和时间信息，而且用户设备体积小、重量轻、功耗小、价格低、易于户设备体积小、重量轻、功耗小、价格低、易于操作，从而给导航技术带来了革命性的变化。操作，从而给导航技术带来了革命性的变化。常用常用GNSSGNSS：GPSGPS：Global Positioning System,Global Positioning System,美国美国GLONASSGLONASS：Global Navigation Satellite Global Navigation Satellite System,System,俄罗斯俄罗斯BDSTARBDSTAR：北斗双星，中国：北斗双星，中国 GALILEOGALILEO：欧州：欧州1 1、GPSGPS系统系统定位原理定位原理L =L =t tR R c c 其中，其中，t tR R为为信号从卫星到接收机的时延。信号从卫星到接收机的时延。地球或空间中的某一点的位置可以由经度、地球或空间中的某一点的位置可以由经度、纬度和海拔高度确定。除此之外，还有一个未知纬度和海拔高度确定。除此之外，还有一个未知数钟差，钟差即为卫星时钟和接收机时钟的差。数钟差，钟差即为卫星时钟和接收机时钟的差。如果在某个时间，如果在某个时间，GPSGPS接收机能够捕获到四颗卫接收机能够捕获到四颗卫星，就可以解算出四个未知数，从而获得位置信星，就可以解算出四个未知数，从而获得位置信息。息。由三部分组成：由三部分组成：空间卫星空间卫星地面监控系统地面监控系统用户接收设备用户接收设备空间卫星部分空间卫星部分空间卫星部分由均匀分布在空间卫星部分由均匀分布在6 6个轨道平个轨道平面内的面内的2424颗卫星组成，包括三颗备用卫星。颗卫星组成，包括三颗备用卫星。地面监控部分地面监控部分由分布在全球的由分布在全球的1 1个主控站、个主控站、3 3个注入站个注入站和和5 5个监测站组成，负责完成数据采集、故个监测站组成，负责完成数据采集、故障诊断、跟踪监测、卫星调度、导航电文编障诊断、跟踪监测、卫星调度、导航电文编辑和注入等工作。辑和注入等工作。用户接收机部分用户接收机部分用来接收卫星信号，实现定位导航功能。用来接收卫星信号，实现定位导航功能。GPSGPS系统的主要特点系统的主要特点全球地面连续覆盖。由于全球地面连续覆盖。由于GPSGPS卫星数目较多卫星数目较多且分布合理，在地球上的任何地点都可以连且分布合理，在地球上的任何地点都可以连续同时观测到至少四颗卫星，从而保证了全续同时观测到至少四颗卫星，从而保证了全球、全天候连续实时定位的需要。球、全天候连续实时定位的需要。功能多，精度高。其实时定位速度快；抗干功能多，精度高。其实时定位速度快；抗干扰性好，保密能力强；一旦工作不间断发射扰性好，保密能力强；一旦工作不间断发射导航电文。导航电文。2 2、GLONASS(GLONASS(全球轨道卫星导航系统全球轨道卫星导航系统)GLONASSGLONASS其是前苏联研制并为俄罗斯继续发展其是前苏联研制并为俄罗斯继续发展的第二代全球卫星导航系统。在整个系统的整体的第二代全球卫星导航系统。在整个系统的整体结构、信号组成、定位原理和系统功能等方面与结构、信号组成、定位原理和系统功能等方面与GPSGPS系统相似，同样由空间卫星网、地面支持网系统相似，同样由空间卫星网、地面支持网和用户设备组成，可用于海上、空中、陆地等各和用户设备组成，可用于海上、空中、陆地等各类用户的定位、测速及精密授时。类用户的定位、测速及精密授时。GPSGPS和和GLONASSGLONASS的主要区别的主要区别信号分割体制不同：信号分割体制不同：GLONASSGLONASS使用使用FDMAFDMA（频分多址）扩频体制来区频分多址）扩频体制来区分不同的卫星，即不同的分不同的卫星，即不同的GLONASSGLONASS卫星发射频率卫星发射频率不同的信号，但所有卫星信号上调制的伪随机码不同的信号，但所有卫星信号上调制的伪随机码都相同。都相同。GPSGPS采用采用CDMACDMA（码分多址）方式，所有卫星都码分多址）方式，所有卫星都使用相同的频率，而在载波上调制的伪随机码随使用相同的频率，而在载波上调制的伪随机码随卫星不同而不同。卫星不同而不同。定位精度不同定位精度不同GPSGPS系统使用的伪随机码速率比系统使用的伪随机码速率比GLONASSGLONASS的相的相应码速率高一倍，其分辨率也高一倍，从理论上应码速率高一倍，其分辨率也高一倍，从理论上讲讲GPSGPS系统的定位定位精度比系统的定位定位精度比GLONASSGLONASS高。高。空间卫星分布情况不同空间卫星分布情况不同GLONASSGLONASS系统能为高纬度地区提供封更好的覆系统能为高纬度地区提供封更好的覆盖，而盖，而GPSGPS的优势在中低纬度地区。的优势在中低纬度地区。3 3、其他卫星地位系统、其他卫星地位系统欧盟将在欧盟将在20082008年推出民用的伽利略系统，定位精年推出民用的伽利略系统，定位精度在度在1 1米之内。米之内。我国已投入运行北斗双星定位系统，但主要是面我国已投入运行北斗双星定位系统，但主要是面向军队用户。向军队用户。三、独立定位三、独立定位 与前两种技术相比，独立定位技术的突与前两种技术相比，独立定位技术的突出优点是完全自主，不需要使用通信设备，出优点是完全自主，不需要使用通信设备，因此受外界因素的影响小。因此受外界因素的影响小。最典型的独立定位技术是惯性导航，它最典型的独立定位技术是惯性导航，它依据牛顿力学原理定位，通过利用各种惯性依据牛顿力学原理定位，通过利用各种惯性传感器测量载体的速度、加速度、位移、航传感器测量载体的速度、加速度、位移、航向等信息，解算出载体在惯性坐标系中的相向等信息，解算出载体在惯性坐标系中的相对位置。对位置。惯性导航的定位精度主要取决于磁罗盘、惯性导航的定位精度主要取决于磁罗盘、陀螺仪、加速度计等惯性传感器的测量精度。陀螺仪、加速度计等惯性传感器的测量精度。如果不考虑设备的体积、成本和安装校准如果不考虑设备的体积、成本和安装校准的复杂度，采用精密惯性器件可以使惯性导航的复杂度，采用精密惯性器件可以使惯性导航系统达到并长时间保持很高的定位精度。系统达到并长时间保持很高的定位精度。惯性导航系统的最大缺点是具有误差累计惯性导航系统的最大缺点是具有误差累计效应，其定位精度会随定位过程的进行不断下效应，其定位精度会随定位过程的进行不断下降。降。磁磁罗盘罗盘 磁罗盘是用来测量其所在位置磁北的仪器。磁罗盘是用来测量其所在位置磁北的仪器。我国古代开始使用的指南针也是磁罗盘，只是我国古代开始使用的指南针也是磁罗盘，只是经度不够高。经度不够高。现在的磁罗盘的精度可以达到很高，精度可以现在的磁罗盘的精度可以达到很高，精度可以达到达到0.50.5度。度。磁罗盘的体积很小，使用起来非常方便。但从磁罗盘的体积很小，使用起来非常方便。但从测试原理上分析，其很容易受到干扰。测试原理上分析，其很容易受到干扰。惯性导航系统惯性导航系统地心惯性坐标系地心惯性坐标系惯性坐标系是符合牛顿力学定律的坐标系，惯性坐标系是符合牛顿力学定律的坐标系，即是绝对静止或只做匀速直线运动的坐标系。由即是绝对静止或只做匀速直线运动的坐标系。由于宇宙空间中的万物都处于运动之中，因此想寻于宇宙空间中的万物都处于运动之中，因此想寻找绝对的惯性坐标系是不可能的。我们只能根据找绝对的惯性坐标系是不可能的。我们只能根据导航的需要来选取惯性坐标系。对于在地球附近导航的需要来选取惯性坐标系。对于在地球附近运动的飞行器选取地心惯性坐标系是合适的。地运动的飞行器选取地心惯性坐标系是合适的。地心惯性坐标系不考虑地球绕太阳的公转运动，当心惯性坐标系不考虑地球绕太阳的公转运动，当然更略去了太阳相对宇宙空间的运动。然更略去了太阳相对宇宙空间的运动。地心惯性坐标系的原点地心惯性坐标系的原点O Oe e选在地球的中选在地球的中心，它不参与地球的自转。习惯上我们将心，它不参与地球的自转。习惯上我们将z zi i轴选在沿地轴指向北极的方向上，而轴选在沿地轴指向北极的方向上，而x xi i、y yi i轴则在地球的赤道平面内，并指向空间轴则在地球的赤道平面内，并指向空间的两颗恒星。的两颗恒星。地球坐标系地球坐标系地球坐标系是固连在地球上的坐标系，地球坐标系是固连在地球上的坐标系，它相对惯性坐标系以地球自转角速率它相对惯性坐标系以地球自转角速率w we e旋旋转，旋转的速度为转，旋转的速度为1515度度/小时。地球坐标小时。地球坐标系的原点在地球中心系的原点在地球中心O Oe e，O Oe ez ze e轴与轴与O Oe ez zi i轴轴重合，重合，O Oe ex xe ey ye e在赤道平面内，在赤道平面内，x xe e轴指向格轴指向格林威治经线，林威治经线，y ye e轴指向东经轴指向东经9090方向。方向。地理坐标系地理坐标系地理坐标系是在车体上用来表示车体所地理坐标系是在车体上用来表示车体所在位置的东向、北向和垂线方向的坐标系。在位置的东向、北向和垂线方向的坐标系。地理坐标系的原点选在车辆的重心处，地理坐标系的原点选在车辆的重心处，x xt t指指向东，向东，y yt t指向北，指向北，z zt t沿垂线方向指向天。沿垂线方向指向天。x x轴和轴和y y轴构成的平面为地球上某一点与地球轴构成的平面为地球上某一点与地球相切的平面，其中相切的平面，其中x x轴沿该平面指向正东方轴沿该平面指向正东方向，向，y y轴为北向，轴为北向，z z轴垂直该平面向上。轴垂直该平面向上。地球自转角速度的分解地球自转角速度的分解陀螺陀螺本质上说陀螺是角速度传感器。本质上说陀螺是角速度传感器。静基座寻北静基座寻北方向保持方向保持加速度计加速度计惯性系统惯性系统惯性系统由陀螺和加速度计组成，可以惯性系统由陀螺和加速度计组成，可以测出车辆的方向，从而给出车辆行进的方向。测出车辆的方向，从而给出车辆行进的方向。里程计里程计里程计可以测量出车辆行驶的距离，里里程计可以测量出车辆行驶的距离，里程计装在车轴上，用来测量车轴的转动。因程计装在车轴上，用来测量车轴的转动。因为车轴每转动一周，车辆行驶的距离是确定为车轴每转动一周，车辆行驶的距离是确定的，因而可以通过测量车轴的转动来获得车的，因而可以通过测量车轴的转动来获得车辆行驶的距离。辆行驶的距离。里程计在使用之前必须标定。里程计在使用之前必须标定。航位推算的实现航位推算的实现利用惯性系统得到了车辆行驶的方向，利用惯性系统得到了车辆行驶的方向，又由里程计得到了车辆在单位时间内行驶的又由里程计得到了车辆在单位时间内行驶的距离，加上车辆的初始位置，就可以得到车距离，加上车辆的初始位置，就可以得到车辆的实时位置了。辆的实时位置了。(x0,y0)(x1,y1)(xn,yn)d0d1dn-1其中（其中（x x0 0,y,y0 0)为为0 0时刻车辆的初始位置，时刻车辆的初始位置，didi是行驶距离，是行驶距离，车辆常用的定位方法车辆常用的定位方法其一其一采用卫星定位的方法，可以得到全天候的车采用卫星定位的方法，可以得到全天候的车辆定位。辆定位。其二其二采用航位推算的方法。如果知道了车辆的起采用航位推算的方法。如果知道了车辆的起始位置，又通过惯性导航系统或磁罗盘获得车辆始位置，又通过惯性导航系统或磁罗盘获得车辆的航向、通过里程计测出车辆行驶的距离，就可的航向、通过里程计测出车辆行驶的距离，就可以推算出车辆的实时位置。以推算出车辆的实时位置。2.2 2.2 智能车辆定位导航系统的组成与原理智能车辆定位导航系统的组成与原理智能车辆定位导航系统（智能车辆定位导航系统（Intelligent Intelligent Vehicle Location and Navigation Vehicle Location and Navigation SystemSystem）是应用自动车辆定位技术、地理信是应用自动车辆定位技术、地理信息系统与数据库技术、计算机技术、多媒体息系统与数据库技术、计算机技术、多媒体技术和现代通信技术的高科技综合系统。技术和现代通信技术的高科技综合系统。1 1、自动车辆定位、自动车辆定位智能车辆定位导航系统可在车辆出行时准确、智能车辆定位导航系统可在车辆出行时准确、实时地确定出车辆当前的位置，并以图形化方式显实时地确定出车辆当前的位置，并以图形化方式显示在电子地图背景中。示在电子地图背景中。2 2、行车路线设计、行车路线设计智能车辆定位导航系统可依据驾驶员提供的起智能车辆定位导航系统可依据驾驶员提供的起点、终点和途径点，自动规划出旅行代价最少的最点、终点和途径点，自动规划出旅行代价最少的最佳行驶路线。佳行驶路线。3 3、路径引导服务、路径引导服务智能车辆定位导航系统可在出行过程中产生语智能车辆定位导航系统可在出行过程中产生语音或图形的实时引导指令，帮助驾驶员沿预定行车音或图形的实时引导指令，帮助驾驶员沿预定行车路线顺利抵达目的地。路线顺利抵达目的地。4 4、综合信息服务、综合信息服务智能车辆定位导航系统可向用户提供与电子地智能车辆定位导航系统可向用户提供与电子地图有关的信息检索与查询服务，如按用户要求显示图有关的信息检索与查询服务，如按用户要求显示停车场、主要旅游景点、宾馆饭店等服务设施的位停车场、主要旅游景点、宾馆饭店等服务设施的位置的数据资料，并在电子地图中指示其所处的位置。置的数据资料，并在电子地图中指示其所处的位置。5 5、无线通信功能、无线通信功能智能车辆定位导航系统可接收实时交通广播信智能车辆定位导航系统可接收实时交通广播信息，使用户及时掌握最新的道路状况，同时还可将息，使用户及时掌握最新的道路状况，同时还可将车辆状况报告给交通控制中心，实现报警、求助和车辆状况报告给交通控制中心，实现报警、求助和通信功能。通信功能。智能车辆定位导航系统的组成智能车辆定位导航系统的组成1 1、电子地图数据库、电子地图数据库电子地图数据库是现代车辆导航系统必电子地图数据库是现代车辆导航系统必不可少的组成部分，它包含以预定格式存储不可少的组成部分，它包含以预定格式存储的数字化导航地图，为系统提供诸如地理特的数字化导航地图，为系统提供诸如地理特征、道路位置及坐标、交通规则、基础设施征、道路位置及坐标、交通规则、基础设施等多种重要信息。等多种重要信息。2 2、地理信息引擎、地理信息引擎地理信息引擎是操作和查询电子地图数地理信息引擎是操作和查询电子地图数据库的接口，提供电子地图的显示、浏览、据库的接口，提供电子地图的显示、浏览、动态刷新、缩放等功能动态刷新、缩放等功能 和相关的信息检索和相关的信息检索与查询服务。与查询服务。3 3、定位模块定位模块定位模块由定位传感器和数据处理及滤定位模块由定位传感器和数据处理及滤波电路组成，其功能是提供实时、连续的车波电路组成，其功能是提供实时、连续的车辆位置估计，以使系统能够正确辨别车辆当辆位置估计，以使系统能够正确辨别车辆当前的行驶路段和正在接近的交叉路口。前的行驶路段和正在接近的交叉路口。4 4、地图匹配、地图匹配地图匹配模块将定位模块输出的位置估地图匹配模块将定位模块输出的位置估计与地图数据库提供的道路位置信息进行比计与地图数据库提供的道路位置信息进行比较较 ，并通过适当的模式匹配和识别过程确，并通过适当的模式匹配和识别过程确定车辆当前的行驶路段以及在路段中的准确定车辆当前的行驶路段以及在路段中的准确位置。如果数字地图具有较高的位置坐标精位置。如果数字地图具有较高的位置坐标精度，这一技术将极大地改善系统的整体位置度，这一技术将极大地改善系统的整体位置精度，并为实现路径引导提供可靠依据。精度，并为实现路径引导提供可靠依据。5 5、路径规划、路径规划路径规划是帮助车辆驾驶员在旅行前或路径规划是帮助车辆驾驶员在旅行前或旅途中选择合适的出行路线的过程，通常是旅途中选择合适的出行路线的过程，通常是依据电子地图中的交通路网信息，提供从车依据电子地图中的交通路网信息，提供从车辆当前位置到目的地之间总旅行代价最小的辆当前位置到目的地之间总旅行代价最小的路线供用户参考。旅行代价可以是时间、距路线供用户参考。旅行代价可以是时间、距离、收费等用户关心的因素。如果有交通信离、收费等用户关心的因素。如果有交通信息中心的支持，在进行路径规划时还应考虑息中心的支持，在进行路径规划时还应考虑从无线通信网络获取的实时交通信息，以便从无线通信网络获取的实时交通信息，以便对道路交通状况的变化做出及时反映。对道路交通状况的变化做出及时反映。6 6、路径引导、路径引导路径引导是帮助驾驶员沿预定路线行驶路径引导是帮助驾驶员沿预定路线行驶从而顺利到达目的地的过程，它根据地图数从而顺利到达目的地的过程，它根据地图数据库中的道路信息和由定位模块及地图模块据库中的道路信息和由定位模块及地图模块提供的当前位置产生适当的实时驾驶指令。提供的当前位置产生适当的实时驾驶指令。7 7、无线通信模块、无线通信模块无线通信模块能够进一步增强车载导航无线通信模块能够进一步增强车载导航系统的功能，通过无线通信网络，车辆及其系统的功能，通过无线通信网络，车辆及其使用者和交通管理系统之间能够互相交换实使用者和交通管理系统之间能够互相交换实时交通信息，使车载系统和公路网络工作更时交通信息，使车载系统和公路网络工作更加安全和有效。加安全和有效。8 8、车载计算机模块、车载计算机模块车载计算机系统是包括定位和通信装置在内的车载计算机系统是包括定位和通信装置在内的所有车载设备的控制平台。人机交互界面提供用户所有车载设备的控制平台。人机交互界面提供用户与车载计算机系统间的交互接口，用户通过它将地与车载计算机系统间的交互接口，用户通过它将地图显示、信息查询、路径规划等操作指令输入到计图显示、信息查询、路径规划等操作指令输入到计算机系统中，计算机系统也通过它将以数字地图为算机系统中，计算机系统也通过它将以数字地图为背景的车辆位置、最优路径规划结果、实时驾驶引背景的车辆位置、最优路径规划结果、实时驾驶引导指令等用户需要的信息以语音提示、可视图形等导指令等用户需要的信息以语音提示、可视图形等多媒体方式返回。多媒体方式返回。