車載導(dǎo)航系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展

汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是以全球24顆定位人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)，向全球各地全天候地提供三維位置、三維速度等信息的一種無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它由三部分構(gòu)成，一是地面控制部分，由主控站、地面天線、濫測站及通訊輔助系統(tǒng)組成。二是空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個軌道平面。三是用戶裝置部分，由GPS接收機和衛(wèi)星天線組成。民用的定位精度可達10米內(nèi)。

GPS車輛應(yīng)用系統(tǒng)一般分為兩大類：車輛跟蹤系統(tǒng)和車輛導(dǎo)航系統(tǒng)。它們在功能上截然不同，一種是用于車輛的防盜，一種則是用于車輛的自主導(dǎo)航。由于“只接受，不發(fā)射”信號是GPS是接收系統(tǒng)的一大特點，所以用于防盜的GPS跟蹤系統(tǒng)就是要借助通信網(wǎng)絡(luò)以及政府配套系統(tǒng)給GPS車載防盜儀，提供收取使用費用的解決方案。

系統(tǒng)分類

車載導(dǎo)航系統(tǒng)按不同標準有不同的分類。從實現(xiàn)導(dǎo)航功能的角度主要分為兩類：一類是自主式車載導(dǎo)航系統(tǒng)，其車輛定位與導(dǎo)航功能均由車載終端完成；另一類是中心決定式車載導(dǎo)航系統(tǒng)，其部分導(dǎo)航功能需要由控制信息中心來完成。

一自主式動態(tài)車載導(dǎo)航系統(tǒng)

又可以稱為車載終端決定式的動態(tài)導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)實時交通信息，在車載導(dǎo)航終端上進行路徑規(guī)劃和導(dǎo)航。

自主式動態(tài)車載導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

自主式動態(tài)車載導(dǎo)航系統(tǒng)三個子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及功能：

（1）控制信息中心子系統(tǒng)

控制信息中心子系統(tǒng)是所有車載子系統(tǒng)的控制和管理中心，由通信服務(wù)器、GIS服務(wù)器(電子地圖數(shù)據(jù)庫)、實時路況信息中心、應(yīng)用服務(wù)器、中心接入服務(wù)器和指揮監(jiān)控終端組成。這些設(shè)備主要提供接收目標車輛的定位信息、對路況信息數(shù)據(jù)進行融合、判斷并發(fā)布實時交通信息和提供信息咨詢服務(wù)。

（2）車載導(dǎo)航子系統(tǒng)

車載導(dǎo)航子系統(tǒng)主要由電子地圖數(shù)據(jù)庫、定位、路徑規(guī)劃、路徑引導(dǎo)、無線通信等模塊組成。電子地圖數(shù)據(jù)庫是其實現(xiàn)自主導(dǎo)航的基礎(chǔ)；定位模塊利用一種或多種定位技術(shù)(如GPS定位和DR航位推算定位等技術(shù))通過地圖匹配實現(xiàn)自車定位；路徑規(guī)劃模塊可以按用戶的不同要求(如最短路徑、最小時間、最經(jīng)濟等)，根據(jù)實時交通信息和電子地圖數(shù)據(jù)進行路徑規(guī)劃；路徑引導(dǎo)模塊根據(jù)已規(guī)劃的路徑實現(xiàn)導(dǎo)航。由于交通狀態(tài)是變化的，路徑規(guī)劃模塊計算出的路線也會隨實時交通信息更新而不斷修正。

（3）無線通信子系統(tǒng)

無線通信子系統(tǒng)為車載導(dǎo)航子系統(tǒng)和控制信息中心提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線通道，實現(xiàn)控制信息中心與車載導(dǎo)航子系統(tǒng)間的信息交互。一般采用無線通信網(wǎng)絡(luò)、路側(cè)紅外信標、無線電信標等方式，還可以通過調(diào)頻廣播信號傳輸動態(tài)交通信息和其他服務(wù)信息。

二中心決定式動態(tài)車載導(dǎo)航系統(tǒng)

根據(jù)實時交通信息，對基于系統(tǒng)整體的多車輛進行路徑規(guī)劃，計算出每一個可能的起止點的最優(yōu)或準最優(yōu)路線供用戶使用。

中心決定式動態(tài)車載導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

中心決定式動態(tài)車載導(dǎo)航系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)組成上基本與自主式動態(tài)車載導(dǎo)航系統(tǒng)類似，功能實現(xiàn)區(qū)別主要體現(xiàn)在控制信息中心子系統(tǒng)和車載導(dǎo)航子系統(tǒng)：

（1）控制信息中心子系統(tǒng)

控制信息中心子系統(tǒng)是所有車載子系統(tǒng)的控制和管理中心。主要提供接收目標車輛的定位信息、對路況信息數(shù)據(jù)進行融合、判斷并發(fā)布實時交通信息、預(yù)測各路段行程時間、計算可能起止點的規(guī)劃路徑、進行平衡交通分配以及向一個或多個車輛提供引導(dǎo)和咨詢的服務(wù)。

（2）車載導(dǎo)航子系統(tǒng)

車載導(dǎo)航子系統(tǒng)主要由定位、無線通信、路徑引導(dǎo)等模塊組成。車載子系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)自車定位，傳送自車定位信息至控制信息中心，然后接收控制信息中心傳送的實時交通信息和滿足用戶需求的動態(tài)路線數(shù)據(jù)，然后實現(xiàn)行車導(dǎo)航，其本身不具備路徑規(guī)劃功能。

市場現(xiàn)狀

中國車載導(dǎo)航從2003年開始起步，市場發(fā)展迅速。一方面，隨著消費屬性的變化，我國汽車已經(jīng)從奢侈品、高檔商品，逐漸演變成為普通的代步工具、交通工具。和世界其他國家相比，無論是汽車銷售量絕對值還是增長速度，中國均遙遙領(lǐng)先；另一方面伴隨著交通設(shè)施和路途環(huán)境的變化，全國路網(wǎng)路況日益復(fù)雜，尤其是城市交通嚴重擁堵，導(dǎo)航產(chǎn)品已經(jīng)成為人們出行必不可少的功能服務(wù)。除了最基本的導(dǎo)航服務(wù)，車載導(dǎo)航系統(tǒng)還能提供娛樂等日漸豐富的增值服務(wù)，人們對汽車導(dǎo)航產(chǎn)品的依賴與日俱增。

車載導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈

車載導(dǎo)航是衛(wèi)星導(dǎo)航最重要的應(yīng)用之一，我國政府高度重視衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將其作為促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級的重要途徑和手段，推出了系列產(chǎn)業(yè)政策鼓勵車載導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2008-2014年車載導(dǎo)航系統(tǒng)國家扶持政策

從2012年開始，我國乘用車銷量一直穩(wěn)步增長，是世界第一汽車生產(chǎn)國和消費國。目前我國汽車的銷售量和增長速度均領(lǐng)先于世界上其它國家，2017年乘用車銷量達到2471.83萬臺。由于整車出廠時加裝車載導(dǎo)航系統(tǒng)可以增加汽車附加值，提升汽車品牌的競爭力，一些主流的中高端汽車廠商都已經(jīng)開始在中國市場中投放前裝車載導(dǎo)航車型。因此汽車產(chǎn)業(yè)巨大的增量勢必帶來前裝車載導(dǎo)航市場的爆發(fā)式增長。

2016Q1-2018Q1中國前裝車載導(dǎo)航市場出貨量(萬臺)

2015年中國后裝導(dǎo)航銷量達到1105萬臺，滲透率僅為40%，在未來幾年國內(nèi)后裝市場仍有較大的增長潛力。其次，根據(jù)公安部統(tǒng)計數(shù)據(jù)2017年底全國汽車保有量達到3.1億輛也給后裝市場添加了大量的潛在市場空間。但隨著未來我國前裝滲透率進一步提升，后裝市場必定會受到擠壓，因此我國主流后裝車載導(dǎo)航企業(yè)紛紛往前裝市場發(fā)展，爭取進入前裝市場。

2009-2015中國后裝車載導(dǎo)航市場出貨量(萬臺)

技術(shù)現(xiàn)狀及前景

一現(xiàn)狀

目前，新型的導(dǎo)航方式為網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航。所謂網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航，是指借助于現(xiàn)代移動通信技術(shù)，將交通路況、小區(qū)氣象、突發(fā)事件等即時信息融入導(dǎo)航計算中，并依據(jù)計算結(jié)果為用戶提供實時道路指引。網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航的核心是即時信息的引入，特征是獲得專業(yè)的綜合信息運營服務(wù)提供商支持。國外網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航技術(shù)以美國、歐洲和日本為代表，起步較早，已經(jīng)建成一些具有網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航特征的系統(tǒng)投入使用。從整體上看，國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航運營服務(wù)體系正處于積極培育階段。可以預(yù)見，在不久的將來，將會得到大規(guī)模推廣應(yīng)用，迎來網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航新時代。

隨著我國交通和汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航的需求越來越迫切。特別是一些城市的交管部門，已著手建設(shè)以提供實時交通路況信息發(fā)布、電子站牌、車流量統(tǒng)計和疏導(dǎo)等為目的的軟硬件平臺，為網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航的發(fā)展打下基礎(chǔ)。經(jīng)過幾年的努力，網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航所涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)，包括動態(tài)信息的編碼標準、接入、管理，以及與道路拓撲數(shù)據(jù)的融合計算等關(guān)鍵技術(shù)取得了突破性進展。近兩年，中國航天、中國衛(wèi)星通信以及基礎(chǔ)電信運營商等國有大型集團企業(yè)，也都開始切入網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航服務(wù)領(lǐng)域。這些企業(yè)的進入，必將對網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航的發(fā)展產(chǎn)生有力的拉動作用。網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航最直觀的應(yīng)用是國內(nèi)智能交通方面，從靜態(tài)的交通管制、道路維護信息，到提供基于交通流分析的實時動態(tài)交通信息和交通動態(tài)預(yù)測分析，以及互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布實時監(jiān)控影像。

二前景

目前我國的汽車導(dǎo)航技術(shù)與國外其他國家相比還存在一定的差距，因此在該技術(shù)方面還存在較大的發(fā)展空間。本文認為汽車導(dǎo)航技術(shù)未來的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）集成式的導(dǎo)航技術(shù)

在傳統(tǒng)的汽車導(dǎo)航技術(shù)中，主要是采用嵌入式技術(shù)，但是目前集成式的導(dǎo)航技術(shù)正在進普及。集中式導(dǎo)航技術(shù)不僅僅包括導(dǎo)航技術(shù)，而且還能夠為駕駛員提供其他服務(wù)，例如:音樂播放服務(wù)、視頻音頻的服務(wù)、小區(qū)廣播的服務(wù)等等，從而還可以利用集成式的導(dǎo)航技術(shù)連接到互聯(lián)網(wǎng)中，進而能夠?qū)崟r地從網(wǎng)絡(luò)中獲取各種信息和娛樂方式。

（2）購買人群增加，價格降低

汽車導(dǎo)航技術(shù)在我國的不斷發(fā)展，能夠更好地促進相關(guān)技術(shù)的更新，使得與汽車導(dǎo)航技術(shù)相關(guān)的設(shè)備能夠批量化生產(chǎn)。

（3）汽車導(dǎo)航技術(shù)的靈活性增加

在未來汽車導(dǎo)航技術(shù)可能僅僅作為車輛系統(tǒng)中的一個軟件存在，因此在使用汽車導(dǎo)航技術(shù)的過程中，能夠享受更多的靈活性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:第一，市場上存在多種汽車導(dǎo)航技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品，用戶可以根據(jù)自己的愛好進行選擇，而不是在購買汽車的時候就決定了使用哪種汽車導(dǎo)航產(chǎn)品；第二，隨著汽車導(dǎo)航技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶需要不斷更新相關(guān)的技術(shù)，才能夠享受汽車導(dǎo)航的更多功能。

總結(jié)與建議Discovery

著眼國內(nèi)城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)總體水平較低和靜態(tài)車載導(dǎo)航系統(tǒng)市場應(yīng)用較為成熟的現(xiàn)實，通過與前文對兩類動態(tài)車載導(dǎo)航系統(tǒng)的介紹和比較，要改進和完善實時路況信息的采集、數(shù)據(jù)融合處理和信息發(fā)布技術(shù)，當務(wù)之急是建立實時動態(tài)交通信息系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化、語音化、視頻化的實時交通信息融合諸如氣象、停車場信息等信息資源，能為駕駛員提供可靠的輔助駕駛信息。

其次是在實時動態(tài)信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)自主式動態(tài)車載導(dǎo)航系統(tǒng)，重點解決基于當前實時路況信息的路段交通流參數(shù)預(yù)測和基于路段交通流預(yù)測參數(shù)的動態(tài)路徑優(yōu)化算法等關(guān)鍵技術(shù)，初步實現(xiàn)車載導(dǎo)航終端的自主路線規(guī)劃與行車誘導(dǎo)功能；最后，在完善自主式動態(tài)車載導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上升級實現(xiàn)中心決定式動態(tài)車載導(dǎo)航系統(tǒng),實現(xiàn)基于整個城市交通路網(wǎng)交通預(yù)測和平衡功能，發(fā)揮城市交通路網(wǎng)的最大功能。