一種嵌入式車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

我國GPS車輛導(dǎo)航系統(tǒng)受國內(nèi)汽車工業(yè)發(fā)展現(xiàn)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車輛導(dǎo)航系統(tǒng)還只有車輛跟蹤、數(shù)字地圖查詢、路徑簡單規(guī)劃等基本功能。本文對(duì)嵌入式車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，給出一個(gè)完整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。并重點(diǎn)討論導(dǎo)航電子地圖的實(shí)現(xiàn)方法。

　　1 嵌入式車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)借助于定位、地理信息處理和通信等技術(shù)，通過處理車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)。配合地理信息系統(tǒng)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)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(guī)劃和引導(dǎo)、信息查詢、歷史行駛狀態(tài)詳細(xì)記錄、通信等功能。圖1為該導(dǎo)航信息系統(tǒng)功能各模塊關(guān)系。

?

圖1 導(dǎo)航信息系統(tǒng)功能模塊

?

　　圖1中，定位系統(tǒng)包括定位模塊和地圖匹配模塊，可得到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)姿態(tài)數(shù)據(jù)，如經(jīng)度、緯度、高度、速度、運(yùn)動(dòng)方向等；數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫包含預(yù)先定義好存儲(chǔ)格式的數(shù)字地圖信息，提供計(jì)算機(jī)處理與地圖有關(guān)信息，如辨別場所、公路等級(jí)、交通規(guī)則和旅行信息等：路徑規(guī)劃和路徑引導(dǎo)模塊功能是根據(jù)地圖數(shù)據(jù)庫模塊所提供的地圖數(shù)據(jù)，加上從無線通訊網(wǎng)絡(luò)收到的實(shí)時(shí)交通信息，按照某個(gè)指標(biāo)(如最小時(shí)間或者最小旅行代價(jià))幫助用戶在行駛前或運(yùn)行中規(guī)劃路線；人機(jī)接口允許用戶與定位和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)及裝置進(jìn)行人機(jī)交互；無線通訊模塊進(jìn)一步改進(jìn)系統(tǒng)性能并增加系統(tǒng)功能。

　　傳統(tǒng)的導(dǎo)航信息系統(tǒng)主要有2種實(shí)現(xiàn)方法：基于單片機(jī)的簡易導(dǎo)航系統(tǒng)和基于移動(dòng)PC的導(dǎo)航系統(tǒng)。前者結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，但功能有限，僅僅實(shí)現(xiàn)定位、簡易位置指示以及簡單通訊功能；而后者以PC操作系統(tǒng)為軟件平臺(tái)，應(yīng)用專業(yè)軟件包或自主開發(fā)軟件包，配以相應(yīng)外圍模塊(如定位、通訊等)能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)航所有復(fù)雜功能，但價(jià)格高，且難以適應(yīng)車載環(huán)境。因此，采用嵌入式系統(tǒng)作為現(xiàn)代車載導(dǎo)航系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)是必然選擇。

　　選用PCM-5820作為嵌入式車載信息系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，Windows CE作為嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)平臺(tái)。PCM-5820完全滿足系統(tǒng)在存儲(chǔ)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、移植簡單、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，且具有與PC操作系統(tǒng)一致界面風(fēng)格和操作方式，實(shí)現(xiàn)豐富的API，便于開發(fā)?；谝陨掀脚_(tái)，圖2給出嵌入式車載導(dǎo)航系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)。

　　該系統(tǒng)的定位模塊和無線通訊模塊需借助相應(yīng)裝置，導(dǎo)航信息系統(tǒng)直接收發(fā)這些裝置數(shù)據(jù)，處理后為系統(tǒng)所用；路徑規(guī)劃和路線引導(dǎo)模塊功能的實(shí)現(xiàn)算法研究已相當(dāng)深入，這里不再贅述。而對(duì)于導(dǎo)航電子地圖模塊，為便于功能實(shí)現(xiàn)和后期擴(kuò)展，按其功能分為矢量圖形系統(tǒng)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，前者是按特定要求顯示矢量圖形，后者是存儲(chǔ)和管理圖形元素的幾何數(shù)據(jù)(如坐標(biāo)等)、屬性數(shù)據(jù)(如道路等級(jí)等)以及其

　　他相關(guān)數(shù)據(jù)(如交通信息等)。

　　2 導(dǎo)航矢量圖形系統(tǒng)

　　2．1 基于EVC的矢量圖形系統(tǒng)

　　分析地圖發(fā)現(xiàn)，地圖矢量化后矢量圖形的元素類型有：點(diǎn)(Point)、線(Line)、連續(xù)折線(Polyline)、區(qū)域(Region)、弧線(Arc)、文本(text)、矩形(Rectangle)、圓角矩形(Rounded Rectangle)、橢圓(Ellipse)、圓(Circle)、符號(hào)(Symbol)等11個(gè)類型。導(dǎo)航電子地圖中，符號(hào)只用于顯示，而且類型有限，該系統(tǒng)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(dú)立分類，比如，元素點(diǎn)可用其他若干個(gè)元素組合表達(dá)：矩形元素(在嵌入式C++中有直接函數(shù)支持)實(shí)質(zhì)是一個(gè)特殊區(qū)域。

　　考慮以上每個(gè)對(duì)象類都有如線型、顏色等的公共數(shù)據(jù)，可抽象一個(gè)基類。本文共建立了15對(duì)象類及結(jié)構(gòu)：基類Class CDraw、線類Class Cline：public CDraw、多線類Class CPline：public CDraw、區(qū)域類Class CArea：public CDraw、橢圓弧類Class CEarc：public CDraw、圓類偽代碼描述Class CCirele：public CDraw、矩形類Class Crectangle：public CDraw、圓角矩形類Class CroundedRectangle：public CDraw、橢圓類Class CEllipse：public CDraw、文本類Class CText：public CDraw、符號(hào)類Class CSvmbol:public CDraw、繪制矢量圖形參數(shù)類Class CgraphPara、圖層屬性結(jié)構(gòu)typedef struct、當(dāng)前畫面屬性結(jié)構(gòu)tvoedef struct、導(dǎo)航目標(biāo)屬性結(jié)構(gòu)typedef stmct。

　　車載導(dǎo)航電子地圖一般采用小液晶顯示屏顯示。為了實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，顯示的畫面內(nèi)容應(yīng)盡可能簡單明了，所以矢量圖形將數(shù)據(jù)分層組織，在圖形元素的基類中設(shè)有表示元素所處圖層的信息。除了將元素分類為不同的顯示圖層，簡化顯示內(nèi)容，基類還可設(shè)置該元素是否顯示標(biāo)志位，這樣可提高顯示速度，節(jié)省資源。例如。在同一圖層元素，如果有些元素不在當(dāng)前顯示窗口，可以不進(jìn)行與顯示有關(guān)的后臺(tái)操作(坐標(biāo)變換等)。DPtoVP和VPtoDP方法是實(shí)際坐標(biāo)(地理坐標(biāo))和圖形坐標(biāo)相轉(zhuǎn)換。通過矢量化得到的圖形元素的位置數(shù)據(jù)一般是某種坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，而本系統(tǒng)用戶可見的顯示坐標(biāo)范圍為從(0，0)至(640，480)，所以需進(jìn)行坐標(biāo)變換。每個(gè)圖形元素都需Draw(繪制)方法，但不同元素的繪制方法各不相同，為了方便Draw方法使用，在基類中將Draw定義為純虛函數(shù)，在子類中重載時(shí)再具體賦以不同繪制內(nèi)容。

?

圖2 嵌入式車載導(dǎo)航系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

?