全球定位系統(tǒng)GPS在汽車中的應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)GPS在汽車中的應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)（GPS）是一個(gè)基于衛(wèi)星的導(dǎo)航、定位及計(jì)時(shí)的系統(tǒng)。接受器通過(guò)（GPS）衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)計(jì)算二維（經(jīng)度、緯度）或三維（經(jīng)度、緯度、高度）位置。

　　美、日GPS的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　GPS 自投入運(yùn)行以來(lái)逐步向民用開(kāi)放，為各行各業(yè)服務(wù)。因此美、日各大汽車公司相繼在自己的產(chǎn)品上配裝新一代的信息系統(tǒng)與導(dǎo)航系統(tǒng)。在一些轎車上導(dǎo)航系統(tǒng)不再是選裝件而是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。如豐田公司的W indom，日產(chǎn)公司的Cina本田公司的Legend三菱公司的Galant轎車上都裝備有電子導(dǎo)航系統(tǒng)。1997年日本銷售的新車中1／10安裝了導(dǎo)航系統(tǒng)這一數(shù)字連年呈上升趨勢(shì)。美國(guó)福特公司通過(guò)全球定位衛(wèi)星的信號(hào)來(lái)確定轎車的位置為駕駛員指示方向并提供聲音指示。

　　我國(guó)GPS的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　GPS汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的研制和應(yīng)用在我國(guó)起步較晚但發(fā)展勢(shì)頭很猛在銀行運(yùn)鈔車公安巡邏車上廣泛應(yīng)用，甚至一些大、中城市的出租車、公交車上也開(kāi)始應(yīng)用一些廠礦企業(yè)和部門(mén)正在逐步配備GPS接收機(jī)。

　　我國(guó)將GPS、地理信息系統(tǒng)和現(xiàn)代通訊技術(shù)綜合在一起研制成一種新型汽車導(dǎo)航設(shè)備具備監(jiān)控、調(diào)度、報(bào)警，監(jiān)聽(tīng)遙控熄火和遙控?cái)嘤汀㈦娮拥貓D顯示自動(dòng)存檔、系統(tǒng)自檢等功能，它可將汽車的任何動(dòng)態(tài)位置隨時(shí)準(zhǔn)確無(wú)誤地顯示在儀器的電子地圖上。導(dǎo)航儀的電子地圖自動(dòng)跟蹤顯示汽車當(dāng)前位置及周邊，情況它存儲(chǔ)了我國(guó)各大城市道路的電子交通圖及高精度的全國(guó)公路網(wǎng)及其沿線村鎮(zhèn)以上級(jí)別的地圖駕駛員可隨時(shí)在導(dǎo)航儀上查詢周邊半徑300km地區(qū)的地理信息。

　　基于GPS的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)

　　汽車導(dǎo)航系統(tǒng)可以顯示車輛當(dāng)前所在位置并將運(yùn)行中有關(guān)道路圖、停車設(shè)施、道路屬性（道路名稱、單向交通路段、禁止轉(zhuǎn)彎路段、載重限制及凈空限制等）和其他有用的服務(wù)信息直觀地呈現(xiàn)在駕駛員面前，協(xié)助駕駛員在陌生的交通道路環(huán)境中，準(zhǔn)確掌握前往目的地的道路，當(dāng)駕駛員將目的地輸入車中電腦，提出要求電腦便能根據(jù)市內(nèi)道路情況、紅綠燈數(shù)、速度限制等選出最佳行駛路線，并顯示在熒屏上。它不僅指示車輛避開(kāi)擁擠阻塞的路線，還幫助疏散車輛。另外，它還有修改功能例如車主不小心錯(cuò)過(guò)路口、沒(méi)有走該系統(tǒng)推薦的最佳路線、車輛位置偏離最佳路線200m以上，該系統(tǒng)會(huì)根據(jù)所在新位置重新為車主設(shè)計(jì)最佳路線。目前世界各國(guó)已有多種汽車導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)品，并競(jìng)相降低價(jià)格，我國(guó)也不例外。

　　汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是由GPS導(dǎo)航、自主導(dǎo)航、智能化地圖匹配器、微處理器（MPC）或數(shù)字信息處理器（DSP）、車速傳感器、陀螺傳感器、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器或DVD-ROM驅(qū)動(dòng)器、顯示器以及電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)的軟件組成。

　　從系統(tǒng)方框圖及車載導(dǎo)航設(shè)備安裝示意圖可以看出，汽車上需裝備主要有：GPS天線，GPS接收機(jī)（接收板），計(jì)算機(jī)（CPU）、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器及LCD顯示屏。

　　CPS導(dǎo)航設(shè)備

　　由 GPS天線和GPS接收機(jī)組成CPS導(dǎo)航設(shè)備。目前天空有兩套較大全球定位系統(tǒng)。除采用單一系統(tǒng)接收外，也可以采用組合雙系統(tǒng)接收（GPS+GLONASS=GNSS）。由于兩個(gè)系統(tǒng)的工作頻率、坐標(biāo)系、傳輸識(shí)別方法不同，所以對(duì)天線和接收機(jī)的參數(shù)要作相應(yīng)改變方可工作。根據(jù)衛(wèi)星傾角、軌道面及其上面分布的衛(wèi)星數(shù)量的不同（例如GPS系統(tǒng)55°傾角，6個(gè)軌道面，每個(gè)軌道面上分布有4顆衛(wèi)星，運(yùn)行周期11小時(shí)58分）在地球上任一點(diǎn)最多可能接收到8顆衛(wèi)星參數(shù)。而根據(jù)定位要求只要接收到4顆衛(wèi)星參數(shù)就能求出地面定位坐標(biāo)。為減少城市中高樓大廈的遮擋影響。美國(guó)Rockwell公司出品的12通道GPS-OEM板，常用作GPS接收機(jī)的主機(jī)。

　　自主導(dǎo)航設(shè)備

　　該設(shè)備由車速傳感器和陀螺傳感器組成。當(dāng)汽車行駛在隧道、高層樓群、高架橋、高山群澗、密集森林等地段時(shí)，將與GPS失去聯(lián)系，在中斷信號(hào)的瞬間，機(jī)內(nèi)自動(dòng)導(dǎo)人自主導(dǎo)航系統(tǒng)此時(shí)車速傳感器從汽車前進(jìn)的速度檢測(cè)出車速脈沖，通過(guò)汽車微處理器（MPU）的數(shù)據(jù)處理，由速度和時(shí)間直接求出前進(jìn)的距離。為了減少高速行駛中因輪胎受熱膨脹而影響計(jì)算精度的誤差要取一個(gè)距離系數(shù)進(jìn)行修正，以提高導(dǎo)航的精度。陀螺傳感器可直接測(cè)出前進(jìn)方向的變化和行駛路線狀態(tài)，例如汽車行駛在勾狀山道、發(fā)夾式彎路、蛇形路面、環(huán)狀盤(pán)形路、雪道空地打滑、輪渡過(guò)河等地段時(shí)所有這些曲線行駛的距離與衛(wèi)星導(dǎo)航的經(jīng)緯度比較會(huì)產(chǎn)生較大誤差此時(shí)只有通過(guò)陀螺傳感器和微處理器的運(yùn)算修正才能得到汽車的正確位置。車速傳感器常采用數(shù)字里程表，陀螺傳感器采用壓電晶體陀螺。

　　地圖匹配器

　　由GPS導(dǎo)航和自主導(dǎo)航（包括車速傳感器和陀螺傳感器）所測(cè)得的汽車坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)、前進(jìn)的方向和行駛路線軌跡在電子地圖上都存在一定誤差，為了修正這些誤差，需采用地圖匹配技術(shù)。增加一個(gè)地圖匹配電路，對(duì)汽車行駛的路線（包括各種傳感器檢測(cè)到的軌跡）與電子地圖上道路的偏差進(jìn)行定時(shí)數(shù)字相關(guān)匹配，作出自動(dòng)修正，然后由微處理器整理程序進(jìn)行實(shí)時(shí)快速處理在電子地圖上得到汽車正確位置的顯示。

隨著技術(shù)的進(jìn)步近年來(lái)利用模糊邏輯控制原理替代原來(lái)的復(fù)雜數(shù)字相關(guān)匹配技術(shù)組成的地圖匹配器，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，提高精度。

　　LCD顯示器

　　世界平板顯示器發(fā)展表明，薄膜晶體管有源矩陣液晶顯示器（TFTAMLCD）是個(gè)發(fā)展方向。因?yàn)樗總€(gè)像素后面都配置了一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件來(lái)驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了高亮度視頻圖象顯示，具有對(duì)比度好、掃描線多、視角寬，低反射等優(yōu)點(diǎn)。日本導(dǎo)航研究會(huì)把三基色（RGB）TFTLCD制定為導(dǎo)航用的標(biāo)準(zhǔn)，尺寸為5.6 英寸，224640個(gè)像素（234x960），6.4英寸，449280個(gè)像素（234x1920）。這種顯示器由于視角寬，亮度高，使得在副駕駛座和后座位上均能看到清晰的畫(huà)面，因而應(yīng)用廣泛。在我國(guó)已生產(chǎn)。

　　最近國(guó)際上推出的寬屏幕畫(huà)面7英寸液晶顯示器336960個(gè)像素（234x1440），對(duì)角線180mm縱模比16：9它具有一般家用彩電功能通過(guò)增加電路能提供雙畫(huà)面和畫(huà)中畫(huà)畫(huà)面，縱向長(zhǎng)距離擴(kuò)大畫(huà)面顯示等功能這樣就實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航地圖畫(huà)面、電視接收，重調(diào)多頻信息接收等多種功能，給駕駛員長(zhǎng)途駕駛帶來(lái)樂(lè)趣。

　　通訊系統(tǒng)

　　車輛的移動(dòng)性決定了系統(tǒng)的通訊必須采用無(wú)線電通訊方式r現(xiàn)在常用的通訊方式為常規(guī)通信、集群通信GSM的短信息業(yè)務(wù)三種。其中GSM的短信息業(yè)務(wù)用于定位數(shù)據(jù)傳輸目前較為流行因其覆蓋面范圍廣可以實(shí)現(xiàn)全球通但是時(shí)間問(wèn)題是制約其發(fā)展的重要因素。我國(guó)GSM公用數(shù)字移動(dòng)通信是覆蓋面最大、系統(tǒng)可靠性最高、保有量最多的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)利用GSM傳輸、GPS信息及其他信息是一種經(jīng)濟(jì)、有效的通信方式。

　　基于GPS的公共汽車在線跟蹤控制系統(tǒng)

　　由于公共汽車線路固定不存在選擇最佳行駛路線的要求采用GPS定位系統(tǒng)的目的主要在于跟蹤控制車輛及時(shí)調(diào)度，方便乘客。為進(jìn)一步方便乘客和調(diào)度車隊(duì)新加坡新巴（SBS）已在試驗(yàn)實(shí)施GPs公共汽車在線路跟蹤控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：安裝在主要公共汽車站的乘客顯示牌基于GPS的公共汽車在線定位系統(tǒng)（每輛公共汽車上都配有車載計(jì)算機(jī)及GPS定位機(jī)）公共汽車駕駛員顯示屏，中心控制計(jì)算機(jī)等。中心控制計(jì)算機(jī)時(shí)刻跟蹤監(jiān)視每輛公共汽車監(jiān)視其預(yù)定的到站時(shí)間甚至每輛公共汽車的上座率并在各，站點(diǎn)的乘客顯示牌上通知試圖等車乘客關(guān)于公共汽車的運(yùn)營(yíng)情況，以便乘客更好地計(jì)劃自己的行程減少等車時(shí)間，同時(shí)也使車隊(duì)更好調(diào)節(jié)車輛發(fā)車的頻率。

　　基于GPS的出租車隊(duì)自動(dòng)調(diào)動(dòng)系統(tǒng)

　　出租車已成為各大城市僅次于公共汽車的重要交通方式。由于新加坡出租車費(fèi)低廉因此，高峰時(shí)很難租到車而平常出租車的空駛率又很高。為了提高道路利用效率更有效的利用出租車，新加坡幾家大型出租車公司分別采用和準(zhǔn)備采用基于GPS的出租車隊(duì)自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)該系統(tǒng)允許等車的乘客通過(guò)電話接入系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)，待乘客輸入諸如起訖點(diǎn)和時(shí)間后計(jì)算機(jī)通過(guò)GPS搜索到與乘客接近的空車并將需要信息以閃爍方式顯示在駕駛員顯示屏上此時(shí)若駕駛員接受該客人可按應(yīng)答鍵確認(rèn)接受。待駕駛員按下確認(rèn)鍵后該客人的起訖點(diǎn)等信息才予顯示（防止駕駛員拒載）。若駕駛員不接受則在按“不接受鍵”后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)搜索另一部較近的出租車。對(duì)經(jīng)常用戶系統(tǒng)還可提供定時(shí)預(yù)定出租車定點(diǎn)接送等服務(wù)。

　　基于GPS的車隊(duì)調(diào)度系統(tǒng)的效益不僅在于有效的調(diào)度出租車而更重要的是在于裝載這套系統(tǒng)的出租車已經(jīng)成為車輛探測(cè)器（Vebicle probe），成千上萬(wàn)的24小時(shí)服務(wù)的探測(cè)器，為城市交通監(jiān)視與控制提供了極寶貴的基礎(chǔ)資料?；贕PS的行車記錄儀

　　行車記錄儀主要用于記載車輛運(yùn)行路線、運(yùn)行速度及加速度變化情況以便管理部門(mén)檢查車輛的運(yùn)行情況。對(duì)遇疲勞駕駛、車輛超速等交通違章約束駕駛員不良駕駛行為保障車輛行駛安全有重要作用。并且為交通安全管理部門(mén)提供了有效的執(zhí)法工具。歐盟、日本等國(guó)家20世紀(jì)70年代開(kāi)始以立體的形式，在部分客運(yùn)和貨運(yùn)汽車上強(qiáng)行安裝汽車行駛記錄儀。行車記錄儀由GPS接收機(jī)、電子地圖及電子地圖匹配器、處理器等組成它實(shí)時(shí)接收移動(dòng)車輛的GPS定位數(shù)據(jù)并將其通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，由地理坐標(biāo)變?yōu)槠聊蛔鴺?biāo)在電子地圖上以一定符號(hào)顯示車輛定位的動(dòng)態(tài)軌跡可以全屏顯示、縮放和分層顯示還可以選擇任意路段回放車輛軌跡并任意選擇回放速度。

　　由于行車記錄儀的任務(wù)只是進(jìn)行車輛軌跡的描述不需要通信系統(tǒng)因此結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單成本低廉而且容易實(shí)施。因此，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用相當(dāng)廣泛。