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(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，逐步向民用開放，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Windom，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)。美國福特公司通過全球定位衛(wèi)星的信號(hào)來確定轎車的位置，為駕駛員指示方向并提供聲音指示。
我國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、公交車上也開始應(yīng)用，一些廠礦企業(yè)和部門正在逐步配備GPS接收機(jī)。
我國將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，遙控熄火和遙控?cái)嘤�、電子地圖顯示，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)了我國各大城市道路的電子交通圖及高精度的全國公路網(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)過路口、沒有走該系統(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Rockwell公司出品的12通道GPS一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)狀盤形路、雪道空地打滑、輪渡過河等地段時(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，近年來利用模糊邏輯控制原理替代原來的復(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(TF TAMLCD)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)體開關(guān)器件來驅(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(234×960)，6.4英寸，449280個(gè)像素(234×1920)。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面，因而應(yīng)用廣泛。在我國已生產(chǎn)。
最近國際上推出的寬屏幕畫面，7英寸液晶顯示器，336960個(gè)像素(234×1440)，對(duì)角線180mm，縱模比16∶9，它具有一般家用彩電功能，通過增加電路能提供雙畫面和畫中畫畫面，縱向長距離擴(kuò)大畫面顯示等功能，這樣就實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航地圖畫面、電視接收，重調(diào)多頻信息接收等多種功能，給駕駛員長途駕駛帶來樂趣。
通訊系統(tǒng)
車輛的移動(dòng)性決定了系統(tǒng)的通訊必須采用無線電通訊方式，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)間問題是制約其發(fā)展的重要因素。我國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。
基于GPS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提供了有效的執(zhí)法工具。歐盟、日本等國家20世紀(jì)70年代開始以立體的形式，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，國內(nèi)外應(yīng)用相當(dāng)廣泛。
