智能车辆定位导航系统及应用

智能车辆定位导航系统及应用
施天娇廖汉鼎邓博文景少杰顾瑞健
武汉商学院机电工程学院湖北武汉430000

课题：本文系武汉商学院2020年度大学生创新创业项目资助，项目编号202011654078

摘要：随着城市化进程的加快和汽车普及率的提高，城市交通拥堵日益加剧，交通事故频频发生，交通环境逐渐恶化。这种交通问题不仅在发展中国家存在，即使是西方发达国家也深受其困扰。众所周知，解决交通问题的直接办法是提高路网的通行能力，但无论是哪个国家或大城市，可供修建道路的空间有限，建设资金筹措困难。同时，由于交通系统是一个相当复杂的大系统，单独从车辆方面考虑或者单独从道路方面考虑，都很难从根本上解决问题。在这种背景下，从系统的观念出发，把车辆和道路综合起来考虑，运用各种高新技术系统来解决问题的思想就应运而生了，这就是智能交通系统。

关键词：智能；车辆定位；导航；系统；应用

引言：智能交通系统就是以缓和道路堵塞和减少交通事故，提高交通利用者的方便、舒适为目的，利用交通信息系统、通信网络、定位系统和智能化分析与选线的交通系统的总称。它通过传播实时的交通信息使出行者对即将面对的交通环境有足够的了解，并据此做出正确选择：通过消除道路堵塞等交通隐患，建设良好的交通管制系统，减轻对环境的污染；通过对智能交叉路口和自动驾驶技术的开发，提高行车安全，减少行驶时间。智能车辆定位导航系统是智能交通系统的重要组成部分之一。它是应用了自动车辆定位技术、地理信息系统与数据库技术、计算机技术、多媒体技术、和现代通信技术的高科技综合系统。同时它也为智能交通系统实现其各项功能提供了保证。

1地图匹配

在不同条件下获取的同一物景的地图之间的配准。同一传感器在不同时间，或不同类型传感器在同一时间，或不同类型传感器在不同时间所获取的两幅地图中的同一地面点所对应像素之间的配准，是图像处理的一个重要课题。匹配的基本方法是从基准图中提取具有不变特征或明显特征的子区，或者用已知地面控制点作为模板，在所匹配的图中搜索与模板相似的区域。当匹配相似性测度达到最大，且超过预先规定的阈值时，即判定为找到了正确的匹配位置。最常用的匹配方法是互相关法，它要求对被搜索图中每个位置都进行相关运算，因此需要的计算量很大。为减少计算量，可以采用序贯检测法、层次搜索法和边缘特征匹配法。

由于本设计只需要模拟运行，地图匹配只需做到地图上某一事物的实际经纬坐标于地图图像显示的像素坐标相匹配就可以了。想要得到地图图像的像素信息只需使用JAVA标准包JAVA2D中里现成的API即可，实现并不困难。再设计一个方法来实现地图图像中每一像素与地图中相应经纬坐标一一匹配，地图匹配工作就完成了。

2 交通信息采集

交通信息采集主要是采集任一道路的车辆信息和道路信息。这就需要在待采集道路的路口安置这信息捕捉装置，把通过该路口车辆的种类和车速以及路口车流量收集到，并传送到智能交通导航信息系统的数据库中。在根据采集到的数据计算出道路状况，把道路分为畅通，拥堵，堵塞状况。

在系统模拟中，主要是设计智能交通导航信息系统的数据库和道路状况的计算分类。信息采集装置则一些假象的捕捉器，分别安置在电子地图的每个路口，随机产生需采集的信息数据。

3 最优路径规划和设计

该部分主要是根据采集到的交通信息来计算车辆行驶的最优路径。在计算最优路径时

分为三种优先模式：路程优先、路况优先和综合优先。路程优先是指在计算最优路径时，路程是判断最优的主属性，也就是说选择出来的路径了路程是最短的。同样路况优先是指在计算最优路径时，道路状况是判断最优的主属性，选择出来的道路的路况是最好的。而综合优先则是以上两种主属性都需考虑，得出一条比较折衷的道路。这些最优路径都是由用最短路径算法来计算实现的。

4.智能车辆定位导航系统具备的基本功能包括：

（1)自动定位。采用GPS(Global Positioning System)技术、INS(Inertial Navigation System)技术或电信移动运营商提供的移动位置服务（LBS--Location Based Service)等，准确、实时地确定出车辆的位置，并以电子地图为背景显示车辆所处位置。

（2)无线通信功能。实现车辆与交通控制中心之间的双向通信以及不同车辆之间的相互通信。车辆可以接收交通控制中心发布的实时交通信息以及指挥调度等信息，同时也可将车辆的实时状况报告给交通控制中心，实现报警、求助和通讯等功能。

（3)行程规划和行程引导功能。根据车辆所处位置、用户指定的目的地和途径点以及当前的路况信息自动规划出符合某一标准（行车距离最短、行车时间最短、拥挤程度最低、道路质量最优等）的最佳行驶路线，辅助智能交通系统实现顺畅功能。同时将自动规划结果转化为语音或图形的实时引导指令信息、辅助用户沿预定行驶路线顺利抵达目的地。

（5)综合信息服务。向用户提供与电子地图有关的信息检索和查询服务，如购物商场、主要旅游景点、医院、政府部门、公交路线等的位置查询和信息查询。

5.五个子系统

目前国内外的学者对智能车辆定位导航系统结构有一个共同的认识，认为智能车辆定位导航系统由地理信息数据库管理子系统、车辆定位子系统、路线优化子系统、路线引导子系统和无线通信子系统五个子系统构成：

（1)地理信息数据库管理子系统它按照一定的格式存储路网信息等相关地理信息数据，以确保计算机实现电子地图有关的功能，它是智能车辆定位导航系统的基础。

（2)车辆定位子系统该子系统应用GPS或其它定位技术，确定出车辆的实时位置，并且应用地图匹配技术，实现车辆实际行驶路线与电子地图上道路位置之间的误差纠正等功能。

（3)路线优化子系统在确定好起、终点后，参照实时路况信息及其它相关信息，为用户合理规划行程路线。（4)路线引导子系统将确定好的规划行程转化为视频或音频信息，方便用户识别和接收。（5)无线通信子系统该子系统可以接收实时交通信息广播，使用户及时掌握最新的道路状况，同时可将车辆状况报告给交通控制中心，实现报警、求助以及实现车辆间的相互通信功能。

6.结束语：

智能交通导航信息系统能发挥了交通基础设施最大的效能，提高了管理部门的服务质量；同时使社会能够高效合理地使用交通设施，产生巨大的社会经济效益。它不但有可能解决交通的拥堵，而且对交通正常运行的方方面面都会产生巨大的影响。无疑作为该系统重要组成部分的子系统（智能车辆定位导航系统）有着巨大的应用价值，前景不可估量。

参考文献：

[1] 杜江平. 基于GPS/GIS车辆定位导航系统的研究[D]. 电子科技大学, 2009.

[2] 刘超. 城市车辆实时监视系统的定位方法及信息传输技术研究[J]. 导航与通信研究室, 2012.

[3] 黄静. 多传感器信息融合在车辆定位与导航中的应用[D]. 兰州理工大学, 2005.

[4] 鲁慧鑫. 基于A-GPS混合定位的车载定位导航系统路径规划研究与应用实现[D]. 北京邮电大学.

施天娇（2000.10），女，汉族 湖北孝感人 武汉商学院工学学士在读 车辆工程专业

景少杰（太原工业学院山西太原030013）

顾瑞健（扬州大学机械工程学院江苏扬州225000）