车辆导航系统中GPS/DR/MM的组合研究
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摘要
ITS(智能交通系统)是一个开放的复杂巨系统，是新兴的交叉学科研究领域。ITS是将先进的信息处理技术、数据通信技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效的综合运用于整个运输管理体系，从而建立起大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的管理运输系统。而车辆组合导航系统是ITS应用研究的一个主要方面，是集定位系统、地理信息系统、数据库查询系统、数字蜂窝通讯技术等于一体的综合系统。近年来，如何使GPS定位技术与DR航位推算系统及MM地图匹配系统更好的结合起来已成为车辆导航系统研究中的一个重要内容。
本论文首先对国内外的车辆导航系统的研究和应用现状进行了介绍，比较了各种导航定位系统的优、缺点，并且针对车载台成本高、体积小、精度要求较高等特点，提出了本系统的总体方案设计并进行了方案论证。
接着，本文介绍了系统的组成结构和实现方案。定位系统采用了与GPS为主、航位推算系统为辅的组合导航系统，利用航位推算对GPS定位出现失效时，进行辅助定位，在短时间内能获得良好的效果。在此基础之上进一步引入数据融合算法以提高定位精度，同时控制航位推算系统的误差发散，从而大大增强了组合定位系统的可靠性和可行性。利用数字地图数据库的信息还可以在一定范围内对定位误差进行修正补偿，在我们实验室自主开发的电子地图平台上，以哈尔滨市地图为模型建立道路信息数据库，利用地图匹配算法将车辆位置显示在正确的道路上，如果数据库相当精确，这一技术能改进定位模块的精度。最后，归纳总结了基于GPS／DR／MM组合的车辆组合导航系统的功能和特点。而且，文章较详尽地叙述了车辆组合导航系统软件的设计思想和各项功能的实现方法，为项目的进一步开发打下了基础。
ITS (Intelligent Transport system) is a huge complex opening system in an emerging interdisciplinary research area. In ITS, advanced information processing, communications, auto-control and computer engineering are synthetically applied in a whole transport management system to establish a precise and high efficient real time system. One important aspect in ITS is the vehicle navigation system which is found on global position system, geographic information system, database search system and GSM system. In recent years, it has become important in the field of vehicle navigation system how to integrate GPS technology with decd reckoning system and map-matching system.
At first, this paper introduced research and using status of vehicle navigation system in national and oversea. It has compared all kinds of advantages and disadvantages about navigation systems. Then a primary plan was developed and demonstrated. In allusion to the lower cost and little solidity for vehicle installed devices, the dominant design project for this system was brought forward and has been done argumentation.
Secondly, this paper introduced the constitute frame and realized design on the system. The position system has used to give first place to with GPS navigates, dead reckoning system and map-matching system are the subdominant ones. The location is calculated by dead reckoning algorithm when the GPS system invalidated which can affact well in short time. And on this basis, data alamangation arithmetic is adopted for higher precision. At the same time control of error scattering is done in decd reckoning model. All this make the security and feasibility to be improved to a high degree. Using the information of digital-map database still can compensate the position error in a scope.
Among them on the digital map platform, roads message database of Harbin city was established which was developed by our self lab. Utilization map matching algorithm shows the vehicle track on the correct road. If the data base is precise enough, the precision of station will be developed.
Finally, the topic concludes the function and specialty of GPS/DR/MM integrated navigation system and also describes in detail the design and method for the software of integrated vehicles navigation system, building a solid ground for project further developing.
本论文首先对国内外的车辆导航系统的研究和应用现状进行了介绍，比较了各种导航定位系统的优、缺点，并且针对车载台成本高、体积小、精度要求较高等特点，提出了本系统的总体方案设计并进行了方案论证。
接着，本文介绍了系统的组成结构和实现方案。定位系统采用了与GPS为主、航位推算系统为辅的组合导航系统，利用航位推算对GPS定位出现失效时，进行辅助定位，在短时间内能获得良好的效果。在此基础之上进一步引入数据融合算法以提高定位精度，同时控制航位推算系统的误差发散，从而大大增强了组合定位系统的可靠性和可行性。利用数字地图数据库的信息还可以在一定范围内对定位误差进行修正补偿，在我们实验室自主开发的电子地图平台上，以哈尔滨市地图为模型建立道路信息数据库，利用地图匹配算法将车辆位置显示在正确的道路上，如果数据库相当精确，这一技术能改进定位模块的精度。最后，归纳总结了基于GPS／DR／MM组合的车辆组合导航系统的功能和特点。而且，文章较详尽地叙述了车辆组合导航系统软件的设计思想和各项功能的实现方法，为项目的进一步开发打下了基础。
ITS (Intelligent Transport system) is a huge complex opening system in an emerging interdisciplinary research area. In ITS, advanced information processing, communications, auto-control and computer engineering are synthetically applied in a whole transport management system to establish a precise and high efficient real time system. One important aspect in ITS is the vehicle navigation system which is found on global position system, geographic information system, database search system and GSM system. In recent years, it has become important in the field of vehicle navigation system how to integrate GPS technology with decd reckoning system and map-matching system.
At first, this paper introduced research and using status of vehicle navigation system in national and oversea. It has compared all kinds of advantages and disadvantages about navigation systems. Then a primary plan was developed and demonstrated. In allusion to the lower cost and little solidity for vehicle installed devices, the dominant design project for this system was brought forward and has been done argumentation.
Secondly, this paper introduced the constitute frame and realized design on the system. The position system has used to give first place to with GPS navigates, dead reckoning system and map-matching system are the subdominant ones. The location is calculated by dead reckoning algorithm when the GPS system invalidated which can affact well in short time. And on this basis, data alamangation arithmetic is adopted for higher precision. At the same time control of error scattering is done in decd reckoning model. All this make the security and feasibility to be improved to a high degree. Using the information of digital-map database still can compensate the position error in a scope.
Among them on the digital map platform, roads message database of Harbin city was established which was developed by our self lab. Utilization map matching algorithm shows the vehicle track on the correct road. If the data base is precise enough, the precision of station will be developed.
Finally, the topic concludes the function and specialty of GPS/DR/MM integrated navigation system and also describes in detail the design and method for the software of integrated vehicles navigation system, building a solid ground for project further developing.
引文
[1] 房建成等．GPS组合导航在车辆导航中的应用．第一届GPS论文集．1995
[2] 林晓燕．智能交通之车辆导航技术及发展趋势．电子与全系列信息化．1998
[3] 吴秋平，王庆，王德均．车载GPS组合导航与定位系统研究．导航．1996年，第4期
[4] 陈则王，袁信．面向 ITS 的车辆导航与定位技术．交通与信息．2001年，第6期
[5] 熊水苟，金涛．车载GPS导航系统航位推算的实现．南昌大学学报(理科版)．1997年，第21卷第1期
[6] 陈则王，袁信．面向 ITS 的车辆导航与定位技术．交通与信息．2001年，第6期
[7] 郑平方．车辆自动导航定位系统研究．北京航空航天大学硕士学位论文．1999：58-65页
[8] 金常臻．GPS 全球定位的原理、开发和应用．通信技术与发展．1997年，第2期
[9] 曹冲．我国GPS车辆应用系统的现状分析和市场展望．通信市场．2001年4月
[10] 赵亦林(美)．车辆定位与导航系统．电子工业出版社．1999：1-106页
[11] 房建成，申功勋等．一种自适应联合卡尔曼滤波器及其在车载 GPS/DR组合导航系统中的应用研究．导航．2000：23-26页
[12] 金学明．GPS、GSM技术在邮运监控系统中的应用．通讯世界．2000年，1-2期
[13] 李浩沛．GPS全球定位系统的基本原理．江南航天科技．1999年6月，第2期
[14] 唐依珠，郑茜颖，黄金虎．GPS车辆导航系统的研究和开发．福州大学学报(自然科学版)．2001年4月，第29卷第2期
[15] 边馥苓．地理信息系统原理和方法(第1版)．测绘出版社．1996
[16] 蒋志华，林喜荣，周兆英．城市地理信息系统的应用与开发机制．计算机系统应用．1995年，第4期
[17] 蔡伯根．利用GPS和惯性传感器的融合和集成实现车辆定位．北方交通大学学报．2000年10月，第24卷第5期
[18] 刘冰，邹南昌．汽车自动定位和导航系统．97北京智能交通发展趋势国际学术讨论会论文集．人民交通出版社，1997年4月
[19] 赵会平．汽车导航系统．测控技术．2001年，20卷第2期
[20] 刘君．基于GPS的车辆监控系统与GIS系统的集成．北京航空航天大学硕士学位论文．1998：25-29页
[21] 李新功，邱方．GPS、GIS在车辆实时监控中的应用．遥感技术与应用．1995年6月，第10卷第2期
[22] 王向元．GSM/GPS 车辆监控指挥、调度报警系统．卫星通讯广播电视．2001年
[22] 马志民．地理信息系统的历史回顾与前景展望．地学工程进展．1997年6月
[23] 吴少淳．现代自动车辆定位系统的数据处理与传输研究．北京航空航天大学博士论文．1997：36-62页
[24] 陶鹏．MapInfo在基于GPS/GIS的车辆监控系统中的应用．现代电子技术．2001年，第3期
[25] 张飞舟，范跃祖，孙先仿．智能交通系统中的车辆导航定位技术．导航．1999年，第1期
[26] 李景航．电子地图在车辆监控中的应用．北京航空航天大学硕士学位论文．1997：45-60页
[27] 吴旭彦，罗德安．GPS实时地图匹配技术中缓冲区分析的研究．西南交通大学学报．2001年4月，第36卷第2期
[28] 邓晖．GPS车辆定位跟踪系统的电子地图的建立．工程勘察．2000年，第4期
[29] 邓泽英．汽车的新《触角》—传感器的发展趋势．汽车与配件．2002年，第1期
[30] 韩丽华．车辆GPS自主导航系统及其新动向．测绘科学．2001年9月，
第26卷第3期
[31] 杨帆．基于GIS的GPS车辆导航系统．清华大学硕士学位论文．1997：37-52页
[32] 王楠，王勇峰，刘积仁．移动目标跟踪与管理系统的设计与实现．东北大学学报(自然科学版)．1999年6月
[33] 刘大杰，施一民，过静君．全球定位系统(GPS)的原理与数据处理，第1版．1996年：63-66页
[34] 李景航．电子地图在车辆监控中的应用．北京航空航天大学硕士学位论文．1997年3月：45-60页
[35] 杨佩昆．智能交通系统(ITS)研究的国际动态．98上海国际城市道路交通建设与管理研讨会论文．1998：1-3页
[36] 彭飞，柳重堪，张其善．基于模糊逻辑的GPS/DR组合导航系统地图匹配算法．遥测遥控．2002年，第1期
[37] 杨宜康，林勇等．车辆自主导航系统的双滤波器模型及其导航算法．系统工程与电子技术．2002年，第6期
[38] 陆锋，崔伟宏．车辆导航与监控中GPS/GIS实时定位配准误差分析．遥感学报．1999年11月，第三卷第4期
[39] 唐李征，申功勋等．基于地图匹配的高精度GPS自主车辆导航系统的实现．测控技术．1999年，18卷第7期
[40] 孙永荣，刘建业等．基于自适应滤波的车载DR系统研究．南京航空航天大学学报．2000年，第4期
[41] Fang Jiancheng, Sheh Gongxun, Wan Dejun. A Modified Strong Tracking Kalman Filter and its Application in GPS Kinematic Positioning for Moving Vehicle. Journal of EMI, Vol. 11, supplement, Proceedings of IEMCMI'97. October, 1997, Beijing, China
[42] M. A. Abousalem, E. J. Krakiwsky. A Quality Control Approach for GPS-based Automatic Vehicle Location and Navigation System. IEEE-IEE, Vehicle Navigation & Information System Conference. Ottawa-VNIS'93, 1993:466-470P
[43] ITS's Report. USA Transport Department. 1998
[44] GARMIN. GPS 25/20 GPS SENSOR BOARD TECHNICAL SPECI-FICATION
[45] Langendam P J K. Vehicle location in the Netherlands trunking network. British Telecommunications Engineering. 1990.09
[46] Iroh T, Okada Y. Navigation system using GPS for vehicles. SAE transactions. 1986, 95(5):236-248P
[47] R. Da, G. Dedes. Nonlinear Smoothing of Dead Reckoning Data with GPS Measurements. Proceedings of ION GPS-94. Salt Lake City, Utah, 1994:1285-1294P
[48] W. C. Colloer. In-vehicle Route Guidance System Using Map Matched Dead Reckoning. IEEE Position Location and Navigation Symposium. PLANS 90, 1990:359-363P
[2] 林晓燕．智能交通之车辆导航技术及发展趋势．电子与全系列信息化．1998
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[43] ITS's Report. USA Transport Department. 1998
[44] GARMIN. GPS 25/20 GPS SENSOR BOARD TECHNICAL SPECI-FICATION
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[46] Iroh T, Okada Y. Navigation system using GPS for vehicles. SAE transactions. 1986, 95(5):236-248P
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