GIS技术在车辆导航系统中的应用
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摘要
车辆导航系统是应用地理信息系统(Geographic Information System-GIS)技术构造导航电子地图,并结合全球定位系统(Global Positioning System-GPS)技术,对车辆的行车位置、速度、方向以及周围的详细地理环境,进行实时监控和查询,对最优路径进行计算和规划,以帮助驾驶员了解车辆目前的位置和状况,使驾驶员能在陌生的地理环境中,准确地选择路线,从而快速、安全地到达目的地。
本论文分析了车辆导航系统的国内外发展现状,论述了GIS和导航电子地图在车辆导航系统中的应用情况,在此基础上,对基于GIS车辆导航系统的基本实现方法进行了研究,对车辆导航系统的功能进行了设计,并予以实现。
论文首先分析了导航电子地图的理论基础、导航电子地图的特点、导航电子地图建立的标准和论文所采用电子地图的表示方法;在这些理论基础的指导下,对导航电子地图作了充分的设计,按照满足导航系统应用的目标,建立了符合需求的导航电子地图数据库,为导航系统的功能应用打下了坚实的基础。
论文对常用的GIS软件开发方式进行了分析和比较,根据软件开发进度、开发成本、开发效率,提出了采用基于GIS组件的集成二次开发方式。在充分考虑GIS平台选择的各个因素,包括:GIS平台软件的公司实力、具备空间分析的能力、开放性的二次开发环境、具有的代表性和方向性、合理的性能/价格比,再考虑到现有的资源条件,本论文选择了北京超图公司的SuperMap Objects控件,同时对论文所用的SuperMap Objects控件进行了详细分析,为车辆导航系统的开发奠定了牢固的基础。
论文分析了车辆导航系统的功能需求,以解决“系统可以干些什么”的重要问题;分析系统的组成部分,提出了系统的总体设计方案,包括平台的总体设计、软件开发平台的建立,对人机交互界面和系统的各个功能模块作了详细的设计。
论文设计实现了车辆导航系统的基本功能,包括:对导航电子地图的放大、缩小、图层控制等基本操作;导航图的鹰眼查询、图属互查以及地点查询等功能;在导航电子地图上显示车辆的实时位置;对
Vehicle-Navigation Syslem(VNS) is a kind of technology to implement the real-time control and query to the vehicle information, such as location, speed, course and surrounding geographic information etc, and provide an optimum missions and routes for the drivers. Nowadays VNS is more and more dependent on the integration use of Global Posi t ioning System (GPS) and Geographic Information System (GIS) technology, e.g. geo-spatial information acqui ring and underlying navigation map constructing. With the help of VNS, drivers can easily identify the vehicle related location information as well as the traffic information timely. In this case it would be possible to pick out an idea routes to the destination rapidly and safely even in the fully unfamiliar environment.The thesis reviews the history of VNS and presents an introduction of VNS development currently. Through the illustration of the practical application of GIS based navigation map in VNS. The works of this thesis are as the below:The basic theory analysis of the navigation map and the expression methods of the digital map adopted are carried out and studied respectively, such as the features of digital map and the standards of constructing navigation map. Then, the detail design on navigation digital map as well as the database to meet the VNS' requirements is accomplished.The common development methods of GIS application are analyzed and compared in the thesis. The author proposes adopting integrated secondary development way based on GIS component. Considering the software development schedule, cost and efficient, the author adapts SuperMap Objects of Beijing SuperMap Corp for software development after taking fully account of various factors involved, including the selection of GIS platform vendors, the vendor' s qualification, function of spatial analysis, opening of secondary development environment, performance/price ratio as well as available resource. Meanwhile, the author performs a thorough study
on the Super.Vlap Objects, laying a sol id foundation for the development of VNS.The functional requirements of VNS answer the key question of what the system can do. Through analyzing structure of the system, the overall design scheme is promoted which comprises overall design of platform, the establishment, of software development platform, and detail design on the interactive interface and each functional module.Some navigation functions have been realized, including the basic functions, I'or example, zooming out and zooming in of navigation map and layer operation. Some other functions such as hawk eye query of navigation map, map attribute interactive query, location query and so on . The system possesses features showing the real-time location of vehicle in navigation map and selectively, replaying the trace of vehicle and analyzing of the optimum routes from the beginning to the destination. The advantages of the system include compact structure, reliability of function, fast application response and easy expansibility.Finally, some useful conclusions and suggestions for further studies are summarized and remarked.
本论文分析了车辆导航系统的国内外发展现状,论述了GIS和导航电子地图在车辆导航系统中的应用情况,在此基础上,对基于GIS车辆导航系统的基本实现方法进行了研究,对车辆导航系统的功能进行了设计,并予以实现。
论文首先分析了导航电子地图的理论基础、导航电子地图的特点、导航电子地图建立的标准和论文所采用电子地图的表示方法;在这些理论基础的指导下,对导航电子地图作了充分的设计,按照满足导航系统应用的目标,建立了符合需求的导航电子地图数据库,为导航系统的功能应用打下了坚实的基础。
论文对常用的GIS软件开发方式进行了分析和比较,根据软件开发进度、开发成本、开发效率,提出了采用基于GIS组件的集成二次开发方式。在充分考虑GIS平台选择的各个因素,包括:GIS平台软件的公司实力、具备空间分析的能力、开放性的二次开发环境、具有的代表性和方向性、合理的性能/价格比,再考虑到现有的资源条件,本论文选择了北京超图公司的SuperMap Objects控件,同时对论文所用的SuperMap Objects控件进行了详细分析,为车辆导航系统的开发奠定了牢固的基础。
论文分析了车辆导航系统的功能需求,以解决“系统可以干些什么”的重要问题;分析系统的组成部分,提出了系统的总体设计方案,包括平台的总体设计、软件开发平台的建立,对人机交互界面和系统的各个功能模块作了详细的设计。
论文设计实现了车辆导航系统的基本功能,包括:对导航电子地图的放大、缩小、图层控制等基本操作;导航图的鹰眼查询、图属互查以及地点查询等功能;在导航电子地图上显示车辆的实时位置;对
Vehicle-Navigation Syslem(VNS) is a kind of technology to implement the real-time control and query to the vehicle information, such as location, speed, course and surrounding geographic information etc, and provide an optimum missions and routes for the drivers. Nowadays VNS is more and more dependent on the integration use of Global Posi t ioning System (GPS) and Geographic Information System (GIS) technology, e.g. geo-spatial information acqui ring and underlying navigation map constructing. With the help of VNS, drivers can easily identify the vehicle related location information as well as the traffic information timely. In this case it would be possible to pick out an idea routes to the destination rapidly and safely even in the fully unfamiliar environment.The thesis reviews the history of VNS and presents an introduction of VNS development currently. Through the illustration of the practical application of GIS based navigation map in VNS. The works of this thesis are as the below:The basic theory analysis of the navigation map and the expression methods of the digital map adopted are carried out and studied respectively, such as the features of digital map and the standards of constructing navigation map. Then, the detail design on navigation digital map as well as the database to meet the VNS' requirements is accomplished.The common development methods of GIS application are analyzed and compared in the thesis. The author proposes adopting integrated secondary development way based on GIS component. Considering the software development schedule, cost and efficient, the author adapts SuperMap Objects of Beijing SuperMap Corp for software development after taking fully account of various factors involved, including the selection of GIS platform vendors, the vendor' s qualification, function of spatial analysis, opening of secondary development environment, performance/price ratio as well as available resource. Meanwhile, the author performs a thorough study
on the Super.Vlap Objects, laying a sol id foundation for the development of VNS.The functional requirements of VNS answer the key question of what the system can do. Through analyzing structure of the system, the overall design scheme is promoted which comprises overall design of platform, the establishment, of software development platform, and detail design on the interactive interface and each functional module.Some navigation functions have been realized, including the basic functions, I'or example, zooming out and zooming in of navigation map and layer operation. Some other functions such as hawk eye query of navigation map, map attribute interactive query, location query and so on . The system possesses features showing the real-time location of vehicle in navigation map and selectively, replaying the trace of vehicle and analyzing of the optimum routes from the beginning to the destination. The advantages of the system include compact structure, reliability of function, fast application response and easy expansibility.Finally, some useful conclusions and suggestions for further studies are summarized and remarked.
引文
[1]杨佩昆.智能交通运输系统体系结构.同济大学出版社.2001.5
[2]杨兆升,刘红红.地理信息系统在交通运输规划与管理中的应用研究.公路变通科技,2000,21(2)
[3]王英杰,袁勘省,李天文.交通GIS及其在ITS中的应用.北京,中国铁道出版社.2004.10:263-264
[4]韩丽华.车辆GPS自主导航系统及其新动向.测绘科学,2001年第3期
[5]瞿战强,蔡少华.基于GPRS/GPS/GIS的车辆导航与监控系统[J].测绘通报,2004,(2):34 36.
[6]沈雪松,刘建业等.新型车辆导航监控系统研究.重庆交通学院学报,2005年第6期
[7]张可,刘小明等.车辆自动导航系统基本框架研究.北京工业大学学报,2001.27(1)
[8]Liu Jianye, Sun Yongrong. Design & realization on GPS/INS integrated navigation system[J]. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics,1998, 2(15):165-170
[9]潘亮,薛宏涛,沈林成.面向自主车辆导航的地理信息系统.机器人,2000年第1期
[10]易玉丹.车载GPS定位和导航系统的建立.同济大学硕士论文.1997
[11]易玉丹,季善标等.车载GPS导航定位系统中电子地图的建立.工程勘察,1998年第5期
[12]Chen Wu, Yu Meng, Li Zhilin, Chen Yongqi and J. Chao. Tight Integration of Digital Map and In-Vehicle Positioning Unit for Car Navigation in Urban Areas. Wuhan University Journal of Natural Sciences, 2003,8(2B):551-556
[13]陈则王,袁信.GlS在车辆定位导航系统中的应用.微型电脑应用,2002年第9期
[14]杨希锐,陈一永.车辆定位和导航系统专川数字地图数据库发展状况.交通与计算机,2001年第5期
[15]刘玉华.汽车导航地图数据库研究.辽宁工程技术大学年硕士论 文.2004
[16]许谷声,罗成平等。建立适合于车载导航系统的电子地图。测绘通报,1999年第4期:14-16
[17]萨师煊,王珊.数据库系统概述.北京,高等教育出版社,1991
[18]周西京.电子地图数据库的设计与实现,计算机工程与应用,1999.6
[19]汪南、王家耀,郑州巿公安地理信息系统中的电子地图的设计.测绘通报,1997年第7期:13-19
[20]谢跟踪,郑达贤.基于组件式GIS的电子地图集的设计与实现.福建师范大学学报,2003年6月:86-91
[21]高博.车辆导航系统中数据处理、地图匹配和路径规划的研究.中国人民解放军信息工程大学硕士学位论文.2001.4
[22]李德仁.地理信息系统导论.北京,测绘出版社,1993
[23]边馥苓.GIS地理信息系统原理和方法.北京,测绘出版社,1996
[24]慈炳坤.车辆自导航系统数字电子地图的研究.大连理工大年硕士论文.2000
[25]李晓黎,张巍.Visual Basic+SQL Server数据库应用系统开发与实例.北京,人民邮电出版社,2003.8
[26]曾吉全.GPS车辆自导航系统关键技术研究.西安电子科技大学年硕士论文.2004
[27]蒋捷,韩刚,陈军等.导航地理数据库.科学出版社,2003.10
[28]周大森,刘小明.汽车智能运输.国防工业出版社,2004.1:55-57
[29]吴淑琴.导航电子地图标准化及基于GIS的交通流分析.中南大学硕士学位论文.2003
[30]蒋捷,韩刚,陈军.导航地理数据库.科学出版社,2003
[31]刘春.导航电子地图中道路数据的空间索引和组织.工程勘察,2003,1:38-42
[32]曾志明,宋关福.Supermap空间数据管理探讨[C],2003年中国GIS年会论文集
[33]张小国,王庆.电子地图道路网模型及其自动生成算法研究.中国图象图形学报,2001.5
[34]徐中明,贺岩松等.汽车智能交通系统(ITS)中的关键技术——电子 地图。重庆大学学报,2004,(10)
[35]张广莹,张广宇.地理信息系统在智能交通系统中的应用.自动化技术与应用,200 1,(2)
[36]丁捷,杨殿阁.汽车导航用电子地图的高效路网模型.汽车工程,2003,25(3)
[37]张可.车辆导航系统关键技术研究.北京工业大学博士学位论文.2001
[38]J.Morrison,“Proposed Standard for Digital Cartographic Data”,The American Cartographer,Vol.15,No.1,Jan.1 988
[39]U.S.Geological Survey,Spatial Data Transfer Standard,1992
[40]赵亦林等.车辆定位与导航系统.电子工业出版社.1999
[41]罗云启,曾琨,罗毅.数字化地理信息系统建设与MapInfo高级应用.北京,清华大学出版社,2003.4
[42]刘光,刘小东.地理信息系统二次开发实例教程.北京,清华大学出版社,2004.7
[43]牛德力,门葆红,西勤.组件式软件及其在GIS开发中的应用.测绘学报,2002(4):265-268
[44]管素清,刘捷,冷青.嵌入式车载导航系统的设计.计算机工程与设计.2005年第5期:1320-1322
[45]陈飞翔,谢忠,周治武.嵌入式GIS的研究开发.计算机与现代化,2003(3)
[46]赵华亮,越晓虎,唐宏.构件式GIS软件开发中的构件构架技术.中国矿业大学学报,2000(2):209—212
[47]刘光.地理信息系统二次开发教程(组件篇).北京,清华大学出版社,2003.1
[48]宋扬,李见为,曾航,钟建.基于组件式地理信息系统的二次开发.重庆大学学报,2000年第6期
[49]陈渝.Supermap在地理信息系统开发中的应用.昆明理工大学学报,2003年第6期
[50]杜丹,胡武强,张琳琳.基于SuperMap Objects 3.0的开发探讨.现代测绘,2005年第2期
[51]理解SuperMap GIS.北京超图地理信息技术有限公司.北京,2003.3
[52]李德仁,郭丙轩等.基于GPS与GIS集成的车辆导航系统设计与实现.武汉测绘科技大学学报,2000,25(3)
[53]周忠谟,易杰军,周琪.GPS卫星测量原理与应用.测绘出版社.1997.1
[54]陈忠兵,倪少权,吕红霞.基于GPS和GIS的汽车自主导航系统的研究.交通与计算机,2003.3
[55]付梦印,李杰,邓志红.一种适于车辆导航系统的快速地图匹配算法.北京理工大学学报,2005年第3期
[56]赵伟华,章复嘉,梁红兵.年辆导航系统最优路径规划的研究与实现.杭州电子工业学院学报,2003年第1期
[57]乐阳,龚健雅.Diikstra最短路径算法的一种高率实现.武汉测绘科技大学学报,1999,24(3)
[58l张小国,王庆,万德钧.基于电子地图的路径最优算法研究.中国惯性技术学报,2003年第1期
[59]郭耀煌等.运筹学原理与方法.成都,西南交通大学出版社,2000.11
[60]http://www.cenorm.be/
[61]http://www.supermap.com/
[62]http://www.gsmgps.com/
[2]杨兆升,刘红红.地理信息系统在交通运输规划与管理中的应用研究.公路变通科技,2000,21(2)
[3]王英杰,袁勘省,李天文.交通GIS及其在ITS中的应用.北京,中国铁道出版社.2004.10:263-264
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[8]Liu Jianye, Sun Yongrong. Design & realization on GPS/INS integrated navigation system[J]. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics,1998, 2(15):165-170
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[30]蒋捷,韩刚,陈军.导航地理数据库.科学出版社,2003
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[37]张可.车辆导航系统关键技术研究.北京工业大学博士学位论文.2001
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[45]陈飞翔,谢忠,周治武.嵌入式GIS的研究开发.计算机与现代化,2003(3)
[46]赵华亮,越晓虎,唐宏.构件式GIS软件开发中的构件构架技术.中国矿业大学学报,2000(2):209—212
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[48]宋扬,李见为,曾航,钟建.基于组件式地理信息系统的二次开发.重庆大学学报,2000年第6期
[49]陈渝.Supermap在地理信息系统开发中的应用.昆明理工大学学报,2003年第6期
[50]杜丹,胡武强,张琳琳.基于SuperMap Objects 3.0的开发探讨.现代测绘,2005年第2期
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[53]周忠谟,易杰军,周琪.GPS卫星测量原理与应用.测绘出版社.1997.1
[54]陈忠兵,倪少权,吕红霞.基于GPS和GIS的汽车自主导航系统的研究.交通与计算机,2003.3
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[56]赵伟华,章复嘉,梁红兵.年辆导航系统最优路径规划的研究与实现.杭州电子工业学院学报,2003年第1期
[57]乐阳,龚健雅.Diikstra最短路径算法的一种高率实现.武汉测绘科技大学学报,1999,24(3)
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[59]郭耀煌等.运筹学原理与方法.成都,西南交通大学出版社,2000.11
[60]http://www.cenorm.be/
[61]http://www.supermap.com/
[62]http://www.gsmgps.com/