车载GPS道路测量与修正系统的研究与开发
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摘要
随着社会经济的发展，汽车愈来愈成为人们生活中必不可少的交通工具，造成了日益严重的交通拥挤和环境问题，智能交通系统应运而生，电子地图作为智能交通的重要组成部分，也愈来愈显出其突出的重要地位。但现有导航电子地图现势性差，道路信息不完整以及更新速度慢，大大制约了智能交通的发展，要解决这一问题，就必须在现有电子地图上更新、修正、补充道路信息，因此开发一种快速而高效地更新导航数字地图的方法就尤为重要。车载GPS测量作为一种低成本、高效率的数据获取手段，可以很好的解决这一问题。
本文所设计开发的车载GPS道路测量与修正系统就是通过车载GPS测量记录道路的空间属性信息以及非空间属性信息，并实时将采集到的道路的坐标信息进行差分处理，显示并保存在基站的计算机上，待进行进一步的数据处理后，输出至GIS系统，实现对电子地图的更新。
在论文中，对道路数据库的建立、GPS数据的处理以及系统的实现做了重点探讨，主要做的工作有：利用车载GPS测量道路坐标，并选择采用自适应Kalman滤波算法处理动态数据，提高了道路的测量精度；根据道路矢量数据特点和在本系统的应用目的，详细设计建立了道路数据库；研究了数据处理方法，对车载GPS采集到的道路数据进行处理，包括粗差剔除、坐标转换、空间属性数据与非空间属性数据的匹配、线路偏心改正、曲线拟合等；从软硬件方面设计实现了车载GPS道路测量与修正系统的各项功能，较好的实现了电子地图中道路信息的更新，对促进国内车辆导航系统的发展以及智能交通的发展有着重要的意义。
With the development of the society economy, the automobile is more and more necessary vehicle in people's life, which results in the increasingly serious traffic jam and the environment problem. The electronic map is the important constitute part of the intelligence transportation system, which emerge with the tide of the times, and also show its outstanding important position more and more. But the timeliness of the existing electronic map is bad, the road information in the electronic map isn't complete and the updating speed is slow, which restrict the development of the intelligence transportation system. To resolve this problem, have to update the existing electronics map, revise and add the road information. Therefore develop a kind method of the fast and efficiently navigate numerical map is vary important. Vehicle-mounted GPS is a kind of low cost and high-efficiency means to obtain data, and it can be good to resolve this problem.
The system by designed in this paper can record the spacial attribute information and the non-spacial attribute information of road, and carry on difference processing with the road coordinate data on the real-time. The result will be showed and saved in the computer fixed in the basal station. After the further data processing, the data is output to the GIS system, in order to update the electronics map.
In this paper, the author discusses the establishment of the path database, GPS data processing and the system reality chiefly. The central work including survey path coordinates using Vehicle-mounted GPS, processing dynamic data with the auto-adapted Kalman filter algorithm and increasing the path measuring accuracy. According to the features of road vector data and the application aim of this system, the author designs the path database. At the same time, study the data processing methods including gross error rejection, coordinate conversion, data match, partiality correct, and so on. In the end, realize all the function of this system from software and hardware aspects. The system has important significance to promote the development of domestic car navigation systems and the development of ITS.
本文所设计开发的车载GPS道路测量与修正系统就是通过车载GPS测量记录道路的空间属性信息以及非空间属性信息，并实时将采集到的道路的坐标信息进行差分处理，显示并保存在基站的计算机上，待进行进一步的数据处理后，输出至GIS系统，实现对电子地图的更新。
在论文中，对道路数据库的建立、GPS数据的处理以及系统的实现做了重点探讨，主要做的工作有：利用车载GPS测量道路坐标，并选择采用自适应Kalman滤波算法处理动态数据，提高了道路的测量精度；根据道路矢量数据特点和在本系统的应用目的，详细设计建立了道路数据库；研究了数据处理方法，对车载GPS采集到的道路数据进行处理，包括粗差剔除、坐标转换、空间属性数据与非空间属性数据的匹配、线路偏心改正、曲线拟合等；从软硬件方面设计实现了车载GPS道路测量与修正系统的各项功能，较好的实现了电子地图中道路信息的更新，对促进国内车辆导航系统的发展以及智能交通的发展有着重要的意义。
With the development of the society economy, the automobile is more and more necessary vehicle in people's life, which results in the increasingly serious traffic jam and the environment problem. The electronic map is the important constitute part of the intelligence transportation system, which emerge with the tide of the times, and also show its outstanding important position more and more. But the timeliness of the existing electronic map is bad, the road information in the electronic map isn't complete and the updating speed is slow, which restrict the development of the intelligence transportation system. To resolve this problem, have to update the existing electronics map, revise and add the road information. Therefore develop a kind method of the fast and efficiently navigate numerical map is vary important. Vehicle-mounted GPS is a kind of low cost and high-efficiency means to obtain data, and it can be good to resolve this problem.
The system by designed in this paper can record the spacial attribute information and the non-spacial attribute information of road, and carry on difference processing with the road coordinate data on the real-time. The result will be showed and saved in the computer fixed in the basal station. After the further data processing, the data is output to the GIS system, in order to update the electronics map.
In this paper, the author discusses the establishment of the path database, GPS data processing and the system reality chiefly. The central work including survey path coordinates using Vehicle-mounted GPS, processing dynamic data with the auto-adapted Kalman filter algorithm and increasing the path measuring accuracy. According to the features of road vector data and the application aim of this system, the author designs the path database. At the same time, study the data processing methods including gross error rejection, coordinate conversion, data match, partiality correct, and so on. In the end, realize all the function of this system from software and hardware aspects. The system has important significance to promote the development of domestic car navigation systems and the development of ITS.
引文
[1] 徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民GPS测量原理及应用 武汉大学出版社，2003
[2] www.cnbeb.com/news-tech.asp?ID=12406 中国建筑电气商务网 卫星定位 GPS在其现代交通运输中的应用
[3] 杨元喜，唐颖哲，李庆田，邹逸江用于GIS道路信息修测的动态GPS自适应滤波试验测绘科学2003．12第28卷第4期9-11页
[4] 张晓冬 导航地图数据库快速修测技术研究 西安电子科技大学硕士学位论文 2003
[5] Fredrik Gustafsson, Fredrik gunnarsson, Niclas bergman, inc. Nordlund. Particle Filters for Positioning, Naviagtion, and Tracking. IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, 2002, 2, 50(2). 425-437
[6] Yang Y. The theory and application of robust estimation [M]Beijing: Bayi Publication House, 1993
[7] 杜兆宇 GPS RTK技术在道路测量中的应用 铁道勘测 2004年第3期43页
[8] www.chinadamsafety.com RTK技术简介
[9] 马飞 基于GPS／GIS的实时定位系统的设计与实现 西南交通大学硕士学位论文 2005．511，41-43页
[10] 刘光地理信息系统二次开发教程 清华大学出版社 2003
[11] MapObjects用户手册
[12] 韩鹏 地理信息系统开发：MapObjects方法 武汉大学出版社2004
[13] 李夕银，程鹏飞，张莉 车载差分GPS应用于道路测量中的主要问题 中国测绘科学研究院建院四十周年论文集，1999 141-144页
[14] 陈宝平 车载导航系统及其通用技术平台 中南大学硕士学位论文 2003 12-14页
[15] PeterH. etal. The Global Spatial Data InfJastructure Initiative and ItS Relationship to the Vision of a Digital Earth. Toward Digital Eanh, 1997
[16] 董锐，车辆监控系统中的坐标转换及数据库应用．哈尔滨工程大学硕士学位论文 2002 16-32页
[17] 杨玉华 GPS／电子地图车辆导航系统 华北工学院硕士学位论文 2004．3 23-29
[18] 罗德安，廖丽琼 一种车载GPS系统坐标转换公式及其应用 西南交通大学学报 2001．8 第36卷第4期 365-368
[19] 张东明 GPS数据处理中的粗差探测与剔除 昆明冶金高等专科学校学报 2001．12第17卷第4期
[20] 周保兴 GPS数据预处理方法研究及其应用 河海大学硕士学位论文 2005 18-20页
[21] 封建湖，车刚明，聂玉峰 数值分析原理 科学出版社 2004 56-99
[22] 周颖，程荫杭 基于曲线拟合的地图匹配算法 交通运输系统工程与信息 2004．5第4卷第2期68页
[23] 刘宏友，李莉，彭峰Maflab 6基础及应用 重庆大学出版社 2002 212-219页
[24] 薛伟MapObjects——地理信息系统程序设计 国防工业出版社2005年
[25] 徐爱民，吕志平，石善斌，余发义基于MapX的道路修测系统的设计与实现 海洋测绘2003．11第23卷第6期31页
[26] yellowfish Delphi与MATLAB数据接口方案探讨 大富翁论坛 KeyLife富翁笔记
[27] www.ewise.com.cn/2005report/2005099gaosugonglubaogao.htm 2005-2006年中国高速公路行业分析及投资咨询报告 中国投资咨询网
[28] 吴立新，史文中 地理信息系统原理与算法 科学出版社，2003
[29] 吴信才等 地理信息系统设计与实现 电子工业出版社 2002．3
[30] 蒋捷，韩刚，陈军导航地理数据库 科学出版社，2003
[31] 张书华，刘绍堂RTK技术在郑东新区测图中的应用 测绘与空间地理信息 2004．10第27卷第5期57-59页
[32] Thomas Kleine-Ostmann and Amy E.Bell. A Data Fusion Architecture for Enhanced Position. IEEE COMMUNICATIONAS LEITERS. 2001, 8, 5(8), 343-345
[33] 任我行2610用户开发手册
[34] 郝海燕 基于MapX组件的环境监测地理信息系统的研究与开发 长安大学硕士学位论文 2005．4 31-39
[35] 姚连璧 车载 GPS道路数据采集与线形参数的计算 测绘学报 2002．5第31卷 增刊45-49
[36] www.moc.gov.cn站在新的历史起点上推进“十一五”交通事业又快又好发展 李盛霖部长在2006年全国交通工作会议上的讲话
[37] 陈述其 导航电子地图的研究与设计 西南交通大学硕士学位论文 2005．4 20-29
[38] Stefano Panzieri, Federica Pascucci and Giovanni Ulivi. An Outdoor Navigation System Using GPS and Inertial Platform. IEEE/ASME TRASACTIONS ON MECHATRONICS. 2002,7
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