全球定位系統(tǒng)GPS在汽車中的應用

全球定位系統(tǒng)（GPS）是一個基于衛(wèi)星的導航、定位及計時的系統(tǒng)。接受器通過（GPS）衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)計算二維（經(jīng)度、緯度）或三維（經(jīng)度、緯度、高度）位置。

　　美、日GPS的汽車導航系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　GPS 自投入運行以來逐步向民用開放，為各行各業(yè)服務。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)與導航系統(tǒng)。在一些轎車上導航系統(tǒng)不再是選裝件而是標準設備。如豐田公司的W indom，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航系統(tǒng)。1997年日本銷售的新車中1／10安裝了導航系統(tǒng)這一數(shù)字連年呈上升趨勢。美國福特公司通過全球定位衛(wèi)星的信號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的汽車導航系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　GPS汽車導航系統(tǒng)的研制和應用在我國起步較晚但發(fā)展勢頭很猛在銀行運鈔車公安巡邏車上廣泛應用，甚至一些大、中城市的出租車、公交車上也開始應用一些廠礦企業(yè)和部門正在逐步配備GPS接收機。

　　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航設備具備監(jiān)控、調(diào)度、報警，監(jiān)聽遙控熄火和遙控斷油、電子地圖顯示自動存檔、系統(tǒng)自檢等功能，它可將汽車的任何動態(tài)位置隨時準確無誤地顯示在儀器的電子地圖上。導航儀的電子地圖自動跟蹤顯示汽車當前位置及周邊，情況它存儲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)以上級別的地圖駕駛員可隨時在導航儀上查詢周邊半徑300km地區(qū)的地理信息。

　　基于GPS的汽車導航系統(tǒng)

　　汽車導航系統(tǒng)可以顯示車輛當前所在位置并將運行中有關(guān)道路圖、停車設施、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，準確掌握前往目的地的道路，當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)會根據(jù)所在新位置重新為車主設計最佳路線。目前世界各國已有多種汽車導航系統(tǒng)產(chǎn)品，并競相降低價格，我國也不例外。

　　汽車導航系統(tǒng)是由GPS導航、自主導航、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)動器或DVD-ROM驅(qū)動器、顯示器以及電子地圖數(shù)據(jù)庫相應的軟件組成。

　　從系統(tǒng)方框圖及車載導航設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（接收板），計算機（CPU）、CD-ROM驅(qū)動器及LCD顯示屏。

　　CPS導航設備

　　由 GPS天線和GPS接收機組成CPS導航設備。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）。由于兩個系統(tǒng)的工作頻率、坐標系、傳輸識別方法不同，所以對天線和接收機的參數(shù)要作相應改變方可工作。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個軌道面，每個軌道面上分布有4顆衛(wèi)星，運行周期11小時58分）在地球上任一點最多可能接收到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。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-OEM板，常用作GPS接收機的主機。

　　自主導航設備

　　該設備由車速傳感器和陀螺傳感器組成。當汽車行駛在隧道、高層樓群、高架橋、高山群澗、密集森林等地段時，將與GPS失去聯(lián)系，在中斷信號的瞬間，機內(nèi)自動導人自主導航系統(tǒng)此時車速傳感器從汽車前進的速度檢測出車速脈沖，通過汽車微處理器（MPU）的數(shù)據(jù)處理，由速度和時間直接求出前進的距離。為了減少高速行駛中因輪胎受熱膨脹而影響計算精度的誤差要取一個距離系數(shù)進行修正，以提高導航的精度。陀螺傳感器可直接測出前進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、輪渡過河等地段時所有這些曲線行駛的距離與衛(wèi)星導航的經(jīng)緯度比較會產(chǎn)生較大誤差此時只有通過陀螺傳感器和微處理器的運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導航和自主導航（包括車速傳感器和陀螺傳感器）所測得的汽車坐標位置數(shù)據(jù)、前進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)。增加一個地圖匹配電路，對汽車行駛的路線（包括各種傳感器檢測到的軌跡）與電子地圖上道路的偏差進行定時數(shù)字相關(guān)匹配，作出自動修正，然后由微處理器整理程序進行實時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)的進步近年來利用模糊邏輯控制原理替代原來的復雜數(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（TFTAMLCD）是個發(fā)展方向。因為它每個像素后面都配置了一個半導體開關(guān)器件來驅(qū)動，從而實現(xiàn)了高亮度視頻圖象顯示，具有對比度好、掃描線多、視角寬，低反射等優(yōu)點。日本導航研究會把三基色（RGB）TFTLCD制定為導航用的標準，尺寸為5.6 英寸，224640個像素（234x960），6.4英寸，449280個像素（234x1920）。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個像素（234x1440），對角線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，縱向長距離擴大畫面顯示等功能這樣就實現(xiàn)了導航地圖畫面、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)

　　車輛的移動性決定了系統(tǒng)的通訊必須采用無線電通訊方式r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)務三種。其中GSM的短信息業(yè)務用于定位數(shù)據(jù)傳輸目前較為流行因其覆蓋面范圍廣可以實現(xiàn)全球通但是時間問題是制約其發(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)字移動通信系統(tǒng)利用GSM傳輸、GPS信息及其他信息是一種經(jīng)濟、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調(diào)度，方便乘客。為進一步方便乘客和調(diào)度車隊新加坡新巴（SBS）已在試驗實施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算機及GPS定位機）公共汽車駕駛員顯示屏，中心控制計算機等。中心控制計算機時刻跟蹤監(jiān)視每輛公共汽車監(jiān)視其預定的到站時間甚至每輛公共汽車的上座率并在各，站點的乘客顯示牌上通知試圖等車乘客關(guān)于公共汽車的運營情況，以便乘客更好地計劃自己的行程減少等車時間，同時也使車隊更好調(diào)節(jié)車輛發(fā)車的頻率。

　　基于GPS的出租車隊自動調(diào)動系統(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低廉因此，高峰時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備采用基于GPS的出租車隊自動調(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)控制計算機，待乘客輸入諸如起訖點和時間后計算機通過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若駕駛員接受該客人可按應答鍵確認接受。待駕駛員按下確認鍵后該客人的起訖點等信息才予顯示（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)會自動搜索另一部較近的出租車。對經(jīng)常用戶系統(tǒng)還可提供定時預定出租車定點接送等服務。

　　基于GPS的車隊調(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)成為車輛探測器（Vebicle probe），成千上萬的24小時服務的探測器，為城市交通監(jiān)視與控制提供了極寶貴的基礎資料。基于GPS的行車記錄儀

　　行車記錄儀主要用于記載車輛運行路線、運行速度及加速度變化情況以便管理部門檢查車輛的運行情況。對遇疲勞駕駛、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70年代開始以立體的形式，在部分客運和貨運汽車上強行安裝汽車行駛記錄儀。行車記錄儀由GPS接收機、電子地圖及電子地圖匹配器、處理器等組成它實時接收移動車輛的GPS定位數(shù)據(jù)并將其通過坐標轉(zhuǎn)換，由地理坐標變?yōu)槠聊蛔鴺嗽陔娮拥貓D上以一定符號顯示車輛定位的動態(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只是進行車輛軌跡的描述不需要通信系統(tǒng)因此結(jié)構(gòu)非常簡單成本低廉而且容易實施。因此，國內(nèi)外應用相當廣泛。