全球定位系統(tǒng)(GPS)在汽車(chē)中的應(yīng)用
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全球定位系統(tǒng)(GPS)是一個(gè)基于衛(wèi)星的導(dǎo)航、定位及計(jì)時(shí)的系統(tǒng)。接受器通過(guò)(GPS)衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)計(jì)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(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)狀
GPS自投入運(yùn)行以來(lái)逐步向民用開(kāi)放,為各行各業(yè)服務(wù)。因此美、日各大汽車(chē)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(dǎo)航系統(tǒng)。在一些轎車(chē)上導(dǎo)航系統(tǒng)不再是選裝件而是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(chē)上都裝備有電子導(dǎo)航系統(tǒng)。1997年日本銷(xiāo)售的新車(chē)中1/10安裝了導(dǎo)航系統(tǒng)這一數(shù)字連年呈上升趨勢(shì)。美國(guó)福特公司通過(guò)全球定位衛(wèi)星的信號(hào)來(lái)確定轎車(chē)的位置為駕駛員指示方向并提供聲音指示。
我國(guó)GPS的汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)狀
GPS汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)的研制和應(yīng)用在我國(guó)起步較晚但發(fā)展勢(shì)頭很猛在銀行運(yùn)鈔車(chē)公安巡邏車(chē)上廣泛應(yīng)用,甚至一些大、中城市的出租車(chē)、公交車(chē)上也開(kāi)始應(yīng)用一些廠(chǎng)礦企業(yè)和部門(mén)正在逐步配備GPS接收機(jī)。
我國(guó)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(chē)導(dǎo)航設(shè)備具備監(jiān)控、調(diào)度、報(bào)警,監(jiān)聽(tīng)遙控熄火和遙控?cái)嘤?、電子地圖顯示自動(dòng)存檔、系統(tǒng)自檢等功能,它可將汽車(chē)的任何動(dòng)態(tài)位置隨時(shí)準(zhǔn)確無(wú)誤地顯示在儀器的電子地圖上。導(dǎo)航儀的電子地圖自動(dòng)跟蹤顯示汽車(chē)當(dāng)前位置及周邊,情況它存儲(chǔ)了我國(guó)各大城市道路的電子交通圖及高精度的全國(guó)公路網(wǎng)及其沿線(xiàn)村鎮(zhèn)以上級(jí)別的地圖駕駛員可隨時(shí)在導(dǎo)航儀上查詢(xún)周邊半徑300km地區(qū)的地理信息。
基于GPS的汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)
汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)可以顯示車(chē)輛當(dāng)前所在位置并將運(yùn)行中有關(guān)道路圖、停車(chē)設(shè)施、道路屬性(道路名稱(chēng)、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(wù)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(zhǔn)確掌握前往目的地的道路,當(dāng)駕駛員將目的地輸入車(chē)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(xiàn),并顯示在熒屏上。它不僅指示車(chē)輛避開(kāi)擁擠阻塞的路線(xiàn),還幫助疏散車(chē)輛。另外,它還有修改功能例如車(chē)主不小心錯(cuò)過(guò)路口、沒(méi)有走該系統(tǒng)推薦的最佳路線(xiàn)、車(chē)輛位置偏離最佳路線(xiàn)200m以上,該系統(tǒng)會(huì)根據(jù)所在新位置重新為車(chē)主設(shè)計(jì)最佳路線(xiàn)。目前世界各國(guó)已有多種汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)品,并競(jìng)相降低價(jià)格,我國(guó)也不例外。
汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)是由GPS導(dǎo)航、自主導(dǎo)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(chē)速傳感器、陀螺傳感器、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器或DVD-ROM驅(qū)動(dòng)器、顯示器以及電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)的軟件組成。
從系統(tǒng)方框圖及車(chē)載導(dǎo)航設(shè)備安裝示意圖可以看出,汽車(chē)上需裝備主要有:GPS天線(xiàn),GPS接收機(jī)(接收板),計(jì)算機(jī)(CPU)、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器及LCD顯示屏。
CPS導(dǎo)航設(shè)備
由GPS天線(xiàn)和GPS接收機(jī)組成CPS導(dǎo)航設(shè)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(gè)系統(tǒng)的工作頻率、坐標(biāo)系、傳輸識(shí)別方法不同,所以對(duì)天線(xiàn)和接收機(jī)的參數(shù)要作相應(yīng)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(gè)軌道面,每個(gè)軌道面上分布有4顆衛(wèi)星,運(yùn)行周期11小時(shí)58分)在地球上任一點(diǎn)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(biāo)。為減少城市中高樓大廈的遮擋影響。美國(guó)Rockwell公司出品的12通道GPS-OEM板,常用作GPS接收機(jī)的主機(jī)。
自主導(dǎo)航設(shè)備
該設(shè)備由車(chē)速傳感器和陀螺傳感器組成。當(dāng)汽車(chē)行駛在隧道、高層樓群、高架橋、高山群澗、密集森林等地段時(shí),將與GPS失去聯(lián)系,在中斷信號(hào)的瞬間,機(jī)內(nèi)自動(dòng)導(dǎo)人自主導(dǎo)航系統(tǒng)此時(shí)車(chē)速傳感器從汽車(chē)前進(jìn)的速度檢測(cè)出車(chē)速脈沖,通過(guò)汽車(chē)微處理器(MPU)的數(shù)據(jù)處理,由速度和時(shí)間直接求出前進(jìn)的距離。為了減少高速行駛中因輪胎受熱膨脹而影響計(jì)算精度的誤差要取一個(gè)距離系數(shù)進(jìn)行修正,以提高導(dǎo)航的精度。陀螺傳感器可直接測(cè)出前進(jìn)方向的變化和行駛路線(xiàn)狀態(tài),例如汽車(chē)行駛在勾狀山道、發(fā)夾式彎路、蛇形路面、環(huán)狀盤(pán)形路、雪道空地打滑、輪渡過(guò)河等地段時(shí)所有這些曲線(xiàn)行駛的距離與衛(wèi)星導(dǎo)航的經(jīng)緯度比較會(huì)產(chǎn)生較大誤差此時(shí)只有通過(guò)陀螺傳感器和微處理器的運(yùn)算修正才能得到汽車(chē)的正確位置。車(chē)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(dǎo)航和自主導(dǎo)航(包括車(chē)速傳感器和陀螺傳感器)所測(cè)得的汽車(chē)坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)、前進(jìn)的方向和行駛路線(xiàn)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(gè)地圖匹配電路,對(duì)汽車(chē)行駛的路線(xiàn)(包括各種傳感器檢測(cè)到的軌跡)與電子地圖上道路的偏差進(jìn)行定時(shí)數(shù)字相關(guān)匹配,作出自動(dòng)修正,然后由微處理器整理程序進(jìn)行實(shí)時(shí)快速處理在電子地圖上得到汽車(chē)正確位置的顯示。
隨著技術(shù)的進(jìn)步近年來(lái)利用模糊邏輯控制原理替代原來(lái)的復(fù)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(jiǎn)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(gè)發(fā)展方向。因?yàn)樗總€(gè)像素后面都配置了一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件來(lái)驅(qū)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)了高亮度視頻圖象顯示,具有對(duì)比度好、掃描線(xiàn)多、視角寬,低反射等優(yōu)點(diǎn)。日本導(dǎo)航研究會(huì)把三基色(RGB)TFTLCD制定為導(dǎo)航用的標(biāo)準(zhǔn),尺寸為5.6英寸,224640個(gè)像素(234x960),6.4英寸,449280個(gè)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(huà)面,因而應(yīng)用廣泛。在我國(guó)已生產(chǎn)。
佳工機(jī)電網(wǎng)
最近國(guó)際上推出的寬屏幕畫(huà)面7英寸液晶顯示器336960個(gè)像素(234x1440),對(duì)角線(xiàn)180mm縱模比16:9它具有一般家用彩電功能通過(guò)增加電路能提供雙畫(huà)面和畫(huà)中畫(huà)畫(huà)面,縱向長(zhǎng)距離擴(kuò)大畫(huà)面顯示等功能這樣就實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航地圖畫(huà)面、電視接收,重調(diào)多頻信息接收等多種功能,給駕駛員長(zhǎng)途駕駛帶來(lái)樂(lè)趣。
通訊系統(tǒng)
車(chē)輛的移動(dòng)性決定了系統(tǒng)的通訊必須采用無(wú)線(xiàn)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(wù)三種。其中GSM的短信息業(yè)務(wù)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(shí)現(xiàn)全球通但是時(shí)間問(wèn)題是制約其發(fā)展的重要因素。我國(guó)GSM公用數(shù)字移動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)利用GSM傳輸、GPS信息及其他信息是一種經(jīng)濟(jì)、有效的通信方式。
基于GPS的公共汽車(chē)在線(xiàn)跟蹤控制系統(tǒng)
由于公共汽車(chē)線(xiàn)路固定不存在選擇最佳行駛路線(xiàn)的要求采用GPS定位系統(tǒng)的目的主要在于跟蹤控制車(chē)輛及時(shí)調(diào)度,方便乘客。為進(jìn)一步方便乘客和調(diào)度車(chē)隊(duì)新加坡新巴(SBS)已在試驗(yàn)實(shí)施GPs公共汽車(chē)在線(xiàn)路跟蹤控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:安裝在主要公共汽車(chē)站的乘客顯示牌基于GPS的公共汽車(chē)在線(xiàn)定位系統(tǒng)(每輛公共汽車(chē)上都配有車(chē)載計(jì)算機(jī)及GPS定位機(jī))公共汽車(chē)駕駛員顯示屏,中心控制計(jì)算機(jī)等。中心控制計(jì)算機(jī)時(shí)刻跟蹤監(jiān)視每輛公共汽車(chē)監(jiān)視其預(yù)定的到站時(shí)間甚至每輛公共汽車(chē)的上座率并在各,站點(diǎn)的乘客顯示牌上通知試圖等車(chē)乘客關(guān)于公共汽車(chē)的運(yùn)營(yíng)情況,以便乘客更好地計(jì)劃自己的行程減少等車(chē)時(shí)間,同時(shí)也使車(chē)隊(duì)更好調(diào)節(jié)車(chē)輛發(fā)車(chē)的頻率。
基于GPS的出租車(chē)隊(duì)自動(dòng)調(diào)動(dòng)系統(tǒng)
出租車(chē)已成為各大城市僅次于公共汽車(chē)的重要交通方式。由于新加坡出租車(chē)費(fèi)低廉因此,高峰時(shí)很難租到車(chē)而平常出租車(chē)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(chē),新加坡幾家大型出租車(chē)公司分別采用和準(zhǔn)備采用基于GPS的出租車(chē)隊(duì)自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)該系統(tǒng)允許等車(chē)的乘客通過(guò)電話(huà)接入系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī),待乘客輸入諸如起訖點(diǎn)和時(shí)間后計(jì)算機(jī)通過(guò)GPS搜索到與乘客接近的空車(chē)并將需要信息以閃爍方式顯示在駕駛員顯示屏上此時(shí)若駕駛員接受該客人可按應(yīng)答鍵確認(rèn)接受。待駕駛員按下確認(rèn)鍵后該客人的起訖點(diǎn)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(huì)自動(dòng)搜索另一部較近的出租車(chē)。對(duì)經(jīng)常用戶(hù)系統(tǒng)還可提供定時(shí)預(yù)定出租車(chē)定點(diǎn)接送等服務(wù)。
基于GPS的車(chē)隊(duì)調(diào)度系統(tǒng)的效益不僅在于有效的調(diào)度出租車(chē)而更重要的是在于裝載這套系統(tǒng)的出租車(chē)已經(jīng)成為車(chē)輛探測(cè)器(Vebicle probe),成千上萬(wàn)的24小時(shí)服務(wù)的探測(cè)器,為城市交通監(jiān)視與控制提供了極寶貴的基礎(chǔ)資料?;贕PS的行車(chē)記錄儀
行車(chē)記錄儀主要用于記載車(chē)輛運(yùn)行路線(xiàn)、運(yùn)行速度及加速度變化情況以便管理部門(mén)檢查車(chē)輛的運(yùn)行情況。對(duì)遇疲勞駕駛、車(chē)輛超速等交通違章約束駕駛員不良駕駛行為保障車(chē)輛行駛安全有重要作用。并且為交通安全管理部門(mén)提供了有效的執(zhí)法工具。歐盟、日本等國(guó)家20世紀(jì)70年代開(kāi)始以立體的形式,在部分客運(yùn)和貨運(yùn)汽車(chē)上強(qiáng)行安裝汽車(chē)行駛記錄儀。行車(chē)記錄儀由GPS接收機(jī)、電子地圖及電子地圖匹配器、處理器等組成它實(shí)時(shí)接收移動(dòng)車(chē)輛的GPS定位數(shù)據(jù)并將其通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,由地理坐標(biāo)變?yōu)槠聊蛔鴺?biāo)在電子地圖上以一定符號(hào)顯示車(chē)輛定位的動(dòng)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(chē)輛軌跡并任意選擇回放速度。
由于行車(chē)記錄儀的任務(wù)只是進(jìn)行車(chē)輛軌跡的描述不需要通信系統(tǒng)因此結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單成本低廉而且容易實(shí)施。因此,國(guó)內(nèi)外應(yīng)用相當(dāng)廣泛。