本文通過對GPS車載導航系統的構成及其國內外發展現狀的分析，闡明了我國GPS車載導航系統將向信息終端融合化、交通信息實時化、信息服務平臺化、數據更新網絡化方向發展的技術趨勢。 

關鍵詞 車載導航系統 導航電子地圖 ITS GPS

1 引言

    近年來，隨著我國的汽車銷售總量和私人購車數量逐年上升、人們出行頻率的增加，以及人們對生活質量和信息服務質量要求的不斷提高，GlPS(全球定位系統)車載導航系統正逐漸顯示出其強大的生命力、廣闊的應用前景和巨大市場潛力。車載導航市場正在逐步成熟，成為當今汽車工業新的經濟增長點和重要組成部分。與車載導航系統相關的技術也成為汽車和ITS(智能交通系統)產業關注的熱點問題。

2 系統構成

    GPS車載導航系統是安裝在車輛上為駕駛者提供導航和引導服務的汽車電子設備。這種系統一般采用GPS與航位推算法(車速傳感器+電子陀螺儀)組合方式實現定位，通過觸摸顯示屏或者遙控器進行交互操作，能夠實現實時定位、目的地檢索、路線規劃、畫面和語音引導等功能，幫助駕駛者準確、快捷地到達目的地。 GPS車載導航系統由：硬件平臺、系統軟件、應用軟件和導航電子地圖四部分構成。系統結構如圖1：

系統軟件
硬件平臺
圖1 GPS車載導航系統結構圖

2．1 硬件平臺

    硬件平臺包括車載主機、顯示器、定位子系統和其他控制模塊。車載主機是整個GPS車載導航系統的心臟，它采用汽車工業標準的芯片開發而成，具有功耗低、運行可靠、抗惡劣環境等特點。隨著科技的發展，車載主機的主頻一般已經達到300M 以上，而功耗卻僅有幾瓦，可以在±4o攝氏度內連續工作，完全滿足汽車工業的要求。車載主機由若干個電子控制單元(ElectricControl Unit—ECU)構成，他們可以獨立完成特定的功能，并與其他單元模塊協同工作。這些模塊中最重要的是由GPS接收機、航位推算(Dead Re—ckoning-DR)微處理器、車速傳感器、陀螺傳感器構成的定位模塊。在運行狀態下，按照GPS接收機的接收頻次，以當前位置、角度和車速計算下一個點的位置，然后將該點與GPS接收機的接收位置進行比較，如果誤差大于一定的數值，則以GPS接收機位置為準進行修正實現定位。這種GPS系統和 DR系統組合構成的定位導航模塊可以很好地解決短時間內丟失GPS衛星信號的問題，又可以避免DR系統的誤差隨時問積累，在隧道或地下停車場內也可以連續輸出位置坐標，不會出現定位盲區。目前普通民用GPS慣性設備已經可以達到1000m無GPS信號的情況下3。的航向精度和10m的距離精度。車載導航系統的顯示器種類有1 DIN、2 DIN、吸人式等，尺寸有3．5英寸、5英寸、6．5英寸、7英寸等。顯示器既是顯示窗口又是交互界面，在車載導航產品中觸摸屏式顯示器占有相當大的比例。

    目前，很多產品采取數碼產品與GPS導航系統相結合的設計理念。如新科車載DVD／GPS導航系統VM一680TV就是在新科“五位一體”汽車影音娛樂平臺上集成了導航功能，集DVD播放機、

2．2 系統軟件

    系統軟件包括操作系統和設備驅動兩部分。由于操作環境的特殊要求，操作系統一般采用嵌入式實時操作系統(RTOS)，這種操作系統與硬件結合緊密，具有結構緊湊、體積微小、實時性強和高度伸縮性等優點。比較成熟的有國外的VX_work、QNX、PalmOS、Windows CE 和國內的Hopen OS等。它們按照嵌入式目標系統的要求而設計，由一個體積小而緊湊的內核和一些可以根據需要進行裁減組合的功能模塊組成，整個系統所占用的空問可能不會超過10M。由于采用標準化工業設計，產品的性能很穩定。驅動程序用于驅動車載導航系統的其他硬件設備和車內的其他電子設備。

2．3 應用軟件

    導航應用軟件是專門針對車載導航應用需求開發的軟件系統，運行在車載主機中。基本功能包括：定位與顯示、地圖瀏覽與信息查詢、智能路線規劃、語音引導等。如豐田皇冠轎車上的車載導航系統可以實現：地圖連續無極縮放，跨區域無縫漫游，保持行進方向的地圖顯示模式；提供多種輸入和查詢方式幫助用戶查找目的地或搜索周邊范圍內的停車場、加油站、銀行、ATM 取款機等各種POI(Point Of Interesting)點；按距離優先、時間優先、高速優先等5種算法規劃出不同路線引導到目的地，即使錯過轉彎路口也能及時智能調整路線；還提供“一鍵回家”、目的地履歷、地址簿、白天／夜景模式、安全鎖定等很多人性化功能。

導航應用軟件具有界面友好、響應速度快、運行穩健、操作便捷的特點，適合行車環境使用。有些高端導航產品將音響、空調、多媒體等其他電器設備的控制功能集成到導航軟件中，使導航系統成為汽車的信息控制中心。

2．4 導航電子地圖

    導航電子地圖是整個系統的數據基礎也是GPS車載導航系統的靈魂。它按照特定的數據模型將基礎地理信息、道路交通信息、POI信息、自動引導信息等多源信息有機集成在一起，通過導航軟件展現給駕駛者。用戶對導航產品的滿意程度主要取決于導航電子地圖中信息的豐富程度和準確率，因此高端導航電子地圖產品包含大量的POI信息和引導信息，以幫助駕駛者輕松找到目的地，并在行進過程中給予直觀、精確的提示。在車載導航發展最早、技術最先進的日本．導航電子地圖中僅POI就高達1200萬條，用戶幾乎可以找到任意想去的地方，發達的都市或商業區甚至制作了3D數據。正因為如此，導航電子地圖的數據量一般很龐大。

    為了實現周到的服務、精確的引導，并獲得滿意的響應速度，導航電子地圖采取了獨特的數據標準和存儲格式，目前主要的兩個行業標準是GDF建模標準和 Kiwi存儲標準。GDF是建立導航電子地圖數據庫的參考模型和實現不同廠家間信息交換的標準。它于1984年開始制定，1995年1o月完成了臨時文本，1996年CEN／TC 278全體會議通過將GDF v．3．0作為歐洲的試用標準(ENV)，2003年12月9日GDF被ISO TC204確定為國際標準。我國也將其等同采用作為我國的行業標準。Kiwi格式是日本Kiwi協會制定的專門針對車載導航應用的PSF (Physical Storage Format)，旨在提供一種通用的電子地圖數據物理存儲格式，以滿足嵌入式應用系統精確、高效的要求。該格式作為一種數據物理存儲格式已提交給 IS0／Tc2o4／wG3，并成為國際標準強有力的競爭者，Kiwi格式目前的最新版本是1．22。KIWI存儲格式在日系、韓系導航系統廣泛采用，它能有效減少系統運行所需內存，提高系統的運行效率。

3 技術趨勢

    發達國家的車載導航技術已經相當成熟，車載導航儀與其他汽車電子設備一樣成為汽車的重要組成部分。導航儀的功能已由自主導航向與ITS緊密結合的智能化導航和輔助安全駕駛方向發展。在“第1l屆ITS世界大會愛知名古屋2004”上，日本P—DRGS協會展出了號稱“全球最先進”的車載導航產品“PRONAVI”。PRONAVI在接收實時交通信息的基礎上還考慮到時間段和星期等因素對路況的影響，在城市道路上它的平均誤差只有3．8min／10Km。此外，導航產品呈現出多元化趨勢，Car PC導航、手機導航、PDA導航、MP4導航產品陸續推出，與無線通信技術相結合的導航信息服務和數據更新服務進一步增強了系統的實用性。

        在我國，汽車正逐漸進入家庭，汽車消費在國民經濟中占有舉足輕重的地位。作為汽車電子產品的GPS車載導航系統，雖然仍處于市場培育階段，整體規模較小，但它巨大的市場潛力和不可估量的發展前景，已經讓各導航系統開發商和汽車制造商看到了商機，紛紛將導航系統作為增加汽車附

l6 現代測繪 第29卷

    加值和市場競爭力的有力武器。白天津豐田、鄭州日產先后推出車載導航系統后，國內其他知名汽車廠家，如一汽、二汽、上海大眾與通用等均有在豪華轎車或普通轎車上加裝GPS導航系統的計劃和打算。我國車載導航市場呈現出三大特點：(1)市場逐步形成，產品陸續上市；(2)運用高新科技，功能不斷增強；(3)圍繞導航功能，在信息服務上做文章。我國車載導航技術也正在逐步接近和達到國際先進水平，車載導航系統進入普通人的生活，成為人們出行助手的構想已經逐步成為現實。研究發達國家導航技術的發展歷程和成功經驗，結合我國ITS的發展戰略和產業化目標，作者認為未來我國車載導航技術的發展趨勢可以歸納為如下四個方面：

3．1 信息終端融合化

    汽車導航技術與汽車電子技術的高度融合將是未來技術發展的主要趨勢。高端車載導航系統將成為集導航、娛樂、通信與信息服務功能于一體的綜合信息終端，可以提供動態交通信息、行駛狀況信息、通信服務綜合信息，配備播放DVD／VCD／CD／MP3、接收電視、可視化倒車監控、車載電話、互聯網以及車載辦公功能等。滿足人們全方位的信息需求。

    導航終端的類型將呈現多樣化趨勢：Car PC導航系統、DVD導航系統、PDA導航系統和高端手機導航都將占據一定的市場份額。由于價格因素，Car PC短期內無法在中低端汽車上普及，但未來將會有較大發展空問；DVD導航終端對于偏重娛樂功能的汽車用戶來說具有一定的吸引力，在前裝市場上有較大的發展潛力；在后裝市場，PDA導航系統和手機導航系統將以用戶群體龐大、攜帶方便、價格便宜、安裝簡單的優勢，吸引大批用戶，特別是帶有導航功能的智能手機有可能成為一種很有潛力的導航終端。

3．2 交通信息實時化

    支持實時交通信息的智能導航將成為未來的技術亮點。支持實時交通信息的智能導航系統可以接收經過“道路交通信息中心”編輯、處理后的實時道路交通信息，如交通堵塞、交通限制等信息，通過導航計算模塊的處理后以文字、語音、圖像和地圖等形式呈現給駕車者。在導航應用技術發達的日本和歐洲，已由政府支持建立了收集和發布實時交通信息的機構和系統(日本的VICS和歐洲的TMC)，VICS和TMC利用先進的通信技術實現了各種信息的流通與發布，幫助解決交通事故、道路擁堵、環境等道路交通相關問題，為人們駕車出行提供了極大的便利。

     實時交通信息在車載導航系統中的應用也極大地推動了車載導航產業的發展。在日本，VICS的推廣與應用極大地刺激了車載導航產品的消費，VICS車載設備的市場規模已直逼1000萬臺。宏達、尼桑、本田、馬自達、三菱以及松下、先鋒、阿爾派、健伍等幾乎所有日本公司的導航產品中都集成了VICS功能。在歐洲和美國，裝備了TMC功能的導航系統也占有很高的比例。

    雖然目前我國還沒有一個能夠與VICS和TMC媲美的實時交通信息發布系統和產品，但實時交通信息在產業發展中的重要性已經得到了政府的高度重視。國家ITS發展政策規劃中已經明確將實時交通信息的發布與應用提到了議事日程，北京、上海和其他一些發達城市的政府也開始著手建立實時交通信息基礎設施。政府相關部門和一些企業已經積極行動起來，整合各種資源、制定配套標準、建立示范項目，共同推動這項事業的發展。

    按照政府的規劃到2008年人們將可以通過多種通訊手段獲取實時交通信息，享受實時交通信息帶給人們的方便和快捷。屆時支持實時交通信息的智能導航終端將真正成為人們的出行的好幫手，我國車載導航市場將一定更加繁榮。

3．3 信息服務平臺化

    目前，基于手機和PDA的LBS(Location BasedService)業務正在蓬勃發展，并已形成了巨大的應用市場。其根本原因就在于通過先進的通信技術人們可以方便地獲取網絡上的各種信息資源和服務內容。在車載導航系統中，與通信技術緊密結合的通信導航和綜合信息服務平臺也將成為應用的熱點。通信導航的實現原理是將車載導航終端設計為瘦客戶機，瘦客戶機通過GPRS／CDMA或者衛星通道與信息服務中心連接，向信息服務中心發送各種請求；服務中心平臺負責存儲大量信息資料和實時信息，處理來自客戶機的各種請求，進行復雜的處理和計算，然后將結果通過無線通道發送回客戶機。

    目前通信導航應用的典型案例就是日本豐田汽車公司開發的車載通信信息網絡服務平臺“BOOK”。“ BOOK”提供從網上消費、資料下載、卡拉OK、電子郵件、BBS、秘書服務、維修救援等整套的服務內容，將人、車、手機、電腦和Internet有機連接在一起，其應用前景非常樂觀。雖然目前通信導航的主要技術障礙仍是較低的通信速率，但我國擁有世界上最大的手機用戶群，移動通信技術的發展和通信基礎設施的建

3．4 數據更新網絡化

    導航電子地圖是導航系統不可或缺的組成部分，目前數據的存儲形式主要分為：DVD光盤存儲、硬盤存儲、CF／SD卡存儲三種。光盤的存儲量大，但是數據的更新只能靠換盤實現；硬盤和cF／SD可以支持數據更新，但是必須具備兩個條件：一是要建立網絡化的地理空間信息分發服務平臺，二是要有方便快捷的獲取設備和手段。為方便廣大用戶檢索和提取所需的導航地理數據，網絡化地理空間信息分發服務系統一般要具備四方面的功能：一是向用戶提供地理空間信息的元數據信息，讓用戶方便地知道是否有他想要的數據；二是對地理空間信息進行網絡瀏覽和確認；三是允許用戶根據規定或授權直接下載地理空間信息；四是提供開放式訪問接口。這實際上是通過網絡把用戶和數據提供者聯系在一起，形成一個網絡化的空間數據“超市”，用戶可以方便地瀏覽數據、下載數據、開發專題應用，通過元數據了解產品的特點和獲取途徑，在網絡上進行實時交易。
    在日本，G-BOOK平臺的用戶可以通過Internet或e~TOWER電子報亭終端下載地圖、音樂、資訊等各種信息資料。這種技術本身的難度并不大，關鍵是要解決費用結算問題。隨著我國電子商務的發展，e-TOWER這種信息終端一定會逐步走向實用化。

4 結束語
        近幾年，通過引進、聯合和自主研發相結合的方式，我國GPS車載導航整體技術水平有了很大提高。在導航電子地圖和導航應用軟件方面的技術水平已接近和達到了國際發達國家的水平，導航專業技術公司和產業隊伍不斷壯大，我國的導航產業呈現出厚積勃發的趨勢。但是，要看到我國汽車導航產業整體上仍處于起步階段，國內車載導航企業的規模還比較小，國產品牌的市場占有率還很低，產品的技術含量有待提高。為了順應技術發展趨勢，加速提高我國車載導航技術水平，使我國早日成為車載導航技術的強國，需要解決好如下問題：①加強自主知識產權的硬件技術研究；②加快實時交通信息發布體系建設，實現市場機制下的良性運轉；③ 建立和完善車載導航領域的行業標準，加大標準的推廣力度。