车载导航系统国内外发展现状.docx

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车载导航系统国内外发展现状

一、引言

汽车工业已成为我国国民经济发展的支柱产业之一，汽车技术和技术信息的融合使得汽车电子已经成为一个独立的产业。

另外，随着汽车的普及和道路的建设，城际间的经济往来更加频繁，大量的商务、休闲、探险活动使我们并不局限在自己认识的一小块区域中，不认识道路，找不到目的地的情况也屡有发生，就此，车载GPS导航系统即以合适的价位走入车主的世界，成为车上的基本装备。

车载GPS主要用途就是定位监控和导航，由于导航方面民用较广且易于理解，所以一般提起车载GPS即指汽车里用的导航产品；而以定位监控管理为主要用途的车载GPS在国内的大量应用也是不争的事实。

因此，笔者将后者称其为中心监控式的导航系统。

二、车载GPS导航系统原理及电子地图的应用模式

（一）车载GPS导航系统原理

利用GIS中的导航电子地图和GPS接收机的实时定位技术，组成GPS+GIS的各种电子导航系统。

（二）车载导航电子地图的应用模式

车载导航电子地图的应用模式主要有如下两种：

1.GPS单机定位＋矢量电子地图

系统可根据目标位置（工作时输入）和车船现位置（由GPS测定）自动计算和显示最佳路径，引导司机最快地到达目的地，并可用多媒体方式向驾驶员提示。

2.GPS差分定位＋矢量电子地图

系统通过固定站及移动车船之间的两台GPS伪距差分技术，可使定位精度达到1～3ｍ，当采用双向通讯方式时，则可构成车船的自动导航系统，又可将移动车船上的GPS定位结果准确实时地传送到控制中心，并在电子地图上显示出来，构成交通网络监控指挥系统。

为了防止在楼群遮挡时收不到足够的GPS卫星信号，在车上除装有GPS接收机以外，还装有压电振荡陀螺。

利用卡尔曼滤波算法同时处理GPS、里程计和陀螺仪的数据来进行运载体的实时定位。

三、中心监控式的导航系统和自主导航系统的系统构成、技术特征

（一）中心监控式的导航系统的构成、技术特征、运行流程

GPS/GSM卫星定位车载系统（以下简称车载机）由GPS接收模块、GSM信息收发模块、数据处理单元MCU三部分构成。

这三部分的工作流程是GPS接收模块接收到GPS卫星发射的原始电文，并根据从三颗以上不同卫星发来的电文以1秒的刷新间隔提供该车辆的状态，如：

经度、纬度、高度、时间、速度、航向等数据，送给数据处理单元MCU，单片机再对这条数据进行压缩和加密的处理；然后通过GSM模块将按照设定好的格式，定时（1分钟至1440分钟）将这条数据通过GSM无线网络传输到远端监控中心的数据接收机中。

数据接收机及数据库服务器是通过RS232口直接物理连接的，通过控制软件，其数据便存储到了SQLSERVER数据库中，结合GIS系统中的电子地图，在监控软件中便可以直接看到车辆的位置、速度、高度等信息，从而达到监控的目的。

如果车载机数量的增加和车载机不断发送数据的增多，此数据库将不断扩大。

通过编写程序，再通过对数据库的操作，从而实现对车辆的调度、监控、跟踪和查询等操作。

MCU负责整个车载机的协调工作，它接收到控制中心发来的指令信息或采集到功能信号后，对指令进行分析，然后输出命令到相应的执行端。

数据处理单元是以MCU单片机为核心的微型计算机系统，其功能电路还具有其他功能，如免提通话、接听、自动拨号、断油断电等功能；通过汽车上各种输出的电平脉冲信号，触发单片机的控制系统，达到各种前端信号的采集、报警等功能，此处不一一列举。

中心监控式的车载GPS系统在汽车终端处没有地图显示，只有在中央控制室有地图，每个车上有一个GPS终端，这样就只能在中央控制室可以知道这些汽车的地理位置。

驾车者只能通过中心的帮助才能间接获取空间地理位置信息的支持（参见图1）。

图1

（二）自主导航系统的构成及技术特征

GPS自主导航系统就是能够帮助用户准确定位当前位置，并且根据既定的目的地计算行程，通过地图显示和语音提示两种方式引导用户行至目的地的汽车驾驶辅助设备。

它包括两个重要的组成部分：

一是全球定位系统（GlobalPositioningSystem）简称GPS，由空间卫星、地面监控和用户接收等三部分组成；二是汽车导航系统，GPS接收设备要想实现路线导航功能还需要一套完善的包含硬件设备、电子地图、导航软件在内的汽车导航系统。

GPS导航仪硬件包括芯芯片、天线、处理器、内存、屏幕、按键、扬声器等组成部分。

但就目前情况看来，市场中的GPS汽车导航仪在硬件上的差距并不大，主要区别还是集中在内置的软件和地图上。

GPS自主导航系统实现了野外踏勘、出游旅行的数字化智能导航，具有准确的地图、地理信息，清晰的行进路线，提供多种的数据信息，包括位置坐标、航行路程、航行时间、方位、偏航方位角、偏航距离、预设报警等。

作为成熟的GPS车载导航设备，应具有的基本功能包括：

GPS卫星导航定位、电子地图浏览查询、智能的路线规划、全程的语音提示。

其中，电子地图的数据量及详细程度最为重要，除了丰富的城市地图外，交通信息也是不可或缺的。

此外，机器的外型、安装方式、物理性能也是值得注意的。

产品核心功能：

1.地图查询功能：

*可以在操作终端上搜索你要去的目的地位置。

*可以记录你常要去的地方的位置信息，并保留下来，也和可以和别人共享这些位置信息。

*模糊的查询某个位置附近的兴趣点（POI），如：

加油站，宾馆、取款机等信息。

2.路线规划功能：

*GPS导航系统会根据你设定的起始点和目的地，自动规划一条线路。

*规划线路可以设定是否要经过某些途径点。

*规划线路可以设定是否避开高速等功能。

*自动导航功能

*语音导航：

用语音提前向驾驶者提供路口转向，导航系统状况等行车信息，就像一个懂路的向导告诉你如何驾车去目的地一样。

导航中最重要的一个功能，使你无需观看操作终端，通过语音提示就可以安全到达目的地。

*画面导航：

在操作终端上，会显示地图，以及车辆现在的位置，行车速度，目的地的距离，规划的路线提示，路口转向提示的行车信息。

*重新规划线路：

当没有按规划的线路行驶，，或者走错路口时候，GPS导航系统会根据现在的位置，重新规划一条新的到达目的地的线路。

（三）中心监控式的导航系统和自主导航系统的比较

图2

四、国内外发展现状

（一）国外简况

车载导航定位系统一经问世，即显示出强大的生命力和广阔的应用前景，并产生了巨大的社会和经济效益，成为90年代至今整个世界新的经济增长点之一。

由于巨大的市场潜力和不可估量的发展前景，日本几乎所有的汽车生产厂家都参加了这一高科技角逐，仅近几年投入市场的车载自主导航新系统就有30多个。

美国、欧洲和日本的车载导航仪产品已经日益走向成熟，形成了规模化的市场需求。

如日本的宏达、尼桑、本田、马自达、三菱以及松下、先锋、阿尔派、健伍等公司都有自己的车载导航产品。

世界其它发达国家如美国、德国、荷兰不甘落后，力图在该市场占有一席之地。

目前在欧洲，由飞利浦、西门子开发的车载导航系统1995年已在雷诺、菲亚特等大众化民用车辆上使用；奔驰-S系列、宝马-7系列从上世纪90年代年起，厂装车辆已将GPS车载导航系统列在选装清单上。

此外，根据《GPSWord》杂志刊登的美国工业发展研究机构的数据，2007年，日本、北美和欧洲每年约有2000万套产品售出，预测在2010-2015年间，约有60-70％的汽车在出厂时，就已装备车载导航系统，在以后时间里该系统的普及率将会逐渐提高到90％。

（二）国内发展现状

中国的车载导航技术经过十几年的市场培育，用户目标及需求已逐步明确，以及技术的研发、市场的培育的逐步完善，车用导航装置应用市场业已启动和日臻成熟，现在已逐步进入应用的高速发展时期。

中国上世纪末发射、建立并逐步健全的专为交通行业应用的北斗导航定位系统，将为车辆卫星导航定位产业的发展提供良好的基础条件和无限广阔的空间。

此外，中国的道路建设和电子地图技术，尤其是轿车市场的发展极大的推动了车载导航技术的发展。

21世纪初，北京四维测绘技术总公司成功制作了“威驰”轿车的DVD地图软件，2002年率先在北京、上海、广州和天津等四城市的电子交通地图软件投入使用，开创了中国车载电子导航的先例，自此，在国内逐渐涌现出上海畅想、深圳赛格导航，北京合众思壮、灵图软件等数十家从事导航技术研发、生产骨干科技企业。

1.国内相关企业信息分布

根据国内62家相关企业抽样调查，基本信息分布参见表1:

图3

2.自主导航系统相关产品形式、价格区间、应用市场简况

（1）产品形式:

GPS汽车导航仪的种类繁多，有汽车内置DVD系统导航仪、外置便携式车载导航仪、手持PDA手机导航设备等，一般按安装方式可分为两类。

一类为嵌入型，这种型式只适合于汽车的中控台内安装。

另一类为外置型，则是在中控台内无法安装时采用。

按整合情况又可分为两类，一种是导航系统作为单一产品销售安排。

另一种为汽车AV导航系统，即导航及AV（音频、视频）构成一个多媒体系统捆绑销售。

（2）价格区间及市场应用简况:

目前，自主车载导航系统产品寿命周期正处于投入期－成长期，成本较高，导航仪硬件厂家数量仍然较少，因此价格还比较高。

价格及应用市场简况如表2。

图4

五、我国的车载导航定位系统产业特征及产品趋势

（一）我国的自主车载导航定位系统产业特征

1.中国汽车导航市场正在形成，市场容量巨大，前景诱人

中国汽车导航市场需求正在形成。

随着中国汽车工业的发展，缓解交通拥堵问题，以及解决车辆个体及交通大环境有机融合的问题变得越来越紧迫，人们需要了解交通信息，疏导交通。

同时，汽车生产企业顺应用户的需求，推出了个性化服务；而政府和相关企业在卫星、遥感、空间定位、通信技术方面正构筑一个比较好的基础设施环境，将促使一个几百亿元乃至上千亿元规模的导航产业的形成，市场容量巨大，前景诱人。

2.及发达国家相比，以定位监控管理为主要用途的中心监控式的车载GPS系统在国内的大量应用成为中国在这一技术领域特有的“技术异化”现象

及发达国家相比，中国GPS导航技术的发展速度较慢，也走过一些弯路。

十几年前引进的GPS技术，主要应用于车辆及其移动目标的防盗、报警及监控等方面，而不是GPS技术原本在定位及导航上的重大作用，成为中国在这一技术领域特有的“技术异化”现象。

虽然以定位监控管理为主要用途的中心监控式的车载GPS系统在国内的应用、发展符合我国的国情，也表现出较强的产品生命力，并初具产业规模，但也反映出国内导航业的上游技术的研发能力较差，基础技术的支持力度不够，无法进行产品的成熟衔接。

这既有技术的原因，当然也有政策引导的因素。

3.目前，我国导航产业规模不大，缺乏知名的龙头企业

“车载导航系统”，对于国内的汽车用户而言，是一项全新的高科技成果运用项目。

其市场更是处于尚待开发的处女地，国内外已有不少企业正在为此运作，但缺乏知名的龙头企业。

以导航系统的核心软件电子地图为例，汽车卫星定位系统的使用很大程度上取决于所使用地区电子地图的绘制情况，电子地图绘制的越精确，用户使用起来就越方便，定位也就越准确。

目前许多卫星定位系统的开发商和营运商，为了尽快占领市场推出了精确程度不同的电子地图，但更新速度却跟不上城市建设的脚步，地图的覆盖范围也有限。

在实际应用中，导航效果大打折扣。

中国汽车工业已连续九年增幅保持两位数增长。

2008年，汽车累计产销934.51万辆和938.05万辆，预计2009年汽车产量将达到1,273.7万辆，中国将成为世界第一汽车生产大国，同时中国汽车消费量占全球总消费量比例已达12%，汽车安装导航装置的普及率约为10%，普及率处于很低的水平。

4.导航市场从中高档轿车起步，发展初期以后装市场为主

在汽车导航市场中，日本最大。

日本导航市场早期从售后起步，2003年，前装市场占总销售额的31%，现在是前装市场超过了售后市场。

目前，国内几大汽车厂，如一汽、东风、上海大众及通用、天津丰田等均有在豪华轿车和普通轿车上将导航系统作为标准配置的行动。

中国汽车业，排量在1.5升以上、车价在15万元以上的中高档轿车目前是车载导航仪前装配置的主要市场，但未来排量在1.5升以下、10万元左右的轿车将增长很快。

从整体上看，国内导航市场从中高档轿车起步，发展初期以后装市场为主，后期前装市场也将超过后装市场。

（二）自主车载导航定位系统产品特征及趋势

（1）功能性的增强：

表现在增加语音、声控、娱乐等功能。

（2）高科技的运用：

在汽车导航表现上更多运用高科技的表现，突出表现为三维影像导航运用了三维技术。

（3）两用型：

市场上已推出手持导航的产品，实现手机和车载两用。

（4）提供信息服务：

可显示塞车信息的车载导航系统，已经受到大众关注。

六、国内汽车导航业存在的阻碍因素和产业化发展的有利条件

（一）国内汽车导航业存在的阻碍因素

1.导航地图的生产、维护、更新还不适应产业化发展的要求

发达国家车载导航装置使用的高精度地图，是由政府指定的专业部门或专业机构按统一标准负责制作和定期更新的，并可自由在市场上销售，这在很大程度上既支持了科技企业的产品研发，又极大方便了在用车辆的安装使用。

而中国幅员辽阔，数据生产企业间缺乏协调协作机制，各自为战，“孤岛”现象严重。

同时，当前中国正处于经济转轨期，城市扩容、道路扩充、环境变化、特别是高速公路建设，可说是日新月异。

这些实时动态信息要及时采集，要求电子地图的软件数据必须及时的不断修改和更新，以保证导航系统的实用性①。

当前数据生产企业的导航地图的生产模式、更新机制及频率远不不适应产业化发展的要求。

2.实时动态信息的采集及发布，需要构筑一个全国公用、实时、高精度、大容量的信息平台

交通信息通常分为静态和动态两类，前者指不随时间变化或较小变化的交通信息，如道路、停车场、交通附属设施等；后者则为实时变化的交通信息，如道路状况、交通事故、天气变化、车辆密度及流量等。

实时动态信息的采集及发布，需要构筑一个全国公用、实时、高精度、大容量的信息平台。

要完成新的信息平台建设，绝不是任何一家科技企业在技术和财力上可以承担的，唯有政府组织实施、科研、企业积极参及，总体的智能交通才能尽快实现。

（二）产业化有利因素

（1）国内导航技术（软件）在不断突破，某些技术已经达到国际水平。

统一的接收体系和标准，也已得到重视。

（2）硬件（导航仪）、软件政策门槛低，国内企业的进入、发展以及国外导航企业的进入、竞争，软件技术更加成熟，硬件价格将下降。

（3）导航地图数据生产的市场进入门槛较高。

目前，具有导航地图数据生产资质的企业有：

四维图新、北京高德、瑞图万方、灵图软件、长地万方、国家基础地理信息中心等11家企业。

国外导航企业的禁入政策为国内民族工业留下了竞争的空间，在数据生产方面可以形成知识密集型和劳动密集型相结合的车载导航系统产业。

（4）汽车导航未来发展中，信息服务、智能导航会成为重要的一块，信息服务是一个必然的趋势。

在发展导航产品的基础上将信息服务纳入未来发展的规划中，以信息业保证收益，也即在拥有一定的市场基础和规模之后，将以服务收费为主，将信息、媒体和服务等作为新一轮的主要收益渠道。

目前国内的信息服务行业才刚刚起步，实时信息服务的市场空间巨大。

A/D转换器

国内有部分厂商和研究单位推出了一些车载导航定位系统，但是由于技术简单，GPS定位不够精确，陀螺仪存在误差和精度问题，而且成本昂贵，因此无法在导航系统中得到广泛应用。

随着MEMS陀螺仪的不断发展和性能的改进，其体积小，可靠性好，精度高的优点使得其不断的被用于车载导航定位系统中。

目前正在就降低系统成本，增加系统可靠性和更好的解决陀螺仪零漂问题提高精度方面作进一步研究。

在国外的一些大型公司，像日本的宏达，松下，德国西门子等，都已经开发出自己的导航定位产品，并且具有很大的市场潜力。

韩国三星高技术研究所开发的新一代MEMS陀螺仪性能优越，性价比高，已经被应用于各种高精度测量系统和导航系统中。

国内水平：

国内有部分厂商和研究单位推出了一些车载导航定位系统，但是由于技术简单，GPS定位不够精确，MEMS陀螺仪存在误差问题，而且成本昂贵，因此无法在导航系统中得到广泛应用。

南航对于“车辆定位系统在智能交通上的研究及开发”这一课题的开展，开始了实用的车载组合导航系统的研究。

原理样机已完成，并进行了实际跑车。

目前正在就降低系统成本，增加系统可靠性和更好的解决陀螺仪零漂问题提高精度方面作进一步研究。

国际水平：

在国外的一些大型公司，像日本的宏达，松下，德国西门子等，都已经开发出自己的导航定位产品，并且具有很大的市场潜力。

韩国三星高技术研究所开发的新一代MEMS陀螺仪性能优越，性价比高，已经被应用于国内外各种高精度测量系统和导航系统中。

1.学习了AVR单片机基本理论，熟悉ATmega16处理器的软件开发环境。

2.对系统总体要求分析及制定方案

3.完成设计整体硬件结构框图

了解关于陀螺仪的相关理论知识