GPS车载导航系统路径规划设计Word文件下载.docx
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本文重点研究了车载导航系统的路径规划问题。
综合考虑并比较了多种最短
路径的选择算法，并对其优缺点进行了分析。
四、主要参考资料：
[1]唐依珠，郑茜颖•GPS车载多媒体导航系统的研究与开发•福州大学计算机系,2000.12.
[2]张书毕，刘作才.基于GIS的GPS车辆监控系统设计与实现.测绘通报，2002-1.
[3]龚键雅.地理信息系统基础.北京：
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[4]赵伟华，章复嘉，梁红兵.车辆导航系统最优路径规划的研究与实现.杭
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北京超图地理信息技术有限公司.
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学学报.
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[12]曹元大，陈军，韩刚.车载导航系统路径规划与数据组织研究.北京理
工大学计算机系，2002.
指导教师（签名）
部门负责人（签名）
（校外设计请加盖单位公章）年月日
自考本科毕业设计（论文）开题报告
考号011812303475
姓名陈欧洛
导师单位重庆邮电大学
导师姓名贾俊霞
填表日期2014年2月
论文题目
GPS车载导航路径规划设计
课题调查与文献阅读
1、选题背景：
交通事业的发展与我国社会主义现代化建设有着密不可分的关系，并且对人们的日常生活有着巨大的影响。
车辆作为主要的交通工具，一方面促进了社会经济的快速发展，另一方面也不断的改善着人们的生活。
然而，近年来大幅增长的机动车辆使交通问题在日常生活中愈加突出。
交通拥堵、交通事故等社会冋题严重影响到交通正常秩序乃至社会正常秩序。
当前的交通问题是从发展中国家到发达国家都正面临的一个重要的问题。
以投入巨大资源修建道路这种咼成本的方式解决交通拥挤冋题是杯水车薪。
资金、环境、历史原因等因素是改善道路交通成本更加高昂问题也更加复杂。
所以，修建道路这种方式的效果非常有限，无法从根本上解决交通问题。
近年来人们已经逐渐认识到单纯靠增加道路基础设施建设不可能从根本上解决车辆的快速增长与交通设施滞后之间的突出矛盾。
只有在计算机、信息和通讯等高科技手段的辅助下充分利用现有的道路基础设施，才是最合理最可行的方法。
因此，人们从系统角度提出了智能交通系统（ITS,IntelligentTransportSystem）的
概念，建立现代化的交通系统已然成为国家现代化的重要标志之一。
ITS是一个复杂的巨系统，包含了众多的子系统，其中车载导航系统是最为重要的子系统之一，具有极大的市场前景和发展潜力。
车载导航系统的研制开发可规划分为相互关联的技术模块，路径规划则是其他功能模块运行的基础，同时包含了车载导航系统中的很多关键技术。
本文就是重点研究了车载导航系统的路径规划问题。
2、技术现状：
1.导航，即电子地图功能
三维导航是GPS的首要功能，飞机、船舶、地面车辆以及步行都可以利用导航接受器导航。
（1）车辆导航：
有专门提供GPS定位服务的公司，通过通信或图
示为装有GPS接收终端的车辆进行导航服务。
车载导航器可以收集到各种路况信息，从而可以避免堵车，选择最佳路线快速行驶。
（2）车船的管理、跟踪和调度：
通过地面计算机终端，实时显示出车船的实际位臵。
监控中心的智能化调度管理软件可以根据工作需要和车船的当前位臵来分配任务调度管理，实现工作派遣和车辆调度最佳化。
2.语言数字通信
语言和数字通信合二为一，使用车载GPS对讲设备的语言功能与司机进行通话或使用本系统安装在移动设备的汉字液晶显示器进行汉字消息收发对话。
3.反劫防盗报警
可以对移动车辆进行全方位、不间断、高精度、实时动态监控，利用无线通信设备将目标的位臵和其他信息传至主控中心，并在电子地图上显示车辆的当前位臵和运行轨迹，从而随时掌握车辆的行踪，为管理提供决策支持。
在遇到抢劫、被盗等紧急情况时，可以向主控中心发送报警信息，及时得到附近安全部门的支持。
系统还可以与公安110、急救120网络连接。
不仅集成以前所有的单用途卫星系统，并且致力于更广泛的用途。
该系统具有比其他导航系统优越的特性：
（1）全能性，能在空中、海洋、陆地等全球范围内进行导航、授时、定位及测速；
（2）
全球性，在全球的任何地点都可以进行定位；
（3）全天候，白天黑夜都可以工作。
实践证明，GPS对人类活动影响极大，应用价值很高，该工程从根本上解决了人类在地球上的导航问题和定位问题，可以满足不同用户的要求。
GPS技术作为一种新兴的导航技术，它具有以往的任何导航技术所没有的巨大的优越性，无论是定位精度、服务提供实时性、时间的精确性、全天候不间断性等等特点，都是任何别的导航技术所不能比拟的。
它刚一出现和投入使用，就极大的改变了人类的工作和生活。
随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，
应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。
3、未来发展
目前世界上很多国家大力开发GPS的应用，形成了融合许多领域的GPS产业。
GPS产业的发展趋势呈现以下三方面特点：
1.随着微电子技术及信号处理技术的进步，新的软硬件开发工
具的出现，GPS技术水平越来越高。
GPS技术从单点定位、相对定位发展到差分定位、广域差分定位，从利用测码伪距定位、载波平滑伪距定位到利用载波相位，从数据后处理到实时在航解算，定位精度越来越高，速度越来越快。
并行跟踪窄相关技术及高速DSP的采
纳，使得GPS定位实时数据更新率由通常的1s降低至0.1s，而新兴的实时相位差分（RTK技术可使实时定位达到厘米乃至毫米级精度。
虚拟差分站（VRS技术更是增加了定位数据的完整性和可靠性。
2.GPS技术的应用越来越广泛，与其他领域的融合也越来越密
切。
地理信息系统（GIS）利用GPS作为采集数据工具，与先进的无线技术结合应用于交通领域，形成新兴的智能交通系统（ITS），大大提高了效率，并在国民经济建设中发挥了越来越大的作用。
经典的惯性导航技术（INS）与GPS结合，形成新型组合导航系统，以最优的价格和性能为陆海空提供导航服务。
GPSS信组网技术的发展，
使GPS成为未来通信必不可少的组成部分，为广泛流行的位臵服务
（LBS提供了极具竞争力的选择方案。
与此同时，GPS与其他导航
通信卫星之间的联合也逐步展开，如与前苏联（现由俄罗斯掌管）的GLONASS星以及国际海事卫星INMARSATS合，组成未来的全球导航系统（GNSS。
如此种种，不胜枚举。
总之，GPS技术已发展成多领域、多模式、多用途、多机型的高新技术国际性产业，广泛应用于海陆空在途导航、精密定位、精确授时、卫星定规、武器制导、交通控制、灾害监测、大地测量、大气研究等多个领域，正如人们所说，“GPS的应用，禁受人类想象力的约束”。
3.GPS不仅深入跨学科的领域，而且已渗透到人类生活的人文领
域。
随着GPS^用的不断深入，许多工程实际上已经离不开GPSGPS政策成为世界各国关注的焦点。
GPS平行系统的酝酿及出现，促使美国政府对GP&
艮务的限制逐步取消。
随着美国GPS现代化计划的实施，GPS国际化的趋势日趋明显。
GPS各如现在司空见惯的电视、电信系统一样，成为人们日常生活必不可少的组成部分。
4、选题研究的方法
文献研究法：
查阅相关专业书籍，搜集相关文献，同时进行网络检索。
在此基础上整理、分析完成整个GPS车载导航系统路径规划的设计。
实践研究法：
在查阅相关书籍和文献的基础上，通过对实物GPS车载导航系统的认识和了解，更加深刻地理解该设计的方案和实施办法。
、、、、、、123123理论分析与实验方法
理论分析：
1、GPS导航系统的认识和理解。
2、GPS系统结构的整体把握。
3、路径规划的分析。
实验方法：
1、对GPS导航系统构建。
2、路径的规划设计。
3、运行测试与分析。
注：
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工作进度计划
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指导教师意见
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部门意见
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说明：
1.开题报告工作是毕业设计的重要环节，务必高度重视。
2.开题报告在毕业设计的第三周内完成，并由导师和导师所在部门负责人签字。
重庆邮电大学通信工程（本科）专业毕业设计（论文）
指导教师评语：
建议成绩（分数）
年月日
评阅教师意见
评阅教师评语：
评阅教师（签名）
答辩记录
-、学生介绍设计（论文）情况：
二、提问及答辩情况:
提问一:
答辩:
提问二:
答辩:
提问三:
提问四:
提问五:
录（签名）
答辩小组意见
答辩小组评语：
答辩成绩（分数）
（校外加盖单位公章）
毕业设计总评成绩:
指导教师给定建议成绩
（1）
评阅教师给定建议成绩
（2）
答辩小组给定答辩成绩（3）
毕业设计总评成绩
（1）X0.3+
（2）X0.3+（3）X0.4
答辩小组结论性意见:
答辩小组负责人（签名）
院答辩委员会负责人（签名）
（校外设计请加盖单位公章）
摘要
随着私人汽车在中国的普及，车载导航仪成为了日常生活中必不可少的工具。
车载导航系统的路径规划的研究无论是从方便驾驶员出行，提高运输效率，优化城市交通，还是在改造与提升交通管理系统上，都对现代的交通道路起着十分重要的影响，因此受到社会和政府部门的关注和大力支持。
本论文介绍了车载导航系统的发展历史和国内外研究现状，以及GPS车载导
航系统的组成、功能、实现过程、路径规划算法以及地理信息系统的功能。
并以MaoInfo为工具，在路径规划系统中实现了地图的基本操作。
本文重点研究了车载导航系统的路径规划问题。
综合考虑并比较了多种最短路径的选择算法，并
对其优缺点进行了分析。
【关键词】：
GPSGIS车载导航系统路径规划Dijkstra算法
ABSTRACT
WiththepopularizationofprivatecarsinChina,thenavigatorsbecamethedailylifeofthenecessarytools.Thecar'
snavigationsystempathplanningresearchwhetherfromconvenientdriverstraveltoimprovetransportefficiencyandoptimizetheurbantraffic,orinthereformandimprovetrafficmanagementsystem,allthewaytomoderntrafficplaysaveryimportantinfluenee,anditisbysocietyandgovernmentdepartmentsoftheattentionandsupport.
Thispaperintroducesthedevelopmenthistoryofthecar'
snavigationsystemandresearchstatusfromdomesticandabroad.Thestructure,functionandtherealizationofthewholesystemaredemonstratedindetailinthisthesis.TheGIS（GeographicInformationSystem）theoryisintroduced.ByusingMapInfosoftwareasasupportingplatform,basicoperationofmaparerealized.ThealgorithmsofRoutePlanningarediscussedindetail.ThinkoverandcomparemanyshortestpathalgorithmsandpresentaimprovedalgorithmbasedontheoriginalDijkstraalgorithminthisthesis.Itsavesmemoryspaceandincreasesefficiency.
【Keywords】：
GPSGISVehiclenavigationSystemRoute-PlanningDijkstraalgorithm
刖言1.
第一章GPS车载导航系统结构与关键技术2
第一节车载导航系统的发展2
第二节车载导航技术的总体结构和关键技术3
一、车载导航系统的总体结构3
二、车载导航系统的关键技术3
第三节车载导航系统结构分析及功能要求4
第四节系统的功能要求4.
第二章路径规划的分析及设计.6.
第一节导航电子地图数据库的设计6
一、导航电子地图的数据结构与数据模型6
二、导航电子地图数据库的设计原则8
三、导航电子地图数据库的结构设计与实现8
第二节导航电子地图中道路网络的拓扑生成方法10
一、导航电子地图中道路网络的模型与储存10
二、折线道路网络的拓扑生成法1.2
第三节路径规划的分析及设计14
一、路径规划的基础算法14
二、限制搜索区域的路径规划算法17
三、基于分层道路网络的分层路径规划算法19
四、限制搜索区域的分层路径规划算法21
第三章路径规划的优缺点23
第一节算法的实验结果23
第二节算法实验结果的比对及优缺点分析25
结论27
致谢29
参考文献30
自20世纪后期以来，随着全球经济的深入发展，世界各国城市（尤其是大
城市）的人口和车辆持续增长，由于交通拥挤而造成的损失随之逐年增加。
因而
各国竞相投资修建交通设施，试图解决这一问题。
但是车辆的增长速度远远高于道路和其他交通设施的增长速度，由此带来的有目共睹的事实是道路交通系统的复杂性和拥挤度的与日俱增。
近年来人们已经逐渐认识到单纯依靠增加道路基础设施建设不可能从根本上解决车辆的快速增长与交通设施滞后之间的突出矛盾。
只有在计算机、信息和通讯等高科技手段的辅助下充分利用现有的道路基础设施，才是合理可行的方法。
由此出现了建设智能交通系统（Intelligent
TransportationSystem,ITS的热潮。
事实上，建立现代化的交通系统，已经成为国家现代化的重要标志之一。
与此相关的一系列方法与技术也成为当今计算机科学、地理信息科学等相关学科中的研究重点和热点。
ITS是一个复杂的巨系统，
包含了众多的子系统，其中车载导航系统是最为重要的子系统之一，具有极大的市场前景和发展潜力。
车载导航系统的研制开发可以划分为相互关联的技术模块，其中的路径规划是其他功能模块运行的基础，包含了车载导航系统中的很多
关键技术。
由于车载导航系统对道路网络建模、实时路径计算等方面有着特别的要求，在学术、技术上还存在着许多没有完全解决的问题。
本文就是重点研究了
车载导航系统的路径规划问题。
第一章GPS车载导航系统结构与关键技术
第一节车载导航系统的发展
车载导航系统的研究和发展在人类的文明史上已有相当长的历史，最古老、最简单的导航方法是星历导航，人们通过观察天空上星星的位置变更来确定自己的位置和前进方向。
随着科学技术的高速发展，将先进的信息处理技术、数据通
信技术、电子控制技术及计算机处理等技术集于一体的智能交通系统的研究是21世纪现代运输管理体系的模式和发展方向。
卫星定位技术（GPS）、地理信息
系统（GIS）、遥感技术（RS）、数据库技术、计算机网络技术等科技技术的出现，有效地解决了当前城市现代交通管理的诸多问题。
目前，不管是在经济发达的欧洲、美国、日本，还是在经济正在快速发展的中国和其他国家，车辆导航系统都是各国政府的重要建设项目。
美国公路局最早
于20世纪60年代末期提出了一种电子路径引导系统（ERGS）,这是一种具有无线路径引导功能的导航系统，用于控制和疏导交通，但由于资金问题没有实现。
最终终于在80年代中期相继把先进的导航产品投入市场。
日本从1971年开始研究综合车辆交通控制系统计划（CACS），从1973〜1978年，日本成功的组织了一个叫做动态路径诱导的实验。
从20世纪80年代中期到90中期的10年间，相继完成了路车间通信系统（RACS）、先进的管理交通信息控制系统（AMTICS）、交通信息通信系统（TICS）及智能车辆系统等研究，并推出了各种导航仪器。
欧洲也大量的发行了自己的许多导航产品。
我国的车载导航系统的发展始于20
世纪80年代末期，虽然在自主引导型车载导航系统方面还没有非常成熟，但监管控制型的导航产品已经接近成熟并开始使用。
目前已有许多科学研究单位和公
司从事这方面的开发应用。
因此，GPS导航系统在交通管理以及运输方面是非常有前景的，并且能够带动与其相关的通信技术、信息技术、控制技术、多媒体技术和计算机应用技术的
发展
第二节车载导航技术的总体结构和关键技术
、车载导航系统的总体结构
车载导航系统是由GPS终端、车载计算机、导航软件、显示器及GIS软件等组成的（如图1.1）。
主要包括：
①GPS接收机，它接受卫星定位信号，确定车辆当前所在的经纬度信息。
其主要功能是采集实时的位置信息，进行自身的定位，不断的更新当前数据，为交通管理提供最新的数据信息。
②计算机，结合编程技
术及地图数据，为用户提供了多媒体信息服务。
③GIS电子地图，把地理数据以图形的方式显示出来，提供了多种地图服务，为用户提供一个直观清晰的界面。
④车载手机、寻呼机，提供与控制中心的通信手段，接受、发送各种数据、命令、请求以及服务信息。
图1.1车载导航系统的总体结构
、车载导航系统的关键技术
1.数字地图：
也称电子地图，是一个矢量化的地图，即该地图中应该包括
地图上的基本对象的属性数据。
它是GPS导航系统和GIS的数据基础。
典型的数字地图的标准格式有Mapinfo的MIF/MID文件，AutoCAD的DXF文件等。
2.地图匹配：
即利用电子地图中高精度的道路位置信息来修正定位系统给出的车辆位置信息，进一步提高车辆定位精度的技术。
一个完整的地图匹配过程包括三个主要环节，即误差区域的确定、匹配道路的选择及定位结果的修正。
3.路径规划：
路径规划是车辆导航系统必不可少的核心功能之一，也是实现导航功能的前提条件。
车辆导航系统的路径规划是帮助驾驶员在旅行前或旅行中规划行驶路径的过程，它要解决的主要问题是在给定的数字道路地图中寻找从出发地到目的地的最优路径，为满足实际要求，路径规划应具有快速性和最佳性。
第三节车载导航系统结构分析及功能要求
车载导航系统共分为6个模块：
1.定位模块：
采用全球定位系统（GPS）来实现车辆定位。
2.数字地图数据库模块：
主要负责存储数字地图及信息。
它主要包括了支
持电子地图显示的地图数据库及用于路径引导的道路特征数据库，是导航和定位
的基础。
3地图匹配模块：
又称地理编码，即通过给定的经纬度坐标确定地图上街道的地址，或者相反的过称。
4.路径规划模块：
帮助司机在车辆运行过程中，根据地图数据库模块所提供的地图，按要求的条件快速生成任意两点之间的最佳驾驶路线。
如果有条件利用实时的交通信息，还应对驾驶路线及时调整以适应交通当前的状况。
5•路径导航模块：
指挥司机按着路径规划模块计算出来的路线，并通过定位系统引导车辆行驶。
路径行驶包括两个任务：
一是产生行驶指令，任务是产生
一个行驶指令列表使其遵循路径规划跟踪的路线。
二是规划跟踪，任务是紧密监视车辆所在的路段位置。
这些信息通过人一一机接口，并以特殊的指令如视、听
提供给司机。
6.无线通信模块：
可进一步改善系统的性能增加系统的功能，通过一个或多个不同的通信设备，车载系统或交通管理系统能够接受实时交通信息或报告，去辅助车辆定位和导航，以促进车载系统或整个公共网络工作的更加安全有效。
第四节系统的功能要求
车载导航系统的主要功能有：
1.定位功能：
利用全球定位系统（GPS）来获取当前的定位信息并与地图
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