车载导航系统关键技术研究

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1、北京工业大学博士学位论文车载导航系统关键技术研究姓名：向怀坤申请学位级别：博士专业：交通运输规划与管理指导教师：刘小明2003.5.1摘要车载导航系统(VNS)是智能交通系统(ITS)中当前需求较为迫切、应用比较广泛的一个重要的应用系统。论文第1章引出了本文的主要研究内容。首先从两个方面引出本文的研究主题：车载导航系统。随后从车载导航系统在ITS中的作用方面论述了研究VNS的必要性和实用价值，并从VNS在城市交通诱导系统中的地位对VNS的组成、原理进行了详细论述。在此基础上，分析了当前VNS的国内外研究

2、现状和特点，指出当前国内VNS研究开发中存在的～些问题。然后归纳出当前VNS研究开发中亟需解决的关键技术，以此作为本文选题的指导思想。根据现有的实验条件和关键技术中需要重点解决的问题，我们选择了其中的几项作为本文的主要研究内容。第2章面向VNS的需要，基于交通地理信息系统(GIS—T)设计了一种通用电子地图。它具有较完备的交通地理信息和较完备的拓扑结构，不仅可方便地应用于VNS之中，还可用于交通管理、规划和道路养护管理。电子地图的关键是数据类型、数据模型与数据结构，本章对这些内容进行了研究，将所有交通地

3、理信息分为静态交通地理信息和动态交通地理信息两类，运用面向对象方法构建了该导航电子地图的数据模型，根据需要，提出四层结构：基线网层、拓扑网层、背景信息层和交通信息层。对各层数据的存储方法及二维关系表结构进行了设计，其中以拓扑层的表达与存储作为研究重点。最后对这种基于GIS—T的导航电子地图的制作方法和电子地图的误差进行了论述。第3章对GPS定位、GPS与航位推算(DR)组合定位、GPS与惯性定位单元(SIPU)组合定位进行了研究。对GPS定位原理、方法和定位误差进行了分析，对GPS／DR、GPS／SIP

4、U组合定位模式、数据融合算法进行了研究。采用基本卡尔曼滤波和联合卡尔曼滤波模型进行组合定位系统的数据融合，其中重点研究了系统状态方程和量测方程的构成，对实验结果进行了分析。第4章提出基于GIS缓冲区技术的地图匹配算法，并研究了这种算法的实现方法。该算法利用GIS缓冲区分析技术和GlS拓扑关系，与前面第2章设计的通用导航电子地图的思路～致。电子地图严格按GIS的要求进行设计，具有完备的拓扑关系，适合GIS缓冲区分析。研究表明，利用缓冲区技术进行地图匹配，可以缩短匹配过程中用于搜索路网的时间。提高匹配的精度

5、。另外，还研究采用中误差和模糊逻辑规则两种评判指标对地图殛配结果的精度进行综合评定。第5章根据VNS的发展阶段，将车载导航纛忱路径规划分为两类：一类是基于静态交通地理信息的静态最优路径规划，另一类是基于动态交通信息的动态最优路径规划。重点对静态最优路径规划算法进行了研究。在分析比较经典算法如Dijkstra算法、斛算法的基础上，结合前面设计的遁用电子地图结构，提出综合路阻双向搜索算法。另外，还研究提出了一种动态最优路径规划的数学模型，对模型进行了描述，给出了模型解。第6章论述了系统开发的主要工作，包括系

6、统总体设计、功能设计与开发。目前已经实现了系统的主要功能，所依据的算法来自前面几章的研究结果。论文最后是总结部分。通过回顾本次研究工作，对主要研究内容、论文关键技术和创新点进行了总结，对VNS的市场应用前景进行了展望。最后提出本文今后值得进一步研究和探讨的主要问题。关键词智能交通系统；车辆定位：车载导航系统；电子地图；地图匹配：最优路径规划：卡尔曼滤波；数据融合IIABSTRACTVehiclenavigationsystem(VNS)isanimportantapplicationprojectofi

7、ntelligenttransportationsystem(ITS)currentlyinChinaInchapter1，themaincontentofthispaperiseduced．First．thesubjectofVNSiseducedintwoparts．ThenecessaryandrealvalueinITSofstudyingVNSisdiscussedfollowedasthat，fromtheviewofsituationofVNSinurbantrafficguidances

8、ystemtheconstitutesandelementsofVNSareintroducedparticularly．Basedonthose．tireresearchstatusinquoofVNSinChinaandforeigncountriesarediscussed，andtheproblemsandshortagesofcurrentVNSarepointedinthischapter．Throughtheanalysisb