科 信１息｝科１学 智能车辆定位导航系统的设计 王瑾 （郑州测绘学校，河南郑州４５００１５） 摘要：智能车辆定位系统（ＩＶＬＮＳ）是集中应用了自动车辆定位技术、地理信息系统与数据库技术、计算机技术、多媒体技术、无线通信技术等 多项最新科技成功的多功能综合系统。介绍了ＩＶＬＮＳ系统的整体设计的整体思路并举出具体应用实例。 关键词：１ＶＬＮＳ；嵌入式导航计算机；定位 算、定位数据的处理与转换等具有较高实时性要 区创建与管理、创建消息队列、启动任务循环、路 尽管车辆定位和导航系统仅仅在最近几年才 求的任务和类似路径规划这样的大计算量任务， 径规划与导航、电子地图数据库操作等都由对应 开始出现在世界市场上，但却在世界范围内取得 因此导航计算机必须要具备足够的的运算能力。 的应用层软件模块完成。 了迅猛的发展。 从功能上看，为满足ＩＶＬＮＳ系统控制、输出和功能 作为目前最强大的嵌＾式操作系统，Ｗｉｎ￣ｏｗｓ ２Ｏ世纪６０年代末，美国公路局提出了一种 扩展的需要，导航计算机应具备基本的多媒体功 ＣＥ所能提供的功能包括系统和应用程序的初始 电子路径引导系统（ＥＲＧＳ）。７０年代初期，美国开 能，强大的控制和通信能力和良好的扩充性。为适 化与同步管理、内存管理与分配、系统时钟管理、 发了一种自主导航系统，这种系统利用推算定位 应车载环境的要求，导航计算机还需具备良好的 设备驱动管理、程序进程间通信和数据交换控制、 模块，借助于地图匹配模块算法进行车辆定位。７Ｏ 抗震性能，其外形尺寸和功耗也要受到严格。 磁盘与文件系统操作与管理等，与流行的桌面电 年代后期，欧洲智能交通开始于Ａｕ工程。８Ｏ年 为实现没汁目标，我们在新型ＩＶＬＮＳ系统中 脑视窗相比基本相同，因此在基于Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ 代推出了车辆自主导航系统包括ＣＡＲＩＮ和ＥＶＡ。 采用了嵌入式导航计算机系统设计方案。与传统 的嵌入式系统中运行的应用程序能够拥有与普通 １９７１年，日本智能交通系统始于ＣＡＣＳ计划。 的Ｘ８６计算机体系相比，嵌入式系统去掉了对大 电脑应用程序同样强大和复杂的功能，这是它成 １９９１年末，在日本邮政省的大力支持下，ＡＭＴＩＣＳ 量不必要工业总线标准的支持，因此部件较少，结 为支持ＩＶＬＮＳ应用软件模块的理想平台。 和ＲＡＣＳ结合起来成为ＶＩＣＳ计划。 构也更紧凑。 ５主要功能模块设计 智能车辆定位系统（ＩＶＬＮｓ）是集中应用了自 处理器选用的是Ｉｎｔｅｌ ＳＡ１１１０精简指 ５．１组合定位模块。组合定位模块是ＩＹＬＮＳ 动车辆定位技术、地理信息系统与数据库技术、计 令（ｍｓｃ）芯片，时钟频率高达２０６ＭＨｚ，具备相当 的重要组成部分，它对整个系统的性能表现有至 算机技术、多媒体技术、无线通信技术等多项最新 于１３３ＭＨｚ奔腾处理器的强大运算能力。处理器 关重要的影响。为实现连续车辆定位的要求需采 科技成功的多功能综合系统。 内置了语音编码和解码、通信协议和端口控制等 用组合定位方式，我们利用联邦Ｋａｌｍａｎ滤波技术 从功能上划分，—个完整的ＩＶＬＮｓ系统由以 功能电路，配合少量的外围电路即可完成相应功 实现的ＧＰＳ／ＤＲ组合定位系统。 下功能模块构成：定位模块、包含车载电子地图数 能。系统使用的存储设备有两种：ＲＡＭ（随机存储 ５２路径规划与导航模块设计。在ＩＶＬＮＳ软 据库的地理信息系统、地图匹配模块、路径规划模 器）和ＲＯＭ／ＦＬＡＳＨ（只读存锗器／闪速存储器）。前 件体系中，路径规划与导航模块负责完成车辆导 块、路径引导模块、无线通信模块和人机交互模 者用于在系统工作时加载和运行应用程序，后者 航功能，包括提供由出发地到目的地的最优行车 块。 用于保存程序和数据。由于没有使用硬盘和ｃＤ＿ 路线规划和旅途中的动态驾驶引导。 ２ ＩＶＬＮＳ系统的整体设计 ＲＯＭ驱动器这样的靠快速移动的机械装置读取 动态导航的另—个重要内容是车辆偏离预定 ＩＶＬＮＳ是由多个功能模块构成的复杂系统， 数据的存储设备，因 路线后的驾驶引导，为此可以设定两种处理方法： 与其广泛的应用领域相对应，具体的ＩＶＬＮＳ应用 为加强图形显示功能，系统配有专门的ＬＣＤ 当定位模块已经确定车辆偏离了预定行驶路线 系统设计也具有不同程度的复杂性，这种复杂性 控制电路，支持ｌ６位真彩色显示模式。考虑到功 后，导航程序首先对驾驶员进行提示，同时在屏幕 取决于系统的设计原则、组成结构和具体的性能 能扩展和与其他设备通信的需要，系统配备了一 上指定预定目的地的相对方位，以方便驾驶员利 指标。 个串行通信端口，一— 红外数据（ＩｒＤＡ）端口、—个 用这一大致的方向返回原来的路线；当经过异端 在设计ＩＶＬＮＳ系统时需要考虑的具体因素 闪速存储卡插槽和— 亩用串行总线（ｕｓＢ）接口。 时间后，如果车辆仍然没有回到预定路线上，则以 包括系统的单位成本、所能提供的定位精度、所支 电子地图数据存放在存储卡中，更换起来非常方 当前车辆位置为起点，重新规划到预定目的地的 持导航功能的复杂眭、是否需要无线通信模块以 便。为了加强对功耗的控制，系统中有专门设计的 最优路线。 扩展功能以及是否需要支持其他特定功能等。 电源管理模块负责对处理器、存储模块、］／０ ６应用实例 ３导航计算机系统 设备和ＬＣＤ电源实行供电控制。系统采用按键式 １９９９年８月在上海市中心地区进行了一次 导航计算机是ＩＶＬＮＳ系统硬件体系的核心 红外遥控器作为用户指令与数据的输入设备，同 试验，这里高楼密集，道路相对狭小，路网形状也 部分，除定位和通信外，系统的其他功能模块都以 时还在ＬＣＤ显示屏上装有触摸面板。 极不规则，其环境无论是对ＧＰｓ接收机还是地图 导航计算机为硬件平台，通过应用软件来实现，用 与普通计算机相比，在采用上述设计方案后， 匹配算法而言都是非常恶劣的，因此能够检验组 户对整个系统的操作和控制也通过导航计算机来 导航计算机系统在保持足够处理能力的基础上简 合定位的整体性能。行车路线是中山东路—延安 完成。 化了结构、降低了功耗、增强了抗震能力，其体积 东路—河南中纠Ｅ京路—南京西路一人民大 在加上ＬＣＤ显示屏后仍不到便携笔记本电脑的 道，数据采样周期为２ｓ。ＧＰＳ接收机提供的车辆定 半，能够很好的满足ＩＶＬＮＳ硬件系统设计的要 位轨迹偏移道路的情况比较严重，经常出现较大 １概述 一求。 ４软件体系设计 根据系统功能的要求，ＩＶＬＮＳ中的软件体系 参考文献 可划分为层次结构，其中操作系统由内核层和系 【１ １Ｊ Ｂｕｃｋｌｅｙ．Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ：Ｈａｒｄ－ 统服务层组成，其功能是为应用层软件提供运行 ｗａｒｅ，Ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄ Ｆｉｒｍｗｍ＇ｅ［Ｍ］．Ｎｅｗ Ｙ０ｒｋ：ＩＥＥＥ， ｌ９９３． 支持。为满足实时处理的需要，操作系统应该支持 ＩＶＬＮＳ系统的硬件体系构成如图所示。其中 多任务特性，即允许多个的应用程序同时运 Ｒｉｅ１．Ｏｂｊｅｃｔ－Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｈｅｕｒｉｓｔｉｃｓ， Ｒｅａｄｉｎ ．ＭＡ：Ａｄｄｉｓｏｎ－Ｗｅｓｌｅｙ，１９９６． 些周边设备如音响、显示、控制、存储传媒甚至 行。通信设备等既可以作为导航系统的专用部件，又 内核是指操作系统中直接与硬件交互的部 『３１张其善，吴近培，杨东凯．智能车辆定位导航系统 可以与其他车载娱乐设备或非导航设备共用。 分，主要由硬件驱动程序组成，它是整个软件体系 及其应Ｙ￣ＩＭ］．北京：科学出版社． 从总体角度考虑，在ＩＶＬＮＳ的硬件设计过程 中唯一与具体硬件相关的部分。 潭国真译，车辆定位与导航系绸 ．北京：电子工 中，对导航计算机的要求是最严格的，在性能指标 系统服务（ｏｓｓ）层介于应用层和内核之间，它 业出版社．上，由于必须负担地图的显示与刷新、行驶指令计 向应用层提供任务创建、内存分配、磁盘读写缓冲 责任编辑：胡明月 一误差的数据，且有明显的不连续。而组合定位轨迹 明显平滑了许多，且消除了不连续的现象。 一６２—
