【正文】 表 1 19941999 年國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)銷售總量 1994 1995 1996 1997 1998 1999 汽車銷售總量（萬(wàn)） 110 120 130 145 160 170 私人購(gòu)車總量（萬(wàn)） 私人購(gòu)車百分比 ％ ％ ％ ％ ％ ％ 我 國(guó)雖然是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，但是正像計(jì)算機(jī)和移動(dòng)電話一樣，在車載導(dǎo)航系統(tǒng)方面具有極為廣闊的發(fā)展機(jī)遇。 據(jù)日本專家研究，車輛導(dǎo)航系統(tǒng)是民間企業(yè)最有希望的領(lǐng)域。要將這種系統(tǒng)實(shí)用化，則必須在提高精度的同時(shí)大幅度降低成本。目前在歐洲，由飛利浦、西門子開發(fā)的車載導(dǎo)航系統(tǒng) 1995 年已在雷諾、菲亞特等大眾化民用車輛上使用；奔馳 S 系列、寶馬 7 系列。 二、 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì) 智能車載導(dǎo)航系統(tǒng)一經(jīng)問世，即顯示出強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景，并產(chǎn)生了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，可能成為 90 年代整個(gè)世界新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)之一。正是基 于此，我們開展了 GPS/DR 導(dǎo)航定位系統(tǒng)的研究。而如何實(shí)現(xiàn)各類車輛的有效指揮、協(xié)調(diào)控制和管理已經(jīng)成為交通運(yùn)輸和安全管理部門面臨的一個(gè)重要問題。智能車輛定位追蹤系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)（ ITS）的一個(gè)重要組成部分，而 GPS 定位技術(shù)更是 ITS 的技術(shù)核心。我國(guó)大中城市普遍存在人車混行，運(yùn)輸效率低下的現(xiàn)象。同時(shí)，智能車輛導(dǎo)航追蹤系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)連續(xù)地對(duì)車輛的準(zhǔn)確位置，速度，方向以及周圍的詳細(xì)地理環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控和查詢，對(duì)最優(yōu)路徑進(jìn)行計(jì)算和規(guī)劃，幫助駕駛員及時(shí)了解車輛目前的位置和狀況，使駕駛員在陌生的地理環(huán)境中能夠準(zhǔn)確地選擇路線，快速地熟悉周圍環(huán)境，從而快速，安全，準(zhǔn)確地到達(dá)目 的地。 46 本章小結(jié) 40 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 4 常見的地圖匹配算法 32 GSM 模塊部分的軟件設(shè)計(jì) 24 車載終端移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本原理與硬件設(shè)計(jì) 22 GPS 模塊部分的硬件 設(shè)計(jì)與調(diào)試 15 GSM 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 15 GSM 技術(shù)的提出 14 GPS 的組成 14 GPS 技術(shù)的介紹 7 車載 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)可行性分析 3 第 一 章 緒論 關(guān)鍵詞 GPS， GIS， GSM，地圖匹配，模糊邏輯 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 2 Title： The intelligern avtomobile orients the tracing system Abstract Cars are more and more popular these days. Then the problems of cars safety and management are ing increasingly. This case will realize the cars positioning and tracking and will effectively prevent the cars from stolen and will also help the cars managing, tracking, directing and make sure of car driver’s safety. And this case can help to manage the traffic and avoid the traffic jam and improve the efficiency of transportation. Moreover, this system uses the GSM mobile work to realize the munication between the car terminal of GPS and the management center. So the cost of the system is greatly decreased. Then the application of the system will be very wide in the future. Keywords GPS, GIS, GSM, map matching, fuzzy logic 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 3 目 錄 摘 要 智 能 車 輛 定 位 追 蹤 系 統(tǒng) 學(xué)校： 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué) 專業(yè)： 自動(dòng)化 姓名： 呂亮 日期： 2021 年 6 月 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 1 摘 要 智能車輛定位追蹤系統(tǒng)是智能交通的重要組成部分。 1 Abstract 7 課題主要研究?jī)?nèi)容 22 GPS 定位模塊的分類與選擇 29 單片機(jī)系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì) 32 GPS 模塊部分的軟件設(shè)計(jì) 35 單片機(jī)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 36 本章小結(jié) 48 結(jié) 論 51 附錄 A 隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，車輛的普及率越來(lái)越高，車輛在擴(kuò)大人們的活動(dòng)范圍，給人們的生活帶來(lái)方便的同時(shí)也帶來(lái)了更多的困惑，復(fù)雜的交通網(wǎng)絡(luò)使人們無(wú)所適叢，頻繁發(fā)生的交通堵塞使人們難于選擇正確的行車路線，處在陌生的地理環(huán)境中無(wú)法準(zhǔn)確的了解周圍的交通條件和自己的準(zhǔn)確位置，需要服務(wù)時(shí)卻不了解周圍服務(wù)設(shè)施的分布 ?? 21 世紀(jì)初的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，僅美國(guó)的主要城市每年因交通擁擠而造成的浪費(fèi)就已超過(guò) 475億美元，每年的交通擁擠浪費(fèi)了多達(dá) 億升的燃料和 27 億個(gè)工作小時(shí)，而且這些數(shù)字還將以每年 510%的速度繼續(xù)遞增。因此，發(fā)展智能交通系統(tǒng)的意義非常重大。因此研究 GPS 智能車輛定位系統(tǒng)意義重大。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，西方發(fā)達(dá)國(guó)家由于公路堵塞而造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失十分驚人。 眾所周知，全球定位系統(tǒng)（ GPS）是一種廣泛使用的最新衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在地球上空分布有 24 顆衛(wèi)星，用戶通過(guò) GPS 接收機(jī)接收衛(wèi)星的信號(hào)，就可以實(shí)時(shí)地獲得高精度的三維位置 /速度和時(shí)間信息。 由于巨大 的市場(chǎng)潛力和不可估量的發(fā)展前景，日本幾乎所有的汽車生產(chǎn)廠家都參加了這一高科技角逐，僅近幾年投入市場(chǎng)的新系統(tǒng)就有 30 多個(gè)。從 1994 年起，廠裝車輛已將 GPS 車載導(dǎo)航系統(tǒng)列在選裝清單上。 三 、 國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)前景 據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界用于車載導(dǎo)航系統(tǒng) 的投資在 1994 年為 億美元，比 1993 年增加了 80％，從 1995 年到 2021 年平均每年的增長(zhǎng)率達(dá)到 ％。在日本，導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)到目前已創(chuàng)造出 2021 億日元規(guī)模的市場(chǎng)，并且隨著 ITS 的推進(jìn)，在相關(guān)的汽車、電子、通訊領(lǐng)域，今后 20 年間預(yù)計(jì)將創(chuàng)造出 50 兆億日元（約 500 億美元） 的新市場(chǎng)。例如僅在交通部門，若我國(guó)境內(nèi)的高級(jí)轎車的 10％裝上導(dǎo)航系統(tǒng)，就會(huì)有數(shù)億的利潤(rùn)。加之現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，使得硬件生產(chǎn)技術(shù)不斷成熟和完善。 下面研究中的關(guān)鍵技術(shù)，便是研究降低組織系統(tǒng)階數(shù)時(shí)系統(tǒng)所能達(dá)到的技術(shù)精度。這三部分分別為 GPS 車載終端，數(shù)據(jù)通信部分以及對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的監(jiān)控中心。但是，由于 現(xiàn)在數(shù)字移動(dòng)通信 GSM 的迅速普及， GSM 幾乎已覆蓋了全國(guó)任何一個(gè)地方，這為衛(wèi)星定位的數(shù)據(jù)傳輸徹底掃清了障礙 ，并且為衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的傳輸提供了多種方式，如 SMS、 GPRS 等。 本項(xiàng)目 采用的是多用戶系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的管理優(yōu)勢(shì)，在車輛調(diào)度方面可以起到較大的作用。 衛(wèi)星接收機(jī) 常稱為 GPS OEM 板，它用來(lái) 接收 GPS 衛(wèi)星發(fā)來(lái)的原 始電文，并根據(jù)從三顆以上不同衛(wèi)星發(fā)來(lái)的電文 計(jì)算出定位目標(biāo)的具體狀態(tài)， 以 1秒 /次的刷新間隔提供出本 定位目標(biāo)的 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如：經(jīng)度、緯度、高度、時(shí)間、速度、航向等數(shù)據(jù) 。 GSM 模塊負(fù)責(zé) 信息通信的 無(wú)線 發(fā)送與接收，即接收命令 和傳輸定位信息。 （ 2）車載終端的工作方式 車載終端在 通電 后自動(dòng)啟動(dòng)并進(jìn)入工作狀態(tài) ， 這時(shí) 車載 終端 即開始工作 。也可以命令車載終端發(fā)回前五天的位置信息，以查詢車輛的歷史軌跡?；?GSM的短消息服務(wù)是無(wú)線通信在二十世紀(jì)末所做的一次重要 飛躍。 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司主要經(jīng)營(yíng)移動(dòng)話音、數(shù)據(jù)、 IP 電話和多媒體業(yè)務(wù)，有著 大量的 客戶，是世界上最大的 GSM 移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)公司。 在這些服務(wù)中，短消息通信和 GPRS 通信引起了我們的注意。監(jiān)控中心的控制命令 通過(guò) GSM手機(jī)以短消息的 方式發(fā)送給車載終端。時(shí)隙均由用戶共享，上、下行鏈路單獨(dú)分配。我們的系統(tǒng)就是采用了 SMS 功能實(shí)現(xiàn)控制中心與移動(dòng)車輛之間的數(shù)據(jù)傳輸。 可以方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能，而且利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)不僅可以省去大量的硬件投資，并且具有很強(qiáng)的可移植性。 GSM 短消息業(yè)務(wù)目前國(guó)內(nèi)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為發(fā)出 元／條，接收免費(fèi)，并且對(duì)待特殊用戶有 30％甚至免費(fèi)的優(yōu)惠政策， 有助于降低運(yùn)營(yíng)的使用費(fèi)。作為監(jiān)控中心一般都具有以下的功能： （ 1）電子地圖顯示功能 實(shí)現(xiàn)電子地圖的縮放顯示、地圖漫游、距離面積量算、圖層管理、屬性信息查詢、機(jī)構(gòu)的重要信息查詢等；地圖 應(yīng) 顯示車輛位置 ， 對(duì)不同類型車輛使用不同的符號(hào)顯示。監(jiān)控中心 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)選定車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤 導(dǎo)航等，并可以控制車輛狀態(tài)的刷新頻率。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 11 （ 5）地圖匹配功能 GPS 定位由于星歷表的誤差、衛(wèi)星鐘的誤差、電波傳播的誤差、接受設(shè)備的誤差等等，使定位信息不能反映物體的真實(shí)位置，所以需要采用一定的算法 進(jìn)行道路匹配，減小定位誤差。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 12 第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 技術(shù)的 介紹 概述 GPS（ Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)是美國(guó)繼阿波羅登月計(jì)劃，航天飛機(jī)之后的第三大航天工程。其中前兩部分由專門機(jī)構(gòu)投資建立，維護(hù)和運(yùn)行，一旦工作，將不停的發(fā)送 GPS 衛(wèi)星信號(hào)，該信號(hào)包含有三種信號(hào)分量：數(shù)據(jù)碼，測(cè)距碼和載波。 c. 載波為 L波段上的兩個(gè)不 同頻率（ L1： ； L2： ）的電磁波，用于調(diào)制上述數(shù)據(jù)碼和測(cè)距碼，從而有效傳送至用戶接受機(jī)。因此，需要用通信手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。同樣在調(diào)度中心接受 GPS 信息也要經(jīng)過(guò)這一系列的轉(zhuǎn)換，這勢(shì)必不能充 分滿足高效調(diào)度工作的需要。到 1998 年底為止， GSM 網(wǎng)已覆蓋了全國(guó)所有的城市和較發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)。它包括 GSM 的主要交換功能以及管理用戶數(shù)據(jù)和移動(dòng)性所需的數(shù)據(jù)庫(kù)。在一定的無(wú)線覆蓋區(qū)中，由移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC）控制，與 MS 進(jìn)行通信。 移動(dòng)臺(tái)與 BTS 之間的無(wú)線接口 Um, BTS 與 BSC之間的 Abis 接口。在 NSS 內(nèi)部，每個(gè)設(shè)備都與 SS7 信令支持網(wǎng)有一個(gè)單獨(dú)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 15 接口，相應(yīng)的協(xié)議堆共享相同的較低層； 在 SS7 網(wǎng) 絡(luò)上應(yīng)用傳輸信令的協(xié)議稱為 MTP ，在 MTP 之上，協(xié)議可能根據(jù)涉及的對(duì)等實(shí)體而不同。 C 接口： MSC 與 HLR 之間的接口。 B~G 接口對(duì)應(yīng)的協(xié)議用 BMAP/X 開區(qū)分。在用戶密集的地區(qū)采用小區(qū)制，極大地提高了頻率利用率，且多經(jīng)效應(yīng)影響降低，通信盲區(qū)減少。 GSM 業(yè)務(wù)選擇 GSM 標(biāo)準(zhǔn)的大部分都與系統(tǒng)的工程應(yīng)用有關(guān)，最主要的內(nèi)容是接受方的多通道信號(hào)傳輸處理方案，以及發(fā)送方與接受方的同步。每個(gè)當(dāng)前活動(dòng)的站點(diǎn)在某一信道中分配一個(gè)時(shí)隙。 圖 23 所示的 TDM 時(shí)隙只是 復(fù)雜的分一部分。該 幀 中還包含可兩塊 57bit 的信息段，每塊均由一個(gè)控制位表明后續(xù)信息段是聲音還是數(shù)據(jù)。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 17 圖 24 GSM 分 幀 結(jié)