【正文】 部算法停止(N是道路圖的頂點數(shù))。P標(biāo)號則是從始點到這一點的最短道路長。該算法首先為道路圖的每個頂點記一個數(shù)(稱為標(biāo)號)臨時標(biāo)號(簡稱T標(biāo)號)或者固定標(biāo)號(簡稱P標(biāo)號)。設(shè)定一個輔助變量d(i) , d(i)表示當(dāng)前從源點V到每個終點Vi的最短路徑的長度，它的初始值設(shè)為d(i)=0o如果V到Vi間有直接相連的路徑，則為這條路徑的權(quán)值，否則設(shè)定d(i)=∞，設(shè) d(j)=min{d(i)!Vi∈V} (51)顯然，d(j)為從V出發(fā)的一條最短路徑，下一條次最短路徑的長度是 d(j) = min{d(i) }!Vi∈VS} (52)其中，S為己求得的最短路徑的終點的集合。 最短路徑算法(1)給定圖G，對G的每一條邊，賦以一個實數(shù)，稱其為邊的權(quán)值。Dijkstra算法把結(jié)點標(biāo)記為臨時性的T標(biāo)號點和最終選定的P標(biāo)號點，并把起點作為第一個P標(biāo)號點，然后按照最短路徑的原則逐個選出T標(biāo)號點中的P標(biāo)號點，并按P標(biāo)號點擴展T標(biāo)號點集，直到目標(biāo)點(或所有的點)被標(biāo)為P標(biāo)號點。 最短路徑尋優(yōu) 行程距離是多數(shù)駕駛員選擇或關(guān)注的問題，因此本課題以最短路徑作為路徑尋優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)。第4章 接收機與計算機間通訊的連接設(shè)計 圖 41 數(shù)據(jù)通訊程序流程圖 圖42 串行口數(shù)據(jù)通訊的程序流程圖第5章 定位導(dǎo)航系統(tǒng)的路徑尋優(yōu)控制第5章 定位導(dǎo)航系統(tǒng)的路徑尋優(yōu)控制基于前面的電子地圖的道路網(wǎng)絡(luò)，如何利用地理信息系統(tǒng)的空間優(yōu)勢，快速生成通往目的地的最短行車路線呢?這也是本課題設(shè)計的車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)的一個重要功能。數(shù)據(jù)的截取就是當(dāng)接收到一幀完整的定位語句起始標(biāo)志為“$GPRMC的定位語句時，必須對定位語句進行分段截取，以獲得確切的經(jīng)、緯度、行車速度以及時間等信息，由于接收到的數(shù)據(jù)以“，”的形式存儲，可通過查找“，”位置對數(shù)據(jù)進行按位分段截取。因此程序設(shè)計中必須分兩種情況對接收到的數(shù)據(jù)進行處理。.”的定位語句中，$GPRMC”后面的59個字符是有用的信息，所以以“59”作為判斷定位語句完整的依據(jù)。是一個判斷的據(jù)。如此循環(huán)往復(fù)。接收下一幀ASCII碼字符信息。接收一幀ASCII碼字符信息。 本課題將利用Visual C++的MSComm通訊控件，將GPS的數(shù)據(jù)采集到車載計算機中，并且每隔一秒鐘接收一次衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)中GPS數(shù)據(jù)的實時顯示。(3)GPS信號與電子地圖匹配:由于車輛在行駛過程中一般不會脫離道路，可根據(jù)GPS得到的定位結(jié)果，利用地圖存儲的道路數(shù)據(jù)，按照一定算法將車輛位置強制性附合到道路上，從而實現(xiàn)GPS信號與電子地圖的匹配。能夠使用戶實時清楚所處位置。定位導(dǎo)航系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)圖見附錄。GPS定位信息和地圖匹配信息采用信息融合技術(shù)將構(gòu)成一個性能優(yōu)良的車載定位系統(tǒng)，但此方法在有SA政策才有效，而且，要求電子地圖的制作精度較高。本文僅對路徑尋優(yōu)功能做詳盡闡述。系統(tǒng)的硬件設(shè)計和實施過程中，針對車載系統(tǒng)可能遇到的惡劣條件，對遇到的電磁干擾、車載電壓轉(zhuǎn)換等問題提出了切實可行的解決辦法，從而保證了整個系統(tǒng)通訊順暢、結(jié)構(gòu)配置安全可靠。前置放大器（可選件）電源GARMIN GPS25 LP 傳感器TXT GNDRS232串行口 車載計算機射頻信號天線 圖38 GPS接收機與車載計算機的接口電路圖需要注意的是，GPS25 OEM板需要穩(wěn)定的5V電源，典型工作電流220mA(最大350mA)。由于設(shè)計中沒有必要用到GPS OEM板的標(biāo)準(zhǔn)時鐘脈沖信號，所以標(biāo)準(zhǔn)時鐘脈沖信號沒有與計算機連接。根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部接口，GPS25 OEM板與PC機間串行通訊的典型應(yīng)用方案如圖37所示。存儲溫度:40C+85CGPS25 OEM板與外界接口的典型連接如圖35所示。電源/數(shù)據(jù)口:單排12插針。功耗:1W。靈敏度:166Dbw。秒脈沖輸出:lpps精度士lus。輸入數(shù)據(jù):初始位置/日期/時間，2D/3D方式，坐標(biāo)系統(tǒng)。通信速率:用戶可選波特率:1200/2400(只發(fā))/4800/9600bps 。一個用戶自定義。定位精度:15mRMS/差分時5m。冷啟動:45sec。位時間:重捕:2sec。加速度:6g。①性能特點接收板結(jié)構(gòu):并行12通道。(3)主要功能和特點GPS25LP接收機，屬于傻瓜機型，可隨心所欲。整機防潮、防滴、抗惡劣環(huán)境。 (射頻信號)消除噪聲轉(zhuǎn)換器局部振蕩器數(shù)字基頻轉(zhuǎn)換器CPUI/ORAMROM圖33 GPS25 OEM的內(nèi)部原理框圖(2)設(shè)備描述 GPS25LP接收機是一個可以應(yīng)用于大范圍頻譜的OEM板。GPS25LP接收機內(nèi)置GPS25 OEM板，下面對GPS25 OEM板的原理和性能作以介紹:(1)內(nèi)部原理 GPS25 OEM板具有多個輸入和輸出接口，可外接各類無線通訊設(shè)備和計算機，因此，可滿足多種車輛對定位導(dǎo)航的需求。 GARMIN GPS25LP接收機根據(jù)設(shè)計性能的要求以及成本等等各方面的考慮本文最終選用的就是GARMIN公司的GPS25LP接收機。④干涉型接收機這種接收機是將GPS衛(wèi)星作為射電源，采用干涉測量方法，測定兩個測站間距離。②平方型接收機平方型接收機是利用載波信號的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號，來恢復(fù)完整的載波信號，通過相位計測定接收機內(nèi)產(chǎn)生的載波信號與接收到的載波信號之間的相位差，測定偽距觀測值。③多路多用通道接收機。根據(jù)使用的接收機所具有的通道種類可以分為以下幾類:①多通道接收機。利用雙頻對電離層延遲的不一樣，可以消除電離層對電磁波信號的延遲的影響，因此雙頻接收機可用于長達(dá)幾千公里的精密定位。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機只適用于短基線的精密定位。③授時型接收機:授時型接收機主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標(biāo)準(zhǔn)進行授時，常用于天文臺及無線電通訊中時間同步。星載型—用于衛(wèi)星的導(dǎo)航定位。航海型—用于船舶導(dǎo)航定位。這類接收機價格便宜，應(yīng)用廣泛。(1)按接收機的用途分類①導(dǎo)航型接收機:此類型接收機主要用于運動載體的導(dǎo)航，它可以實時給出載體的位置和速度。對于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要用戶擁有GPS信號接收機，就可以在任何時候用GPS信號進行導(dǎo)航定位測量。 車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)車載位導(dǎo)航系統(tǒng)硬件的整體構(gòu)成如圖31所示。 車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)的構(gòu)成(1)GPS接收機(2)車載計算機(3)車載控制單元(4)彩色液晶觸摸屏。同時，針對具體的用戶和操作人員，應(yīng)該做到操作簡單、安全可靠、自動控制等。本章簡單介紹了GPS的概況、定位系統(tǒng)的組成和特點，并對GPS的定位原理進行了詳細(xì)的介紹，為以后的工作提供了理論基礎(chǔ)。所以對GPS系統(tǒng)而言，一般采用軟件修正法，既能滿足要求，又能節(jié)省投資，是一種較好的選擇。為了克服SA粗碼精度不夠的問題，進一步提高GPS有兩種辦法:一種是采用差分法，但這種方法系統(tǒng)硬件和軟件均應(yīng)投入。(3)選擇較好的硬件和較好的觀測條件：有的誤差既不能采用求差的方法來解決，也無法建立改正數(shù)模型(如多路徑誤差)，肖U弱它的唯一辦法是選用較好的天線，仔細(xì)選擇觀測站的位置，并遠(yuǎn)離反射物和干擾源。因此必須設(shè)法加以消除和削弱，才能提高定位精度。②數(shù)據(jù)處理軟件的影響：數(shù)據(jù)處理軟件算法不完善對定位結(jié)果的影響。③接收機軟件和硬件造成的誤差：在進行GPS定位時，定位結(jié)果還會受到諸如處理與控制軟件和硬件等的影響。(3)與接收機有關(guān)的因素①接收機鐘差：由于接收機中一般使用精度較低的石英鐘，因而會產(chǎn)生較大的時鐘誤差，接收機鐘差就是GPS接收機所使用的鐘的鐘面時與GPS標(biāo)準(zhǔn)時之間的差異?！姶挪ㄋ軐α鲗诱凵涞挠绊懪c電磁波傳播途徑上的溫度、濕度和氣壓有關(guān)。電磁波所受電離層折射的影響與電磁波的頻率以及電磁波傳播途徑上電子總含量有關(guān)。④衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差：衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差是GPS衛(wèi)星上信號發(fā)射天線標(biāo)稱相位中心與其真實相位中心之間的差異。③衛(wèi)星鐘差：衛(wèi)星鐘差是GPS衛(wèi)星上所安裝的原子鐘的鐘面時與GPS標(biāo)準(zhǔn)時間之間的誤差。②衛(wèi)星星歷誤差：在進行GPS定位時，計算在某時刻GPS衛(wèi)星位置所需的衛(wèi)星軌道參數(shù)是通過各種類型的星歷提供的，但不論采用哪種類型的星歷，所計算出的衛(wèi)星位置都會與其真實位置有所差異。系統(tǒng)誤差從大小和危害性上來說都比偶然誤差要大得多，但是系統(tǒng)誤差是有規(guī)律可循的，可以采取一定的措施來加以消除。(8)功能多、應(yīng)用廣目前，GPS系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域正不斷擴大，不僅可用于測量、導(dǎo)航，還可以用于測時、測速等，測時的精度可達(dá)幾十毫微秒。(7)被動式全天候?qū)Ш阶鳂I(yè)用戶只需裝備接收機就可以接收信號進行導(dǎo)航，而無需發(fā)射任何信號，因而隱蔽性能好，不易被發(fā)現(xiàn)。(6)操作簡便隨著GPS接收機不斷改進，自動化程度越來越高，有的已達(dá)“傻瓜”的程度。GPS可同時精確測定測站點的三維坐標(biāo)。(4)抗干擾能力強由于采用了偽隨機噪聲碼技術(shù)，因而GPS的信號具有抗干擾能力強，保密性好等特點。(3)測站間無須通視GPS測量不要求測站之間互相通視，只需測站上空開闊即可，因此可節(jié)省大量的造標(biāo)費用。(2)觀測時間短 隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20km以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需1520分鐘。(1)定位精度高應(yīng)用實踐己經(jīng)證明，GPS相對定位精度在50km以內(nèi)可達(dá)10, 100500km內(nèi)可達(dá)10,1000km可達(dá)10。但是由于δdpi的隨機性，為更準(zhǔn)確的解算出P點的坐標(biāo)，最好能夠觀測到4顆以上的GPS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。關(guān)機后，機內(nèi)電池為RAM存儲器供電，以防止丟失數(shù)據(jù)。設(shè)置機內(nèi)電池的目的在于更換外電池時不中斷連續(xù)觀測。GPS接收機一般用蓄電池做電源。接收機硬件和機內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包，構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站。這就需要地面站監(jiān)測各顆衛(wèi)星的時間，求出鐘差。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運行，都要由地面設(shè)備進行監(jiān)測和控制。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷—描述衛(wèi)星運動及其軌道的參數(shù)算得的。每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度，軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。 全球定位系統(tǒng)的組成GPS系統(tǒng)包括三大部分:空間部分——GPS衛(wèi)星星座地面控制部分——地面監(jiān)控系統(tǒng)用戶設(shè)備部分——GPS信號接收機(1)GPS衛(wèi)星星座:GPS工作衛(wèi)星及其星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，記作(21+3) GPS星座。第2章 全球定位系統(tǒng)第2章 全球定位系統(tǒng) 全球定位系統(tǒng) 全球定位系統(tǒng)概述全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System——GPS)是具有在海、陸、空進行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。GIS系統(tǒng)不在本文研究范圍，請參照參考文獻(xiàn)。具體工作如下：(1)設(shè)計GPS數(shù)據(jù)的接收和處理工作采用全球定位系統(tǒng)對車體進行地理定位，必須能夠?qū)崟r將GPS數(shù)據(jù)的定位數(shù)據(jù)采集到車載計算機中，并進行數(shù)據(jù)處理，所以本文設(shè)計了一套軟、硬件設(shè)計方案實時地接收和處理GPS數(shù)據(jù)。GPS就像移動電話、傳真機、計算機互聯(lián)網(wǎng)對我們生活的影響一樣，人們?nèi)粘Ｉ顚㈦x不開它。例如，手表式的GPS接GPS將改變我們的生活方式。目前，GPS的應(yīng)用也將進入人們的日常生活。此外，在軍事部門、交通部門、郵電部門、地礦、煤礦、石油、建筑以及農(nóng)業(yè)、氣象、土地管理、金融、公安等部門和行業(yè)，在航空航天、測時授時、物理探礦、姿態(tài)測定等領(lǐng)域，也都開展了GPS技術(shù)的研究和應(yīng)用。對于測繪領(lǐng)域，GPS衛(wèi)星定位技術(shù)己經(jīng)用于建立高精度的全國性的大地測量控制網(wǎng)，測定地球動態(tài)參數(shù)、高精度的海洋測繪、工程量測等。這些數(shù)據(jù)都足以說明GPS技術(shù)在我國各行業(yè)中應(yīng)用的廣泛性。同時，我國已著手建立自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(雙星定位系統(tǒng))，生產(chǎn)導(dǎo)航型GPS接收機。十多年來，我國的測繪工作者在GPS定位基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用開發(fā)方面作了大量工作。 車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)可以為車輛等交通工具提供實時具體的導(dǎo)航服務(wù)，是一種環(huán)保節(jié)能、信息化的高科技產(chǎn)品，因此，車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用對社會和經(jīng)濟發(fā)展具有重要的意義。配合電子地圖，GPS的定位信息可以通過計算機在電子地圖上實時、準(zhǔn)確和形象的顯示出來。全球定位系統(tǒng)以其全天候、全球連續(xù)覆蓋、導(dǎo)航定位精度高和速度快等諸多優(yōu)點，使導(dǎo)航技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展。 (2)星基導(dǎo)航系統(tǒng):導(dǎo)航臺設(shè)在人造衛(wèi)星上，以擴大覆蓋范圍。 開發(fā)車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)的意義導(dǎo)航是一個技術(shù)門類的總稱，它是引導(dǎo)飛機、船舶、車輛以及個人(總稱作運載體)安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時到達(dá)目的地的一種手段。(4)具有對車輛的控制功能并能采集車輛的行駛數(shù)據(jù)，控制車輛的電路、油路和動力等，保障車輛的安全、舒適、省力和防盜竊。(2)具有接收GPS信號的定位功能(包括完成差分定位)，全天候為車輛提供位置信息，必要時還將使用慣性導(dǎo)航或采集車輛的速度和方向進行航位推算。公路電子地圖，為司機提供實時行車導(dǎo)航信息的系統(tǒng)。車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)(Vehicle Location and Navigation System，簡稱VLNS)，簡而言之，就是利用現(xiàn)今普遍流行的全球定位系統(tǒng)(GPS)，對車體所在位置進行地理定位，并與地理信息系統(tǒng)GIS相結(jié)合，配合城市電子地圖及主要交通車載自主定位導(dǎo)航系統(tǒng)(Automatic Vehicle Location and NavigationSystem，簡稱AV LNS)或稱智能交通引導(dǎo)系統(tǒng)(Intelligent Transport RoutingSystem，簡