车载导航系统及其通用技术平台
摘要
微电子技术、计算机技术、空间技术及制图技术的发展使车载导航系统获得了飞速的发展。车载导航系统是将GPS、GIS和计算机技术结合在一起的一种ITS(智能交通系统)。目前，将GPS定位技术与其他技术(如地图匹配算法)结合起来，使得车载导航系统可准确确定行驶中车辆位置。大多数车载导航系统的功能相同，利用通用技术平台可解决车载导航系统中的重复开发问题。通用技术平台的构建也是当前ITS的九个关键技术问题之一。
作者参与开发eGps车载导航系统和CCsuMap组件。CCsuMap组件是一个车载导航系统的通用技术平台。本文在上述工作的基础上对车载导航系统和车载导航系统通用技术平台进行探讨。
论文系统阐述了车载导航系统所涉及的定位技术和地理信息系统理论。在实际应用中，单点动态定位可以达到车载导航系统所需精度的一般要求。在比较栅格数据结构和矢量数据结构的基础上，作者认为应当用矢量数据结构来组织车载导航系统中的空间数据。
在车载导航系统中，数据源主要由静态数据(电子地图)和动态数据(定位数据)组成。定位准确是车载导航系统的基本要求。定位的准确度跟静态数据和动态数据的匹配程度有关。本文深入分析了影响数据质量的各种因素，给出在不同阶段提高车载导航系统中数据质量的方法，最后提出用地图匹配算法提高车载导航系统的定位准确度。
COMGIS是通用技术平台CCsuMap的理论基础。通用技术平台CCsuMap共分为三个模块：电子地图的数据引擎，GPS通讯模块和一些主要算法(如求最短路径、线状地物的注记算法)。其中，电子地图的数据引擎是核心。CCsuMap采用面向对象的方法组织通用技术平台中的电子地图数据。同时针对GPS与计算机之间的通讯，开发了专门的GPSCom通讯控件。注记是电子地图的重要内容，它的好坏直接决定着电子地图的质量。本文讨论了注记所应该采取的策略。求两点间最短路径是车载导航系统的一个重要功能。本文针对车载导航系统的具体需求，对经典的Dijkstra算法进行了改进，减少了算法的时间复杂度和空间复杂度。在实现系统的时候，健壮性和可靠性是放在第一位的。为了保证系统的健壮性和可靠性，CCsuMap采用STL作为它的首选库。
With the development of the technology of microelectronics, computer, space and mapping, VLS (Vehicle Location System) make a rapid progress. Today, by combining GPS with other technology (for example a real-time map-matching algorithm) VLS can get an exact position when the car runs along the street. Requirement of much Vehicle Location System is same .So it's essential to build a universal platform. The building of an universal platform is one of nine key technological problem in ITS (Intelligent Transportation System).
The paper is based on the eGps Vehicle Location System and the CCsuMap component that I developed as a main developer.
VLS is a kind of ITS. It also is an integrated system that combines effectively GPS, GIS and Computer together.
The paper systemically states the technology of position and the theory of GIS that are used in VLS. According to the practical problem, absolute position is adopted as the primary technology of position in the CCsuMap component .At the same time, compared with the raster data model, the data of map is organized by vector data model.
In fact, the success of the VLS depends on the precision of position. In VLS, the data are composed of static data (electronic map) and dynamic data (position data). The paper gives some methods to better the precision of the VLS by analyzing how to get the data. At last, the paper gives a real-time map-matching algorithm to improve the precision of the system.
The paper introduces the theory that is used to build a universal platform for VLS. The CCsuMap can be partitioned into three modules that are data organizing module of electronic map, communication module and algorithm module. The data-organizing module is the primary module. The map in the CCsuMap is designed by OO (Object Oriented) method that is an effective method .At the same time, the CCsuMap has a GPSCom communication control to solve the communication problem between the GPS device and the computer.
Label is an important part of the electronic map .How to annotate the label directly decides the quality of the electronic map. The paper discusses the policies of annotating label. Getting the shortest way between the two positions is an important function in VLS. The paper betters the Classic Dijkstra algorithm according to the actual need in VLS. At last, the CCsuMap adopt STL (Standard Template Library) as
its primary library that improve the robustness and reliability of system.
作者参与开发eGps车载导航系统和CCsuMap组件。CCsuMap组件是一个车载导航系统的通用技术平台。本文在上述工作的基础上对车载导航系统和车载导航系统通用技术平台进行探讨。
论文系统阐述了车载导航系统所涉及的定位技术和地理信息系统理论。在实际应用中，单点动态定位可以达到车载导航系统所需精度的一般要求。在比较栅格数据结构和矢量数据结构的基础上，作者认为应当用矢量数据结构来组织车载导航系统中的空间数据。
在车载导航系统中，数据源主要由静态数据(电子地图)和动态数据(定位数据)组成。定位准确是车载导航系统的基本要求。定位的准确度跟静态数据和动态数据的匹配程度有关。本文深入分析了影响数据质量的各种因素，给出在不同阶段提高车载导航系统中数据质量的方法，最后提出用地图匹配算法提高车载导航系统的定位准确度。
COMGIS是通用技术平台CCsuMap的理论基础。通用技术平台CCsuMap共分为三个模块：电子地图的数据引擎，GPS通讯模块和一些主要算法(如求最短路径、线状地物的注记算法)。其中，电子地图的数据引擎是核心。CCsuMap采用面向对象的方法组织通用技术平台中的电子地图数据。同时针对GPS与计算机之间的通讯，开发了专门的GPSCom通讯控件。注记是电子地图的重要内容，它的好坏直接决定着电子地图的质量。本文讨论了注记所应该采取的策略。求两点间最短路径是车载导航系统的一个重要功能。本文针对车载导航系统的具体需求，对经典的Dijkstra算法进行了改进，减少了算法的时间复杂度和空间复杂度。在实现系统的时候，健壮性和可靠性是放在第一位的。为了保证系统的健壮性和可靠性，CCsuMap采用STL作为它的首选库。
With the development of the technology of microelectronics, computer, space and mapping, VLS (Vehicle Location System) make a rapid progress. Today, by combining GPS with other technology (for example a real-time map-matching algorithm) VLS can get an exact position when the car runs along the street. Requirement of much Vehicle Location System is same .So it's essential to build a universal platform. The building of an universal platform is one of nine key technological problem in ITS (Intelligent Transportation System).
The paper is based on the eGps Vehicle Location System and the CCsuMap component that I developed as a main developer.
VLS is a kind of ITS. It also is an integrated system that combines effectively GPS, GIS and Computer together.
The paper systemically states the technology of position and the theory of GIS that are used in VLS. According to the practical problem, absolute position is adopted as the primary technology of position in the CCsuMap component .At the same time, compared with the raster data model, the data of map is organized by vector data model.
In fact, the success of the VLS depends on the precision of position. In VLS, the data are composed of static data (electronic map) and dynamic data (position data). The paper gives some methods to better the precision of the VLS by analyzing how to get the data. At last, the paper gives a real-time map-matching algorithm to improve the precision of the system.
The paper introduces the theory that is used to build a universal platform for VLS. The CCsuMap can be partitioned into three modules that are data organizing module of electronic map, communication module and algorithm module. The data-organizing module is the primary module. The map in the CCsuMap is designed by OO (Object Oriented) method that is an effective method .At the same time, the CCsuMap has a GPSCom communication control to solve the communication problem between the GPS device and the computer.
Label is an important part of the electronic map .How to annotate the label directly decides the quality of the electronic map. The paper discusses the policies of annotating label. Getting the shortest way between the two positions is an important function in VLS. The paper betters the Classic Dijkstra algorithm according to the actual need in VLS. At last, the CCsuMap adopt STL (Standard Template Library) as
its primary library that improve the robustness and reliability of system.
引文
1．徐绍铨等，GPS测量原理及应用，武汉大学出版社，2001
2．陈述彭、复学军等，地理信息系统导论，北京：科学出版社，1999．5
3．陈俊，宫鹏，实用地理信息系统，科学出版社，2000．1
4．边馥苓，地理信息系统原理和方法，测绘出版社，1996．7
5．修文群、池天河，城市地理信息系统，北京希望电子出版社，1999．6
6．何建邦、蒋景瞳，我国GIS发展15年和当前存在的若干问题，地理信息世界，1996．1
7．李德仁，地理信息理论的若干思考，武汉测绘科技大学学报，1997．6
8．童小华、华慧等，面向对象数字化和数据处理．测绘通报，1998．5
9．李刚，基于MicroStation的屏幕数字化系统研究，武汉测绘科技大学硕士研究生学位论文，1998．5
10．关盛坡、邓跃明，浅谈地图数据采集的获取方法及误差来源．河南测绘，1999．1
11．杨德麟，地形图的扫描屏幕数字化，测绘通报，1998．2
12．廖之平，数字化测绘技术浅析，湖北测绘，1999．4
13．潘正风，城市地图数字化和地理信息系统，测绘通报，1999．5
14．花向红，大比例尺地形图扫描数字化研究，武汉测绘科技大学研究生学位论文，1996．5
15．Kenneth．R．Castleman著，朱志刚等译，电子工业出版社，1998
16．Grady Booth，James Rumbaugh，Ivar Jacobson著，邵维忠等译，UML用户指南，机械工业出版社，2001
17．侯杰，STL源码剖析，华中科技大学出版社，2002
18．侯俊杰，深入浅出WINDOWS MFC程序设计，华中理工大学出版社，1998．4
19．定海等，面向对象分析OOA和设计，清华大学出版社，2001
20．王春森等，系统设计师(高级程序员)教程，清华大学出版社，2001
21．杨筱萍，地籍管理信息系统地图数字化应注意的问题，西北测绘信息，1999．1
22．宋关福，组件式地理信息系统研究，中科院地理所博士论文，1999
23．李春华，大比例尺地形图数字化的数据处理方法，四川测绘，1998．3
24．Gregory Brill著，黄志军等译，精通COM+，机械工业出版社，2002
25．Dale Rogerson著，杨秀章等译，COM技术内幕，清华大学出版社，1999
26．王晓东，计算机算法设计与分析，电子工业出版社，2001
27．龚健雅，空间数据共享的形式，中国地理信息系统协会第三届年会论文集．地理信息系统协会，1997
28．Tom Armstrong，Ron Patton著，董梁等译，ATL开发指南，电子工业出版社，2000
29．Douglas Boling著，张青等译，Microsoft Windows CE程序设计，北京大学出版社，1999
30．陈保平、张满生，OLE DB／ADO在GIS中的应用，株洲工学院学报，2002．6
31．[美]Wayne S．Freeze著；金德洪、袁海洋等译，Vtsual Basic开发指南—COM和COM+篇，北京：电子工业出版社，2000年9月第1版
32．陈行星，城市快速反映系统实验研究，中国科学院遥感所研究生学位论文，1995．6
33．岳晓奎、罗建军等，用于车辆定位的组合系统研究，GPS与DGPS应用，1997．7
34．段五杏，世界大地坐标系WGS—84的现状，军事测绘，1998．4
35．尹连旺等，车载导航GPS产业，地理信息世界，1998．2
36．刘大杰等，全球定位系统(GPS)的原理与数据处理，同济大学出版社，1997．8
37．章健、谭立华，GPS智能交通引导系统，导航，1998．3
38．吴秋平等，GPS／航位推算／电子地图组合系统在车辆导航中的应用，GPS与DGPS应用，1997．7
39．吴简彤等，GPS在车辆导航定位中的应用特点，GPS与DGPS应用，1997．7
40．毛锋、孙大路等，地理信息系统建库技术及应用，北京：科学出版社，1999．7
41．张会杰，大地测量中的坐标系转换，测绘技术，1992．2
42. S.B.Abramson, R.A.Schowengerdt. Evaluation of edge-preserving smoothing filters for digital image mapping. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Volume 48,Number 2,April 1993
43. A.N.Williamson. Map Scanning for GIS Applications. Photegrammetric Engineering & Remote Sensing, Vol.58, No.8,1992
44. Hunter, G.J., Reporting Spatial Data Quality: From Concepts to Reality. Proceedings of the International Symposium on Spatial Data Quality'99
45. Lin, R. et. al., Researching and Implementation of Metadata Standard for Geographic Information in China. Proceedings of the International Symposium on Spatial Data Quality'99
46. Faust, Nickolas L., "Automated Data Capture of Geographic Information Systems: A Commentary". Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol.53, No. 10,pp. 1389-1390,1987
47. Alber, R.F.,The National Science Foundation Nation Center for Geographic Information and Analysis.International Journal of GIS,1987.1
48. Guptill, S.C. and Morrison,J.L., Elements of spatial Data Quality.Oxford:Pergamon, 1995
49. UCGIS, Research Priorities for geographic information sciencd Cartography and GIS, 1996
50. Goodchild,M.E and Gopal, S.,The Accuracy of Spatial databases. New York, Taylor and Francis, 1989
51. Najeh Tamim & Burkhard Schaffrin. A Methodology to Create a digital Cadastral Overlay Through Upgrading Digitized Cadastral Data. Surveying and Land Information System,1995
52. Shi,W.Z., Modelling Positional and Thematic Uncertaintiesin Integration of Remote Sensing and Geographical Information System. Enschede,ITC Publication,1994
2．陈述彭、复学军等，地理信息系统导论，北京：科学出版社，1999．5
3．陈俊，宫鹏，实用地理信息系统，科学出版社，2000．1
4．边馥苓，地理信息系统原理和方法，测绘出版社，1996．7
5．修文群、池天河，城市地理信息系统，北京希望电子出版社，1999．6
6．何建邦、蒋景瞳，我国GIS发展15年和当前存在的若干问题，地理信息世界，1996．1
7．李德仁，地理信息理论的若干思考，武汉测绘科技大学学报，1997．6
8．童小华、华慧等，面向对象数字化和数据处理．测绘通报，1998．5
9．李刚，基于MicroStation的屏幕数字化系统研究，武汉测绘科技大学硕士研究生学位论文，1998．5
10．关盛坡、邓跃明，浅谈地图数据采集的获取方法及误差来源．河南测绘，1999．1
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12．廖之平，数字化测绘技术浅析，湖北测绘，1999．4
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14．花向红，大比例尺地形图扫描数字化研究，武汉测绘科技大学研究生学位论文，1996．5
15．Kenneth．R．Castleman著，朱志刚等译，电子工业出版社，1998
16．Grady Booth，James Rumbaugh，Ivar Jacobson著，邵维忠等译，UML用户指南，机械工业出版社，2001
17．侯杰，STL源码剖析，华中科技大学出版社，2002
18．侯俊杰，深入浅出WINDOWS MFC程序设计，华中理工大学出版社，1998．4
19．定海等，面向对象分析OOA和设计，清华大学出版社，2001
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21．杨筱萍，地籍管理信息系统地图数字化应注意的问题，西北测绘信息，1999．1
22．宋关福，组件式地理信息系统研究，中科院地理所博士论文，1999
23．李春华，大比例尺地形图数字化的数据处理方法，四川测绘，1998．3
24．Gregory Brill著，黄志军等译，精通COM+，机械工业出版社，2002
25．Dale Rogerson著，杨秀章等译，COM技术内幕，清华大学出版社，1999
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27．龚健雅，空间数据共享的形式，中国地理信息系统协会第三届年会论文集．地理信息系统协会，1997
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30．陈保平、张满生，OLE DB／ADO在GIS中的应用，株洲工学院学报，2002．6
31．[美]Wayne S．Freeze著；金德洪、袁海洋等译，Vtsual Basic开发指南—COM和COM+篇，北京：电子工业出版社，2000年9月第1版
32．陈行星，城市快速反映系统实验研究，中国科学院遥感所研究生学位论文，1995．6
33．岳晓奎、罗建军等，用于车辆定位的组合系统研究，GPS与DGPS应用，1997．7
34．段五杏，世界大地坐标系WGS—84的现状，军事测绘，1998．4
35．尹连旺等，车载导航GPS产业，地理信息世界，1998．2
36．刘大杰等，全球定位系统(GPS)的原理与数据处理，同济大学出版社，1997．8
37．章健、谭立华，GPS智能交通引导系统，导航，1998．3
38．吴秋平等，GPS／航位推算／电子地图组合系统在车辆导航中的应用，GPS与DGPS应用，1997．7
39．吴简彤等，GPS在车辆导航定位中的应用特点，GPS与DGPS应用，1997．7
40．毛锋、孙大路等，地理信息系统建库技术及应用，北京：科学出版社，1999．7
41．张会杰，大地测量中的坐标系转换，测绘技术，1992．2
42. S.B.Abramson, R.A.Schowengerdt. Evaluation of edge-preserving smoothing filters for digital image mapping. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Volume 48,Number 2,April 1993
43. A.N.Williamson. Map Scanning for GIS Applications. Photegrammetric Engineering & Remote Sensing, Vol.58, No.8,1992
44. Hunter, G.J., Reporting Spatial Data Quality: From Concepts to Reality. Proceedings of the International Symposium on Spatial Data Quality'99
45. Lin, R. et. al., Researching and Implementation of Metadata Standard for Geographic Information in China. Proceedings of the International Symposium on Spatial Data Quality'99
46. Faust, Nickolas L., "Automated Data Capture of Geographic Information Systems: A Commentary". Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol.53, No. 10,pp. 1389-1390,1987
47. Alber, R.F.,The National Science Foundation Nation Center for Geographic Information and Analysis.International Journal of GIS,1987.1
48. Guptill, S.C. and Morrison,J.L., Elements of spatial Data Quality.Oxford:Pergamon, 1995
49. UCGIS, Research Priorities for geographic information sciencd Cartography and GIS, 1996
50. Goodchild,M.E and Gopal, S.,The Accuracy of Spatial databases. New York, Taylor and Francis, 1989
51. Najeh Tamim & Burkhard Schaffrin. A Methodology to Create a digital Cadastral Overlay Through Upgrading Digitized Cadastral Data. Surveying and Land Information System,1995
52. Shi,W.Z., Modelling Positional and Thematic Uncertaintiesin Integration of Remote Sensing and Geographical Information System. Enschede,ITC Publication,1994