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介绍车载导航系统的原理

当今,人人都在使用车载导航系统
最近,车载导航系统中搭载了多种多样的功能,只要有导航系统,
就可以实现舒适、放心的驾驶。

这里将介绍一下大家貌似熟悉而又意外陌生的车载导航系统原理。

车载导航系统是如何获知本车位置的?

车载导航系统接收从卫星发送过来的信号,并根据汽车上安装的各种传感器提供的信息,判断本车的位置以及方向。

  1. 接收来自人造卫星的信号,获知车辆所在的位置
    "GPS天线"、"GPS接收器"
  2. "获知车辆的方向
    "方位传感器(GYRO传感器)"
  3. 获知车辆的移动距离
    "车速传感器(速度传感器)"
  4. 导航系统的画面
    "显示器"
  5. "地图数据"
  6. "导航电脑":是导航系统的大脑,将来自天线和传感器的信息和地图数据进行对照,并将其结果显示在显示器上。

1.GPS天线、GPS接收器

GPS(全球定位系统,Global Positioning System)是将美国发射的军用卫星转为民用,来获取位置信息的方法。目前,几乎所有的导航系统都基于GPS的位置信息。为获取GPS的位置信息,至少要接收到3个以上的卫星信号。在导航系统中,负责接收这一卫星信号的结构是GPS天线和GPS接收器。

2.方位传感器(GYRO传感器)

GPS天线虽然能掌握地图上的位置,但它却不能掌握方向。导航系统为掌握汽车的朝向以及转动方向,使用了方位传感器(陀螺仪传感器)。方位传感器(陀螺仪传感器)通过让传感器内的振动元件振动,检测当汽车朝向发生改变时的振动变化(科里奥利力),从而计算出汽车的转动方向以及朝向。导航系统以该方位传感器(陀螺仪传感器)的信号为基础,将汽车的朝向显示在画面中。

3.车速传感器(速度传感器)

GPS可以确认本车的位置,但仅限于能接收到3个以上卫星信号的情况,若在长隧道或者高层建筑之间行驶时,则无法更新位置信息。为了在这种情况下也能让本车位置得到更新,就需要使用车速传感器的信号来掌握移动距离的信息。

4.显示器

显示器所承担的作用是将导航系统所提供的地图信息、城市向导、汽车当前位置以及时间等各种数据加以显示。

5.地图数据

地图数据是指存有导航系统所提供的地图信息、城市向导、语音数据等各种信息的数据。导航系统以该地图数据为基础,将来自GPS天线以及各传感器的信息进行比较,将当前位置显示在画面中。

6.导航电脑

导航电脑是导航系统的大脑。导航电脑以GPS天线以及各传感器的信息为基础,与地图数据加以比较,计算出汽车的当前位置和目的地、时间和距离等,并在显示器上显示。

如何检索前往目的地的路径?

在车载导航系统判断当前所在位置之后,到能指引到目的地的路径之间,需要用到以下4个数据库,并最终确定指引路径。

1.判断当前位置 首先掌握当前所在位置。

  • 道路网络数据
  • 判断当前位置 详情

首先,识别当前所在位置,并在地图数据上显示。此时通过数据库掌握邻近道路的形状以及位置、道路之间的连接信息以及单行线、交叉路口等属性。

Road network data道路网络数据

道路形状
:海拔、东经、北纬
道路的连接状况
:连接、不连接
道路的属性
:单行线、高速公路、道路宽度等

2.检索、设定目的地 查找目的地。

  • Site information data
  • 检索、设定目的地 详情

然后,掌握目的地信息。掌握目的地的地址、建筑信息(酒店、公园等)、该地点的标志建筑等信息。

Site information data地点信息数据

建筑
:酒店、高尔夫球场等
地址(都道府县~土地编号)
地区(旅游景点、自然地名、电话号码等)
地点的属性
:名称、地址、电话号码等
地点的代表位置
 
为抵达该地点的到达位置
:应该指引的位置:如停车场入口等

3.检索路径 查找到达目的地的路径。

  • 道路网络数据
  • 检索路径 详情

确认当前所在位置和目的地的周边信息之后,掌握连接这两个地点的路径。这就需要掌握选为路径的道路的连接状况以及交叉路口、左转右转等条件信息。

道路网络数据道路网络数据

道路的连接状况
:连接、不连接等
道路的成本
:对路径进行计算时,判断最佳路径的参数(道路宽度、单行线、收费道路、旅程速度、距离等)
从一条道路到另一条道路的成本
:有无红绿灯、右转、左转、禁止左转右转等

4.检索推荐路径 指出推荐路径。

  • 检索推荐路径 详情

掌握从当前所在位置到目的地的多条路径,筛选最佳路径。

计算推荐路径时,如以下示意图进行判断。
单行线以及道路宽窄等条件被认为是路径检索上的成本,系统会将成本较低的路径作为推荐路径进行导航。

5.路径向导 用选择的路径指引驾驶员。

  • 道路网络数据
  • 语音数据
  • 路径向导 详情

路径确定后开始指引。掌握路径上存在的建筑以及道路信息,并在画面上显示。

Road network data道路网络数据

道路形状
:海拔、东经、北纬
道路的连接状况
:连接、不连接等
道路的属性
:道路宽度、车道数、单行线、种类、路线名称、附带设备等
交叉路口属性
:名称、红绿灯、收费站等
标志建筑
:名称、位置、标志等
  • ※ 若同时有语音向导,则从语音数据中获取信息并进行语音向导。

语音数据

向导语音
:固有名称、向导语音等

6.地图显示 将路径相关信息显示在画面中。

  • 道路网络数据
  • 地点信息数据
  • 背景数据
  • 地图显示 详情

在进行路径向导的过程中,将汽车所行驶区域的周边信息显示在画面中。为此,随时掌握道路以及建筑、地形等信息。

Road network data道路网络数据

道路形状
:海拔、东经、北纬
道路的属性
:道路宽度、车道数、单行线、种类、路线名称、附带设备等

Site information data地点信息数据

目标物
地址名
自然地名等
:设施、建筑形状、名称、符号

Background data背景数据

河流、大海、铁路、等高线、行政边界等

如何获知拥堵信息?

车载导航系统的拥堵信息可以通过接收各类设施的事故、施工等信息,判断哪一条路拥堵。

什么是VICS?

"VICS(Vehicle Information and Communication System)"是指向驾驶员即时提供交通信息的道路交通信息通信系统。 可以让驾驶员提前掌握道路的拥堵状况以及停车场的车位空余状况等。

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