孫 奧,朱桂斌,江 鐵

（重慶通信學(xué)院，重慶400035）

隨著城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，機(jī)動(dòng)車(chē)輛日益增多，城市交通面臨著道路堵塞、事故頻發(fā)、能源浪費(fèi)和環(huán)境污染等迫切需要解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，智能交通系統(tǒng)ITS(Intelligent Transport System)就是在這樣一個(gè)背景下應(yīng)運(yùn)而生并成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)[1]。車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)作為ITS的重要組成部分，國(guó)內(nèi)在相關(guān)技術(shù)研究領(lǐng)域取得了豐碩成果，市場(chǎng)車(chē)載導(dǎo)航產(chǎn)品逐漸普及。但相關(guān)技術(shù)水平距真正解決實(shí)際城市交通問(wèn)題還存在較大差距，對(duì)其進(jìn)行深入研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)研究發(fā)展概述

車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)是把先進(jìn)的全球衛(wèi)星定位技術(shù)GPS(Global Position Technology)、地理信息技術(shù) GIS(Geometry Information System)、現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、多媒體技術(shù)和嵌入式技術(shù)等綜合在一起的高科技系統(tǒng)[2]。其普及和推廣是伴隨著GPS系統(tǒng)的發(fā)展而出現(xiàn)的。車(chē)載導(dǎo)航設(shè)備在上世紀(jì)80年代問(wèn)世，90年代初期真正進(jìn)入市場(chǎng)，其發(fā)展過(guò)程大致可以分為三代[3]。

第一代車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)中CD-ROM存儲(chǔ)數(shù)字地圖，通過(guò)GPS定位技術(shù)及地圖匹配技術(shù)可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛在電子地圖中的自定位，并顯示在電子地圖上。

第二代車(chē)載導(dǎo)航在第一代導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了路徑規(guī)劃與導(dǎo)航、語(yǔ)音誘導(dǎo)及靜態(tài)信息查詢(xún)等功能。

第三代車(chē)載導(dǎo)航廣泛應(yīng)用現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)及多媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航功能，還可以通過(guò)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、求助救援、交通路網(wǎng)調(diào)控等功能，充分發(fā)揮了交通基礎(chǔ)設(shè)施效能。代表第三代車(chē)輛導(dǎo)航技術(shù)最高水平的日本,利用車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)VICS(Vehicle Information and Communication System)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了幾乎全部城市道路的信息實(shí)時(shí)發(fā)布,車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)根據(jù)道路信息實(shí)時(shí)調(diào)整行駛路線(xiàn)[4]。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以預(yù)見(jiàn)第四代車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)將更加智能化、個(gè)性化，人將從駕駛行為中解放出來(lái)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的智能識(shí)別與自動(dòng)駕駛，真正意義上解決城市交通帶來(lái)的諸多社會(huì)問(wèn)題。

相比而言，國(guó)內(nèi)在相關(guān)領(lǐng)域的研究起步較晚，但對(duì)第二代車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用已相當(dāng)成熟，相關(guān)車(chē)輛導(dǎo)航產(chǎn)品也逐漸普及。第三代動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)相關(guān)科研單位及院校的研究熱點(diǎn)。

2 當(dāng)前車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用及存在問(wèn)題

2.1 車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)分類(lèi)及基本功能

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)成熟應(yīng)用的車(chē)載導(dǎo)航產(chǎn)品基本都能實(shí)現(xiàn)以下功能：車(chē)輛自定位與地圖匹配、靜態(tài)路徑規(guī)劃與導(dǎo)航、靜態(tài)信息查詢(xún)、實(shí)時(shí)路況信息接收（TMC電臺(tái)交通頻道）以及其他娛樂(lè)休閑等功能[7-8]。

2.2 現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中存在的突出問(wèn)題

由于對(duì)車(chē)輛導(dǎo)航的研究起步較晚，國(guó)內(nèi)智能交通系統(tǒng)的建設(shè)還處于初級(jí)階段，要實(shí)現(xiàn)用動(dòng)態(tài)導(dǎo)航技術(shù)解決日益突出的城市交通問(wèn)題，還面臨諸多亟需解決的技術(shù)難題。當(dāng)前國(guó)內(nèi)導(dǎo)航產(chǎn)品在功能應(yīng)用中尚不能滿(mǎn)足以下需求：(1)路徑規(guī)劃還處于靜態(tài)層次，只能提供“地圖服務(wù)”，不能滿(mǎn)足人們要求根據(jù)實(shí)時(shí)路況信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)導(dǎo)航的需求。(2)用戶(hù)只能通過(guò)交通信息頻道TMC電臺(tái)廣播或路標(biāo)等手段來(lái)獲取實(shí)時(shí)路況信息，只能實(shí)現(xiàn)單向信息的被動(dòng)接收，不能根據(jù)個(gè)人需要查詢(xún)實(shí)時(shí)路況、旅行和生活等實(shí)用信息，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)應(yīng)用的不足極大地影響了動(dòng)態(tài)導(dǎo)航功能的實(shí)現(xiàn)及個(gè)性化服務(wù)的拓展。(3)導(dǎo)航電子地圖還面臨諸多問(wèn)題，如電子地圖行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還不夠統(tǒng)一，無(wú)論是二維還是三維電子地圖基本上都是靜態(tài)地圖，更新周期時(shí)間長(zhǎng)，不能匹配城市交通建設(shè)更新和交通管制變化的速度，實(shí)現(xiàn)性差[9]。

2.3 解決方法

第三代移動(dòng)通信技術(shù)已成熟，相比GSM、GPRS等無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，可為車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)提供更加快速、高效、可靠的數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸信道。可提供方便控制信息中心與用戶(hù)間信息交互的手段，也可提供更加多元、更加個(gè)性化的拓展服務(wù)以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求；統(tǒng)一導(dǎo)航電子地圖規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，可通過(guò)整合優(yōu)化電子地圖行業(yè)各方面資源，盡可能縮短地圖數(shù)據(jù)更新時(shí)間，實(shí)現(xiàn)以升級(jí)包的形式通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)供用戶(hù)實(shí)時(shí)增量更新[9]。重點(diǎn)攻關(guān)解決包括實(shí)時(shí)路況信息采集與數(shù)據(jù)融合、路段交通流參數(shù)預(yù)測(cè)以及基于預(yù)測(cè)信息的路徑優(yōu)化算法等關(guān)鍵技術(shù)，則實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)導(dǎo)航功能將指日可待。

3 動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)

動(dòng)態(tài)車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)相比當(dāng)前市場(chǎng)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)，最大的區(qū)別就是它能為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)可靠的動(dòng)態(tài)車(chē)輛誘導(dǎo)功能，具備用戶(hù)與控制信息中心信息交互、城市交通預(yù)測(cè)與平衡等能力，能充分發(fā)揮城市交通設(shè)施的效能。從實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能的角度,動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)同樣可以分為兩類(lèi):自主式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)和中心決定式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)。其空間實(shí)體上都可由三大子系統(tǒng)組成:車(chē)載導(dǎo)航終端子系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)通信子系統(tǒng)、控制信息中心子系統(tǒng)?？臻g結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

3.1 自主式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)

自主式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)又可以稱(chēng)為車(chē)載終端決定式的動(dòng)態(tài)導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)交通信息，在車(chē)載導(dǎo)航終端上進(jìn)行路徑規(guī)劃和導(dǎo)航。結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

自主式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及功能：

(1)控制信息中心子系統(tǒng)

控制信息中心子系統(tǒng)是所有車(chē)載子系統(tǒng)的控制和管理中心，由通信服務(wù)器、GIS服務(wù)器 (電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù))、實(shí)時(shí)路況信息中心、應(yīng)用服務(wù)器、中心接入服務(wù)器和指揮監(jiān)控終端組成。這些設(shè)備主要提供接收目標(biāo)車(chē)輛的定位信息、對(duì)路況信息數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、判斷并發(fā)布實(shí)時(shí)交通信息和提供信息咨詢(xún)服務(wù)。

3.5 完善醫(yī)療保險(xiǎn)制度，提供社會(huì)支持 隨著我國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生體制改革的不斷深化，人們開(kāi)始擁有不同類(lèi)型的醫(yī)療保險(xiǎn)，這為緩解“看病難、看病貴”問(wèn)題起到了積極的作用。對(duì)于部分車(chē)禍患者，因其不能享受醫(yī)保，經(jīng)濟(jì)壓力也為患者本人及照顧者帶來(lái)深深的困擾。重癥顱腦外傷患者大多帶有程度不等的后遺癥，后期的康復(fù)訓(xùn)練和生活照料還需要投入大量的人力物力。責(zé)任護(hù)士在患者放棄治療時(shí)，可積極調(diào)動(dòng)患者盡可能多的支持系統(tǒng)，并聯(lián)系當(dāng)?shù)?級(jí)醫(yī)院或社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心，為患者進(jìn)行后續(xù)治療，并請(qǐng)醫(yī)師告知對(duì)方醫(yī)護(hù)人員治療護(hù)理的重點(diǎn)。

(2)車(chē)載導(dǎo)航子系統(tǒng)

車(chē)載導(dǎo)航子系統(tǒng)主要由電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)、定位、路徑規(guī)劃、路徑引導(dǎo)、無(wú)線(xiàn)通信等模塊組成。電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)是其實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航的基礎(chǔ)；定位模塊利用一種或多種定位技術(shù)(如GPS定位和DR航位推算定位等技術(shù))通過(guò)地圖匹配實(shí)現(xiàn)自車(chē)定位；路徑規(guī)劃模塊可以按用戶(hù)的不同要求(如最短路徑、最小時(shí)間、最經(jīng)濟(jì)等)，根據(jù)實(shí)時(shí)交通信息和電子地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行路徑規(guī)劃；路徑引導(dǎo)模塊根據(jù)已規(guī)劃的路徑實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。由于交通狀態(tài)是變化的，路徑規(guī)劃模塊計(jì)算出的路線(xiàn)也會(huì)隨實(shí)時(shí)交通信息更新而不斷修正。

(3)無(wú)線(xiàn)通信子系統(tǒng)

無(wú)線(xiàn)通信子系統(tǒng)為車(chē)載導(dǎo)航子系統(tǒng)和控制信息中心提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)通道，實(shí)現(xiàn)控制信息中心與車(chē)載導(dǎo)航子系統(tǒng)間的信息交互。一般采用無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)、路側(cè)紅外信標(biāo)、無(wú)線(xiàn)電信標(biāo)等方式，還可以通過(guò)調(diào)頻廣播信號(hào)傳輸動(dòng)態(tài)交通信息和其他服務(wù)信息。

3.2 中心決定式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)

中心決定式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)交通信息，對(duì)基于系統(tǒng)整體的多車(chē)輛進(jìn)行路徑規(guī)劃，計(jì)算出每一個(gè)可能的起止點(diǎn)的最優(yōu)或準(zhǔn)最優(yōu)路線(xiàn)供用戶(hù)使用。結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

中心決定式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)組成上基本與自主式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)類(lèi)似，功能實(shí)現(xiàn)區(qū)別主要體現(xiàn)在控制信息中心子系統(tǒng)和車(chē)載導(dǎo)航子系統(tǒng)：

(1)控制信息中心子系統(tǒng)

控制信息中心子系統(tǒng)是所有車(chē)載子系統(tǒng)的控制和管理中心。主要提供接收目標(biāo)車(chē)輛的定位信息、對(duì)路況信息數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、判斷并發(fā)布實(shí)時(shí)交通信息、預(yù)測(cè)各路段行程時(shí)間、計(jì)算可能起止點(diǎn)的規(guī)劃路徑、進(jìn)行平衡交通分配以及向一個(gè)或多個(gè)車(chē)輛提供引導(dǎo)和咨詢(xún)的服務(wù)。

(2)車(chē)載導(dǎo)航子系統(tǒng)

車(chē)載導(dǎo)航子系統(tǒng)主要由定位、無(wú)線(xiàn)通信、路徑引導(dǎo)等模塊組成。車(chē)載子系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)自車(chē)定位，傳送自車(chē)定位信息至控制信息中心，然后接收控制信息中心傳送的實(shí)時(shí)交通信息和滿(mǎn)足用戶(hù)需求的動(dòng)態(tài)路線(xiàn)數(shù)據(jù)，然后實(shí)現(xiàn)行車(chē)導(dǎo)航，其本身不具備路徑規(guī)劃功能。

3.3 兩類(lèi)動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的比較

根據(jù)上面描述的自主式動(dòng)態(tài)導(dǎo)航系統(tǒng)和中心決定式動(dòng)態(tài)導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能來(lái)看，這兩種類(lèi)型的車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)各有其優(yōu)勢(shì)和不足：自主式車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)車(chē)載導(dǎo)航終端要求較高，能夠分擔(dān)數(shù)據(jù)計(jì)算和處理的任務(wù)，大大減少了無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量，且能實(shí)現(xiàn)按照用戶(hù)個(gè)性需求提供多種條件下的動(dòng)態(tài)導(dǎo)航。但該系統(tǒng)提供的動(dòng)態(tài)導(dǎo)航規(guī)劃路徑并未充分利用系統(tǒng)資源，對(duì)整個(gè)路網(wǎng)不一定就是最優(yōu)的，有一定的盲從性；相比之下，中心式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮智能交通系統(tǒng)功能，利用網(wǎng)路資源，能夠提供高效、可靠的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)路徑導(dǎo)航，真正發(fā)揮車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)在規(guī)避擁堵、節(jié)約出行時(shí)間、改善出行品質(zhì)和交通流平衡等方面的作用。但是該系統(tǒng)要求控制信息中心計(jì)算機(jī)必須具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理能力，要求無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)能夠提供快速、高效的大容量數(shù)據(jù)，且前期基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入大。可以說(shuō)，中心式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)是自主式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航發(fā)展的高級(jí)階段。

4 發(fā)展規(guī)劃及思路

著眼國(guó)內(nèi)城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)總體水平較低和靜態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)市場(chǎng)應(yīng)用較為成熟的現(xiàn)實(shí)，通過(guò)與前文對(duì)兩類(lèi)動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的介紹和比較，要改進(jìn)和完善實(shí)時(shí)路況信息的采集、數(shù)據(jù)融合處理和信息發(fā)布技術(shù)，當(dāng)務(wù)之急是建立實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通信息系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化、語(yǔ)音化、視頻化的實(shí)時(shí)交通信息融合諸如氣象、停車(chē)場(chǎng)信息等信息資源，能為駕駛員提供可靠的輔助駕駛信息。2008年北京市在奧運(yùn)會(huì)期間，開(kāi)發(fā)并成功運(yùn)用了基于浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)采集技術(shù)的綜合交通信息平臺(tái)，為國(guó)內(nèi)城市交通信息平臺(tái)的建設(shè)和完善提供了較好的借鑒[10]。其次是在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)自主式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)，重點(diǎn)解決基于當(dāng)前實(shí)時(shí)路況信息的路段交通流參數(shù)預(yù)測(cè)和基于路段交通流預(yù)測(cè)參數(shù)的動(dòng)態(tài)路徑優(yōu)化算法等關(guān)鍵技術(shù)，初步實(shí)現(xiàn)車(chē)載導(dǎo)航終端的自主路線(xiàn)規(guī)劃與行車(chē)誘導(dǎo)功能；最后，在完善自主式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上升級(jí)實(shí)現(xiàn)中心決定式動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)基于整個(gè)城市交通路網(wǎng)交通預(yù)測(cè)和平衡功能，發(fā)揮城市交通路網(wǎng)的最大功能。其發(fā)展路線(xiàn)圖如圖5所示。

本文對(duì)對(duì)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展、應(yīng)用現(xiàn)狀和代表未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)導(dǎo)航進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析。尤其是對(duì)動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、功能實(shí)現(xiàn)以及兩類(lèi)動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，并提出了國(guó)內(nèi)動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)思路。動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航是當(dāng)前該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步和城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷完善，動(dòng)態(tài)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)將能切實(shí)解決現(xiàn)今日益突出的城市交通帶來(lái)的道路堵塞、資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問(wèn)題，極大地方便人們的出行生活。

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