鄭鵬，董偉，饒生源

引言

車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)，是利用現(xiàn)今普遍應(yīng)用的全球定位系統(tǒng)(GPS)。車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)配合地理信息系統(tǒng) GIS（Geographic Information System）、城市電子地圖（City Electronic Ma）及智能交通引導(dǎo)系統(tǒng)（Intelligent Transport RoutingSystem，簡(jiǎn)稱ITRS ）使用。結(jié)合各種現(xiàn)在智能化信息技術(shù)，包括GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、電子傳感器以及軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)車輛自主定位[1]。車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)能夠?yàn)檐囕v等交通工具實(shí)時(shí)提供導(dǎo)航服務(wù)，引導(dǎo)交通工具沿著安全、準(zhǔn)確的既定路線，準(zhǔn)時(shí)、快捷地到達(dá)目的地。因此，車載導(dǎo)航系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)對(duì)于社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步具有重要意義。

1、車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)

車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)由GPS接收機(jī)、車載計(jì)算機(jī)、車載控制單元、彩色液晶觸摸屏四部分構(gòu)成[2]。

車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)整體硬件組成如圖1所示。

其中，通過(guò)通訊傳輸轉(zhuǎn)換接口將GPS接收機(jī)與車載計(jì)算機(jī)相連接，其硬件結(jié)構(gòu)如圖 2所示。由 GPS接收機(jī)接收到GPS信號(hào)，再由通訊傳輸接口傳遞到車載計(jì)算機(jī)內(nèi)，車載計(jì)算機(jī)計(jì)算后將結(jié)果顯示在車載顯示單元。

1.2 接收機(jī)

GPS25LP接收機(jī)具有成本低、冷啟動(dòng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。因此，本設(shè)計(jì)選用該接收機(jī)進(jìn)行研究。GPS25LP的定位精度為10m，滿足民用導(dǎo)航需求。GPS25LP接收機(jī)采用5V直流穩(wěn)壓電源供電，內(nèi)置保護(hù)裝置。同時(shí)具有 RS232、 TTL兩種電平，可自動(dòng)輸出NMEA 0183語(yǔ)句，同時(shí)支持RTCM差分輸入，提供1PPS秒脈沖。

2、GPS接收機(jī)與PC機(jī)的連接設(shè)計(jì)

GPS25LP 內(nèi)置OEM擁有并行12個(gè)通道，具有多個(gè)I/O接口，能夠同時(shí)跟蹤12顆GPS導(dǎo)航衛(wèi)星。具有的2個(gè)兼容RS-232的雙向數(shù)字通道能同時(shí)傳輸標(biāo)準(zhǔn)的NMEA-0183數(shù)據(jù)[3]。根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部接口，GPS25LP OEM板與PC機(jī)間串行通訊的典型應(yīng)用方案如圖3所示。

本設(shè)計(jì)中，只需從GPS接收機(jī)中接收GPS信號(hào)數(shù)據(jù)，而不需要發(fā)送數(shù)據(jù)。所以，僅使用單通道即可。本設(shè)計(jì)采用的GPS接收機(jī)與車載計(jì)算機(jī)之間串行通訊的接口電路如圖4所示。其中，GPS25LP OEM板需要穩(wěn)定的直流5V電源，標(biāo)稱工作電流為220mA(MAX350mA)。

3、接收機(jī)與計(jì)算機(jī)間通訊的連接設(shè)計(jì)

3.1 車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)功能及其實(shí)現(xiàn)途徑

車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)引導(dǎo)、模擬顯示、智能查詢、路徑計(jì)算、保存路徑等多個(gè)功能。其中，最重要也是最核心的為路徑計(jì)算功能。因此，本設(shè)計(jì)對(duì)路徑計(jì)算并尋出最優(yōu)路徑功能做具體研究設(shè)計(jì)。

現(xiàn)階段，車載導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常采用地圖匹配技術(shù)與地理信息系統(tǒng)、多媒體技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使得定位信息更加準(zhǔn)確、逼真[4]。

本設(shè)計(jì)中，車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)軟件部分主要分為三部分：

（1）GPS數(shù)據(jù)的接收和處理：GPS接收機(jī)采集定位所需的經(jīng)緯度信息、速度、時(shí)間等信息，并將獲取的信息通過(guò)串行接口傳送至車載計(jì)算機(jī)，車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)分析采集的數(shù)據(jù)后即可準(zhǔn)確獲得用戶實(shí)時(shí)位置。

（2）GPS和GIS(電子地圖)的數(shù)據(jù)通訊與集成：利用數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)GPS和GIS的數(shù)據(jù)通訊，并集成這兩個(gè)不同系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)，然后在電子地圖背景下，最后將導(dǎo)航定位信息實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。

（3）GPS信號(hào)與電子地圖匹配：正常情況下，車輛在行駛過(guò)程中不會(huì)脫離道路。因此，利用原地圖庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)的道路數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS獲取的定位結(jié)果，按照一定算法將車輛定位結(jié)果強(qiáng)制性附合到道路上，實(shí)現(xiàn)GPS信號(hào)與電子地圖的匹配。

3.2 GPS接收機(jī)與車載計(jì)算機(jī)間的串行通訊

3.2.1 接收機(jī)的語(yǔ)言—NMEA接收輸出語(yǔ)句

本設(shè)計(jì)中，GPS25LP OEM板采用NMEA 0183通信標(biāo)準(zhǔn)格式[5]，可輸出多種句型。各句型均以字符“$”開(kāi)頭的ASCII碼字符，其內(nèi)容包含了經(jīng)緯度、速度、日期、時(shí)間、航向、衛(wèi)星狀況等多種信息。

3.2.2 串行通訊

利用Visual C++的MSComm通訊控件，將GPS數(shù)據(jù)采集到車載計(jì)算機(jī)中。數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，每隔一秒鐘接收一次衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)中GPS數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。

程序設(shè)計(jì)中，對(duì)串行口的操作包括：

串行口的初始化：設(shè)置串行口的端口，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，波特率設(shè)為4800bps；

接收一幀ASCII碼字符信息；

數(shù)據(jù)處理；

接收下一幀ASCII碼字符信息；

數(shù)據(jù)處理；

如此循環(huán)往復(fù)。

在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，針對(duì)需要的定位信息的要求，設(shè)計(jì)了如下的串行通訊思想：

由于接收到的定位數(shù)據(jù)，因此必須對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾處理，篩選獲得有效信息。在本設(shè)計(jì)中，將語(yǔ)句起始標(biāo)志為“$GPRMC”的語(yǔ)句作為有效語(yǔ)句。因此，判斷“$GPRMC”成為過(guò)濾的一個(gè)條件，將“$GPRMC”作為判斷依據(jù)。

獲得有效判斷依據(jù)后，定位語(yǔ)句起始標(biāo)志為“$GPRMC”的定位語(yǔ)句中“$GPRMC”之后的59個(gè)字符為有效信息。因此，以“59”作為判斷定位語(yǔ)句完整的依據(jù)。

然而，在實(shí)際數(shù)據(jù)接收時(shí)可能會(huì)有兩種情況，一種是單幀以“$GPRMC”開(kāi)頭的完整語(yǔ)句，另一種是上一幀的后半部分再加下一幀的前一部分共同組成一個(gè)完整的以“$GPRMC”開(kāi)頭的定位語(yǔ)句。因此，這兩種請(qǐng)款必須區(qū)別對(duì)待。

基于以上通訊思想，數(shù)據(jù)通訊程序流程圖如圖5所示。

3.2.3 數(shù)據(jù)截取

當(dāng)接收到一幀完整語(yǔ)句并且起始標(biāo)志為“$GPRMC”的定位語(yǔ)句時(shí)，需要對(duì)該定位語(yǔ)句進(jìn)行分段截取，截取出需要的經(jīng)緯度、速度以及時(shí)間等信息。通常，接收到的數(shù)據(jù)是以“，”的形式存儲(chǔ)，故直接查找“，”位置對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行按位分段截取即可。

4、結(jié)論

車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)利用現(xiàn)今普遍應(yīng)用的全球定位系統(tǒng)，配合地理信息系統(tǒng)、城市電子地圖及智能交通引導(dǎo)系統(tǒng)，對(duì)行進(jìn)中的車輛實(shí)時(shí)定位與導(dǎo)航?，F(xiàn)階段，車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)的重要特點(diǎn)之一就是將 GPS、GIS、多媒體計(jì)算機(jī)等技術(shù)有機(jī)結(jié)合?；贕PS定位的基本原理，結(jié)合車載導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，本設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一套硬件實(shí)施方案和軟件程序，成功地接收了GPS的定位數(shù)據(jù)，車載計(jì)算機(jī)得以成功接收采集到的數(shù)據(jù)資源并顯示出來(lái)。

[1] 鮑遠(yuǎn)律,劉振安. 衛(wèi)星定位、交通監(jiān)控與數(shù)字地圖[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版,2006.

[2]丁芳.國(guó)際車載導(dǎo)航應(yīng)用的現(xiàn)狀與趨勢(shì)[N].中國(guó)測(cè)繪報(bào),2011(01):11.

[3] 張文乾.基于 GPS/DR和 GSM 的車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱工程大學(xué)2010.

[4] 耿大威.基于北斗/GPS雙模衛(wèi)星定位系統(tǒng)的車載終端設(shè)計(jì)[D].中國(guó)海洋大學(xué),2013.

[5] 彭春華,蔣新華.基于 GPS的實(shí)時(shí)機(jī)車運(yùn)行信息傳輸系統(tǒng)[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2004(2): 111-114.