一種嵌入式車載導航信息系統研究

摘要：分析研究嵌入式車載導航信息系統體系結構，以實時多任務嵌入式操作系統Windows CE．NET為嵌入式軟件平臺，搭建了嵌入式車載導航信息系統的應用環(huán)境。以車載導航信息系統的導航電子地圖和導航數據庫作為重點研究對象。分析導航信息系統中導航電子地圖和導航數據庫的實現方法。

　　我國GPS車輛導航系統受國內汽車工業(yè)發(fā)展現狀、電子地圖配套限制等諸多綜合因素制約，仍處于初始發(fā)展階段。在功能上，大部分GPS車輛導航系統還只有車輛跟蹤、數字地圖查詢、路徑簡單規(guī)劃等基本功能。本文對嵌入式車載導航信息系統體系結構進行研究，給出一個完整系統結構。并重點討論導航電子地圖的實現方法。

1 嵌入式車載導航信息系統結構

　　車載導航信息系統借助于定位、地理信息處理和通信等技術，通過處理車輛狀態(tài)數據。配合地理信息系統和導航數據庫處理信息，并與服務中心交流信息交流，可提供定位、電子地圖、路徑規(guī)劃和引導、信息查詢、歷史行駛狀態(tài)詳細記錄、通信等功能。圖1為該導航信息系統功能各模塊關系。

　　圖1中，定位系統包括定位模塊和地圖匹配模塊，可得到系統的實時姿態(tài)數據，如經度、緯度、高度、速度、運動方向等；數字地圖數據庫包含預先定義好存儲格式的數字地圖信息，提供計算機處理與地圖有關信息，如辨別場所、公路等級、交通規(guī)則和旅行信息等：路徑規(guī)劃和路徑引導模塊功能是根據地圖數據庫模塊所提供的地圖數據，加上從無線通訊網絡收到的實時交通信息，按照某個指標(如最小時間或者最小旅行代價)幫助用戶在行駛前或運行中規(guī)劃路線；人機接口允許用戶與定位和導航計算機及裝置進行人機交互；無線通訊模塊進一步改進系統性能并增加系統功能。

　　傳統的導航信息系統主要有2種實現方法：基于單片機的簡易導航系統和基于移動PC的導航系統。前者結構簡單，價格便宜，但功能有限，僅僅實現定位、簡易位置指示以及簡單通訊功能；而后者以PC操作系統為軟件平臺，應用專業(yè)軟件包或自主開發(fā)軟件包，配以相應外圍模塊(如定位、通訊等)能夠實現導航所有復雜功能，但價格高，且難以適應車載環(huán)境。因此，采用嵌入式系統作為現代車載導航系統的運行平臺是必然選擇。

　　選用PCM-5820作為嵌入式車載信息系統的硬件平臺，Windows CE作為嵌入式系統的操作系統平臺。PCM-5820完全滿足系統在存儲容量、處理速度、通信接口、功耗、體積等方面的要求。Windows CE具有方便定制、移植簡單、實時性強、可靠性高、體積小等優(yōu)點，且具有與PC操作系統一致界面風格和操作方式，實現豐富的API，便于開發(fā)?；谝陨掀脚_，圖2給出嵌入式車載導航系統的軟件結構。

　　該系統的定位模塊和無線通訊模塊需借助相應裝置，導航信息系統直接收發(fā)這些裝置數據，處理后為系統所用；路徑規(guī)劃和路線引導模塊功能的實現算法研究已相當深入，這里不再贅述。而對于導航電子地圖模塊，為便于功能實現和后期擴展，按其功能分為矢量圖形系統和導航數據庫系統，前者是按特定要求顯示矢量圖形，后者是存儲和管理圖形元素的幾何數據(如坐標等)、屬性數據(如道路等級等)以及其他相關數據(如交通信息等)。

2 導航矢量圖形系統

　　2．1 基于EVC的矢量圖形系統

　　分析地圖發(fā)現，地圖矢量化后矢量圖形的元素類型有：點(Point)、線(Line)、連續(xù)折線(Polyline)、區(qū)域(Region)、弧線(Arc)、文本(Text)、矩形(Rectangle)、圓角矩形(Rounded Rectangle)、橢圓(Ellipse)、圓(Circle)、符號(Symbol)等11個類型。導航電子地圖中，符號只用于顯示，而且類型有限，該系統采用柵格方式在矢量圖形上透明顯示。其余10種圖形元素并非獨立分類，比如，元素點可用其他若干個元素組合表達：矩形元素(在嵌入式C++中有直接函數支持)實質是一個特殊區(qū)域。

　　考慮以上每個對象類都有如線型、顏色等的公共數據，可抽象一個基類。本文共建立了15對象類及結構：基類Class CDraw、線類Class Cline：public CDraw、多線類Class CPline：public CDraw、區(qū)域類Class CArea：public CDraw、橢圓弧類Class CEarc：public CDraw、圓類偽代碼描述Class CCirele：public CDraw、矩形類Class Crectangle：public CDraw、圓角矩形類Class CroundedRectangle：public CDraw、橢圓類Class CEllipse：public CDraw、文本類Class CText：public CDraw、符號類Class CSvmbol:public CDraw、繪制矢量圖形參數類Class CgraphPara、圖層屬性結構typedef struct、當前畫面屬性結構tvoedef struct、導航目標屬性結構typedef stmct。