車載GPS系統(tǒng)研究與實踐
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摘 要

本文所涉及到的課題來源于實際的工程項目，主要目的是了解GPS的原理，分析公司現(xiàn)有車載GPS產(chǎn)品存在的不足，提出改進方案，并進行實踐。
通過對市場GPS產(chǎn)品所存在問題的調(diào)研，本文確定了使用改進的Dijkstra算法作為最優(yōu)路徑算法。在進行最優(yōu)路徑的求取時，由于搜索過程中冗余節(jié)點過多，耗時較長，通過分析，發(fā)現(xiàn)使用橢圓限制的改進Dijkstra算法能提高計算效率，但又由于橢圓的非線性，計算效率仍然不高。所以，論文對算法進行了改進，在對橢圓區(qū)域限制進行優(yōu)化的基礎上提出了平行四邊形限制的Dijkstra算法，該算法使得搜索效率得到了較大程度的提高。本文對各種算法的執(zhí)行效率進行了詳細的對比，證明了新算法的先進性。
為解決公司電子地圖資源少的問題， 論文使用MapInfo公司的電子地圖資源，通過MapInfo軟件繪制公司自己所需的電子地圖，使得電子地圖的獲取更加方便靈活。設計的主要內(nèi)容是在不調(diào)用MapInfo工具包函數(shù)的基礎上對電子地圖進行解碼顯示。
在對GPS接收機碼流解碼的基礎上搭建了實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)了GPS接收機位置的正確顯示，使用位置投影方法實現(xiàn)了道路匹配。
對以上所列問題的解決方法進行了實驗，實驗結果證明了解決方法的有效性。
關鍵詞：
車載GPS,最優(yōu)路徑算法,電子地圖












Abstract

The question for discussion roots in an actual project, the purpose is to know the theory of GPS, analyze the shortage of the product, raise a scheme for improving and have practice on them.
Basing on the market investigation, the Dijkstra algorithm is selected to find out the optimistic route. But the efficiency is very low for so many redundant nodes while to get the optimistic route. After analyzing, the Dijkstra algorithm improved by ellipse restrained is used to raise the calculating efficiency. But because of the non-linearity of ellipse, the efficiency is also very low. So the parallelogram restrained Dijkstra algorithm is put forward to optimize the ellipse restrained one, and it can make a good result. A comparision between them is displayed to prove the advantage of the algorithm.
Because of the lack of map resource, the digital map resource of MapInfo Company is determined to be used. Not only can its digital maps be used, but also its software can create the digital map. This brings the digital map to be created more flexible. The purpose of the system is to show the digital map without the MapInfo ToolBox.
An experimental system is constructed to display the exact GPS receiver’s position, realize a simple method of road selection and practise on the solving methods of all the raised problems. The result showed that the methods are valid.
Key words:
GPS on vehicle; Optimistic route algorithm; Digital map










目 錄
1 緒論 1
1.1 GIS概述 1
1.1.1 GIS的基本概念 1
1.1.2 GIS的分類 2
1.1.3 地理信息系統(tǒng)的發(fā)展歷程 3
1.2 車載導航設備 4
1.3 課題背景 4
1.4 本章小結 4
2 GPS原理 5
2.1 全球定位系統(tǒng)GPS簡介 5
2.1.1 GPS的構成 5
2.1.2 GPS的應用前景 8
2.1.3 GPS定位的基本方法 8
2.2 GPS單點定位原理 8
2.2.1 GPS定位的基本理論 9
2.2.2 偽距測量原理 10
2.2.3 接收機位置的解算原理 13
2.3 GPS中坐標系簡介 14
2.3.1 WGS-84坐標系 14
2.3.2 平面坐標的高斯投影變換 15
2.4 本章小結 18
3 改進的最優(yōu)路徑算法 19
3.1 橢圓限制的確定 19
3.2 四邊形限制分析 21
3.2.1 任意四邊形限制分析 21
3.2.2 平行四邊形限制分析 25
3.3 平行四邊形的在使用中的處理 27
3.3.1 坐標軸旋轉(zhuǎn) 28
3.3.2 坐標軸平移 30
3.4 幾種限制在編碼中運算量和效果的比較 31
3.5 最短路徑算法 33
3.5.1 基本概念 33
3.5.2 算法中所用的數(shù)據(jù)結構 35
3.5.3 改進的（規(guī)模限制）Dijkstra算法 36
3.6 道路匹配 38
3.6.1 道路匹配概述 38
3.6.2 道路匹配的實現(xiàn)過程 38
3.6.3 道路匹配后的實際效果 40
3.7 本章小結 41
4 系統(tǒng)實現(xiàn) 42
4.1 實現(xiàn)概述 42
4.1.1 面向?qū)ο蟮脑O計思想 42
4.1.2 使用的編程平臺的選擇： 42
4.1.3 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 43
4.1.4 系統(tǒng)構成 43
4.2 NMEA碼的解碼 45
4.2.1 NMEA碼簡介 45
4.2.2 解碼實現(xiàn) 46
4.3 MapInfo文件的解碼與拓撲數(shù)據(jù)的提取 48
4.3.1 MapInfo系統(tǒng)概述 48
4.3.2 轉(zhuǎn)換的實現(xiàn) 50
4.4 軟件測試與結論： 55
4.5 本章小結 57
5 結論及展望 58
參考文獻 59
附錄1－最優(yōu)路徑算法源代碼 61
附錄2－串口通信源代碼 77
附錄3－GPS接收機NMEA碼解碼源代碼 80
附錄4－電子地圖道路提取源代碼 85
附錄5－平面坐標變換源代碼 90
附錄6－道路提取示例 92
英文原文 94
中文譯文 103
致 謝 112


參考文獻
[1] MapInfo Corporation.MapInfo Professional User’s Guide- MapInfo Data Interchange Format.May 2002.
[2] 李天文.GPS原理及應用.科學出版社.2003
[3] Jean-Marie_Zogg.GPS Basics.
[4] William Ford，William Topp.數(shù)據(jù)結構C++語言描述.清華大學出版社
[5] 全國地理信息標準化技術委員會. GB／T17798—1999.地理信息國家標準手冊.北京：中國標準出版社.2004