车载gps系统研究与实践.doc
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车载gps系统研究与实践,车载gps系统研究与实践页数 60字数 20878摘要 本文所涉及到的课题来源于实际的工程项目，主要目的是了解gps的原理，分析公司现有车载gps产品存在的不足，提出改进方案，并进行实践。通过对市场gps产品所存在问题的调研，本文确定了使用改进的dijkstra算法作为最优路径算法。在进行最优路径的求取时，由于搜索过程...
内容介绍
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车载GPS系统研究与实践
页数 60 字数 20878
摘 要
本文所涉及到的课题来源于实际的工程项目，主要目的是了解GPS的原理，分析公司现有车载GPS产品存在的不足，提出改进方案，并进行实践。
通过对市场GPS产品所存在问题的调研，本文确定了使用改进的Dijkstra算法作为最优路径算法。在进行最优路径的求取时，由于搜索过程中冗余节点过多，耗时较长，通过分析，发现使用椭圆限制的改进Dijkstra算法能提高计算效率，但又由于椭圆的非线性，计算效率仍然不高。所以，论文对算法进行了改进，在对椭圆区域限制进行优化的基础上提出了平行四边形限制的Dijkstra算法，该算法使得搜索效率得到了较大程度的提高。本文对各种算法的执行效率进行了详细的对比，证明了新算法的先进性。
为解决公司电子地图资源少的问题， 论文使用MapInfo公司的电子地图资源，通过MapInfo软件绘制公司自己所需的电子地图，使得电子地图的获取更加方便灵活。设计的主要内容是在不调用MapInfo工具包函数的基础上对电子地图进行解码显示。
在对GPS接收机码流解码的基础上搭建了实验系统，实现了GPS接收机位置的正确显示，使用位置投影方法实现了道路匹配。
对以上所列问题的解决方法进行了实验，实验结果证明了解决方法的有效性。
关键词：
车载GPS,最优路径算法,电子地图
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 录
1 绪论 1
1.1 GIS概述 1
1.1.1 GIS的基本概念 1
1.1.2 GIS的分类 2
1.1.3 地理信息系统的发展历程 3
1.2 车载导航设备 4
1.3 课题背景 4
1.4 本章小结 4
2 GPS原理 5
2.1 全球定位系统GPS简介 5
2.1.1 GPS的构成 5
2.1.2 GPS的应用前景 8
2.1.3 GPS定位的基本方法 8
2.2 GPS单点定位原理 8
2.2.1 GPS定位的基本理论 9
2.2.2 伪距测量原理 10
2.2.3 接收机位置的解算原理 13
2.3 GPS中坐标系简介 14
2.3.1 WGS-84坐标系 14
2.3.2 平面坐标的高斯投影变换 15
2.4 本章小结 18
3 改进的最优路径算法 19
3.1 椭圆限制的确定 19
3.2 四边形限制分析 21
3.2.1 任意四边形限制分析 21
3.2.2 平行四边形限制分析 25
3.3 平行四边形的在使用中的处理 27
3.3.1 坐标轴旋转 28
3.3.2 坐标轴平移 30
3.4 几种限制在编码中运算量和效果的比较 31
3.5 最短路径算法 33
3.5.1 基本概念 33
3.5.2 算法中所用的数据结构 35
3.5.3 改进的（规模限制）Dijkstra算法 36
3.6 道路匹配 38
3.6.1 道路匹配概述 38
3.6.2 道路匹配的实现过程 38
3.6.3 道路匹配后的实际效果 40
3.7 本章小结 41
4 系统实现 42
4.1 实现概述 42
4.1.1 面向对象的设计思想 42
4.1.2 使用的编程平台的选择： 42
4.1.3 系统实现的功能 43
4.1.4 系统构成 43
4.2 NMEA码的解码 45
4.2.1 NMEA码简介 45
4.2.2 解码实现 46
4.3 MapInfo文件的解码与拓扑数据的提取 48
4.3.1 MapInfo系统概述 48
4.3.2 转换的实现 50
4.4 软件测试与结论： 55
4.5 本章小结 57
5 结论及展望 58
参考文献 59
附录1－最优路径算法源代码 61
附录2－串口通信源代码 77
附录3－GPS接收机NMEA码解码源代码 80
附录4－电子地图道路提取源代码 85
附录5－平面坐标变换源代码 90
附录6－道路提取示例 92
英文原文 94
中文译文 103
致 谢 112
参考文献
[1] MapInfo Corporation.MapInfo Professional User’s Guide- MapInfo Data Interchange Format.May 2002.
[2] 李天文.GPS原理及应用.科学出版社.2003
[3] Jean-Marie_Zogg.GPS Basics.
[4] William Ford，William Topp.数据结构C++语言描述.清华大学出版社
[5] 全国地理信息标准化技术委员会. GB／T17798—1999.地理信息国家标准手册.北京：中国标准出版社.2004
页数 60 字数 20878
摘 要
本文所涉及到的课题来源于实际的工程项目，主要目的是了解GPS的原理，分析公司现有车载GPS产品存在的不足，提出改进方案，并进行实践。
通过对市场GPS产品所存在问题的调研，本文确定了使用改进的Dijkstra算法作为最优路径算法。在进行最优路径的求取时，由于搜索过程中冗余节点过多，耗时较长，通过分析，发现使用椭圆限制的改进Dijkstra算法能提高计算效率，但又由于椭圆的非线性，计算效率仍然不高。所以，论文对算法进行了改进，在对椭圆区域限制进行优化的基础上提出了平行四边形限制的Dijkstra算法，该算法使得搜索效率得到了较大程度的提高。本文对各种算法的执行效率进行了详细的对比，证明了新算法的先进性。
为解决公司电子地图资源少的问题， 论文使用MapInfo公司的电子地图资源，通过MapInfo软件绘制公司自己所需的电子地图，使得电子地图的获取更加方便灵活。设计的主要内容是在不调用MapInfo工具包函数的基础上对电子地图进行解码显示。
在对GPS接收机码流解码的基础上搭建了实验系统，实现了GPS接收机位置的正确显示，使用位置投影方法实现了道路匹配。
对以上所列问题的解决方法进行了实验，实验结果证明了解决方法的有效性。
关键词：
车载GPS,最优路径算法,电子地图
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 录
1 绪论 1
1.1 GIS概述 1
1.1.1 GIS的基本概念 1
1.1.2 GIS的分类 2
1.1.3 地理信息系统的发展历程 3
1.2 车载导航设备 4
1.3 课题背景 4
1.4 本章小结 4
2 GPS原理 5
2.1 全球定位系统GPS简介 5
2.1.1 GPS的构成 5
2.1.2 GPS的应用前景 8
2.1.3 GPS定位的基本方法 8
2.2 GPS单点定位原理 8
2.2.1 GPS定位的基本理论 9
2.2.2 伪距测量原理 10
2.2.3 接收机位置的解算原理 13
2.3 GPS中坐标系简介 14
2.3.1 WGS-84坐标系 14
2.3.2 平面坐标的高斯投影变换 15
2.4 本章小结 18
3 改进的最优路径算法 19
3.1 椭圆限制的确定 19
3.2 四边形限制分析 21
3.2.1 任意四边形限制分析 21
3.2.2 平行四边形限制分析 25
3.3 平行四边形的在使用中的处理 27
3.3.1 坐标轴旋转 28
3.3.2 坐标轴平移 30
3.4 几种限制在编码中运算量和效果的比较 31
3.5 最短路径算法 33
3.5.1 基本概念 33
3.5.2 算法中所用的数据结构 35
3.5.3 改进的（规模限制）Dijkstra算法 36
3.6 道路匹配 38
3.6.1 道路匹配概述 38
3.6.2 道路匹配的实现过程 38
3.6.3 道路匹配后的实际效果 40
3.7 本章小结 41
4 系统实现 42
4.1 实现概述 42
4.1.1 面向对象的设计思想 42
4.1.2 使用的编程平台的选择： 42
4.1.3 系统实现的功能 43
4.1.4 系统构成 43
4.2 NMEA码的解码 45
4.2.1 NMEA码简介 45
4.2.2 解码实现 46
4.3 MapInfo文件的解码与拓扑数据的提取 48
4.3.1 MapInfo系统概述 48
4.3.2 转换的实现 50
4.4 软件测试与结论： 55
4.5 本章小结 57
5 结论及展望 58
参考文献 59
附录1－最优路径算法源代码 61
附录2－串口通信源代码 77
附录3－GPS接收机NMEA码解码源代码 80
附录4－电子地图道路提取源代码 85
附录5－平面坐标变换源代码 90
附录6－道路提取示例 92
英文原文 94
中文译文 103
致 谢 112
参考文献
[1] MapInfo Corporation.MapInfo Professional User’s Guide- MapInfo Data Interchange Format.May 2002.
[2] 李天文.GPS原理及应用.科学出版社.2003
[3] Jean-Marie_Zogg.GPS Basics.
[4] William Ford，William Topp.数据结构C++语言描述.清华大学出版社
[5] 全国地理信息标准化技术委员会. GB／T17798—1999.地理信息国家标准手册.北京：中国标准出版社.2004
