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车辆定位与导航系统

【作者】：马庆禄
【出版时间】：2014-10
【字数】：486（千字）
【定价】：￥44（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：978-75487-1200-8
【页码】：293（页）
【开本】：16开

本书共分两篇，其中第一篇第1章车辆定位导航技术概述主要介绍车辆定位导航技术的发展及其在ITS中的地位与作用。第2章到第9章介绍了各个子系统的关键基础知识，其中：第2章数字地图的相关内容由南通大学魏明博士编写；第3章主要围绕经典无线定位的经典算法展开，第4章系统介绍了常用地图匹配算法以及路径规划的基本方法，第5章主要介绍了路径引导的相关知识，这三章是根据各参编人员的相关资料汇总而成；第6章卫星定位与导航技术主要介绍了卫星定位系统的基本原理及在车辆定位与管理中的应用，由东北林业大学马丹博士编写；第7章介绍移动无线定位与导航技术，是在第3章的基础上对无线定位技术在关键应用领域的一次拓展；第8章组合导航系统主要介绍如何组合使用其他定位信息源完善定位信息，由南通大学李泽慧博士编写；第9章智能车辆导航系统，主要介绍定位与导航在智能车辆中的应用，主要由东北林业大学马丹博士编写。第二篇从第10章到第11章，主要根据编写者们的相关材料进行案例分析，分析了车辆定位与导航在浮动车技术中的应用情况和探讨了定位与导航在车辆管理系统中的使用方案。全书汇集了编写组成员的科研实践成果，特别是第10章是马庆禄博士在重庆大学孙棣华教授指导下形成的研究成果，在此对编写组成员以及孙老师的支持和帮助一并表示感谢。

本书作为交通运输类“十二五”规划教材，主要作为智能交通系统研究领域及相关学科的高等院校本科生和研究生的教材，也可供研究生参考学习，亦适合希望熟悉或从事车辆定位与导航系统的工程师、管理者及专业人员参考。

由于车辆定位和导航知识面广、技术发展快，要详细覆盖整个领域是困难的，因此本书重点介绍系统的车辆端，尽可能介绍最新进展和最重要的方面。由于编者水平有限以及时间匆促，书中错误和不详之处，敬请读者批评指正，同时留下E-mail： MQL360@163.com，以接收各种建议，不胜感谢。

第一篇理论与技术基础

第1章概述（3）

1.1 车辆定位与导航的技术背景（3）

1.2 定位与导航的由来及发展（4）

1.3 车辆定位与导航系统（6）

第2章数字地图（8）

2.1 数字地图概论（8）

2.1.1 电子地图在ITS中的作用（8）

2.1.2 数字地图的发展现状（9）

2.1.3 交通数字地图的特征及应用前景（10）

2.2 数字交通地图预处理技术（10）

2.2.1 MapInfo简介（10）

2.2.2 MapInfo在交通数字地图上的建模、处理和管理（14）

2.2.3 地图预处理关键技术（19）

2.3 空间数据库设计（23）

2.3.1 系统空间数据库组织（23）

2.3.2 系统空间数据库的设计（24）

2.3.3 系统属性数据库的设计（24）

2.4 GIS应用开发（25）

2.4.1 GIS的概念（25）

2.4.2 组件式GIS（26）

2.5 MapX组件技术（26）

2.5.1 MapX的空间数据结构（27）

2.5.2 MapX组件的模型结构（27）

2.6 在线地图API应用开发（28）

2.6.1 百度MAP应用开发示例（28）

2.6.2 谷歌MAP应用开发示例（31）

2.6.3 其他在线地图的开发示例（34）

第3章无线定位（37）

3.1 无线定位技术（37）

3.2 计算节点位置的基本方法（38）

3.2.1 三边测量法（38）

3.2.2 三角测量法（39）

3.2.3 极大似然估计法（39）

3.3 基于距离的定位（40）

3.3.1 基于TOA的定位（40）

3.3.2 基于TDOA的定位（40）

3.3.3 基于AOA的定位（40）

3.3.4 基于RSSI的定位（41）

3.4 与距离无关的定位算法（41）

3.4.1 质心算法（42）

3.4.2 DV-Hop算法（42）

3.4.3 Amorphous定位算法（44）

3.4.4 APIT算法（44）

3.5 定位性能评价指标（44）

第4章地图匹配（46）

4.1 定位与地图匹配（46）

4.2 地图匹配原理（47）

4.3 典型地图匹配算法分析（48）

4.3.1 点到点的匹配（48）

4.3.2 点到线段的匹配（49）

4.3.3 线到线的匹配（49）

4.3.4 误差区域的确定（50）

4.3.5 确定最佳路径（51）

4.3.6 概率统计算法确定最佳路径步骤及流程（53）

4.3.7 其他匹配方法（54）

4.4 基于地图预处理的地图匹配算法（56）

第5章路径引导（60）

5.1 路径引导的发展（60）

5.2 图的基本概念（61）

5.2.1 图的道路与连通性（65）

5.2.2 图的矩阵表示（68）

5.2.3 树与生成树（70）

5.3 路径规划（75）

5.3.1 最短路径算法（75）

5.3.2 Dijkstra算法（84）

5.3.3 最优路径（86）

5.4 航位推算（DR）定位技术（87）

5.4.1 航位推算系统的组成（87）

5.4.2 经典推算算法（88）

5.4.3 航位推算的系统误差分析（89）

第6章卫星定位与导航技术（91）

6.1 全球导航卫星系统（91）

6.1.1 GPS卫星全球定位系统（92）

6.1.2 GLONASS全球导航卫星系统（94）

6.1.3 GALILEO卫星导航定位系统（97）

6.1.4 BDS卫星导航定位系统（101）

6.2 GPS导航定位原理概述（105）

6.2.1 GPS卫星导航定位原理（105）

6.2.2 GPS卫星测速原理（106）

6.2.3 GPS卫星测时原理（107）

6.2.4 车辆GPS定位（107）

6.3 时间以及坐标系统（108）

6.3.1 天球坐标系（108）

6.3.2 地球坐标系（111）

6.3.3 WGS84坐标系（116）

6.3.4 时间系统（117）

6.4 卫星定位解算及误差分析（120） 6.4.1 卫星定位解算（120）

6.4.2 卫星定位误差分析（122）

第7章移动通信定位与导航技术（125）

7.1 CDMA无线定位（125）

7.2 现代移动定位技术（127）

7.2.1 GPS与A-GPS定位（128）

7.2.2 基站定位（Cell ID定位）（128）

7.2.3 Wifi定位（128）

7.2.4 FRID、二维码定位（129）

7.2.5 红外线定位技术（129）

7.2.6 超声波定位技术（129）

7.2.7 蓝牙技术（129）

7.2.8 超宽带技术（130）

7.2.9 ZigBee技术（130）

7.3 车辆定位系统的多址接入方式（130）

7.4 基于GSM/GPRS的车辆定位与导航（134）

7.4.1 基于GSM的车辆定位与导航（134）

7.4.2 基于GPRS的车辆定位与导航（136）

第8章组合导航系统（140）

8.1 卡尔曼滤波技术（140）

8.1.1 线性卡尔曼滤波器（141）

8.1.2 自适应扩展卡尔曼滤波器（143）

8.2 GPS/DR组合定位（145）

8.2.1 线性卡尔曼滤波的GPS/DR组合定位（146）

8.2.2 自适应扩展的卡尔曼滤波GPS/DR组合定位（148）

8.3 GPS/MM组合定位（151）

8.3.1 地图匹配的定位原理（152）

8.3.2 常见的匹配道路选择方法（152）

8.3.3 误差区域确定和候选路段的选择（153）

8.3.4 利用道路空间网络拓扑性质辅助修正（153）

8.4 GPS/DR/MM组合定位（154）

8.5 TOA/MM组合定位（156）

第9章智能车辆导航系统（158）

9.1 智能车辆导航系统的历史发展（158）

9.2 自主式车辆定位和导航（159）

9.2.1 车辆定位（159）

9.2.2 车辆导航（164）

9.3 中心式定位和导航（167）

9.4 车辆定位与导航系统服务功能及实现（178）

第二篇综合案例分析

第10章基于浮动车数据的城市交通状态判别与发布系统（183）

10.1 案例背景（183）

10.1.1 案例的意义和作用（184）

10.1.2 系统设计的目标（184）

10.2 相关技术（185）

10.2.1 数据库技术（185）

10.2.2 数据融合技术（185）

10.2.3 数据挖掘技术（188）

10.2.4 模糊综合评判方法（190）

10.3 需求分析（193）

10.3.1 基于浮动车的道路交通状态检测分析系统的实施背景（193）

10.3.2 基于浮动车的道路交通状态检测分析系统的前提条件（193）

10.3.3 基于浮动车的道路交通状态检测分析系统的功能需求（194）

10.4 系统设计（194）

10.4.1 系统设计原则（194）

10.4.2 系统总体设计（195）

10.4.3 系统的体系结构（199）

10.4.4 道路的分段与线性化（203）

10.4.5 分段线性化后的实验区域（203）

10.4.6 系统的接口设计（205）

10.5 关键技术研究及系统功能模块（207）

10.5.1 数据采集及预处理模块（207）

10.5.2 基于GPS、 GIS的地图匹配模块（213）

10.5.3 路段平均速度实时估计模块（223）

10.5.4 事件检测模块（242）

10.5.5 道路服务水平的实时估计模块（247）

10.5.6 显示模块（257）

10.6 系统实现及测试结果（259）

10.6.1 系统模拟环境的实现（259）

10.6.2 道路分段实现（259）

10.6.3 车辆地图匹配的实现（260）

10.6.4 道路平均速度估计结果（262）

10.6.5 事件检测结果（273）

10.6.6 道路服务水平评价结果（273）

10.6.7 数据库接口的实现（274）

10.6.8 总结与展望（274）

10.7 系统配置（276）

10.7.1 硬件环境配置（276）

10.7.2 软件环境配置（277）

10.8 软件系统版本控制状况（277）

第11章 GPS/GPRS车辆智能管理系统（279）

11.1 案例背景（279）

11.2 系统架构及组成（279）

11.2.1 系统架构（279）

11.2.2 系统总体示意图（279）

11.2.3 分监控中心拓扑图（279）

11.2.4 分监控中心平面图（281）

11.2.5 子系统说明（281）

11.3 系统功能（283）

11.3.1 实时连续定位（283）

11.3.2 车辆调度指挥（284）

11.3.3 安全防范（284）

11.3.4 图像采集功能（285）

11.3.5 数据语音通信（285）

11.3.6 数据存储及回放（285）

11.3.7 车辆监视控制（285）

11.3.8 自导航接口（285）

11.3.9 电子地图功能（286）

11.4 系统网络中心建设（286）

11.4.1 系统容量（286）

11.4.2 网络中心主要技术指标（286）

11.4.3 扩容能力（286）

11.5 系统配置（287）

11.5.1 分监控中心硬件配置表（287）

11.5.2 软件配置表（288）

附录（290）

参考文献（293）

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伴随着各项科学和应用技术的不断发展和进步，城市交通已经逐渐进入了信息化、人性化的智能交通系统（intelligent traffic system， ITS）时代，该系统将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子控制技术、传感器技术以及计算机处理技术等各种技术有效地综合运用于交通系统中，从而实现对交通系统更加准确、实时、高效地综合管理和控制，最大限度地实现人、车、路之间的和谐统一。而ITS中的交通管理系统、动态路线制导系统、自动收费系统、自动避撞系统以及公共运输中的车辆调度和管理系统等都不同程度地依赖于车辆的位置信息。如果车辆导航与定位系统不能提供 ITS所要求的位置精度和可靠性，将使ITS的大部分系统功能无法实现。因此车辆导航与定位技术在 ITS中的应用是非常重要的，已经成为许多行业（如公交、消防、紧急救护、交通事故处理等）发展的一种必然的需求。

作者简介

马庆禄，重庆交通大学博士，美国德克萨斯大学访问学者，副教授。多年从事定位与导航方面的研究，先后主持或参与相关科研21项，发表相关论文25篇。