车载导航系统的现状与发展

概述

全球卫星定位系统(Global Positioning system，简称GPS)是随着现代科学技术的发展而建立起来的一个高精度全天候和全球性的无线电导航、定位、定时的多功能系统。GPS最初应用于军事领域，近年来，逐渐向民用领域开放，广泛应用于车辆导航、个人用户、跟踪定位、测绘、探矿、地震、气象、GIS、航空、航海、军事等方面，其中，车辆导航领域的市场份额最大、增长最快。2000年日本已有160万部汽车采用GPS的导航系统。预计在2003年日本所销售的汽车中，将有40%装有车载导航终端，GPS产业将有可能成为本世纪新的经济增长点之一。

由于具有巨大的市场潜力和不可估量的发展前景，日本几乎所有的汽车生产厂家都参加了这一高科技角逐，仅近几年投入市场的新系统就有30多个，例如日本的宏达、尼桑、本田、马自达、三菱以及松下、先锋、阿尔派、健伍等公司都已开发出自己的车载导航产品。

汽车工业已成为中国的支柱产业，汽车在中国人民日常工作和生活中起的作用也越来越突出。如果中国轿车的10％装上导航系统，就会有数亿的利润。但是在国内，车辆导航产品的市场才刚刚启动，谁能尽早将产品推向市场，谁就越有可能占领市场的先机。与其它产品不一样，由于各个国家在道路状况、地图等方面的情况各不相同，所以在开发产品时，各国都是根据本国的实际情况，开发适于本国使用的产品，即产品不通用。目前国内已有部分厂商和研究单位推出了一些车载导航定位系统，但要么由于技术简单，定位精度不够，要么由于成本昂贵，不能为一般用户所承受，因而不能在实际车载系统中得到广泛的应用。要将这种系统实用化，则必须在提高精度的同时大幅度降低成本。

车载导航系统的现状

利用全球卫星定位系统(GPS)信号进行汽车导航，根据采用的硬件平台不同，可分C AR-PC 车载导航系统、DVD汽车导航仪、基于掌上电脑的车载导航仪及其它形式的导航仪等。

1、 CAR-PC 车载导航系统

计算机技术在汽车上的应用程度日益向纵深发展，在1998年1月，美国消费者电子产品展示会上展出了首台CAR-PC系统。它安装在一台名为超豪华概念车Else的仪表板上，是属于开放式结构的轿车微机平台，使用微软Windows CE操作系统。从功能上看，它集轿车音响功能、计算机功能、导航功能、语音识别式无线通讯系统功能等于一体，并以轿车技术为核心，为轿车提供了信息和娱乐设施，实现了驾驶者安全驾驶过程中自由接收电子邮件、打电话拨号、查询特殊目的地、接收交通和气候信息以及改选音乐唱片等功能。

国内在CAR-PC导航产品方面研究开始较早，但由于价格及实用性等方面的原因，主要应用在公安、部队及其它一些特殊行业中，普及面很小，知名品牌的产品还没有出现，许多大学也都在研制类似的产品，但是具有广泛影响的产品及技术还不多见市场推广工作进展比较缓慢。

2、CD-ROM/DVD汽车导航仪

CD-ROM/DVD汽车导航仪需要预先加装到汽车上，并且一旦将它安装到汽车上以后，就无法拆下来，也不能移到别的汽车上使用。在这类汽车导航仪中需要使用经过屏蔽（防磁）处理的高价电缆线，以防止其电磁波对于其它的车载设备产生影响，所以它的价格也比较高。在日本，九州松下电器公司、建伍、先锋等电气公司所推出的产品基本上为DVD的形式，DVD产品比CD-ROM产品具有更大的容量和更好的性能。

国内参与这一领域的竞争的公司有东大阿尔派公司、北京康福德集团公司、北京城际高科、大通实业公司等。康福德推出的产品是架构在WIN-CE操作系统之上的，目标客户主要定位在汽车厂商，作为预装产品出售。北京城际在线公司在原有"城际通"车载导航终端的基础上，与相关DVD 生产厂家合作，开发基于DVD的车载导航系统，预计明年上半年产品投放市场。大通实业公司与日本富士通公司合作，投资80 0万美元成立导航产品公司，也主要从事DVD车载导航系统的研发工作。

3、基于掌上电脑的汽车导航仪

从1999开始到现在，PDA市场经过四年多的发展，完成了市场教育和市场普及阶段，开始进入"专业化、个性化消费时代"。由于掌上电脑的低廉价格和开放易用的操作

平台，硬件性能的大幅提高，使得基于掌上电脑的GPS应用日趋成熟，幷成为重要的GPS应用平台。另外，随着无线宽带通讯网在国内的开通，移动信息设备的信息传输问题得到解决，使得车辆导航产品及其它移动信息设备的信息服务支持也变得可行。

在美国、台湾、韩国等地，用掌上电脑作为便携式汽车导航仪，已取得不菲的市场业绩。美国的PDA大户PALM公司，把定位技术和个人信息管理PIM、通信功能集成在一起。Palm OS采用Garmin公司的GPS硬件和软件，研发和出售具有定位功能的手持设备，一机多用，具有便携式、多功能的特点。

在国内也有一些企业从事基于掌上电脑的导航系统的研发和生产，例如：北京城际高科、灵图软件科技有限公司、成都华好科技有限公司开发的产品也都已上市，但产品在性能、系统稳定性及实用性等方面有一定差别。总体上看，在定位导航的技术方面国内与国外水平相当，但是在数据建设、硬件整体配套等方面，国内外还存在一定的差距。

4、其他类型车载导航系统

汽车电子设备发展迅速，已经被集成到车辆结构中，作为复杂电路的组成部分，许多导航部件就被集成到娱乐设备中，与娱乐设备成为一体。例如车辆导航系统中的集成收发机模块可以设计成由AM/FM收音机、GPS、蜂窝电话和寻呼信号共用。许多可用的产品已经将导航和娱乐组合在一个平台上。Telepath100收音机能够引导用户到达目的地，同时仍然支持普通收音机的所有功能。美国福特公司的ＧＰＳ系统与车载收音机、电话集成在一起，用声音为司机指示方向。

车载导航系统的发展

据统计，全世界用于车载导航系统的蹲试?994年为1.8亿美元，比1993年增加了8 0％，从1995年到2000年平均每年的增长率达到60.8％。美国决策咨询公司所提出的一项报告表明，汽车导航系统代表了GPS的最大潜在市场。巨大的投入和政府的支持，使得导航市场出现了蓬勃发展的局面。在技术发展上，各种新技术广泛的应用于导航产品，使得导航产品丰富多彩。导航技术发展的动态和趋势主要体现在

以下几个方面：

1、硬件平台及定位技术多样化

导航产品的发展与硬件技术的发展是密不可分的，硬件技术的快速发展为车载导航产品提供了可实用的多种多样的平台，为满足不同用户的需求提供了现实基础。目前的导航产品已经形成了包括CAR-PC、车载CD-ROM/DVD、掌上电脑和其他多种多样平台的从高端到低端、能满足不同档次用户需求的产品系列。

定位是指确定地球表面上车辆的坐标。定位模块是车辆定位和导航所需要各种模块中最基本的模块。目前常用的定位技术主要有三种：独立定位技术、卫星定位技术和地面无线电定位技术。比较复杂的车载导航系统的实现通常需要集成多种定位技术，基于车辆航位推算（Dead Reckoning-DR）的一种自主式的车辆导航系统，它能利用陀螺及里程仪的传感信息来实时地记录和推算出当前的位置，具有短时间内精度高，但导航误差随时间积累的特点。

但是，利用多个子系统进行定位自然也增加了系统的复杂性。所以必须根据用户的不同需求来确定具体的系统功能及所采用的平台和技术。相信随着随着硬件平台和定位技术的不断发展，将会有更多更好的导航产品问世。导航产品将与汽车娱乐设备高度综合，"汽车音响"、"导航系统"、"电子信息"等这些相对独立的系统，在不远的将来将成为车载电子娱乐系统不可分割的一部分。

2、导航电子地图的标准化

地理空间数据对于地区、国家以至全球的经济增长、保持环境质量、推动社会进步有着十分显著的作用。对空间信息的获取、共享以及有效使用所带来的巨大经济和社会效益也是世界各国共同关心的。日本的导航电子地图标准KIWI、欧盟等国家和地区的GDF地理数据文件等都制定了相应的导航用电子地图的规范与标准，为导航系统及智能交通系统的建设提供了基础，加上这些国家和地区对地图数据采取开放政策，大大促进了导航市场的发展。

地理数据文件（GDF）是由欧洲标准化委员会（CEN）于1984年开始制定的，1996

年CEN/TC 278全体会议通过将GDF v .3.0作为欧洲的试用标准（ENV）。GDF是定义和交换数字道路数据库的标准，用于导航，目的是在不同用户、不同应用、不同系统和不同地方之间共享与道路网有关的地理信息，即实现互操作。它提供公共框架，以便生产用于车载导航系统和其它用途的数字道路图数据库，目前已经发展到4.0版本。

中国国家基础地理信息中心参照GDF正在制定适合中国国情的国家导航电子地图标准，在导航用空间数据库数据模型，数据收集、处理和维护方法等方面都有相应的规范，国家标准的出台必将大大促进中国车载导航产业的发展，对于中国ITS和LB S的发展也将具有重大的现实意义。

3、与智能交通系统的结合

智能交通系统将汽车、司机、道路及相关服务部门相互联系起来，使汽车在道路上的运行实现智能化，为出行的人们提供更多的便利。只有与智能交通系统相结合，实时获取道路的动态信息，才能为驾车人提供更好的导航服务。在车载导航系统应用比较成功的国家比如日本、德国等，其导航系统都是与城市交通系统结合很好的应用典范。车载导航产业作为ITS的重要组成部分，必将为ITS的发展做出应有的贡献，同时也会随着ITS的发展而使得自身得到普及。

随着中国国民经济的飞速发展，城市建设日新月异，大、中城市交通拥堵问题日益严重，从80年代开始，智能交通开始在美国、日本和欧洲推行，它充分利用现代化的通讯、定位、遥感以及地理信息系统、电子地图和相关技术来减少交通拥挤、提高交通流量、改善安全状况、利用路网资源并减少对环境的影响，从而改善地面交通运输条件的一项具有战略意义的工程。

4、无线通信技术的加入

欧洲Galileo研究报告称,至2005年,卫星导航应用市场的73%是在通讯领域, 无线通信及导航都是车辆必须的设备，它们共同构成了导航-通讯融合的乃维康技术(Na vi-Comm)。为了使这些技术更加实用化，由许多厂家将无线通信模块与导航系统进

行集成，使得导航系统具有了无线通讯功能。这样，不但能够提供语音导航服务，也能够提供数据服务。与城市交通信息系统的结合也是无线通信技术应用的主要方向之一，通过无线通讯可以实现行进中的信息查询及导航电子地图下载，使得导航系统向LBS服务方向转化。

目前车载导航系统的功能正在飞速提高。除了立体显示信息、通过硬盘驱动进行高速信息检索这些导航仪的基本功能外，接入因特网、与手机的连接等功能也越来越趋向大众化。下一代导航仪将被赋予车载LAN以及音响、空调等的控制功能，担负起CIS（Car Information System车载信息系统）中心的重任。

5、导航语音识别与合成技术

在定位与导航系统中实现非手动控制，语音是自然的人机接口，这对操纵方向盘的驾驶员来说特别重要。一般来说，人们说话的速度要比打字的速度快3倍。如果采用语音接口，对计算机的访问时间就可以缩短，而像触摸、按钮和键盘等都可以取消了。

语音识别是辨别声音信号以确定其语义；语音合成是从文本生成声音信号以把机器中的信息转换成语音与人交流。语音合成技术已经成为一种稳定技术，在车辆导航产品中也已经采用了语音识别技术，例如：AudioNav就是一个非确定人语音导航系统的例子。在车辆上装有语音引导系统能大大降低驾驶员对显示器的扫视时间和扫视频率，有助于提高驾驶安全性。

随着导航系统越来越人性化，现在导航系统中的语音提示内容越来越多，采用语音合成技术可减少语音文件的存储，并可适应动态提示的需要。如果视觉和语音设备都集成在车辆定位和导航系统中，二者如何进行最优组合才能达到最大的安全性以及对系统和对驾驶员都是最优的，是有待进一步研究的问题。

6、地图表现形式多样化

传统的二维平面式地图正在被新的更具表现力的三维地图所取代。目前已经出现了能够提供更丰富的内容和更美观界面的电子地图，这些系统不仅美观实用，而且提

供了人机交互的功能，可以随时获取和添加对用户有用的信息内容。

松下通信工业于日前发表了配备硬盘的3D车载导航系统"HD-navi CN-HD9000"。该系统内置大量使用三维的大容量地图数据，而且可以随时更新数据。拥有大容量的地图数据是该产品的特点，因此

（1）可以切换高精细立体地图的视角

（2）在城市附近的高速公路行驶时，可以用3D CG实时显示从车前窗看到的景色（3）可以立体显示城市高速公路入口处等。

另外，该系统的地图表现形式丰富多彩，例如根据时间及天气，立体地图会出现光线变暗或下雨，以及显示在地图中的道路两旁的树木根据季节开花、落叶等。

结束语

汽车导航产品需要强大的地理信息数据的支持，而地理信息数据服务在国际上普遍是本地化经营的，这就成为国外导航产品进入国内市场的一个瓶颈，如果国外产品要进入国内市场，也必须和本地的信息服务提供商进行合作。汽车导航系统有着非常好的市场前景，车载导航系统的发展可以促进中国地理信息数据产业及相关产业的发展，车载导航系统在当今中国有着千载难逢的发展机遇。