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第1章 绪论1

1.1 研究背景和意义1

1.2 车辆导航和定位的发展简史3

1.3 现代车辆导航定位技术现状和发展方向8

1.3.1 现代车辆导航定位系统组成及功能8

1.3.2 现代车辆导航定位系统面临的现实技术问题10

1.3.3 现代车辆导航定位技术的发展方向11

1.3.4 现代车辆导航定位系统的研究意义13

参考文献14

第2章 车辆导航及其相关技术的基本理论16

2.1 GNSS定位基本原理16

2.2 航位推算的基本原理19

2.3 GIS简介21

2.3.1 GIS的定义及组成21

2.3.2 GIS的历史发展过程23

2.3.3 GIS的现状和发展方向24

2.4 空间坐标及变换技术26

2.4.1 坐标的定义26

2.4.2 GPS坐标系与GIS坐标系的变换关系27

2.4.3 地球投影变换28

2.4.4 大地直角坐标和大地坐标的变换30

2.4.5 不同坐标系的相互转换31

2.5 地图匹配原理32

2.6 Kalman滤波35

2.6.1 最小方差估计35

2.6.2 Kalman滤波35

2.6.3 Kalman滤波方程36

2.6.4 离散Kalman滤波的计算流程37

2.7 当前车辆导航技术的比较38

参考文献40

第3章 面向车辆导航的GIS模型与系统42

3.1 面向车辆导航的GIS-VNGIS简介42

3.1.1 将GIS引入车载导航系统中的意义42

3.1.2 VNGIS的研究现状和发展方向44

3.1.3 VNGIS的数据需求46

3.2 基于OR模型的VNGIS系统设计和构造48

3.2.1 空间数据库管理技术的面向对象管理48

3.2.2 VNGIS中空间数据库模型50

3.2.3 空间地物的对象关系映射54

3.2.4 基于OR模型的VNGIS的系统框架58

3.3 定位信息轻量级报文分类器60

3.3.1 软件架构设计61

3.3.2 单报文基本匹配器设计62

3.3.3 多报文有限状态分类器设计64

参考文献66

第4章 面向车辆导航的空间数据库生成方法70

4.1 面向车载导航的数字地图概述70

4.1.1 数字地图与车辆导航系统70

4.1.2 数字地图概念模型70

4.1.3 数字地图的标准化71

4.1.4 数字地图生成一般流程72

4.1.5 数字地图生成中的核心技术问题73

4.2 基于道路节点连接的道路网模型及其自动生成算法73

4.2.1 基于节点连接网络模型73

4.2.2 道路网络的数据库自动生成算法75

4.2.3 预处理求交算法讨论78

4.2.4 算法复杂度分析79

4.3 基于道路外轮廓的路心线自动生成算法79

4.3.1 路心线自动生成的意义79

4.3.2 轮廓插值和路心线生成算法80

4.3.3 道路网络跟踪算法87

4.3.4 道路网络的路口形式分析89

4.3.5 基于DP算法的路心线精简90

4.3.6 算法的改进和存在的问题92

4.3.7 结论93

4.4 考虑了误差的轮廓自动搜索算法93

4.4.1 概述93

4.4.2 关键点及连接实体集的建立94

4.4.3 获取轮廓的初始边界或初始搜索关键点95

4.4.4 搜索和回溯95

4.4.5 轮廓的最终获取96

4.4.6 一些算法的改进和讨论96

4.5 数字地图空间实体的几何和拓扑校正算法97

4.5.1 空间数据误差及其分类97

4.5.2 典型的数字地图误差98

4.5.3 几何校正算法99

4.5.4 拓扑校正算法100

4.5.5 说明103

4.6 逻辑分幅物理统一的面向大区域导航的SLDM组织初探103

4.6.1 概述103

4.6.2 SLDM的逻辑模型103

4.6.3 SLDM的存储方法105

4.6.4 SLDM实验107

4.7 车辆导航道路网络数据库自动生成应用实例及总结108

参考文献110

第5章 地图匹配的基本理论与方法112

5.1 研究现状112

5.2 基于位置概率估计的地图匹配方法113

5.2.1 概述113

5.2.2 基于概率估计的地图匹配算法的统一数学模型114

5.2.3 基于概率估计的地图匹配算法的几何描述116

5.2.4 基于概率估计地图匹配的统一数学模型和流程118

5.3 基于Gauss白噪声模型的位置概率估计地图匹配算法119

5.3.1 基本模型119

5.3.2 无限长直线道路的估计120

5.3.3 有限长线性道路的估计123

5.3.4 样条道路的地图匹配估计124

5.3.5 面向道路网络的地图匹配算法126

5.4 光栅数字地图的地图匹配算法探讨130

5.5 N维空间的改进地图匹配算法132

5.5.1 基本定义与假设132

5.5.2 改进一——考虑了角度误差的概率位置估计算法132

5.5.3 改进二——对道路网络模型缺陷的算法改进136

5.5.4 改进三——基于先验知识数值化加权模型的改进概率估计139

5.5.5 高维数字道路网络的匹配展望142

5.6 基于LSA的定位信息有色噪声提取143

5.6.1 概述143

5.6.2 短时误差模型和定位数据的白噪声化143

5.6.3 实用模型147

5.6.4 模型可计算分析148

5.7 基于Kalman滤波的有色噪声提取方法150

5.7.1 车辆动态模型概述150

5.7.2 地图匹配Kalman滤波器的状态方程建立151

5.7.3 地图匹配观测方程152

5.7.4 模型可计算性分析153

5.7.5 实用模型156

5.8 基于字符串模糊匹配的道路识别算法157

5.8.1 基于模式匹配的地图匹配算法概述157

5.8.2 道路网络和行驶轨迹的字符串化161

5.8.3 可选道路对的选择和位置估计163

5.8.4 改进一——非均匀角度字符串化164

5.8.5 改进二——长度空间的匹配165

5.8.6 角度空间混淆165

5.8.7 基于位置相关的地图匹配算法167

参考文献168

第6章 面向地图匹配算法的数字地图误差分析及对策170

6.1 道路网络数据库对车辆导航性能影响170

6.2 数字地图和导航系统性能分析171

6.2.1 失配与误配171

6.2.2 两种误差对地图匹配算法性能的影响172

6.2.3 道路网络模型对地图匹配精度的影响173

6.2.4 数字地图精度和算法敏感性175

6.2.5 其他因素对地图匹配算法的影响176

6.3 道路网络数据库制作的标准化和规范化问题177

6.3.1 规范化的重要性177

6.3.2 特殊案例177

6.3.3 道路网络数据库制作标准化和规范化的意义180

6.3.4 道路网络数据库制作标准化和规范化的目的180

6.3.5 道路网络数据库制作标准化与规范化的原则180

6.4 解决道路网络结构缺陷的方法183

6.4.1 间接拓扑关系法183

6.4.2 虚拟节点法184

参考文献189

第7章 GPS／DR／MM组合定位理论与方法191

7.1 GPS／DR组合定位191

7.1.1 GPS对DR的校正192

7.1.2 DR对GPS的校正193

7.1.3 GPS／DR信息切换195

7.2 DR／MM组合定位197

7.2.1 航位推算中角度误差和里程误差对车辆位置精度的影响197

7.2.2 基于DR／MM的改进的概率估计地图匹配算法199

7.2.3 DR累积误差实时修正算法201

7.3 GPS／DR／MM组合定位208

7.3.1 实时辨识GPS多径误差209

7.3.2 神经元实时辨识GPS多径误差210

参考文献214

第8章 GPS／DR／MM车载组合导航系统在香港的应用215

8.1 城市车辆定位的特点215

8.2 GPS／DR／MM车载组合定位系统简介217

8.2.1 主要功能217

8.2.2 工作原理217

8.2.3 系统设计220

8.2.4 硬件设计222

8.2.5 软件设计223

8.3 参数标定与数字地图制作224

8.3.1 DR系统参数标定与校正224

8.3.2 导航数据库制作240

8.4 GPS／DR／MM组合定位技术在香港的测试与应用242

8.4.1 概述242

8.4.2 小规模GPS／DR／MM定位实验246

8.4.3 较大规模GPS／DR／MM定位实验247

8.4.4 部署及日常应用252

索引254