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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