车载导航系统的研究现状及未来发展

汽车GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、滥测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。民用的定位精度可达10米内。

GPS车辆应用系统一般分为两大类：车辆跟踪系统和车辆导航系统。它们在功能上截然不同，一种是用于车辆的防盗，一种则是用于车辆的自主导航。由于“只接受，不发射”信号是GPS是接收系统的一大特点，所以用于防盗的GPS跟踪系统就是要借助通信网络以及政府配套系统给GPS车载防盗仪，提供收取使用费用的解决方案。

系统分类

车载导航系统按不同标准有不同的分类。从实现导航功能的角度主要分为两类：一类是自主式车载导航系统，其车辆定位与导航功能均由车载终端完成；另一类是中心决定式车载导航系统，其部分导航功能需要由控制信息中心来完成。

一自主式动态车载导航系统

又可以称为车载终端决定式的动态导航系统。该系统根据实时交通信息，在车载导航终端上进行路径规划和导航。

自主式动态车载导航系统结构框图

自主式动态车载导航系统三个子系统的结构组成及功能：

（1）控制信息中心子系统

控制信息中心子系统是所有车载子系统的控制和管理中心，由通信服务器、GIS服务器(电子地图数据库)、实时路况信息中心、应用服务器、中心接入服务器和指挥监控终端组成。这些设备主要提供接收目标车辆的定位信息、对路况信息数据进行融合、判断并发布实时交通信息和提供信息咨询服务。

（2）车载导航子系统

车载导航子系统主要由电子地图数据库、定位、路径规划、路径引导、无线通信等模块组成。电子地图数据库是其实现自主导航的基础；定位模块利用一种或多种定位技术(如GPS定位和DR航位推算定位等技术)通过地图匹配实现自车定位；路径规划模块可以按用户的不同要求(如最短路径、最小时间、最经济等)，根据实时交通信息和电子地图数据进行路径规划；路径引导模块根据已规划的路径实现导航。由于交通状态是变化的，路径规划模块计算出的路线也会随实时交通信息更新而不断修正。

（3）无线通信子系统

无线通信子系统为车载导航子系统和控制信息中心提供数据传输的无线通道，实现控制信息中心与车载导航子系统间的信息交互。一般采用无线通信网络、路侧红外信标、无线电信标等方式，还可以通过调频广播信号传输动态交通信息和其他服务信息。

二中心决定式动态车载导航系统

根据实时交通信息，对基于系统整体的多车辆进行路径规划，计算出每一个可能的起止点的最优或准最优路线供用户使用。

中心决定式动态车载导航系统结构框图

中心决定式动态车载导航系统在结构组成上基本与自主式动态车载导航系统类似，功能实现区别主要体现在控制信息中心子系统和车载导航子系统：

（1）控制信息中心子系统

控制信息中心子系统是所有车载子系统的控制和管理中心。主要提供接收目标车辆的定位信息、对路况信息数据进行融合、判断并发布实时交通信息、预测各路段行程时间、计算可能起止点的规划路径、进行平衡交通分配以及向一个或多个车辆提供引导和咨询的服务。

（2）车载导航子系统

车载导航子系统主要由定位、无线通信、路径引导等模块组成。车载子系统的主要功能是实现自车定位，传送自车定位信息至控制信息中心，然后接收控制信息中心传送的实时交通信息和满足用户需求的动态路线数据，然后实现行车导航，其本身不具备路径规划功能。

市场现状

中国车载导航从2003年开始起步，市场发展迅速。一方面，随着消费属性的变化，我国汽车已经从奢侈品、高档商品，逐渐演变成为普通的代步工具、交通工具。和世界其他国家相比，无论是汽车销售量绝对值还是增长速度，中国均遥遥领先；另一方面伴随着交通设施和路途环境的变化，全国路网路况日益复杂，尤其是城市交通严重拥堵，导航产品已经成为人们出行必不可少的功能服务。除了最基本的导航服务，车载导航系统还能提供娱乐等日渐丰富的增值服务，人们对汽车导航产品的依赖与日俱增。

车载导航系统产业链

车载导航是卫星导航最重要的应用之一，我国政府高度重视卫星导航应用产业的发展，将其作为促进产业结构优化升级的重要途径和手段，推出了系列产业政策鼓励车载导航产业的发展。

2008-2014年车载导航系统国家扶持政策

从2012年开始，我国乘用车销量一直稳步增长，是世界第一汽车生产国和消费国。目前我国汽车的销售量和增长速度均领先于世界上其它国家，2017年乘用车销量达到2471.83万台。由于整车出厂时加装车载导航系统可以增加汽车附加值，提升汽车品牌的竞争力，一些主流的中高端汽车厂商都已经开始在中国市场中投放前装车载导航车型。因此汽车产业巨大的增量势必带来前装车载导航市场的爆发式增长。

2016Q1-2018Q1中国前装车载导航市场出货量(万台)

2015年中国后装导航销量达到1105万台，渗透率仅为40%，在未来几年国内后装市场仍有较大的增长潜力。其次，根据公安部统计数据2017年底全国汽车保有量达到3.1亿辆也给后装市场添加了大量的潜在市场空间。但随着未来我国前装渗透率进一步提升，后装市场必定会受到挤压，因此我国主流后装车载导航企业纷纷往前装市场发展，争取进入前装市场。

2009-2015中国后装车载导航市场出货量(万台)

技术现状及前景

一现状

目前，新型的导航方式为网络导航。所谓网络导航，是指借助于现代移动通信技术，将交通路况、小区气象、突发事件等即时信息融入导航计算中，并依据计算结果为用户提供实时道路指引。网络导航的核心是即时信息的引入，特征是获得专业的综合信息运营服务提供商支持。国外网络导航技术以美国、欧洲和日本为代表，起步较早，已经建成一些具有网络导航特征的系统投入使用。从整体上看，国内网络导航运营服务体系正处于积极培育阶段。可以预见，在不久的将来，将会得到大规模推广应用，迎来网络导航新时代。

随着我国交通和汽车工业的快速发展，对网络导航的需求越来越迫切。特别是一些城市的交管部门，已着手建设以提供实时交通路况信息发布、电子站牌、车流量统计和疏导等为目的的软硬件平台，为网络导航的发展打下基础。经过几年的努力，网络导航所涉及的主要关键技术，包括动态信息的编码标准、接入、管理，以及与道路拓扑数据的融合计算等关键技术取得了突破性进展。近两年，中国航天、中国卫星通信以及基础电信运营商等国有大型集团企业，也都开始切入网络导航服务领域。这些企业的进入，必将对网络导航的发展产生有力的拉动作用。网络导航最直观的应用是国内智能交通方面，从静态的交通管制、道路维护信息，到提供基于交通流分析的实时动态交通信息和交通动态预测分析，以及互联网发布实时监控影像。

二前景

目前我国的汽车导航技术与国外其他国家相比还存在一定的差距，因此在该技术方面还存在较大的发展空间。本文认为汽车导航技术未来的发展趋势主要体现在以下几个方面。

（1）集成式的导航技术

在传统的汽车导航技术中，主要是采用嵌入式技术，但是目前集成式的导航技术正在进普及。集中式导航技术不仅仅包括导航技术，而且还能够为驾驶员提供其他服务，例如:音乐播放服务、视频音频的服务、小区广播的服务等等，从而还可以利用集成式的导航技术连接到互联网中，进而能够实时地从网络中获取各种信息和娱乐方式。

（2）购买人群增加，价格降低

汽车导航技术在我国的不断发展，能够更好地促进相关技术的更新，使得与汽车导航技术相关的设备能够批量化生产。

（3）汽车导航技术的灵活性增加

在未来汽车导航技术可能仅仅作为车辆系统中的一个软件存在，因此在使用汽车导航技术的过程中，能够享受更多的灵活性，主要体现在以下几个方面:第一，市场上存在多种汽车导航技术和相关产品，用户可以根据自己的爱好进行选择，而不是在购买汽车的时候就决定了使用哪种汽车导航产品；第二，随着汽车导航技术的不断发展，用户需要不断更新相关的技术，才能够享受汽车导航的更多功能。

总结与建议Discovery

着眼国内城市交通基础设施建设总体水平较低和静态车载导航系统市场应用较为成熟的现实，通过与前文对两类动态车载导航系统的介绍和比较，要改进和完善实时路况信息的采集、数据融合处理和信息发布技术，当务之急是建立实时动态交通信息系统。网络化、语音化、视频化的实时交通信息融合诸如气象、停车场信息等信息资源，能为驾驶员提供可靠的辅助驾驶信息。

其次是在实时动态信息系统的基础上开发自主式动态车载导航系统，重点解决基于当前实时路况信息的路段交通流参数预测和基于路段交通流预测参数的动态路径优化算法等关键技术，初步实现车载导航终端的自主路线规划与行车诱导功能；最后，在完善自主式动态车载导航系统的基础上升级实现中心决定式动态车载导航系统,实现基于整个城市交通路网交通预测和平衡功能，发挥城市交通路网的最大功能。