車載導航系統的研究現狀及未來發展

汽車GPS導航系統是以全球24顆定位人造衛星為基礎，向全球各地全天候地提供三維位置、三維速度等信息的一種無線電導航定位系統。它由三部分構成，一是地面控制部分，由主控站、地面天線、濫測站及通訊輔助系統組成。二是空間部分，由24顆衛星組成，分布在6個軌道平面。三是用戶裝置部分，由GPS接收機和衛星天線組成。民用的定位精度可達10米內。

GPS車輛應用系統一般分為兩大類：車輛跟蹤系統和車輛導航系統。它們在功能上截然不同，一種是用于車輛的防盜，一種則是用于車輛的自主導航。由于“只接受，不發射”信號是GPS是接收系統的一大特點，所以用于防盜的GPS跟蹤系統就是要借助通信網絡以及政府配套系統給GPS車載防盜儀，提供收取使用費用的解決方案。

系統分類

車載導航系統按不同標準有不同的分類。從實現導航功能的角度主要分為兩類：一類是自主式車載導航系統，其車輛定位與導航功能均由車載終端完成；另一類是中心決定式車載導航系統，其部分導航功能需要由控制信息中心來完成。

一自主式動態車載導航系統

又可以稱為車載終端決定式的動態導航系統。該系統根據實時交通信息，在車載導航終端上進行路徑規劃和導航。

自主式動態車載導航系統結構框圖

自主式動態車載導航系統三個子系統的結構組成及功能：

（1）控制信息中心子系統

控制信息中心子系統是所有車載子系統的控制和管理中心，由通信服務器、GIS服務器(電子地圖數據庫)、實時路況信息中心、應用服務器、中心接入服務器和指揮監控終端組成。這些設備主要提供接收目標車輛的定位信息、對路況信息數據進行融合、判斷并發布實時交通信息和提供信息咨詢服務。

（2）車載導航子系統

車載導航子系統主要由電子地圖數據庫、定位、路徑規劃、路徑引導、無線通信等模塊組成。電子地圖數據庫是其實現自主導航的基礎；定位模塊利用一種或多種定位技術(如GPS定位和DR航位推算定位等技術)通過地圖匹配實現自車定位；路徑規劃模塊可以按用戶的不同要求(如最短路徑、最小時間、最經濟等)，根據實時交通信息和電子地圖數據進行路徑規劃；路徑引導模塊根據已規劃的路徑實現導航。由于交通狀態是變化的，路徑規劃模塊計算出的路線也會隨實時交通信息更新而不斷修正。

（3）無線通信子系統

無線通信子系統為車載導航子系統和控制信息中心提供數據傳輸的無線通道，實現控制信息中心與車載導航子系統間的信息交互。一般采用無線通信網絡、路側紅外信標、無線電信標等方式，還可以通過調頻廣播信號傳輸動態交通信息和其他服務信息。

二中心決定式動態車載導航系統

根據實時交通信息，對基于系統整體的多車輛進行路徑規劃，計算出每一個可能的起止點的最優或準最優路線供用戶使用。

中心決定式動態車載導航系統結構框圖

中心決定式動態車載導航系統在結構組成上基本與自主式動態車載導航系統類似，功能實現區別主要體現在控制信息中心子系統和車載導航子系統：

（1）控制信息中心子系統

控制信息中心子系統是所有車載子系統的控制和管理中心。主要提供接收目標車輛的定位信息、對路況信息數據進行融合、判斷并發布實時交通信息、預測各路段行程時間、計算可能起止點的規劃路徑、進行平衡交通分配以及向一個或多個車輛提供引導和咨詢的服務。

（2）車載導航子系統

車載導航子系統主要由定位、無線通信、路徑引導等模塊組成。車載子系統的主要功能是實現自車定位，傳送自車定位信息至控制信息中心，然后接收控制信息中心傳送的實時交通信息和滿足用戶需求的動態路線數據，然后實現行車導航，其本身不具備路徑規劃功能。

市場現狀

中國車載導航從2003年開始起步，市場發展迅速。一方面，隨著消費屬性的變化，我國汽車已經從奢侈品、高檔商品，逐漸演變成為普通的代步工具、交通工具。和世界其他國家相比，無論是汽車銷售量絕對值還是增長速度，中國均遙遙領先；另一方面伴隨著交通設施和路途環境的變化，全國路網路況日益復雜，尤其是城市交通嚴重擁堵，導航產品已經成為人們出行必不可少的功能服務。除了最基本的導航服務，車載導航系統還能提供娛樂等日漸豐富的增值服務，人們對汽車導航產品的依賴與日俱增。

車載導航系統產業鏈

車載導航是衛星導航最重要的應用之一，我國政府高度重視衛星導航應用產業的發展，將其作為促進產業結構優化升級的重要途徑和手段，推出了系列產業政策鼓勵車載導航產業的發展。

2008-2014年車載導航系統國家扶持政策

從2012年開始，我國乘用車銷量一直穩步增長，是世界第一汽車生產國和消費國。目前我國汽車的銷售量和增長速度均領先于世界上其它國家，2017年乘用車銷量達到2471.83萬臺。由于整車出廠時加裝車載導航系統可以增加汽車附加值，提升汽車品牌的競爭力，一些主流的中高端汽車廠商都已經開始在中國市場中投放前裝車載導航車型。因此汽車產業巨大的增量勢必帶來前裝車載導航市場的爆發式增長。

2016Q1-2018Q1中國前裝車載導航市場出貨量(萬臺)

2015年中國后裝導航銷量達到1105萬臺，滲透率僅為40%，在未來幾年國內后裝市場仍有較大的增長潛力。其次，根據公安部統計數據2017年底全國汽車保有量達到3.1億輛也給后裝市場添加了大量的潛在市場空間。但隨著未來我國前裝滲透率進一步提升，后裝市場必定會受到擠壓，因此我國主流后裝車載導航企業紛紛往前裝市場發展，爭取進入前裝市場。

2009-2015中國后裝車載導航市場出貨量(萬臺)

技術現狀及前景

一現狀

目前，新型的導航方式為網絡導航。所謂網絡導航，是指借助于現代移動通信技術，將交通路況、小區氣象、突發事件等即時信息融入導航計算中，并依據計算結果為用戶提供實時道路指引。網絡導航的核心是即時信息的引入，特征是獲得專業的綜合信息運營服務提供商支持。國外網絡導航技術以美國、歐洲和日本為代表，起步較早，已經建成一些具有網絡導航特征的系統投入使用。從整體上看，國內網絡導航運營服務體系正處于積極培育階段?？梢灶A見，在不久的將來，將會得到大規模推廣應用，迎來網絡導航新時代。

隨著我國交通和汽車工業的快速發展，對網絡導航的需求越來越迫切。特別是一些城市的交管部門，已著手建設以提供實時交通路況信息發布、電子站牌、車流量統計和疏導等為目的的軟硬件平臺，為網絡導航的發展打下基礎。經過幾年的努力，網絡導航所涉及的主要關鍵技術，包括動態信息的編碼標準、接入、管理，以及與道路拓撲數據的融合計算等關鍵技術取得了突破性進展。近兩年，中國航天、中國衛星通信以及基礎電信運營商等國有大型集團企業，也都開始切入網絡導航服務領域。這些企業的進入，必將對網絡導航的發展產生有力的拉動作用。網絡導航最直觀的應用是國內智能交通方面，從靜態的交通管制、道路維護信息，到提供基于交通流分析的實時動態交通信息和交通動態預測分析，以及互聯網發布實時監控影像。

二前景

目前我國的汽車導航技術與國外其他國家相比還存在一定的差距，因此在該技術方面還存在較大的發展空間。本文認為汽車導航技術未來的發展趨勢主要體現在以下幾個方面。

（1）集成式的導航技術

在傳統的汽車導航技術中，主要是采用嵌入式技術，但是目前集成式的導航技術正在進普及。集中式導航技術不僅僅包括導航技術，而且還能夠為駕駛員提供其他服務，例如:音樂播放服務、視頻音頻的服務、小區廣播的服務等等，從而還可以利用集成式的導航技術連接到互聯網中，進而能夠實時地從網絡中獲取各種信息和娛樂方式。

（2）購買人群增加，價格降低

汽車導航技術在我國的不斷發展，能夠更好地促進相關技術的更新，使得與汽車導航技術相關的設備能夠批量化生產。

（3）汽車導航技術的靈活性增加

在未來汽車導航技術可能僅僅作為車輛系統中的一個軟件存在，因此在使用汽車導航技術的過程中，能夠享受更多的靈活性，主要體現在以下幾個方面:第一，市場上存在多種汽車導航技術和相關產品，用戶可以根據自己的愛好進行選擇，而不是在購買汽車的時候就決定了使用哪種汽車導航產品；第二，隨著汽車導航技術的不斷發展，用戶需要不斷更新相關的技術，才能夠享受汽車導航的更多功能。

總結與建議Discovery

著眼國內城市交通基礎設施建設總體水平較低和靜態車載導航系統市場應用較為成熟的現實，通過與前文對兩類動態車載導航系統的介紹和比較，要改進和完善實時路況信息的采集、數據融合處理和信息發布技術，當務之急是建立實時動態交通信息系統。網絡化、語音化、視頻化的實時交通信息融合諸如氣象、停車場信息等信息資源，能為駕駛員提供可靠的輔助駕駛信息。

其次是在實時動態信息系統的基礎上開發自主式動態車載導航系統，重點解決基于當前實時路況信息的路段交通流參數預測和基于路段交通流預測參數的動態路徑優化算法等關鍵技術，初步實現車載導航終端的自主路線規劃與行車誘導功能；最后，在完善自主式動態車載導航系統的基礎上升級實現中心決定式動態車載導航系統,實現基于整個城市交通路網交通預測和平衡功能，發揮城市交通路網的最大功能。