语音导航系统毕业设计

编号_本科生毕业设计语音导航系统Voice Navigation System学 生 姓 名专 业学 号指 导 教 师分 院2016 年 6 月毕业设计摘 要众所周知，近年来尤其是进入 21 世纪，汽车工业已成为世界的支柱产业，汽车在日常生活和工作中起的作用也越来越突出。而如何实现各类车辆的有效指挥、协调控制和管理已经成为交通运输和安全管理部门面临的一个重要问题，路径规划系统是根据 GPS 车载导航系统的需要开发的。本论文详细介绍了 GPS 车载导航系统的组成、功能、实现过程、路径规划算法以及 SuperMap 地理信息系统的功能。并以 SuperMap为开发平台，在路径规划系统中实现了地图的基本操作。本文重点研究了车载导航系统的路径规划问题。综合考虑并比较了了多种最短路径选择算法。在原始 Dijkstra 算法的基础上提出了改进，节省了很大的存储空间，提高了效率。关键词：GPS GIS 车载导航系统 路径规划 Dijkstra算法毕业设计ABSTRACTAs everyone knows, especially entering 21st century in recent years, the auto industry has already become the pillar industry of the world, it is more and more outstanding that the automobile function in the daily life and work. How to realize the effective conduct and control in harmony and manage of all kinds of vehicles, which already become an important problem that communication and transportation and safe administrative department have faced, the Route-Planning system is developed for the Vehicle navigation System. The structure, function and the realization of the whole system are demonstrated in detail in this thesis. The GIS(Geographic Information System) theory is introduced.By using SuperMap software as a supporting platform, basic operation of map are realized. The algorithms of Route Planning are discussed in detail. Think over and compare many shortest path algorithms and present a improved algorithm based on the original Dijkstra algorithm in this thesis . It saves memory space and increases efficiency.Keywords: GPS GIS Vehicle navigation System Route-Planning Dijkstra algorith毕业设计目 录绪 论 .1第一章 GPS 车载导航系统体系结构与关键技术 .21.1 车载导航系统的产生与发展 .21.2 车载导航系统总体结构与关键技术 .21.2.1 总体结构 .21.2.2 关键技术 .31.3 车载导航系统结构分析 .31.4 系统的功能要求 .41.5 系统技术要求 .41.6 路径规划子系统的总体框架 .5第二章 SuperMap GIS 简介 .62.1 SuperMap Deskpro 的概述 .62.2 SuperMap Objects 的概述 .62.3 SuperMap 中数据组织的基本概念 .72.3.1 工作空间（Workspace ） .72.3.2 数据源(Datasource) .82.3.3 数据集(Dataset) .82.3.4 图层 .82.3.5 地图 .82.3.6 布局与资源 .92.3.7 记录集 .92.3.8 上述概念之间的关系 .92.4 SuperMap Objects 空间数据引擎 .10第三章 路径规划子系统的分析与设计 .113.1 系统简介 .113.2 系统体系结构设计 .123.3 路径规划算法的设计 .133.3.1 现有的路径规划算法 .133.3.2 经典 Dijkstra 算法 .133.3.3 kstra 算法 .14第四章 路径规划子系统的实现 .164.1 地图的制作 .164.2 路网拓扑处理 .17毕业设计I4.3 系统界面程序设计 .184.4 地图显示与浏览操作 .194.5 路径规划程序设计 .194.5.1 路径规划模块的实现 .194.5.2 最短路径算法实现 .204.5.3 程序运行结果 .20结 论 .22参考文献 .24致 谢 .25毕业设计0绪 论自 20 世纪后期以来，随着全球经济的深入发展，世界各国城市（尤其是大城市）的人口和车辆持续增长，由于交通拥挤而造成的损失随之逐年增加。因而各国竞相投资修建交通设施，试图解决这一问题。但是车辆的增长速度远远高于道路和其他交通设施的增长速度，由此带来的有目共睹的事实是道路交通系统的复杂性和拥挤度的与日俱增。近年来人们已经逐渐认识到单纯依靠增加道路基础设施建设不可能从根本上解决车辆的快速增长与交通设施滞后之间的突出矛盾。只有在计算机、信息和通讯等高科技手段的辅助下充分利用现有的道路基础设施，才是合理可行的方法。由此出现了建设智能交通系统（Intelligent Transportation System, ITS）的热潮。事实上，建立现代化的交通系统，已经成为国家现代化的重要标志之一。与此相关的一系列方法与技术也成为当今计算机科学、地理信息科学等相关学科中的研究重点和热点。ITS 是一个复杂的巨系统，包含了众多的子系统，其中车载导航系统是最为重要的子系统之一，具有极大的市场前景和发展潜力。车载导航系统的研制开发可以划分为相互关联的技术模块，其中的路径规划是其他功能模块运行的基础，包含了车载导航系统中的很多关键技术。由于车载导航系统对道路网络建模、实时路径计算等方面有着特别的要求，在学术、技术上还存在着许多没有完全解决的问题。本文就是重点研究了车载导航系统的路径规划问题。毕业设计1第一章 GPS 车载导航系统体系结构与关键技术1.1 车载导航系统的产生与发展在人类的文明史上，车载导航系统（VNS vehicle Navigation System）的研究和发展已有相当长的历史，最早可以追溯到公元前 2600 年以前的指北车和航海家通过观测星空来引导船。随着科学技术的高度发展，将先进的信息处理技术、数据通信技术、电子控制技术及计算机处理等技术集于一体的智能交通系统的研究是 21 世纪现代运输管理体系的模式和发展方向。卫星定位技术（GPS） 、地理信息系统（GIS） 、遥感技术（RS） 、数据库技术、计算机网络技术等科技技术的出现，为我们新型城市交通管理系统提供了有效的技术解决手段。目前对车辆导航系统的研究主要在北美和欧洲以及亚洲的日本等经济发达、交通拥挤的国家，他们都投入了巨资进行研究。美国最早于 60 年代末就提出开发具有无线路径引导能力的导航系统来疏导交通，但由于资金问题没有实现。终于在 80 年代中期相继把先进的导航产品投入市场。它每年用于车辆导航系统的实验和部署经费为几万美元。如：历时 6 年、花费几千万美元的测试动态路径导航的 ADVANCE 实验运行系统。日本也于 80 年代推出了各种导航器，并在 96 年推出了用调频广播和车载手机与中心联系的导航系统，用于交通数据的采集和发布。欧洲也大量推出了自己的导航产品。我国车载导航系统的发展始于二十世纪八十年代末期，在自主引导型车载导航系统方面还没有成熟。但监控管理型的导航产品已经趋于成熟和实用。目前国内大约有几十家科学研究单位和公司在从事这方面的探索。可以说，GPS 导航定位在公交、交通系统中的应用前景是非常广阔的。在开发车辆导航应用的同时，也将带动与其相关的通信技术、信息技术、控制技术、多媒体技术和计算机应用技术的发展。1.2 车载导航系统总体结构与关键技术1.2.1 总体结构车载导航系统是由 GPS 终端、车载计算机、显示器、导航软件及 GIS 软件等组成如图 1.1 所示。主要包括：（1）GPS 接受机，它接受卫星定位信号，确定当前车辆所处的经纬度信息。其主要功能是采集实时的位置信息，进行自身定位，为交通管理提供数据。 （2）电脑，结合编程技术及地图数据，为用户提供多种媒体信息服务。（3）GIS 电子地图，把地理数据以图形的方式显示出来，提供多种地图服务，提供用户一个直观、清晰的界面。 （4）车载手机、寻呼机，提供与控制中心的通信手段，毕业设计2接受、发送各种数据、命令、请求和服务信息。GIS 软件DBMS 软件空间数据库属性数据库电子地图数据库GPS 终端车载计算机导航软件GPS 终端图 1.1 车载导航系统总体结构1.2.2 关键技术数字地图：也称电子地图，是一个矢量化的地图，即该地图中应该包括地图上的基本对象的属性数据。它是 GPS 导航系统和 GIS 的数据基础。典型的数字地图的标准格式有 MapInfo 的 MIF/MID 文件，AutoCAD 的 DXF 文件等。地图匹配：是一种通过软件方法，校正无线导航或航位推算定位误差的技术。该技术以模式识别理论为依据，基于“车辆始终行驶在道路上”的假设，通过找到车辆所在的道路，计算出准确的车辆位置，也就是说，当推算定位指示车辆在地图上的某一位置时，车辆位置可以被调整到地图上的绝对位置。这样做会消除累积误差，直到下一次地图匹配步骤。在每一个连续的系统周期中完成这个过程，就能实时得到更准确的车辆位置。路径规划：路径规划是指在旅行前或旅行中为驾驶员提供参考行驶路线和驾驶引导的过程,是车辆定位与导航系统的基本功能之一。路径规划是基于城市道路网图的基础上, 在车辆行驶前或行驶中规划最佳行驶路径的过程，为满足实际要求, 路径规划应具有快速性和最佳性。1.3 车载导航系统结构分析车载导航系统主要由 6 个功能模块组成，即：定位模块：通过采用全球定位系统（GPS）技术实现车辆定位。数字地图数据库模块：负责存储数字地图信息。它主要包括支持电子地图显示的地图数据库及用于路径引导的道路特征数据库，是定位、导航功能的基础。地图匹配模块：把测量到的 GPS 信息定位数据或从定位模块获取到的位置（轨迹）与地图数据库所提供的基于地图的位置（路径）进行匹配，来显示车辆的地图位置。毕业设计3路径规划模块：帮助司机在运行中，根据地图数据库模块所提供的地图，按一定的条件( 如最短行驶距离或时间) 快速生成任意两点之间的最佳驾驶路线。如果有条件利用实时的交通信息, 还应对驾驶路线作及时调整以适应交通状况。路径导航模块：指挥司机沿着由路径规划模块计算出的路线，并通过定位系统引导车辆行驶。路径行驶包括两个任务：一是行驶指令的产生，任务是产生一个规划路径跟踪所遵循的行驶指令列表。二是规划跟踪，任务是紧密监视车辆处于路段上的位置。这些信息通过人机接口，以特殊的视、听指令加以解释，以提供给司机。无线通信模块：可进一步改进系统的性能增加系统的功能，通过一个或多个不同的通信手段（手机、寻呼机等） ，车载系统或交通管理系统能够接受实时交通信息或报告，去辅助车辆定位和导航，以促进车载系统或整个公路网络工作的更加安全有效。1.4 系统的功能要求车载导航系统的主要功能有：1. 位置定位功能：利用全球定位系统( GPS) 获取定位信息并与电子地图进行匹配, 以决定车辆的当前所在位置并用图形化方式显示。 2. 最优路径搜索功能：根据用户在地图上选取的任意目标，系统将进行实时计算，按要求规划从出发地到目的地的最优驾驶路线，并以醒目的方式将搜索结果显示在电子地图上。3. 地图浏览功能：地图的浏览包括缩放、移动等。用户可以在一定的放大级别下对地图进行缩放及移动浏览。4. 信息查询功能：为用户提供主要目标的查询，如学校、宾馆、医院、道路等，用户能够在电子地图上根据需要进行查询。查询资料可用文字、语言及图像形式显示，并在电子地图上显示其位置。车载导航系统是一个把先进的全球卫星定位技术、地理信息技术、数据库技术、多媒体技术和现代通信技术综合在一起的高科技系统，能够实时、高效地向驾驶员提供多种重要信息, 具有很强的实用价值和广阔的市场前景。1.5 系统技术要求1硬件平台 台式电脑或便携式电脑2操作系统 Windows20003GIS 开发平台 SuperMap Objects 2003毕业设计44地图编辑工具 SuperMap Deskpro 20035开发工具 Delphi 6数据库平台 Microsoft SQL Server7电子地图 镇江市电子地图8通信设备 GSM 手机，寻呼机1.6 路径规划子系统的总体框架本课题的核心目标