车载GPS定位技术与应用习题

GPS定位技术与应用习题及资料1、什么是道路交通系统？具有什么样的特点答：由人、车、路、环境四大要素组成的一个总体称为道路交通系统特点：系统性； 开放性； 动态性； 突变性； 非线性2、解决交通问题，除了新建必要的道路，完善路网布局，加强对现有道路的管理，从全局和长远来看，主要的对策是什么？答：大力发展高效、安全的公共交通系统。 积极研发低污染、低能耗的新型汽车。 积极发展新一代智能交通系统（ITS）。借助于计算机、通信和控制等高新技术的应用，通过信息的沟通与连接，使现有交通系统有效地整合，以改善人、车、路等交通要素之间的互动关系，从而形成一种准确、高效、安全的综合运输系统。 坚持土地规划、开发与交通规划、建设相协调，将土地利用、道路建设与环境保护统一在系统中研究、以路网容量和环境容量作为土地利用的约束条件加以分析，有机地协调三者之间的关系，确保道路交通的可持续发展。3、什么是ITS？ 答：ITS（IntelligentTransportationSystems）即智能交通系统是在较完善的道路设施基础上，将先进的电子技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术集成运用于地面交通管理所建立的一种实时、准确、高效、大范围、全方位发挥作用的交通运输管理系统。它是充分发挥现有交通基础设施的潜力，提高运输效率，保障交通安全，缓解交通拥挤的有力措施。4、ITS的主要功能有哪些？ 答：顺畅功能：增加交通的机动性，提高运营效率；提高道路网的通行能力，提高设施效率；调控交通需求。安全功能：提高交通的安全水平，降低事故的可能性/避免事故；减轻事故的损害程度；防止事故后灾难的扩大。环境功能：减轻堵塞；低公害化，降低汽车运输对环境的影响。 5、目前国际上公认的ITS的服务领域有哪些？答：先进的交通信息服务系统（ATIS）； 先进的交通管理系统（ATMS）先进的公共交通系统（APTS）； 先进的车辆控制系统（AVCS）货运管理系统（MMS）； 紧急救援系统（EMS） 电子收费系统（ETC）6、ITS智能化的特点体现在哪些方面？答：交通基础设施智能化； 交通工具智能化； 交通系统智能化7、标准化研究对ITS发展的有什么作用，表现在什么方面？答：标准化研究对ITS的发展有很大的促进作用，主要表现在以下几点：经济性。不仅带给用户很大的经济性(如便于维护、避免重复投资等)，对设备供应商也同样具有经济性(如扩大市场)。互操作性。包括设备（软、硬件）的互换性与兼容性，实现信息共享性。用户设备获取。有了全国性或全球性标准，用户采购设备就有了很大的自由，而不用局限于某一厂商，对于一些小国或地区更是至关重要。8、国际ITS标准化组织建立的时间和名称是什么？中国的ITS标准化正式启动的时间和组织是什么？答：1992年由国际标准化组织（ISO）设置了TC204，即“交通信息与控制系统（TICS）技术委员会”，全面负责ITS领域的标准化工作，标志着ITS标准化组织的建立。我国科技部2000年成立全国智能交通系统专家委员会，标志着中国ITS标准化组织的正式建立。 ITS标准体系分为几层，各包含什么？答： ITS标准体系分为两层，上层为通用标准，下层为分系统标准。通用标准层包括：100 智能交通系统通用标准 报告编制方法，审查规程，通用方法101 术语及定义 术语，缩略语，符号，标志102 基础信息分类编码及表述 分类，代码，编码规则，数据字典103 数字地图及定位 数字地图信息分类、编码、 数据格式，定位信息交换、设备技术条件分系统标准包括：200 分系统标准201 专用通信 电子收费、停车、优先控制及车辆间、车内显示设备短程通信，运输信息、交通控制专用通信，专用集群系统通信202 信息服务 信息服务定义、编码、数据字典、数据格式、设备技术要求、线路诱导信息规范及物理接口203 交通与紧急事件管理 交通管理外场设备，交通管理中心，交通事故，紧急事件，停车管理9、什么是子午卫星系统？子午卫星导航系统依据什么原理定位？子午卫星系统的组成有哪些？它的缺点表现在什么方面？答：NNSS Navy Navigation Satellite System（海军导航卫星系统），由于其卫星轨道为极地轨道，故也称为Transit（子午卫星系统）采用利用多普勒效应进行导航定位，也被称为多普勒定位系统系统组成： 空间部分卫星：发送导航定位信号（信号：4.9996MHz 30 = 149.988MHz；4.9996MHz 80 = 399.968MHz；星历）卫星星座 由6颗卫星构成，6个轨道面，轨道高度1075km 地面控制部分：跟踪站、计算中心、注入站、控制中心和海军天文台 用户部分：多普勒接收机系统缺点卫星少，观测时间和间隔时间长，无法提供实时导航定位服务定位速度慢（约需12天的个观测时间），定位精度低卫星信号频率低，不利于补偿电离层折射效应的影响卫星轨道低，难以进行精密定轨10、GPS的发展简史？ 答：方案论证阶段 1973年12月，美国国防部批准研制GPS。 1978年2月22日，第1颗GPS试验卫星发射成功。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。 全面研制和试验阶段 从1979年到1987年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。实用组网阶段 1989年2月14日，第1颗GPS工作卫星发射成功。1991年，在海湾战争中，GPS首次大规模用于实战。1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。1995年7月17日，GPS达到FOC 完全运行能力（Full Operational Capability）11、GPS卫星系统与之前其他导航系统相比，具有什么特点？答： 全球地面覆盖。地球上任何地点均可连续同步观测到至少4颗卫星， 从而保障了全球、全天候连续三维定位。 功能多，精度高。GPS可为各类用户连续地提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。 实时定位。12、什么是SA政策？什么是AS政策？答：SA（Selective Availability ）即降低C/A码定位精度的选择可用性政策，包括对GPS卫星基准信号采用技术即为卫星钟加高频抖动，则所有的派生信号均引入一个快速变化的高频抖动。对导航电文采用技术即降低星历精度，加入随机变化。AS（Anti-Spoofing）即将P码经过加密处理变成Y码，Y码是p码与高度机密w码 模2求和得到的码，当实施AS技术时，非特许用户不但不能使用P码作实时定位，而且不能进行P码和C/A码码位测量的联合求解，甚至进行P码数据平滑。13、GPS、GLONASS、GALILEO之间有什么不同，各自有什么特点？答： GLONASS 与GPS比较而言 主要区别在于信号分割体制不同： GLONASS使用FDMA体制区分不同的卫星 ，即不同的GLONASS卫星发射载波频率不同的信号，但所有的卫星都使用相同的PRN码。 GPS使用CDMA方式，所有的卫星都是用相同的频率，而在载波上调制的PRN码随卫星的不同而不同。 由于GPS采用的伪码速率比GLONASS的高一倍，其分辨率也高一倍，理论上来说，定位精度比GLONASS的高。 地区优势不同：GLONASS能为高纬度地区提供更好地覆盖；GPS的优势主要是在中低纬度地区。 Galileo与GPS比较而言Galileo特点: 比GPS精度高，纯民用，不保密，对用户安全负责14、GPS的组成主要有哪些，各组成部分的主要设备有哪些？各个部分的作用是什么？答： 空间部分 -主要设备： 太阳能电池板，板面始终对准太阳，为卫星不断地提供电力，同时给镍镉蓄电池充电，保证在地影区卫星仍能正常工作； 原子钟（2台铯钟、2台铷钟）保证所有卫星能够在一个月或更长时间独立工作而无需地面校正，也保证精确定位的要求； 信号生成与发射装置 ，在星体底部装有多波束定向螺旋天线阵，能发射L1和L2波段的额信号 ，覆盖约半个地球； 姿态控制系统和轨道控制系统作用： 接收、存储导航电文； 生成用于导航定位的信号（测距码、载波）； 发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文）； 接受地面指令，进行相应操作； 其他特殊用途，如通讯、监测核暴等 地面控制部分 -主要设备： 监测站（5个） 作用：接收卫星数据，采集气象信息，并将所收集到的数据传送给主控站。 主控站（1个）作用： A.管理、协调地面监控系统各部分的工作;B.收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站将卫星星历注入卫星;C.监控卫星状态，向卫星发送控制指令； D.卫星维护与异常情况的处理。 注入站（3个） 作用：将导航电文注入GPS卫星。 用户设备部分: 组成： 用户 接收设备 接收设备：GPS信号接收机 其它仪器设备作用：GPS接收机各部分的基本功能 射频前端模块：将接收的GPS射频信号进行放大、混频、滤波变换为中频或低频信号，之后送入信号处理模块，或经A/D转换得到数字信号，以便后续数字化处理。 信号处理模块：主要对信号进行捕获、跟踪、解扩、解调等，提取观测量和导航电文数据，一般采用多通道相关器来实时跟踪多颗卫星信号。 应用处理模块：是对其他模块进行实时控制，并进行导航解算，以完成其他应用任务。15、GPS的常用时间系统有哪些？它们之间有什么联系？ 答：世界时；国际原子时（AIT）；协调世界时；GPS时；GPS卫星时等 16、常用的GPS坐标系统有哪些？它们之间怎样转换？协议天球坐标系到地球坐标系中间要经过哪些转换？答： 常用的GPS坐标系统有：空间直角坐标系 和 大地坐标系 协议天球坐标系到地球坐标系转换步骤： 协议天球坐标系平天球坐标系瞬时天球坐标系瞬时地球坐标系协议地球坐标系17、GPS卫星信号如何产生，各信号之间有什么关系？L1载频上的信号结构和L2载频上的信号结构是什么样的？答： 由卫星上的原子钟直接产生，频率为10.23MHz，卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频 18、产生C/A码和P码的m序列具有什么特征？ 答：M序列具有下列特征： 均衡性。在一个周期中，“1”与“0”的数目基本相等。由于移位寄存器不容许出现全“0”状态，因此2r-1个码元中，“1”的个数总比“0”的个数多一个。 游程编码。在一个周期内，长度为n的游程（即同一元素连续出现n次）出现的次数，比长度为n+1的游程出现次数多一倍。 相位相加特性。一个m序列与其任意次延迟移位产生的另一个m序列模2加，产生的序列仍为m序列。 自相关函数。这样当两个周期相同的m序列其相应码完全相齐时，自相关系数R(t)=1,而在其他情况有： R(t)-1/Nu=-1/(2r-1) 当r足够大时，就有R(t)=0,所以伪随机噪声码与随机噪声码一样，具有良好的自相关性，又是一种结构稳定，可以复制的周期性序列。用户接收机在接受到卫星发来的伪随机码信号后，当即复制相同结构的伪随机码，然后通过和接受到的码信号比较（相关），精确测定信号的传播时间延迟，进一步计算某一时刻测站和卫星的距离。19、GPS卫星发送的两种伪随机测距码是什么？是如何产生的？答： GPS卫星发送的两种伪随机测距码是：C/A码 和 P码 C/A码的产生：由10级移位寄存器产生的m序列，根据平移可加性，选择其中的两级作模2运算后输出。每颗卫星选用不同的两级抽头做模2运算，产生不同的C/A码。P码的产生：由两个码长互素的子码X1、X2组成的模2和复码：20、GPS导航电文包括哪些信息？导航电文的基本结构？答：21、GPS接收机分类及基本功能结构答： 基本功能结构22、GPS距离观测量的两种观测方式？答: 测量GPS卫星发射的测距码信号（C/A或P码）到达用户接收机的时间； 测量接收机接收到的具有多普勒频移的载波信号与接收机产生的参考信号之间的相位差。23、什么是单点定位？有什么优缺点？ 如何进行？答： 单点定位也叫“绝对定位”： 利用单台接收机的观测数据测定观测点位置的卫星定位 优点：无模糊度 缺点：精度低 求测站点相对于地心的坐标24、什么是差分定位？有哪些类型？ 如何进行？答: 差分定位：在基准点上观测求得大气折射等改正，并及时发送给流动站，流动站用收到的改正数对观测数据进行改正，得精确点位 根据其系统构成的基准站个数可分为单基准差分、多基准的局部区域差分和广域差分。 单基准站差分,根据一个基准站所提供的差分改正信息对用户站进行改正的差分GPS系统，该系统由基准站、无线电数据通信链和用户站三部分组成。局部区域差分,在一个较大的区域布设多个基准站，以构成基准站网，其中常包含一个或数个监控站，位于该区域中的用户根据多个基准站所提供的改正信息经平差计算后求得用户站定位改正数。广域差分,在一个相当大的区域中用相对较少的基准站组成差分GPS网，各基准站将求得的距离改正数发送给数据处理中心，由数据处理中心统一处理，将各种GPS观测误差源加以区分，然后再传给用户。25 误差计算中常用的精度因子有哪些？与卫星几何图形有什么关系？答:精度因子有： 平面位置精度因子HDOP(horizontal DOP)； 高程精度因子VDOP(Vertical DOP)； 空间位置精度因子PDOP(Position DOP)； 接收机钟差精度因子TDOP(Time DOP)； 几何精度因子GDOP(Geometric DOP)关系： GPS绝对定位的误差与精度因子DOP的大小成正比，在伪距观测精度s0确定的情况下，如何使精度因子的数值尽可能减小，是提高定位精度的一个重要途径。 由于精度因子与所测卫星的空间分布有关，因此也称观测卫星的图形强度因子。由于卫星的运动以及观测卫星的选择不同，所测卫星在空间分布的几何图形是变化的，导致精度因子的数值也是变化的。 假设观测站与4颗观测卫星所构成的六面体体积为G， 研究表明，精度因子GDOP与该六面体体积的倒数成正比。GDOP 1/G。 六面体的体积越大，所测卫星在空间的分布范围也越大，GDOP值越小；反之，卫星分布范围越小，GDOP值越大。 理论分析得出：在由观测站至4颗卫星的观测方向中，当任意两方向之间的夹角接近109.50时，其六面体的体积最大。但实际观测中，为减弱大气折射的影响，所测卫星的高度角不能过低。因此在满足卫星高度角要求的条件下，尽可能使六面体体积接近最大。 实际工作中选择和评价观测卫星分布图形：一颗卫星处于天顶，其余3颗卫星相距1200时，所构成的六面体体积接近最大。27 电子地图数据与导航应用功能之间的关系？26、GPS定位的误差来源有哪些？答: 与卫星有关的误差: 卫星钟差; 卫星轨道偏差（星历误差）;卫星信号传播误差:接收设备有关的误差: 观测误差; 接收机钟差; 载波相位观测的整周未知数; 天线相位中心位置偏差;其它误差来源:28、在车辆导航系统中，与数字地图相关的功能有哪些？答：地图显示、地址匹配、地图匹配、路径规划、路径引导 地图显示是车辆导航系统的重要组成部分，它构成了人机接口的基础，地图显示的成功与否直接影响到用户对产品的印象。为了展示地图的道路信息，地图显示需要依赖数字地图中的道路位置、宽度、级别等属性以及道路附近的各种设施。 地址匹配又称为地理编码，即通过给定的经纬度坐标确定地图上街道的地址，或者相反的过程。 地图匹配是利用数字地图的路网信息修正车辆定位模块的位置输出，位置修正的前提是车辆在道路上行驶。当定位传感器输出的车辆位置与数字地图的道路存在偏差时，地图匹配算法寻找当前最可能的行驶道路并计算在该道路上的位置。地图的拓扑连接必须是完整正确的，以反映真实道路的情况。 路线规划和路线引导更是与数字地图密切相关，它的几乎所有数据来源都是数字地图中的道路信息，如路网的空间分布、几何坐标、拓扑连接、道路平均时速、转向限制等等。29、路网的基本要素是什么？如何将实际道路网络能够转化成节点路段模型和路段链模型？路网的基本要素为：点实体(节点)和线实体(路段)实际道路网络 及对应的 节点一路段模型一个普通的十字交叉口，假设存在如图 ( a)所示由南向西的禁止左转限制，同时该路口不允许车辆掉头，图 (b)是该道路的节点一路段表示，那么按照上面介绍的链的构造方法，可以生成路段一链的道路网络模型，如图 (c)所示30、车辆导航系统的数字地图和通用数字地图侧重点有什么不同？答： 首先，地图要素种类不同。导航图重点要素：道路 每条路的地理坐标、道路之间的拓扑关系、道路交叉口的交通限制情况等。而且设计导航数字地图数据库时，同时要有一个高效的访问道路信息的机制，以便可以高效率的进行诸如路线规划，路线引导等功能。对于车辆导航系统来说，应该根据功能需要选择合适的信息进行表达和存储。数字道路地图是导航数字地图数据库的重点和基础，是数字地图的核心内容。 其次，数据层次划分不同。地图数据层次划分应该强调道路的分层，同时要求能够方便扩展，便于地图的升级维护。32、传统地图和数字地图的不同（分层组织）答： 最初传统的数字地图，没有分层组织组织，一幅图包含有各类不同的信息，如边界、城市、村镇、河流、注记、道路等，在进行某一专题或地理分析时，只注重对某一单项同类对象进行显示和分析，而其他内容不作为分析对象，从直观上给人杂乱的感觉。计算机处理也不方便 目前的GIS软件都采用分层结构组织地图数据。一般地，矢量数字地图的分层结构采用按图层组织的方法，即把同一类或几类地理要素的信息放在同一个图层，每一个图层存储为一个或一组独立的文件，如图3.9所示，在这组文件中进行叠加显示操作。33、单图集分层结构的特点，优缺点？答： 特点：是将主地图数据依比例尺组织成“比例尺层 图幅”结构。一个主地图称作图集，在1:500至1:4000万比例尺的范围内将图集分成若干比例尺层，也称存储层，所有存储层覆盖同一地理区域。但每个存储层信息的详细程度不同，因此信息量也不同。存储层内依一定规则划分成等距或不等距的矩形区域，称作图幅，也可以在存储层内按“块 基准图幅 图幅”的多级结构划分地理空间。 优点：充分考虑了车载设备对大容量地图数据的操作能力，能缓解强势数据与弱势资源之间的矛盾。 缺点:由于它把整个地理空间的数据资料集合到一个主地图上，不利于后续数据的添加和现有数据的局部更新。我国现在正处于经济和城市建设的高速发展时期，地图数据的添加和更新要求能够快速及时，这种单图集分层组织形式不适用我国车辆导航地图数据生产的现状。31、地图数据的数字化过程？ 数据准备数字化仪状态设置地图分块图纸定向结束分层输入数字化图形检查有无错漏数字化完成？ 数字化过程：数据准备；（数字化仪状态设置）；地图分块；图纸定向；地图分层；数字化；图像检查与编辑34、数字道路地图的多图集分层结构的内容和存储。答： 每个单幅地图的结构和前面介绍的数字地图一致，而多图集分层组织结构可以通过一个图幅树的多叉树结构将所有主地图连接在一起。每个图集按显示比例尺分成多个存储层，层与层之间的比例尺可以是整数倍的关系。相邻层的图幅是包含关系。一个子图幅只能有一个父图层，一个父图层具有的子图幅数量不能超过其区域所能容纳的子图幅数量，但允许子图幅的数量小于最大数，甚至允许没有子图幅的情况下有孙图幅、重孙图幅等。35、地图数据库按照功能用途可以分为哪几种数据库类型？各有什么作用？答：整个地图数据库按照功能用途可以分为截然不同的三种数据库类型： 分析数据库：记录道路数据，主要用于路径搜索。 查询数据库：POI信息，主要用于信息查询。 显示数据库：多边形、区域、点的图形信息，主要用于地图显示。36、建立网格单元基本思想是什么？答：建立网格单元基本思想：是根据地图数据的X和Y方向的最大、最小值，将存储层所覆盖的区域分割成等大的区域单元区域单元的大小视局部放大的程度而定，一般局部放得越大，区域单元分得越小，相反则大一些。补充： 以区域单元为单位，用“相关区域”法记录地图要素与区域单元间的对应关系，即对每一地图要素，求出要素所覆盖的相关区域单元。这就必须要判断点、线、面要素是否全部或有部分落在该格网单元内。 在这些相关的区域单元中记录该地图要素数据所在数据文件中的存储地址。37、什么是数字道路地图的空间索引？建立空间索引的目的是什么？目前代表性的有哪些？如何建？答： 空间索引就是指依据空间对象的位置和形状或空间对象间的某种空间关系，按一定的顺序排列的一种数据结构。 空间索引是介于空间操作算法和空间对象之间的一种辅助性措施，其主要目的是对空间数据进行筛选和过滤，从而在进行空间操作时，大量与空间操作无关的空间对象被预先排除，提高空间数据访问的效率，缩短计算时间。 目前的空间索引研究成果比较代表性的有K-D-B树、四叉树、 R-树及其改进型、网格索引等。38、航位推算（DR）的基本原理是什么？产生定位误差积累的原因主要是什么？减少误差的方法有哪些？答： 基本原理：当车辆在二维平面空间行驶时，如果初始位置和先前的每步位移均已知的话，在任何时刻的车辆位置都是可以计算的。 产生定位误差积累的原因主要有:(1)里程表误差，(2)角速率陀螺漂移误差，(3)航向误差。 减小这些误差的方法有: 利用GPS精确定位信息对导航传感器的误差进行校正。 采用卡尔曼滤波技术对角速率陀螺信号进行滤波处理，减小干扰和漂移误差 。39、常用的GPS/DR组合方案有哪些？各有什么优缺点？答：常用组合方案： 切换式组合方案 ；数据融合(滤波)方案切换式组合方案优点：简单易行，系统承担的计算量很小，可以解决卫星信号失效时短时间的定位问题。缺点：1、两种系统没有有效融合不能发挥两者的优点。2、DR所需要的初始信息由前一时刻的GPS数据提供，使得GPS数据中的误差直接被传递到了DR推算过程汇中，造成DR系统的定位精度下降，缩短了其能够满足定位精度要求的有效工作时间等。数据融合方案卡尔曼滤波 思想：将GPS和DR信息同时用于定位求解过程中，使DR系统的状态在滤波过程中不断得到修正，同时组合定位的输出又可以为DR系统提供较为准确的初始位置和方向信息，从而即使GPS失效、单独使用DR推算定位时也能长时间的保持较高的定位精度。 信息融合原理是:系统总信息在2个分块滤波器中进行适当分配;分配后的信息与局部传感器的信息进行组合，完成局部传感器的信息更新;更新后的局部信息重新组合为新的总信息和。41、常用的地图匹配方法有哪些？了解其计算的基本思路。答： 点到点的匹配; 即在所有地图数据库存储的点中搜索与估计位置距离最近的点作为匹配结果。该方法简便易行，实现快速，但是匹配结果与表示弧线的点集关系密切。 点到线的匹配: 即在所有可能的弧线中搜索与估计位置最接近的作为匹配路段，点到该弧线的投影点即为匹配结果。该方法得到的匹配结果可能出现来回摆动的情况，当距离相等时也无法判断匹配路段 线到线的匹配。线到线的匹配就是将一系列位置估计点拟合到路网中相应的弧线中，拟合的标准是位置估计点连线到可能弧线之间的距离。40、什么是地图匹配？基本思想，地图匹配应用的两个基本前提是什么？地图匹配的算法处理过程？答： 地图匹配（MMMap Matching）是一种纯软件技术的定位修正方法,利用数字化地图信息融合传感器定位数据以产生最佳位置估计的技术就是地图匹配 其基本思想是：将车辆定位轨迹与数字地图中的路网信息联系起来，通过计算车辆行驶轨迹与数字地图中道路的相似性，来确定车辆最可能的行驶路段以及车辆在该路段最大可能的位置。另一方面，还可以利用高精度的数字道路地图来修正定位系统的误差，从而使系统性能得到改善。 应用基于以下两个基本前提： 用于匹配的数字化地图包含高精度的道路位置坐标; （误差15m） 被定位车辆正在道路上行驶。 一个完整的地图匹配算法包括三个主要的处理过程： 确定误差区域 选取匹配路段 计算修正结果如左图所示42、地图匹配中怎样确定误差区域？答：通常的方法是根据概率准则获得一个误差椭圆，即该误差椭圆必须以一定的概率包含车辆的实际位置。43、影响地图匹配正确性的因素有哪些？答：影响地图匹配正确性的因素有：数字道路地图的准确性、车辆定位轨迹的准确性和道路的分布情况无论是数字道路地图误差还是传感器定位误差都会增大定位轨迹和地图中道路的差异，从而影响地图匹配算法对正确道路的识别;地图中如果大量存在那些相距很近且形状相似的道路，也给正确进行地图匹配增加难度。44、什么是匹配度？候选路段的匹配度应该具有的特点是什么？答：匹配度：衡量该候选路段是车辆真实行驶路段的可能性大小的程度量。候选路段的匹配度的定义，应该具有以下特点:车辆行驶的真实路段的匹配度大于所有其它候选路段的匹配度;车辆行驶的真实路段的匹配度大于阀值QT。45、要有效的进行地图匹配，匹配度Q(k)需要满足的标准？答： Q(k)是递推计算的，应该收敛在有限数值，并且尽量少地受到测量噪声的影响。 真实道路的Q(k)很容易的与其它道路区分开。47、根据移动通信的特点与实现方式，在车辆定位系统中应用的移动通信可以归纳为哪些？p129133答：常规通信、集群通信、蜂窝通信、无线数据广播、专业数据通信、卫星通信等。46、基于匹配度加权递推的地图匹配算法的设计？ 基于匹配度加权递推的地图匹配算法通过计算候选路段的匹配度，从而识别车辆所在路段。 考虑到车辆当前行驶的道路在数字地图上并不存在、或者车辆驶出道路的情况，算法中包括两种工作模式:“捕获” 模式和“跟踪” 模式。 捕获模式是指正在寻找真实道路。 跟踪模式则是跟踪由捕获模式下寻找到的真实路段。跟踪模式包括两个状态:车辆在道路上和车辆在节点处。 用md表示算法当前的工作模式，md = 0表示捕获模式md=1表示跟踪模式，用s表示当前车辆状态，s=0表示车辆在道路上，s=l表示车辆在节点处，并设当前位置的候选路段有M个，则地图匹配算法完整的描述如右:答：48、车辆定位系统的多址接入方式有哪几种？各自的特点？答： 固定分配多址方式。特点：在此方式下，用户所占用的资源是固定的，即使某用户不进行数据传输，其它用户也不能石灰岩为其分配的资源。主要有FDMA、TDMA与CDMA三种。 按需分配多址方式。特点：适用于占有时间不固定的动态数据传输用户，当用户需要服务时，由系统内的控制中心分配空闲的信道，服务完成后信道仍可供其它用户使用。该方式需要控制中心进行多用户通信的管理，并占用独立的信道进行动态分配信息的传送。 随机分配多址方式。特点：该方式下，多个用户的数据传输是随机的，不同用户同时进行数据传输时将会引起碰撞。对数据碰撞采取不同的处理手段对应不同的随机多址方式。49、从实现导航功能的角度看，目前智能车辆导航系统的分类？答： 自主式（分布式）车辆导航系统，其定位和路径规划等功能全部在车载设备实现。 中心决定式导航系统，它的某些功能需要借助通信网络才能实现。50、路径规划解决的是什么问题？答：解决的是：在给定的数字道路地图中寻找从出发地到目的地的最优路线。针对实际应用，可以采用不同的优化标准，如最短行车距离、最少旅行时间、最低通行收费等。答： 在实际应用中的数字道路数据库往往规模庞大，而负责路线规划的导航计算机系统受车载环境和成本限制，处理能力和数据存储资源都十分有限，难以承担苛刻的计算量要求。 在图论中，只要两个顶点之间存在连通的路径，则认为从其中某一顶点经过该路径可到达另一顶点，而在实际交通行为中，不可避免的存在着交叉口延迟。如果选择行驶时间作为优化标准，就使得表示路网的带权有向图不仅弧带权，节点也带权，而且交通管制信息如交叉口转向限制等也普遍存在，这些使得常规的最短路算法难以满足路线规划的要求。51、图论中许多比较成熟的最短路算法在车辆导航系统中通常不能直接使用的两个方面原因？52、什么是最短路径？经典的最短路径算法过程？（Chap6_P6）答：最短路径：就是指在带权有向图中，寻找从指定起点到终点的一条具有最小权值总和的路径。 过程：？ 详见下页53、什么是启发式搜索？基于启发式搜索的最短路径算法主要有哪些？答： 启发式搜索是基于知识的搜索策略，即通过选定一种估价函数，在搜索过程中的每一步，寻找估价函数数值最高的节点作为下一个搜索节点。 基于启发式搜索的最短路径算法有Costed算法、分支界定法、限制搜索区域法、A*算法等54、A*算法的基本思想 ？答：该算法在选择下一个被检查的节点时，对当前节点距离终点的长度作为估计，评价其处于最优路线上的可能性量度，这样就可以首先搜索可能性较大的节点，从而提高搜索过程的效率。A*算法的估价函数可表示为： f ( v) = g( v)+ h (v )其中g(v)是从起点到当前顶点，的实际费用的量度，h(v)是从当前顶点，到终点的最小费用的估计，如果h(v)= 0 ，即没有利用任何启发式信息，这时的A*算法就变成了普通的Dijkstra算法。h(v)具体形式的选择取决于路线优化标准，在选择h(v)时，要满足一个要求，就是不能过高估计当前顶点的最小费用，这被称为可纳性条件，只要启发式函数满足可纳性条件，且原问题存在最优解，则A*算法一定能够计算出最优路径。A*算法的程序编写原理如图有如右的状态空间：（起始位置是A，目标位置是P，字母后的数字表示节点的估价值）搜索过程中设置两个表：OPEN和CLOSED。OPEN表保存了所有已生成而未考察的节点，CLOSED表中记录已访问过的节点。算法中有一步是根据估价函数重排OPEN表。这样循环中的每一步只考虑OPEN表中状态最好的节点。具体搜索过程如下：初始状态：OPEN=A5；CLOSED=；2）估算A5，取得搜有子节点，并放入OPEN表中；OPEN=B4，C4，D6；CLOSED=A53）估算B4，取得搜有子节点，并放入OPEN表中；OPEN=C4，E5，F5，D6；CLOSED=B4，A54）估算C4；取得搜有子节点，并放入OPEN表中；OPEN=H3，G4，E5，F5，D6；CLOSED=C4，B4，A55）估算H3，取得搜有子节点，并放入OPEN表中；OPEN=O2，P3，G4，E5，F5，D6；CLOSED=H3，C4，B4，A56）估算O2，取得搜有子节点，并放入OPEN表中；OPEN=P3，G4，E5，F5，D6；CLOSED=O2，H3，C4，B4，A57）估算P3，已得到解；55、基于分层地图的搜索算法 ？答：基于分层地图的路线规划算法对道路网络的分层规则要求具备以下特点和假设: 针对不同的优化标准，层次可以按照道路等级或者预计的行车速度进行划分; 层次细节由高到低逐渐增多，高层次是低层次的子集; 每个层次的道路网络是连通的，对于低层次这是肯定的，在高层次中大部分情况下也是连通的 , 如果不连通，可以通过将低层次中的某些路段提取到高层次中, 使之构成连通的网络。56、最优路线规划分层搜索算法描述 ？答：给定起点s和终点t, i1、j1分别是包含s、t的最高层次，记为Si1 ，Tj1，假设将道路网络划分成N个层次1,2,，N，则最优路线规划分层搜索算法可以描述为： 如果 i1=j1= N，则s、t都位于最高层网络，直接在N层道路网中计算最短路，结果即最优路线Si1= SN- Tj1= TN; 否则，如果i1 j1，必有i1 N ，找到距离Si最近的上一层的节点Si2，如果i2Si2- SN-1-SN,在N 层计算最短路SN-Tj1=TN，依次连接最短路，即得最优路径;如果j1 Si2-,Sj1-1-Sj1,Sj1- Tj1,依次连接最短路，即得最优路径; 如果j1 Si2 ,Sk-1-Sk,Sk-Tk,Tk-Tk-1,Tj2-Tj1,将以上最短路径依次连接起来，就构成了从起点S到终点T的最优路j径。对于j1 i1的情况，也按照以上方法进行，这时必须首先向较高层次上溯终点t。57、自主式导航系统的系统结构？58、导航系统的功能解析 ？59、典型的自主式车辆导航系统应具备哪些功能？答： 系统能在90%以上的行程时间里确定车辆的实时位置，与实际位置的偏差应小于20m; 时能够将车辆的实时位置转化为地图坐标，并与道路网相匹配，以提供车辆在路网中最可能的行驶路段以及车辆在路段中的具体位置; 系统能向驾驶员提供以地图为背景的图形化实时车辆位置显示: 系统能接受行驶目的地请求，按照合适的规划标准给出当前位置或者指定位置到达目的地的最佳行驶路线； 系统能根据已经规划好的行车路线产生实时的引导指令，并以文字、图像或语音提示(或者三者混合)的方式提供给驾驶员; 系统能确定车辆当前是否偏离了预定行车路线，并及时作出处理。 能够通过多种方式如分类查询、拼音模糊查询等，检索指定目的地或者兴趣点的位置，也能快速查询指定位置附近的各种兴趣点信息。60、导航系统设计考虑的几个原则？答： 可靠性原则:系统要充分适应车载环境的恶劣性，系统必须稳定可靠。 易用性原则:为加强产品的市场需要，系统的操作过程必须尽可能简单方便，硬件接口和软件操作简洁明了，用户界面直观友好。 经济性原则:在保证完成实现目标的前提下，尽可能优化方案设计，精简系统的功能 部 件 ， 降 低单位产品的制造成本。 灵活性原则:系统硬件具有可扩展性，系统软件要能够方便地升级，在预期的产品生命周期内能够适应市场需求和运行环境的变化61、硬件结构和软件结构 ？62、自主式车辆导航的软件体现结构答：根据系统功能的要求，整个软件有两大部分:操作系统和应用程序。63.在软件体系中采用分层结构使得应用软件具有硬件无关性的两层含义：答： 系统中所有的硬件设备都由操作系统接管，应用程序不直接对硬件进行访问。 所有涉及硬件的操作都通过调用标准的API函数来完成。这种无关性极大的增强了应用程序的可移植性，为系统的软、硬件开发、升级和改进带来了方便。64、操作系统是构建整个软件体系的基础，选择操作系统的要求？答： 为满足系统功能的要求，操作系统应提供良好的图形显示支持和强大的多任务管理能力 ; 为适应嵌入式硬件系统，操作系统应体积小，可以按用户的要求来增减功能。这样才能最大程度地去除不需要的冗余，节省存储空间，同时也要方便用户自己的功能扩展 。 从应用软件开发的角度考虑，应选择开发平台功能强、共享软件资源丰富、支持多 种 嵌 入 式 硬件的操作系统; 从适应恶劣的车载环境考虑，操作系统必须能够脱离硬盘，直接从ROM/FLASH中启动，对内存开销、存储容量等硬件资源的需求应尽可能低。 从用户使用的方便程度考虑，要求操作系统支持即时关机，另外也要考虑操作系统的成本 。GPS+ DR +MM组合定位子系统首先在每个采样时刻k=nT由扩展Kalman滤波器处理DR传感器和GPS的量测数据并给出车辆位置估计、行车方向估计以及定位误差估计;然后将滤波器输出的这些最优估计输入到地图匹配模块，由地图匹配算法计算出当前时刻的匹配位置坐标，即为车辆当前的位置输出。65、GPS+DRMM组合定位系统66、路径引导的任务？路线导航子系统与其它模块的相互关系答：路线引导是指挥驾驶员沿着路线规划模块计算的最佳路线行驶的过程，它包括两个任务:一是产生行驶引导指令，二是跟踪车辆在规划路线上的行驶情况。路线导航子系统与其它模块的相互关系如左图所示。67、当车辆偏离预定的路线，该如何处理？答：处理方法：一旦系统确定车辆不再行驶在给定的路线上，系统必须先对驾驶员给出提示，同时在屏幕上只是预定目的地的相对方位，以方面驾驶员能返回原来的路径，当一段时间后车辆仍然没有回到预定路线，则重新规划一条由当前车辆位置通往目的地的最佳行车路线。68、中心决定式车辆导航系统具有的特点？答： 利用信息点指令处理机制来实现终端的多种功能。 终端不需要存有地图数据，节省了大量的存储资源和运算资源。 路径规划在中心进行。 能够提供信息采集、信息服务等多种增值服务功能。 具备成为车辆导航器、车辆黑匣子的硬件平台的能力。70、控制中心的组成和任务是什么？答： 控制中心主要由网络服务器、数据库、显示终端组成。 完成功能：指令下载、信息点数据管理、实时监视、路径导航等功能。71、车载终端由哪些模块组成？答：主要由嵌入式处理器模块和GPS模块、GPRS模块等组成，且包含一个独特的指令系统,根据信息点指令来执行相应操作72、信息点具有哪些形式？什么是位置型信息点，它的指令信息包括哪些内容？答： 信息点具有多种形式：位置型信息点、导航型信息点、信息服务信息点。 位置型信息点的指令执行过程如下：当车载终端上的GPS模块输出的本车坐标进入存储器中某位置信息点的坐标有效范围时，该信息点指令满足执行的触发要求。中央处理器（CPU）将“向中心发送信息”作为指定的操作类型，将本车状态信息，包括当前坐标、本车速度、方向等信息作为该信息点对应的操作内容、完成该指令操作，从而完成信息采集任务。车辆导航和信息服务均在相应的导航型信息点和服务信息点的指令下完成。73、中心决定式车载终端的硬件组成答：主要由嵌入式处理器模块、GPS定位模块、GPRS通信模块、LCD显示模块、语音模块、电源控制模块以及扩展接口模块等组成 处理器模块 功能：处理器按照一定的指令类型对车载终端存储器中的现存指令集进行轮询，每个指令的触发条件与现有车载终端所掌握的本车状态进行判断。当判断某条指令的触发条件满足时，执行相应的操作。 硬件组成：由嵌入式CPU芯片以及外围电路存储模块（FLASH、SDRAM）组成，FLASH 用于存放嵌入式操作系统，而SDRAM用于存放导航应用软件和指令数据。 显示模块功能：用户通过触摸屏进行各种个性化服务设置，路径引导线路等的显示。硬件组成：液晶显示屏以及LCD控制器组成。 语音模块 功能：在处理器的控制下，对文字信息转换为语音信息，通过与语音接口扬声器设备播放出去，利用语音对用户进行导航和提示。硬件组成：语音合成芯片和语音接口。 扩展接口模块 为实现功能扩展设计，主要由A/D转换模块构成，预留有GPIO口（可用于中断）和A/D通道，通过它们可以处理开关量的输入输出，便于以后将终端设备与车辆控制系统和防盗报警设备相连等，实现智能控制和防盗功能等。 定位模块功能：实时接收GPS卫星信号，并输出车辆定位信息，通过串行口向处理器发送定位坐标；处理器也可以向定位模块发送设置命令，以控制定位模块的状态和工作方式。硬件组成：GPS接收机和天线。 通信模块 功能：接收来自中心的指令，或根据中心要求上传指令。 电源模块功能：为其它提供电源。硬件组成：车载电瓶，电压为12V。76、GPRS接收发送模块主要分为几层？各层负责什么功能？答：分为三个层次：支持层、接口层、应用层。 支持层，负责屏蔽网络硬件差异