4.2 智能运输系统讲义(先进的旅游者信息系统)

1、先进的旅行者信息系统（先进的旅行者信息系统（ATIS）1了解了解ATIS的主要内容的主要内容2了解车载路径诱导系统和车载导航器的基本结构了解车载路径诱导系统和车载导航器的基本结构3了解车载路径诱导系统的工作过程了解车载路径诱导系统的工作过程4了解路径规划中的主要研究问题了解路径规划中的主要研究问题5了解停车场诱导系统的基本结构了解停车场诱导系统的基本结构1先进的旅行者信息系统与以往的交通信息系统相比，先进的旅行者信息系统与以往的交通信息系统相比，有哪些技术进步有哪些技术进步2车载导航器的一般结构车载导航器的一般结构3车辆定位技术如何在车载导航中综合应用车辆定位技术如何在车载导航中综合应用对于交

2、通规划与管理专业的学生，对于交通规划与管理专业的学生，ATIS中的定位技术、显中的定位技术、显示技术、人工智能中的搜索技术是难点，请参考第二大部示技术、人工智能中的搜索技术是难点，请参考第二大部分有关章节。分有关章节。4.2先进的旅行者信息系统（先进的旅行者信息系统（ATIS）4.2.1先进的旅行者信息系统概述先进的旅行者信息系统概述（视频：视频：ATIS参考美国“TransGuide”和韩国“ITS在韩国”）先进的旅行者信息系统ATIS（AdvancedTravelerInformationSystems）是运用各种先进的通信、信息技术向利用私家车、公交车或同时利用这两种车辆的旅行者提供为到

3、达所希望的目的地所需要的各种信息的系统。其中很多信息是在车中获得，也有许多为旅行前做旅行计划所需要的信息是在家中、办公室、公用电话亭等地获得，甚至还可随时随地利用便携式计算机、手掌机得到。多模式的旅行信息更受欢迎，因为旅行者可根据最新的信息选择他们的旅行方式和时间。ATMS也提供信息，如可变信息标志VMS、公路咨询广播等，但ATIS的信息更加复杂，要使公众能很方便地获得它需要克服更多的困难。ATIS可以利用ATMS提供的信息，但它自身也要发展同时提供旅行前和旅行途中信息的方法。手掌机手掌机VMS提供信息提供信息 公共信息亭公共信息亭 ATIS除提供传统意义的交通运输信息的功能外，除提供传统意义

4、的交通运输信息的功能外，它的主要功能子系统还有：它的主要功能子系统还有：车载路径诱导系统车载路径诱导系统停车场可利用性诱导系统停车场可利用性诱导系统数字地图数据库数字地图数据库车载路径诱导是车载路径诱导是ATIS的最重要的功能之一，它的最重要的功能之一，它能帮助驾驶员避开拥挤和事故、避免因不熟悉城能帮助驾驶员避开拥挤和事故、避免因不熟悉城市交通环境而市交通环境而“迷路迷路”、也有利于增加安全。不、也有利于增加安全。不仅是静态路径诱导从路侧发展到了车上，而且动仅是静态路径诱导从路侧发展到了车上，而且动态路径诱导系统也已经有了很大的进展。局域决态路径诱导系统也已经有了很大的进展。局域决策的动态车载

5、路径诱导系统已经被市场广泛接受。策的动态车载路径诱导系统已经被市场广泛接受。一些国家也正在研究中心决策的动态车载路径诱一些国家也正在研究中心决策的动态车载路径诱导系统。日本关于车载路径诱导系统的市场增长导系统。日本关于车载路径诱导系统的市场增长速度在世界上是最快的。如速度在世界上是最快的。如1996年，日本车载路年，日本车载路径诱导系统的市场渗透是径诱导系统的市场渗透是180万套，美国是万套，美国是1万套，万套，而整个欧洲是而整个欧洲是2万套。万套。停车场可利用性诱导是停车场可利用性诱导是ATIS的另一个重要功能。的另一个重要功能。在没有停车场可利用性诱导系统的一些大城市的在没有停车场可利用性

6、诱导系统的一些大城市的中心区，为了寻找一个停车空位，驾驶员往往要中心区，为了寻找一个停车空位，驾驶员往往要花费半个小时，他们为寻找停车场的行车里程等花费半个小时，他们为寻找停车场的行车里程等于在城市的总行车里程的四分之一。因而停车场于在城市的总行车里程的四分之一。因而停车场可利用性诱导系统可大大减少这种无谓的交通量可利用性诱导系统可大大减少这种无谓的交通量和随之产生的环境污染。世界第一个停车场可利和随之产生的环境污染。世界第一个停车场可利用性诱导系统是在德国的用性诱导系统是在德国的Aachen引入的。至引入的。至1990年世界上就有年世界上就有50个这种系统投入运营。个这种系统投入运营。数字地

7、图数据库是许多数字地图数据库是许多ATIS的关键分量。但支的关键分量。但支持路径诱导的电子数据地图太昂贵，所以尚不能持路径诱导的电子数据地图太昂贵，所以尚不能在所有的城市应用。但是到在所有的城市应用。但是到1997年底，发达国家年底，发达国家的主要城市使用的路径诱导系统就都能利用电子的主要城市使用的路径诱导系统就都能利用电子数据地图了。数字地图数据库工作开展得最好的数据地图了。数字地图数据库工作开展得最好的是日本。日本数字道路地图协会是日本。日本数字道路地图协会（JDRMA）于）于1988年成立。它建立了数据库标准并开发了数字道路地图年成立。它建立了数据库标准并开发了数字道路地图（DRM）数据

8、库。）数据库。JDRMA最初使用最初使用1：50,000的地图，后的地图，后来改用来改用1：25,000的地图，这样可提供更详细、更精确的的地图，这样可提供更详细、更精确的地理信息。到地理信息。到1995年年3月，基于月，基于1：25,000的的DRM数据库数据库覆盖了整个日本。覆盖了整个日本。4.2.2旅行者信息系统的技术进步旅行者信息系统的技术进步（1）信息发布手段的视觉化）信息发布手段的视觉化先进的旅行者信息系统除了利用无线电广播、电话咨询先进的旅行者信息系统除了利用无线电广播、电话咨询等技术发布语音交通信息外，还普遍运用等技术发布语音交通信息外，还普遍运用Internet网页、网页、交

9、互电视、车载单元显示屏和各种可变信息标志来发布信交互电视、车载单元显示屏和各种可变信息标志来发布信息。息。例如，美国得克萨斯州休斯敦市的例如，美国得克萨斯州休斯敦市的HoustonTranstar项项目，目，1996年已有年已有30,000辆汽车与公交车装上了带信用卡辆汽车与公交车装上了带信用卡那样大的异频雷达收发器的车辆自动识别（那样大的异频雷达收发器的车辆自动识别（AVI）装置。）装置。当这种车辆经过当这种车辆经过AVI检测器时，它的信息就送至交通控制检测器时，它的信息就送至交通控制中心（中心（TMC），中心的计算机计算出车辆的旅行时间和速），中心的计算机计算出车辆的旅行时间和速度，并在彩

10、色地图上以不同的颜色表示不同的道路交通条度，并在彩色地图上以不同的颜色表示不同的道路交通条件，然后件，然后Transtar将此信息以多种方式传输给用户，这些将此信息以多种方式传输给用户，这些方式包括可变信息板、方式包括可变信息板、Internet网页及笔记本电脑。网页及笔记本电脑。（2）无线电广播技术的革新）无线电广播技术的革新将交通信息传输给驾驶员的最一般的方法是使将交通信息传输给驾驶员的最一般的方法是使用无线电广播。但是，随着可供利用的信息量的用无线电广播。但是，随着可供利用的信息量的大幅度增加和对信息的实时性要求的提高，以前大幅度增加和对信息的实时性要求的提高，以前的无线电广播技术已不能

11、满足需要。因而先进的的无线电广播技术已不能满足需要。因而先进的旅行者信息系统中的无线电广播技术有了很大的旅行者信息系统中的无线电广播技术有了很大的发展。如欧洲现在广泛使用的一种交通信息传输发展。如欧洲现在广泛使用的一种交通信息传输方式是方式是RDS-TMC（无线电数据系统（无线电数据系统交通消息交通消息频道），日本使用的是先进的路侧广播技术。频道），日本使用的是先进的路侧广播技术。（3）双向通信技术的广泛应用）双向通信技术的广泛应用传统的旅行者信息系统和ATMS中的通信方式主要是由交通管理/信息中心对旅行者的单向通信，如交通管理/信息中心利用广播、电视、可变信息标志等向用户发布信息，没有信息反

12、馈，所提供的信息没有个性。而在先进的旅行者信息系统中，越来越多地采用双向通信方式，不仅是交通管理/信息中心向旅行者发布信息，而且交通管理/信息中心也能从旅行者那里获得他的旅行计划信息和运行实况信息，旅行者不仅能获得面向大众的旅行信息，而且能获得他个人需要的特殊信息并提出特殊的服务请求。全球移动通信系统GSM、无线寻呼系统、红外线信标、路边电话就是ATIS中广泛应用的新通信技术的代表。（4）信息的实时性不断提高）信息的实时性不断提高随着信息收集、处理、传输、发布技术的进步，ATIS提供的信息的实时程度越来越高。例如：美国休斯敦市的道路交通报告网页每1分钟更新一次。日本东京都高速公路交通控制系统（

13、MEPC）提供的高速公路交通信息每1分钟更新一次。1992年英国南安普敦的ROMANSE项目使用VMS为该市13个主要停车场显示空闲的车位，每一个停车场的8个停车信息牌竖立在进入该市中心的各路口处，每2分钟更新一次信息。1993年东京都新宿区建立的日本的第一个停车引导和信息系统PGIS为29个停车场提供可利用性引导。通过电话获得的或显示在电子告示牌上的引导信息每2分钟更新一次。日本的动态路径诱导系统每5分钟更新一次路径诱导信息。（5）信息的复杂程度日益增强）信息的复杂程度日益增强由于地理信息系统由于地理信息系统GIS、全球定位系统、全球定位系统GPS和移动通信技术等的应用，和移动通信技术等的应

14、用，ATIS所能所能提供的信息越来越复杂，其对于整个交通系提供的信息越来越复杂，其对于整个交通系统所产生的影响也就越来越大。如数字地图统所产生的影响也就越来越大。如数字地图数据库使数据库使ATIS提供的信息是前所未有的丰富、提供的信息是前所未有的丰富、清晰和准确，具有了广泛的可利用性；停车清晰和准确，具有了广泛的可利用性；停车场不仅是停车的场所，也成为搭乘者上车的场不仅是停车的场所，也成为搭乘者上车的场所，有效地辅助实施了交通需求管理；路场所，有效地辅助实施了交通需求管理；路径诱导系统的路径选择不再是仅仅依据于路径诱导系统的路径选择不再是仅仅依据于路网结构的静态数据和交通流的历史数据，而网结构

15、的静态数据和交通流的历史数据，而是越来越多地依据路网最新的和预测的动态是越来越多地依据路网最新的和预测的动态数据，使路网交通流的整体优化成为可能。数据，使路网交通流的整体优化成为可能。2.路径诱导系统的功能路径诱导系统的功能系统的导航功能是根据道路交通法规、汽车结构、系统的导航功能是根据道路交通法规、汽车结构、用户要求建立，由导航软件和电子地图数据库来实用户要求建立，由导航软件和电子地图数据库来实现。现。（1）对目的地进行最佳路线的检索对目的地进行最佳路线的检索该系统可以直该系统可以直接输入地名、经纬度、电话号码进行路线检索，能接输入地名、经纬度、电话号码进行路线检索，能快捷提供快捷提供13条

16、到目的地的最佳路线以供选择，还能条到目的地的最佳路线以供选择，还能获取自身位置、目的地坐标、行驶距离、速度、时获取自身位置、目的地坐标、行驶距离、速度、时间和前进方向等。间和前进方向等。（2）具有瞬时再检索功能具有瞬时再检索功能有道路施工、堵塞、走有道路施工、堵塞、走错路等情况，推荐的路线行不通时，具有再检索功错路等情况，推荐的路线行不通时，具有再检索功能。舍去堵塞、错路、施工路段，提供新的路线时，能。舍去堵塞、错路、施工路段，提供新的路线时，要求至少有要求至少有3条路线可供选择，并用不同颜色在显示条路线可供选择，并用不同颜色在显示器上标出。所以要求器上标出。所以要求CPU运算速度和精度特别高

17、，运算速度和精度特别高，CPU应选高速应选高速32bit的。的。（3）提供丰富的菜单和记录功能提供丰富的菜单和记录功能为与日本导航为与日本导航软件的软件的S规则相对应，系统应能记录规则相对应，系统应能记录1000万个住万个住所地址，所地址，1100万个电话号码，万个电话号码，25cm比例尺相当于比例尺相当于1/3000的街道图并用的街道图并用11+1层显示，还有十字路口层显示，还有十字路口交叉点全画面扩大显示图，并与交叉点全画面扩大显示图，并与VICS实时对应。实时对应。（4）在适当时间提供实时语音提示在适当时间提供实时语音提示凡行驶在交凡行驶在交叉路口前，一般道路在叉路口前，一般道路在300

18、700m之前，高速公路之前，高速公路在在2000m、1000m、500m之前要分别向驾驶员说之前要分别向驾驶员说明十字路口、交叉点的名称和更改的方向，以及明十字路口、交叉点的名称和更改的方向，以及高速公路的分支点、进出口、单行线等引导指示，高速公路的分支点、进出口、单行线等引导指示，同时具备中英文两种语言，以供切换。同时具备中英文两种语言，以供切换。（5）扩大的十字路口标志显示功能扩大的十字路口标志显示功能行驶在交叉行驶在交叉路口、十字路口之前路口、十字路口之前300m处，高速公路进出口处，高速公路进出口之前之前300m都要自动开窗显示扩大了的十字路口附都要自动开窗显示扩大了的十字路口附近全面

19、图，并指出十字路口的名称，拐弯后的道近全面图，并指出十字路口的名称，拐弯后的道路名称和方向。路名称和方向。（6）扩展功能扩展功能系统应具备有多种接口，以便与系统应具备有多种接口，以便与交通管理部门、邮电部门、建筑部门的交通管理部门、邮电部门、建筑部门的VICS、ATIS、IIS联网。联网。4.2.3车载路径诱导系统车载路径诱导系统从从20世纪世纪60年代美国的年代美国的ERGS开始直到今天，开始直到今天，车载路径诱导系统一直是智能运输系统最具代表车载路径诱导系统一直是智能运输系统最具代表性的一个功能子系统。可以说，车载路径诱导系性的一个功能子系统。可以说，车载路径诱导系统从低级向高级的发展过程

20、也集中地反映了统从低级向高级的发展过程也集中地反映了ITS的的智能化程度逐步提高的过程。智能化程度逐步提高的过程。1.路径诱导系统的分类路径诱导系统的分类路径诱导系统（路径诱导系统（RouteGuidanceSystems）也可以称为车辆导航系统（也可以称为车辆导航系统（VehicleNavigationSystems），其主要功能是辅助驾驶员为到达目），其主要功能是辅助驾驶员为到达目的地而选择路径和沿既定路径行驶，必要时（如的地而选择路径和沿既定路径行驶，必要时（如遇道路条件发生变化时）帮助驾驶员重新选择路遇道路条件发生变化时）帮助驾驶员重新选择路径。这个过程也称为径。这个过程也称为“路径计

21、划路径计划导航导航路路径再计划径再计划”或或“路径选择路径选择路径引导路径引导路径路径再选择再选择”。根据路径计划和导航功能实现方法的。根据路径计划和导航功能实现方法的不同，路径诱导系统有不同的分类方法。不同，路径诱导系统有不同的分类方法。按导航方式的不同，路径诱导系统可划分为：按导航方式的不同，路径诱导系统可划分为：路侧路径诱导系统路侧路径诱导系统导航设施为设置于路导航设施为设置于路侧的各种道路标志，导航的功能由驾驶员正确识侧的各种道路标志，导航的功能由驾驶员正确识别和理解这些标志，按交通规则行驶实现。别和理解这些标志，按交通规则行驶实现。车载路径诱导系统车载路径诱导系统导航设施为设置在车导

22、航设施为设置在车内的车载导航器，导航的功能由导航器的定位计内的车载导航器，导航的功能由导航器的定位计算和给出声音提示或屏幕显示，一步步引导驾驶算和给出声音提示或屏幕显示，一步步引导驾驶员实现。员实现。在在ITS出现之前，没有车载路径诱导系统。出现之前，没有车载路径诱导系统。路径诱导系统又可按路径计划所依据的信息的路径诱导系统又可按路径计划所依据的信息的性质划分为：性质划分为：静态路径诱导系统静态路径诱导系统路径计划所依据的信路径计划所依据的信息为静态的路网信息，如预先储存在车载导航器息为静态的路网信息，如预先储存在车载导航器的的CD-ROM中的路网结构、路段旅行时间甚至最中的路网结构、路段旅行

23、时间甚至最短路径树。短路径树。动态路径诱导系统动态路径诱导系统路径计划所依据的信息有实路径计划所依据的信息有实时的动态路网信息和环境信息，如当前和短期预时的动态路网信息和环境信息，如当前和短期预测的路段旅行时间、交通管制信息、道路气象信测的路段旅行时间、交通管制信息、道路气象信息等。息等。另外，按照路径计划产生的地点，车载路径诱另外，按照路径计划产生的地点，车载路径诱导系统还可划分为：导系统还可划分为：自治型路径诱导系统（或局部决策的路径自治型路径诱导系统（或局部决策的路径诱导系统）诱导系统）路径计划由车载计算机系统根据车路径计划由车载计算机系统根据车内装载数据库的数据和车载软件计算产生。车载

24、内装载数据库的数据和车载软件计算产生。车载数据库的路段行驶时间等信息可以通过与道路系数据库的路段行驶时间等信息可以通过与道路系统的双向通信得以更新。统的双向通信得以更新。中心型路径诱导系统（或中心决策的路径中心型路径诱导系统（或中心决策的路径诱导系统）诱导系统）路径计划由交通控制中心的计算机路径计划由交通控制中心的计算机系统计算产生。中心的计算机系统根据实际路况系统计算产生。中心的计算机系统根据实际路况和交通条件为每一特定的车辆选择最优路径，并和交通条件为每一特定的车辆选择最优路径，并将选择结果通过路侧通信装置传送给车辆。将选择结果通过路侧通信装置传送给车辆。完全利用车载导航器中固有的信息决定

25、路径的自治型路径完全利用车载导航器中固有的信息决定路径的自治型路径诱导系统是静态路径诱导系统，同时还利用接收到的道路诱导系统是静态路径诱导系统，同时还利用接收到的道路实时信息决定路径的自治型路径诱导系统是动态路径诱导实时信息决定路径的自治型路径诱导系统是动态路径诱导系统。系统。中心决策的路径诱导系统是最理想的路径诱导系统，中心决策的路径诱导系统是最理想的路径诱导系统，从理论上说，只有它才能优化交通流在整个路网上的分配。从理论上说，只有它才能优化交通流在整个路网上的分配。但是，这样的中心决策的路径诱导系统需要很大的投入，但是，这样的中心决策的路径诱导系统需要很大的投入，技术难度也很大。然而，欧洲

26、的一些中心决策的路径诱导技术难度也很大。然而，欧洲的一些中心决策的路径诱导系统不仅车载设备简单、廉价，而且路侧通信基础设施也系统不仅车载设备简单、廉价，而且路侧通信基础设施也成本很低，其诱导效果并不比自治型的路径诱导系统来得成本很低，其诱导效果并不比自治型的路径诱导系统来得好。所以，为了改进诱导效果，欧洲引进了双制式路径诱好。所以，为了改进诱导效果，欧洲引进了双制式路径诱导系统；为了降低系统成本，日本引进了混合式路径诱导导系统；为了降低系统成本，日本引进了混合式路径诱导系统。系统。关于各类路径诱导系统，我们可以给出下面几个例子：关于各类路径诱导系统，我们可以给出下面几个例子：美国的美国的“先进

27、的驾驶员咨询与车辆导航概先进的驾驶员咨询与车辆导航概念念”ADVANCE（AdvanceDriverandVehicleAdvisoryNavigationConcept）和）和“旅行技术旅行技术”TRAVTEK（TravelTechnology）是两个典型的自治型路径诱导系）是两个典型的自治型路径诱导系统项目。统项目。德国的德国的Ali-Scout系统是一种典型的较简单系统是一种典型的较简单的中心型路径诱导系统。的中心型路径诱导系统。德国德国“斯图加特区域性交通运营管斯图加特区域性交通运营管理理”STORM项目以实时交通数据来发送双制式路项目以实时交通数据来发送双制式路径诱导径诱导DMRG（

28、DualModeRouteGuidance）。）。日本的车载路径诱导系统处于世界领先地日本的车载路径诱导系统处于世界领先地位。日本的位。日本的DRGS采用局部决策的路径诱导和中心采用局部决策的路径诱导和中心决策的路径诱导相结合的混合式路径诱导策略。决策的路径诱导相结合的混合式路径诱导策略。车载导航系统是由车载导航系统是由GPS导航、自律导航、智能导航、自律导航、智能导航地图匹配器、微处理器（导航地图匹配器、微处理器（MPU）或数字信息）或数字信息处理器（处理器（DSP）、车速传感器、陀螺传感器、）、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器或驱动器或DVD-ROM驱动器、驱动器、TFTLCD显

29、示器显示器以及电子地图数据库相应的软件等组成。以及电子地图数据库相应的软件等组成。车载导航系统一般结构车载导航系统一般结构 随着车辆行驶，实时路径导航要求车辆的位置作随着车辆行驶，实时路径导航要求车辆的位置作为时间的函数不断地与路径规划模块产生的最佳为时间的函数不断地与路径规划模块产生的最佳路径相比较。根据车辆当前的位置、走向及行驶路径相比较。根据车辆当前的位置、走向及行驶的道路信息，实时路径引导系统不断地更新这些的道路信息，实时路径引导系统不断地更新这些信息。当转弯或者行驶指令到达时，路径引导系信息。当转弯或者行驶指令到达时，路径引导系统的可视信号、声频信号或者行驶指令向驾驶员统的可视信号、

30、声频信号或者行驶指令向驾驶员发出报警信号。发出报警信号。2.途中引导途中引导正如上图所示，路径引导包括两个任务：一是正如上图所示，路径引导包括两个任务：一是行驶指令的产生；二是规划路径的跟踪。注意对行驶指令的产生；二是规划路径的跟踪。注意对于路径引导模块有许多不同的设计和实现方案而于路径引导模块有许多不同的设计和实现方案而不只是图中所示的一种方案。例如，行驶指令生不只是图中所示的一种方案。例如，行驶指令生成任务可以是路径规划模块的主要部分。行驶指成任务可以是路径规划模块的主要部分。行驶指令生成任务和规划路径跟踪任务可直接处理由规令生成任务和规划路径跟踪任务可直接处理由规划模块产生的数据。然而为

31、了表达基本思想，我划模块产生的数据。然而为了表达基本思想，我们利用图中所示的功能框图描述路径引导模块的们利用图中所示的功能框图描述路径引导模块的原理和实际问题。原理和实际问题。3.行驶指令的产生行驶指令的产生如上所述，行驶指令的产生是路径规划模如上所述，行驶指令的产生是路径规划模块的子功能或者是路径引导模块的独立任务。块的子功能或者是路径引导模块的独立任务。该任务的主要功能是产生一个由规划路径跟踪该任务的主要功能是产生一个由规划路径跟踪所遵循的行驶指令列表。由非层次路径规划模所遵循的行驶指令列表。由非层次路径规划模块生成的典型输出路径是简单的路段列表，该块生成的典型输出路径是简单的路段列表，该

32、列表并不提供足够的引导信息。行驶指令的产列表并不提供足够的引导信息。行驶指令的产生以适当的行驶指令和转弯信息向列表中的路生以适当的行驶指令和转弯信息向列表中的路段添加信息，这些信段添加信息，这些信息通过人机接口以特殊息通过人机接口以特殊的视、听指令加以解释。右图给出了行驶指令的视、听指令加以解释。右图给出了行驶指令和转弯类型的某些实例。行驶指令与转弯类型和转弯类型的某些实例。行驶指令与转弯类型的不同组合对应于不同的视听表达。的不同组合对应于不同的视听表达。如果采用层次路径规划模型，如上面所讨论的，增添输出路如果采用层次路径规划模型，如上面所讨论的，增添输出路段信息前，把输出路段分成最底层的路段

33、，这取决于如何构段信息前，把输出路段分成最底层的路段，这取决于如何构造高层路段。为节省内存，高层路段仅包含与路径规划有关造高层路段。为节省内存，高层路段仅包含与路径规划有关的信息。对于定位与引导，最好使用最底层的路段，因为底的信息。对于定位与引导，最好使用最底层的路段，因为底层的每一路段包含较详细的引导信息。几乎所有的车辆在任层的每一路段包含较详细的引导信息。几乎所有的车辆在任何旅行中既使用高层路段又使用底层路段，这意味着利用存何旅行中既使用高层路段又使用底层路段，这意味着利用存储相关数据的最低层路段引导车辆更加有效。事实上，在规储相关数据的最低层路段引导车辆更加有效。事实上，在规划和引导中所

34、采用的数据存取方法对于获得最大性能是至关划和引导中所采用的数据存取方法对于获得最大性能是至关重要的，尤其是基于分层地图数据库系统。重要的，尤其是基于分层地图数据库系统。为了确保路径引导模块的有效实现，对于内存空间和数据为了确保路径引导模块的有效实现，对于内存空间和数据存取机制应该给予认真考虑。为了使路径规划模块使用最存取机制应该给予认真考虑。为了使路径规划模块使用最小的内存，较高层的数据可以采用仅适用规划的形式存储。小的内存，较高层的数据可以采用仅适用规划的形式存储。利用地图数据的分层表达，会给路径规划带来很大好处。利用地图数据的分层表达，会给路径规划带来很大好处。采用分层表示的不利一面是在路

35、径引导模块中处理最后所采用分层表示的不利一面是在路径引导模块中处理最后所得到的路段需要额外的时间。当然总会有折衷方案。对于得到的路段需要额外的时间。当然总会有折衷方案。对于设计成在大公路网行驶的系统，与规划中节省的时间相比，设计成在大公路网行驶的系统，与规划中节省的时间相比，值得在引导中做更多的工作（基于当前的技术）。此外，值得在引导中做更多的工作（基于当前的技术）。此外，当前可利用的实时计算技术允许多个任务同时执行。一旦当前可利用的实时计算技术允许多个任务同时执行。一旦计算出足够的能够进行初始路径跟踪的行驶指令，其余的计算出足够的能够进行初始路径跟踪的行驶指令，其余的工作可在后台执行。毕竟车

36、载导航系统是实时嵌人计算机工作可在后台执行。毕竟车载导航系统是实时嵌人计算机的应用。考虑到地图匹配定位的简单化，基于基本层（最的应用。考虑到地图匹配定位的简单化，基于基本层（最低层）报告当前车辆的位置更加容易。换言之，基于层次低层）报告当前车辆的位置更加容易。换言之，基于层次数据库规划出的路径对于引导来说可能不够详细，应该生数据库规划出的路径对于引导来说可能不够详细，应该生成对于引导来说具有足够的详细信息的基本路段的行驶指成对于引导来说具有足够的详细信息的基本路段的行驶指令列表。在层次的实现方式中，行驶指令的生成工作包括令列表。在层次的实现方式中，行驶指令的生成工作包括把一系列路径的所有高层路

37、段分解成基本路段。同时把行把一系列路径的所有高层路段分解成基本路段。同时把行驶指令和转弯类型信息添加到行驶指令列表中。驶指令和转弯类型信息添加到行驶指令列表中。层次地图数据库如果采用慢速的辅助存储器或远程批处理层次地图数据库如果采用慢速的辅助存储器或远程批处理装置，我们需要有效地利用内存空间，至少把路径规划所装置，我们需要有效地利用内存空间，至少把路径规划所需的信息放人主存以便检索与路段相关的信息。换言之，需的信息放人主存以便检索与路段相关的信息。换言之，当数据库存储在低速的存储装置时，为了使规划效率达到当数据库存储在低速的存储装置时，为了使规划效率达到最大，规划所需要的信息应该与定位、行驶指

38、令的生成和最大，规划所需要的信息应该与定位、行驶指令的生成和路径跟踪分开存放。路径规划完成后，仅需要在主存为行路径跟踪分开存放。路径规划完成后，仅需要在主存为行驶指令列表中的路段和与车辆邻接的路段存储详细的信息。驶指令列表中的路段和与车辆邻接的路段存储详细的信息。为了节省存储空间，我们同时也放弃路径规划所使用的，为了节省存储空间，我们同时也放弃路径规划所使用的，对路径引导不再需要的任何数据。对路径引导不再需要的任何数据。为了有效地存取数据应该采用良好的数据结构，这些数为了有效地存取数据应该采用良好的数据结构，这些数据结构应该有助于系统避免穷举的搜索，避免一经要求就据结构应该有助于系统避免穷举的

39、搜索，避免一经要求就计算和相同区域的重复存取。理想地，一旦找到路径上的计算和相同区域的重复存取。理想地，一旦找到路径上的一条路段，辨别即将出现的路段应该像存取一个结构字段一条路段，辨别即将出现的路段应该像存取一个结构字段或沿着指针查找一样简单。一个可接受的数据结构是一个或沿着指针查找一样简单。一个可接受的数据结构是一个行驶指令双向链表，前项指针指向刚刚存取的行驶指令，行驶指令双向链表，前项指针指向刚刚存取的行驶指令，后项指针指向下一个行驶指令。旅行代价的计算结果可存后项指针指向下一个行驶指令。旅行代价的计算结果可存储起来以限制路径引导期间一经要求就计算的弊端。如果储起来以限制路径引导期间一经要

40、求就计算的弊端。如果没有足够的与其他导航任务共享的可利用主存，可利用高没有足够的与其他导航任务共享的可利用主存，可利用高速缓冲存储器管理数据存取，避免从辅助内存对相同数据速缓冲存储器管理数据存取，避免从辅助内存对相同数据的重复请求。高速缓冲存储器是一组数据存储单元，逻辑的重复请求。高速缓冲存储器是一组数据存储单元，逻辑上是辅助内存的一部分，但是由于性能原因保留在主存。上是辅助内存的一部分，但是由于性能原因保留在主存。换言之，高速缓冲存储器在主存提供一个高速缓冲区作为辅助内存的换言之，高速缓冲存储器在主存提供一个高速缓冲区作为辅助内存的临时数据存储。总之，应该尽可能少地在主存存储引导数据，而仍能

41、临时数据存储。总之，应该尽可能少地在主存存储引导数据，而仍能提供快速存取和在时间、空间的折衷达到较好的平衡。提供快速存取和在时间、空间的折衷达到较好的平衡。4.规划路径的跟踪规划路径的跟踪如果车辆的当前位置能够准确地确定，如果车辆的当前位置能够准确地确定，途中引导是不困难的。一旦车辆的位置是途中引导是不困难的。一旦车辆的位置是已知的，并把该位置与规划的路径对比后，已知的，并把该位置与规划的路径对比后，可以为司机准备或提供适当的信号和指令。可以为司机准备或提供适当的信号和指令。规划的路径包括通往目的地的一系列路段，规划的路径包括通往目的地的一系列路段，这些路段是由系统设计或由司机选择的规这些路段

42、是由系统设计或由司机选择的规划标准所确定的规划条件下产生的。在途划标准所确定的规划条件下产生的。在途中的任一点，车辆应行驶在规划出的路径中的任一点，车辆应行驶在规划出的路径中的某一路段上。路径跟踪的任务是紧密中的某一路段上。路径跟踪的任务是紧密监视车辆处于该路段上的位置以确定何时监视车辆处于该路段上的位置以确定何时采用适当的引导行动。这些行动通过人机采用适当的引导行动。这些行动通过人机接口提供给司机。简言之，路径引导模块接口提供给司机。简言之，路径引导模块的主要功能应该是确定何时及如何引导司的主要功能应该是确定何时及如何引导司机行驶。机行驶。一旦路径跟踪识别出司机下一步的行驶指令，它必须借助一

43、旦路径跟踪识别出司机下一步的行驶指令，它必须借助于一种方式把该指令信息传递给司机。目前导航系统所采于一种方式把该指令信息传递给司机。目前导航系统所采用的最流行方法是提供一个或一系列声音预告以事先通知用的最流行方法是提供一个或一系列声音预告以事先通知司机即将到来的行驶指令，这样他或她可以采取适当的行司机即将到来的行驶指令，这样他或她可以采取适当的行动（见下图）。另一种方法是把行驶指令以人工控制方式动（见下图）。另一种方法是把行驶指令以人工控制方式或自动方式显示在屏幕上，或提供简单的声调等。可通过或自动方式显示在屏幕上，或提供简单的声调等。可通过扬声器利用事先录制的人的声音或语音合成发出预告。扬声

44、器利用事先录制的人的声音或语音合成发出预告。消息预告的定时建议，许多是基于实际路径引导系统获消息预告的定时建议，许多是基于实际路径引导系统获得的经验。行驶指令定时取决于道路的类型和距离或者后得的经验。行驶指令定时取决于道路的类型和距离或者后面的行驶指令。这意味着道路类型、交叉路口类型、行驶面的行驶指令。这意味着道路类型、交叉路口类型、行驶速度和距离及车道数是设计路径引导模块中的行驶指令定速度和距离及车道数是设计路径引导模块中的行驶指令定时所考虑的重要因素。其他推理技术也可以和所有相关因时所考虑的重要因素。其他推理技术也可以和所有相关因素结合起来使用，确定最佳的定时。此外，提前消息，譬素结合起来

45、使用，确定最佳的定时。此外，提前消息，譬如如”早期消息早期消息”和和”准备消息准备消息”的精确定时不是至关重要的精确定时不是至关重要的；但是，转弯消息，例如的；但是，转弯消息，例如”到达消息到达消息”的定时是重要的。的定时是重要的。如果行驶指令存储在低速的辅助内存中，可能需要采取预如果行驶指令存储在低速的辅助内存中，可能需要采取预先取出技术或高速缓冲存储以便在一条预期的行驶指令到先取出技术或高速缓冲存储以便在一条预期的行驶指令到来时可以使用这些行驶指令。无论采用哪一种方法，子系来时可以使用这些行驶指令。无论采用哪一种方法，子系统的主要目的是避免太早或太晚预告即将到来的行驶指令，统的主要目的是避

46、免太早或太晚预告即将到来的行驶指令，这样，司机可以从这些指令受益以提高安全性和取得最大这样，司机可以从这些指令受益以提高安全性和取得最大的运行性能。的运行性能。5.偏离路径的引导偏离路径的引导司机可能由于各种原因偶尔地偏离规划的路径行驶。他们司机可能由于各种原因偶尔地偏离规划的路径行驶。他们可能在指示的交叉路口转错了弯，对于一个交叉路口可能不可能在指示的交叉路口转错了弯，对于一个交叉路口可能不能行驶到正确的车道，也可能临时离开路径等等。一旦系统能行驶到正确的车道，也可能临时离开路径等等。一旦系统确定车辆不再行驶在给定的路径（或没有行驶在预先确定的确定车辆不再行驶在给定的路径（或没有行驶在预先确

47、定的附近任何路段上），系统必须具有使车辆回到正确路径上的附近任何路段上），系统必须具有使车辆回到正确路径上的机制。机制。可采用不同的方法解决这个问题。一旦确定车辆偏离了路可采用不同的方法解决这个问题。一旦确定车辆偏离了路径，一个简单的解决办法是提醒司机注意车辆偏离了它的路径，一个简单的解决办法是提醒司机注意车辆偏离了它的路径，接着在屏幕上显示一个方向箭头指向原来目的地方向。径，接着在屏幕上显示一个方向箭头指向原来目的地方向。司机应该利用这一大致方向返回到原来的道路或者找到一条司机应该利用这一大致方向返回到原来的道路或者找到一条到达目的地的道路。另一种解决办法是通知司机车辆已经偏到达目的地的道路

48、。另一种解决办法是通知司机车辆已经偏离了路径，需要重新规划一条通往目的地的路径。重新从当离了路径，需要重新规划一条通往目的地的路径。重新从当前偏离路径位置规划一条到达原出的地的最短路径是另一种前偏离路径位置规划一条到达原出的地的最短路径是另一种选择。在车辆偏离路径的地方，其路段后面紧接着的路段在选择。在车辆偏离路径的地方，其路段后面紧接着的路段在这种情况下可作为间接的目的地，也可以使用原来的目的地这种情况下可作为间接的目的地，也可以使用原来的目的地重新规划一条路径。这一解决办法的棘手问题是路径规划系重新规划一条路径。这一解决办法的棘手问题是路径规划系统如何确定新的起点。如果出现偏离路径后车辆停

49、下来，车统如何确定新的起点。如果出现偏离路径后车辆停下来，车辆的当前位置可作为起点；否则，必须在车辆当前行驶方向辆的当前位置可作为起点；否则，必须在车辆当前行驶方向前面选择起点。一个好的候选起点是这样的点，假如必须重前面选择起点。一个好的候选起点是这样的点，假如必须重新规划新的路径，到达该点的行驶时间等于最大值。新规划新的路径，到达该点的行驶时间等于最大值。这里讨论的所有方法是假设车辆偏离了规这里讨论的所有方法是假设车辆偏离了规划路径，但仍在路上。如何引导偏离道路划路径，但仍在路上。如何引导偏离道路的车辆呢的车辆呢?显然，偏离道路的车辆也偏离了显然，偏离道路的车辆也偏离了规划路径。一个策略是通

50、知司机车辆偏离规划路径。一个策略是通知司机车辆偏离了道路，必须返回最近的路段。系统不断了道路，必须返回最近的路段。系统不断地监视车辆，看它是否已经返回到道路网。地监视车辆，看它是否已经返回到道路网。一旦系统确定车辆又处在道路上，可采用一旦系统确定车辆又处在道路上，可采用前面的方法引导车辆。也可以通过屏幕上前面的方法引导车辆。也可以通过屏幕上显示的方向指示引导司机返回到最近的道显示的方向指示引导司机返回到最近的道路，或者确定和显示司机应该返回的最近路，或者确定和显示司机应该返回的最近路段。除这里提及的方法外，有许多其他路段。除这里提及的方法外，有许多其他方法可用于偏离道路的复位。方法可用于偏离道

51、路的复位。5.利用动态信息的引导利用动态信息的引导在前面的讨论中，我们隐含地假设路径引导模在前面的讨论中，我们隐含地假设路径引导模块是基于静态的路径规划。基于静态路径规划系块是基于静态的路径规划。基于静态路径规划系统利用每条路段的静态旅行代价计算最小代价路统利用每条路段的静态旅行代价计算最小代价路径并引导车辆沿着该路径行驶。在真实的世界环径并引导车辆沿着该路径行驶。在真实的世界环境，实际的代价取决于特定时间的交通条件的动境，实际的代价取决于特定时间的交通条件的动态值。因此，按照改进路径引导的观点，基于动态值。因此，按照改进路径引导的观点，基于动态路径规划的系统是可取的。理想地，用于引导态路径规

52、划的系统是可取的。理想地，用于引导的路径要基于每条特定路段的实时代价来计算。的路径要基于每条特定路段的实时代价来计算。更具体地说，动态行驶代价应该基于链路代价，更具体地说，动态行驶代价应该基于链路代价，它是路段代价与行驶中从交通控制中心或交通管它是路段代价与行驶中从交通控制中心或交通管理中心接收到的转弯代价之和。记住左转弯、右理中心接收到的转弯代价之和。记住左转弯、右转弯、在停止信号处转弯和在交通灯处转弯的代转弯、在停止信号处转弯和在交通灯处转弯的代价都取决于特定的道路。价都取决于特定的道路。这里仅讨论自治型动态路径诱导情况。这里仅讨论自治型动态路径诱导情况。假设车内系统能够从控制中心或信息中

53、心（如假设车内系统能够从控制中心或信息中心（如交通信息中心）接收、过滤和存储信息，路径引交通信息中心）接收、过滤和存储信息，路径引导模块必须为规划路径采取适当行动以响应到来导模块必须为规划路径采取适当行动以响应到来的拥挤报告。的拥挤报告。在动态路径引导系统中，我们必须面对与系在动态路径引导系统中，我们必须面对与系统结构有关的三个重要问题：第一是，需要统结构有关的三个重要问题：第一是，需要确定的动态（静态）信息是否应该由中心系确定的动态（静态）信息是否应该由中心系统还是由车载系统处理；第二是，需要确定统还是由车载系统处理；第二是，需要确定动态信息的更新频率；第三是，需要确定所动态信息的更新频率；

54、第三是，需要确定所使用的通信介质以确保交通设施和车辆之间使用的通信介质以确保交通设施和车辆之间平滑的信息流。这一节平滑的信息流。这一节，将讨论车上的静，将讨论车上的静态行驶信息存储结构及由控制中心或交通管态行驶信息存储结构及由控制中心或交通管理中心周期地提供的动态信息。假设信息更理中心周期地提供的动态信息。假设信息更新频率足以反映道路的交通条件和在车上进新频率足以反映道路的交通条件和在车上进行路径规划。现在讨论一个可用于这种结构行路径规划。现在讨论一个可用于这种结构的动态路径引导算法（见下图）。的动态路径引导算法（见下图）。这一算法的主要思想是尽可能多地依靠动态行这一算法的主要思想是尽可能多地

55、依靠动态行驶代价进行路径引导。为了达到这一目的，车驶代价进行路径引导。为了达到这一目的，车载导航计算机必须能够接收动态代价数据，这载导航计算机必须能够接收动态代价数据，这样把静态数据库变成动态数据库。一个简单的样把静态数据库变成动态数据库。一个简单的方法是在车上保留一个静态数据库。在路径引方法是在车上保留一个静态数据库。在路径引导过程中，该数据库能动态地更新以反映新的导过程中，该数据库能动态地更新以反映新的代价信息。代价信息。利用行驶时间作为路径规划代价。正如在第利用行驶时间作为路径规划代价。正如在第2章所了解的那样，路段长度和速度限制是静态章所了解的那样，路段长度和速度限制是静态地图数据库所

56、使用的属性。如第地图数据库所使用的属性。如第5章所讨论的那章所讨论的那样，这些属性能容易地转换成用于路径规划的样，这些属性能容易地转换成用于路径规划的行驶时间。用行驶时间作为代价，静态路径规行驶时间。用行驶时间作为代价，静态路径规划系统能够为司机生成最小行驶时间的路径。划系统能够为司机生成最小行驶时间的路径。该路径是在一定假设下导出的，即司机通常以该路径是在一定假设下导出的，即司机通常以每条路段所限制的速度行驶。提供行驶代价信每条路段所限制的速度行驶。提供行驶代价信息的较好方法是利用静态数据库。由于车辆并息的较好方法是利用静态数据库。由于车辆并不总是以允许的限制速度行驶，该数据库更准不总是以允

57、许的限制速度行驶，该数据库更准确地反映实际行驶条件。确地反映实际行驶条件。这种类型的一个例子是把数据库和历史文件结合起来。该这种类型的一个例子是把数据库和历史文件结合起来。该文件最初是由脱机过程获得的。回想一下，每一链路表示文件最初是由脱机过程获得的。回想一下，每一链路表示一条路段与转弯延迟信息的和。这一过程利用交通流模型一条路段与转弯延迟信息的和。这一过程利用交通流模型（由道路网和其他数据来支持）的详细表达，在一天内的（由道路网和其他数据来支持）的详细表达，在一天内的每一时间为起始每一时间为起始目的旅行表估算链路行驶时间和流量。目的旅行表估算链路行驶时间和流量。把一天把一天24小时分成不同的

58、区段，这样能适当地估计每一链小时分成不同的区段，这样能适当地估计每一链路的行驶时间。该模型也可和交通延迟函数（它包括转弯路的行驶时间。该模型也可和交通延迟函数（它包括转弯运动和信号控制参数）结合起来。当与实际结合时，这些运动和信号控制参数）结合起来。当与实际结合时，这些链路行驶时间是确认的，并且利用从交通检测车辆或其他链路行驶时间是确认的，并且利用从交通检测车辆或其他交通传感器和轶事信息接受到的实际数据进行更新。检测交通传感器和轶事信息接受到的实际数据进行更新。检测车辆是实时报告其行驶道路交通数据的车辆。这一历史简车辆是实时报告其行驶道路交通数据的车辆。这一历史简况数据可作为数字地图数据库编译

59、器的输入。编译后，以况数据可作为数字地图数据库编译器的输入。编译后，以文件方式存储的链路行驶时间成为导航数据库的属性。与文件方式存储的链路行驶时间成为导航数据库的属性。与路径引导算法结合使用时，系统可提供一条真实的路径。路径引导算法结合使用时，系统可提供一条真实的路径。系统基于新交通数据布置后，假如这一特性包含在系统中，系统基于新交通数据布置后，假如这一特性包含在系统中，历史文件可以周期间隔得到进一步的改进。尽管这一改进历史文件可以周期间隔得到进一步的改进。尽管这一改进是通过限定速度作为行驶代价，但系统建议的路径将仍然是通过限定速度作为行驶代价，但系统建议的路径将仍然基于数据库预先存储的静态代

60、价。只有使用动态代价时，基于数据库预先存储的静态代价。只有使用动态代价时，路径引导系统才真正成为动态的。路径引导系统才真正成为动态的。上页图描述的算法首先使用静态代价规划路径。司机沿着上页图描述的算法首先使用静态代价规划路径。司机沿着规划的路径行驶时，车载系统不断地监视由交通控制中心规划的路径行驶时，车载系统不断地监视由交通控制中心或交通管理中心广播的新消息。为简单起见，假设消息包或交通管理中心广播的新消息。为简单起见，假设消息包含车辆正在行驶区定消息是否包含车辆附近的链路信息。含车辆正在行驶区定消息是否包含车辆附近的链路信息。如果消息包含这样的数据，在静态数据库受影响的链路使如果消息包含这样