1 引言

為了緩解現(xiàn)代城市交通的壓力，近年來出現(xiàn)了將最新的GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）、GPS（全球定位系統(tǒng)）、GIS（地理信息系統(tǒng)）系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的ITS智能交通系統(tǒng)。通過此系統(tǒng)可以合理利用和充分發(fā)揮現(xiàn)有道路的交通潛力，有效解決交通擁擠的現(xiàn)象。借助于高科技手段，ITS系統(tǒng)可以對機(jī)動(dòng)車輛實(shí)施管理、調(diào)度、救生、咨詢或進(jìn)行防盜等多種功能，幅度提高交通管理質(zhì)量。對集團(tuán)用戶則可以提高車輛的營運(yùn)效率，降低營運(yùn)成本。

為了實(shí)現(xiàn)ITS智能交通系統(tǒng)，如何進(jìn)行車輛定位是一個(gè)關(guān)鍵性的問題。GPS車輛定位系統(tǒng)，是借助GPS全球定位系統(tǒng)為機(jī)動(dòng)車輛提供定位信息的系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)可以提供全球覆蓋、全天候、免費(fèi)的高精度標(biāo)準(zhǔn)授時(shí)/導(dǎo)航定位服務(wù)，通過車載GPS接收機(jī)可以實(shí)時(shí)地獲得車輛的經(jīng)緯度位置和時(shí)間等關(guān)鍵信息。也正因?yàn)榇耍珿PS系統(tǒng)成為當(dāng)前車輛定位的首選方案。車輛定位系統(tǒng)將GPS系統(tǒng)獲得的經(jīng)緯度信息進(jìn)行地圖匹配，以確定車輛在城市交通道路中的具體位置。 本文將PC/104嵌入式計(jì)算機(jī)應(yīng)用在GPS車輛定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，討論了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。2 GPS車輛定位系統(tǒng)工作原理 GPS車輛定位系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

 
從圖1可以看出GPS車輛定位系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)、定位業(yè)務(wù)，以及GIS系統(tǒng)的應(yīng)用密不可分。以下將對它們的研究現(xiàn)狀加以簡要介紹。

2.1 GPS全球定位系統(tǒng)

GPS原名“導(dǎo)航星”（NAVSTAR）系統(tǒng)，1993年12月8日由美國國防部建成并投入運(yùn)營。該系統(tǒng)將24顆衛(wèi)星分布在6個(gè)等間隔空間軌道上，其中有三顆備用星。這種分布可以保證全球任意地區(qū)、任何時(shí)刻都處于不少于4顆衛(wèi)星的觀測之下。GPS接收機(jī)通過天線接收衛(wèi)量信號和導(dǎo)航電文，然后進(jìn)行碼測量或相位測量，依據(jù)導(dǎo)航電文提供的衛(wèi)星位置和鐘差改正信息，就可確定4個(gè)導(dǎo)航參數(shù)：緯度、經(jīng)度、高度和時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)定位和導(dǎo)航。GPS接收機(jī)僅接收數(shù)據(jù)，因此在同一地區(qū)可以有任意數(shù)目的用戶接 GPS信號。

2.2 定位業(yè)務(wù)（LCS）

移動(dòng)通信發(fā)展到今天，最能體現(xiàn)它勃勃生機(jī)的地方在于其豐富多彩的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和增值業(yè)務(wù)。移動(dòng)定位業(yè)務(wù)作為移動(dòng)通信網(wǎng)的一種增值業(yè)務(wù)，在這一發(fā)展機(jī)遇下也悄然興起。據(jù)預(yù)測，到2004年，在各種移動(dòng)通信業(yè)務(wù)用戶數(shù)排名中，定位業(yè)務(wù)用戶數(shù)將位居第二，成為僅次于語音業(yè)務(wù)的增值業(yè)務(wù)。美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）早在1996年，就規(guī)定美國的移動(dòng)通信公司必須在2001年前為每位擁有手機(jī)的用戶提供定位業(yè)務(wù)，使這些用戶能夠用手機(jī)撥打911緊急救援電話（相當(dāng)于中國的110電話）。FCC還對所要提供的位置精度作了規(guī)定。由于定位業(yè)務(wù)的深遠(yuǎn)影響，GSM的標(biāo)準(zhǔn)組織ETSI也委托美國的T1P1為GSM制定Phase 2+的定位業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，并已納入到ETSI的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，同時(shí)，AMPS、CDMA、尋呼系統(tǒng)等移動(dòng)通信系統(tǒng)都在積極開發(fā)定位業(yè)務(wù)，許多廠商已經(jīng)開發(fā)出了許多定位設(shè)備，提供精度越來越高的定位業(yè)務(wù)。它的應(yīng)用前景主要集中在以下幾點(diǎn)：緊急救援、車輛導(dǎo)航和智能交通系統(tǒng)（ITS）、工作調(diào)度和團(tuán)隊(duì)管理、移動(dòng)黃頁查詢、與距離有關(guān)的計(jì)費(fèi)等。

2.3 GIS地理信息系統(tǒng)

GIS地理信息系統(tǒng)能以一個(gè)空間信息為主線，將其它各種與其有關(guān)的空間位置信息結(jié)合起來，是以計(jì)算機(jī)為手段，對具有地理特征的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的軟件系統(tǒng)。GIS的用途十分廣泛，可以為各類應(yīng)用目的服務(wù)，例如交通、能源、農(nóng)林、水利、測緩、地礦、環(huán)境、航空、國土資源綜合利用等等。在未來“數(shù)字地球”的建設(shè)中，GIS將起到十分重要的作用。研究GIS的理論與技術(shù)、開發(fā)GIS軟件產(chǎn)品以及推進(jìn)和深化GIS各類應(yīng)用已經(jīng)成為國內(nèi)外科技界和產(chǎn)業(yè)界的一大熱點(diǎn)。

GIS的理論基礎(chǔ)主要有兩大支柱：地球科學(xué)和信息科學(xué)。前者涉及地物空間信息及其關(guān)系信息的獲取、分類模型及語音表示中的理論問題和實(shí)踐問題，后者則涉及信息的組織、存儲、處理、可視化表示及傳輸中的理論問題和實(shí)踐問題。GIS的技術(shù)基礎(chǔ)包括遙感技術(shù)、定位技術(shù)和信息技術(shù)的各個(gè)方面。其發(fā)展趨勢之一是OpenGis（開放地理數(shù)據(jù)互操作）；發(fā)展趨勢之二是全關(guān)系化，其目標(biāo)就是大大提高空間數(shù)據(jù)的建設(shè)、分析速度，大大簡化GIS應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。GIS發(fā)展的總趨勢是從以系統(tǒng)為中心向以數(shù)據(jù)為中心發(fā)展。并且，GIS/GPS技術(shù)的一體化一直是GIS技術(shù)界努力的方向。

在車輛定位系統(tǒng)中，需要電子導(dǎo)航地圖來描述城市道路交通信息，而電子導(dǎo)航地圖即屬于GIS地理信息系統(tǒng)的一種應(yīng)用。

3 GPS車輛定位系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

車載設(shè)備的具體工作環(huán)境要求GPS車輛定位系統(tǒng)的體積要盡可能小、可靠性要盡可能高。因此，系統(tǒng)硬件核心部分適宜選擇某種嵌入式計(jì)算機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，在產(chǎn)品中嵌入微機(jī)作為控制器已開始隨處可見。由于PC體系結(jié)構(gòu)的廣泛流行，與PC兼容的軟件、硬件、外設(shè)和開發(fā)工具都比其它體系結(jié)構(gòu)更豐富、更便宜，將PC體系結(jié)構(gòu)用于嵌入式應(yīng)用就意味著能夠大幅度地降低開發(fā)成本、減小風(fēng)險(xiǎn)及縮