一、引言

　　汽車工業(yè)已成為我國國民經濟發(fā)展的支柱產業(yè)之一，汽車技術和技術信息的融合使得汽車電子已經成為一個獨立的產業(yè)。另外，隨著汽車的普及和道路的建設，城際間的經濟往來更加頻繁，大量的商務、休閑、探險活動使我們并不局限在自己認識的一小塊區(qū)域中，不認識道路，找不到目的地的情況也屢有發(fā)生，就此，車載GPS導航系統(tǒng)即以合適的價位走入車主的世界，成為車上的基本裝備。車載GPS主要用途就是定位監(jiān)控和導航，由于導航方面民用較廣且易于理解，所以一般提起車載GPS即指汽車里用的導航產品；而以定位監(jiān)控管理為主要用途的車載GPS在國內的大量應用也是不爭的事實。因此，筆者將后者稱其為中心監(jiān)控式的導航系統(tǒng)。

　　二、車載GPS導航系統(tǒng)原理與電子地圖的應用模式

　　(一) 車載GPS導航系統(tǒng)原理

　　利用GIS中的導航電子地圖和GPS接收機的實時定位技術，組成GPS+GIS的各種電子導航系統(tǒng)。

　　(二) 車載導航電子地圖的應用模式

　　車載導航電子地圖的應用模式主要有如下兩種：

　　1. GPS單機定位＋矢量電子地圖

　　系統(tǒng)可根據目標位置（工作時輸入）和車船現(xiàn)位置（由GPS測定）自動計算和顯示最佳路徑，引導司機最快地到達目的地，并可用多媒體方式向駕駛員提示。

　　2. GPS差分定位＋矢量電子地圖

　　系統(tǒng)通過固定站與移動車船之間的兩臺GPS偽距差分技術，可使定位精度達到1～3ｍ，當采用雙向通訊方式時，則可構成車船的自動導航系統(tǒng)，又可將移動車船上的GPS定位結果準確實時地傳送到控制中心，并在電子地圖上顯示出來，構成交通網絡監(jiān)控指揮系統(tǒng)。為了防止在樓群遮擋時收不到足夠的GPS衛(wèi)星信號，在車上除裝有GPS接收機以外，還裝有壓電振蕩陀螺。利用卡爾曼濾波算法同時處理GPS、里程計和陀螺儀的數(shù)據來進行運載體的實時定位。

　　三、中心監(jiān)控式的導航系統(tǒng)和自主導航系統(tǒng)的系統(tǒng)構成、技術特征

　　(一) 中心監(jiān)控式的導航系統(tǒng)的構成、技術特征、運行流程

　　GPS/GSM衛(wèi)星定位車載系統(tǒng)（以下簡稱車載機）由GPS接收模塊、GSM信息收發(fā)模塊、數(shù)據處理單元MCU三部分構成。這三部分的工作流程是GPS接收模塊接收到GPS衛(wèi)星發(fā)射的原始電文，并根據從三顆以上不同衛(wèi)星發(fā)來的電文以1秒的刷新間隔提供該車輛的狀態(tài)，如：經度、緯度、高度、時間、速度、航向等數(shù)據，送給數(shù)據處理單元MCU，單片機再對這條數(shù)據進行壓縮和加密的處理；然后通過GSM模塊將按照設定好的格式，定時（1分鐘至1440分鐘）將這條數(shù)據通過GSM無線網絡傳輸?shù)竭h端監(jiān)控中心的數(shù)據接收機中。數(shù)據接收機與數(shù)據庫服務器是通過RS232口直接物理連接的，通過控制軟件，其數(shù)據便存儲到了SQL SERVER數(shù)據庫中，結合GIS系統(tǒng)中的電子地圖，在監(jiān)控軟件中便可以直接看到車輛的位置、速度、高度等信息，從而達到監(jiān)控的目的。如果車載機數(shù)量的增加和車載機不斷發(fā)送數(shù)據的增多，此數(shù)據庫將不斷擴大。通過編寫程序，再通過對數(shù)據庫的操作，從而實現(xiàn)對車輛的調度、監(jiān)控、跟蹤和查詢等操作。

　　MCU負責整個車載機的協(xié)調工作，它接收到控制中心發(fā)來的指令信息或采集到功能信號后，對指令進行分析，然后輸出命令到相應的執(zhí)行端。數(shù)據處理單元是以MCU單片機為核心的微型計算機系統(tǒng)，其功能電路還具有其他功能，如免提通話、接聽、自動撥號、斷油斷電等功能；通過汽車上各種輸出的電平脈沖信號，觸發(fā)單片機的控制系統(tǒng)，達到各種前端信號的采集、報警等功能，此處不一一列舉。

　　中心監(jiān)控式的車載GPS系統(tǒng)在汽車終端處沒有地圖顯示，只有在中央控制室有地圖，每個車上有一個GPS終端，這樣就只能在中央控制室可以知道這些汽車的地理位置。駕車者只能通過中心的幫助才能間接獲取空間地理位置信息的支持（參見圖1）。

　　(二) 自主導航系統(tǒng)的構成與技術特征

　　GPS自主導航系統(tǒng)就是能夠幫助用戶準確定位當前位置，并且根據既定的目的地計算行程，通過地圖顯示和語音提示兩種方式引導用戶行至目的地的汽車駕駛輔助設備。它包括兩個重要的組成部分：一是全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）簡稱GPS，由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控和用戶接收等三部分組成；二是汽車導航系統(tǒng)，GPS接收設備要想實現(xiàn)路線導航功能還需要一套完善的包含硬件設備、電子地圖、導航軟件在內的汽車導航系統(tǒng)。GPS導航儀硬件包括芯芯片、天線、處理器、內存、屏幕、按鍵、揚聲器等組成部分。但就目前情況看來，市場中的GPS汽車導航儀在硬件上的差距并不大，主要區(qū)別還是集中在內置的軟件和地圖上。

　　GPS自主導航系統(tǒng)實現(xiàn)了野外踏勘、出游旅行的數(shù)字化智能導航，具有準確的地圖、地理信息，清晰的行進路線，提供多種的數(shù)據信息，包括位置坐標、航行路程、航行時間、方位、偏航方位角、偏航距離、預設報警等。作為成熟的GPS車載導航設備，應具有的基本功能包括：GPS衛(wèi)星導航定位、電子地圖瀏覽查詢、智能的路線規(guī)劃、全程的語音提示。其中，電子地圖的數(shù)據量與詳細程度最為重要，除了豐富的城市地圖外，交通信息也是不可或缺的。此外，機器的外型、安裝方式、物理性能也是值得注意的。

　　產品核心功能：

　　1. 地圖查詢功能：

　　*可以在操作終端上搜索你要去的目的地位置。

　　*可以記錄你常要去的地方的位置信息，并保留下來，也和可以和別人共享這些位置信息。

　　*模糊的查詢某個位置附近的興趣點（POI），如：加油站，賓館、取款機等信息。

　　2. 路線規(guī)劃功能：

　　*GPS導航系統(tǒng)會根據你設定的起始點和目的地，自動規(guī)劃一條線路。

　　*規(guī)劃線路可以設定是否要經過某些途徑點。

　　*規(guī)劃線路可以設定是否避開高速等功能。

　　*自動導航功能

　　*語音導航：用語音提前向駕駛者提供路口轉向，導航系統(tǒng)狀況等行車信息，就像一個懂路的向導告訴你如何駕車去目的地一樣。導航中最重要的一個功能，使你無需觀看操作終端，通過語音提示就可以安全到達目的地。

　　*畫面導航：在操作終端上，會顯示地圖，以及車輛現(xiàn)在的位置，行車速度，目的地的距離，規(guī)劃的路線提示，路口轉向提示的行車信息。

　　*重新規(guī)劃線路：當沒有按規(guī)劃的線路行駛，，或者走錯路口時候，GPS 導航系統(tǒng)會根據現(xiàn)在的位置，重新規(guī)劃一條新的到達目的地的線路。

　　(三) 中心監(jiān)控式的導航系統(tǒng)和自主導航系統(tǒng)的比較 

　　四、國內外發(fā)展現(xiàn)狀

　　(一) 國外簡況

　　車載導航定位系統(tǒng)一經問世，即顯示出強大的生命力和廣闊的應用前景，并產生了巨大的社會和經濟效益，成為90年代至今整個世界新的經濟增長點之一。

　　由于巨大的市場潛力和不可估量的發(fā)展前景，日本幾乎所有的汽車生產廠家都參加了這一高科技角逐，僅近幾年投入市場的車載自主導航新系統(tǒng)就有30多個。美國、歐洲和日本的車載導航儀產品已經日益走向成熟，形成了規(guī)?；氖袌鲂枨?。如日本的宏達、尼桑、本田、馬自達、三菱以及松下、先鋒、阿爾派、健伍等公司都有自己的車載導航產品。世界其它發(fā)達國家如美國、德國、荷蘭不甘落后，力圖在該市場占有一席之地。目前在歐洲，由飛利浦、西門子開發(fā)的車載導航系統(tǒng)1995年已在雷諾、菲亞特等大眾化民用車輛上使用；奔馳-S系列、寶馬-7系列從上世紀90年代年起，廠裝車輛已將GPS車載導航系統(tǒng)列在選裝清單上。此外，根據《GPSWord》雜志刊登的美國工業(yè)發(fā)展研究機構的數(shù)據，2007年，日本、北美和歐洲每年約有2000萬套產品售出，預測在2010-2015年間，約有60-70％的汽車在出廠時，就已裝備車載導航系統(tǒng)，在以后時間里該系統(tǒng)的普及率將會逐漸提高到90％。

　　(二) 國內發(fā)展現(xiàn)狀

　　中國的車載導航技術經過十幾年的市場培育，用戶目標與需求已逐步明確，以及技術的研發(fā)、市場的培育的逐步完善，車用導航裝置應用市場業(yè)已啟動和日臻成熟，現(xiàn)在已逐步進入應用的高速發(fā)展時期。中國上世紀末發(fā)射、建立并逐步健全的專為交通行業(yè)應用的北斗導航定位系統(tǒng)，將為車輛衛(wèi)星導航定位產業(yè)的發(fā)展提供良好的基礎條件和無限廣闊的空間。此外，中國的道路建設和電子地圖技術，尤其是轎車市場的發(fā)展極大的推動了車載導航技術的發(fā)展。

　　21世紀初，北京四維測繪技術總公司成功制作了“威馳”轎車的DVD地圖軟件，2002年率先在北京、上海、廣州和天津等四城市的電子交通地圖軟件投入使用，開創(chuàng)了中國車載電子導航的先例，自此，在國內逐漸涌現(xiàn)出上海暢想、深圳賽格導航，北京合眾思壯、靈圖軟件等數(shù)十家從事導航技術研發(fā)、生產骨干科技企業(yè)。

　　1. 國內相關企業(yè)信息分布

　　根據國內62家相關企業(yè)抽樣調查，基本信息分布參見表1:

　　2. 自主導航系統(tǒng)相關產品形式、價格區(qū)間、應用市場簡況

　?。?）產品形式:

　　GPS汽車導航儀的種類繁多，有汽車內置DVD系統(tǒng)導航儀、外置便攜式車載導航儀、手持PDA手機導航設備等，一般按安裝方式可分為兩類。一類為嵌入型，這種型式只適合于汽車的中控臺內安裝。另一類為外置型，則是在中控臺內無法安裝時采用。按整合情況又可分為兩類，一種是導航系統(tǒng)作為單一產品銷售安排。另一種為汽車AV導航系統(tǒng)，即導航與AV（音頻、視頻）構成一個多媒體系統(tǒng)捆綁銷售。

　?。?）價格區(qū)間與市場應用簡況:

　　目前，自主車載導航系統(tǒng)產品壽命周期正處于投入期－成長期，成本較高，導航儀硬件廠家數(shù)量仍然較少，因此價格還比較高。價格與應用市場簡況如表2。

　　五、我國的車載導航定位系統(tǒng)產業(yè)特征與產品趨勢

　　(一) 我國的自主車載導航定位系統(tǒng)產業(yè)特征

　　1. 中國汽車導航市場正在形成，市場容量巨大，前景誘人

　　中國汽車導航市場需求正在形成。隨著中國汽車工業(yè)的發(fā)展， 緩解交通擁堵問題，以及解決車輛個體與交通大環(huán)境有機融合的問題變得越來越緊迫，人們需要了解交通信息，疏導交通。同時，汽車生產企業(yè)順應用戶的需求，推出了個性化服務；而政府和相關企業(yè)在衛(wèi)星、遙感、空間定位、通信技術方面正構筑一個比較好的基礎設施環(huán)境，將促使一個幾百億元乃至上千億元規(guī)模的導航產業(yè)的形成，市場容量巨大，前景誘人。

　　2. 與發(fā)達國家相比，以定位監(jiān)控管理為主要用途的中心監(jiān)控式的車載GPS系統(tǒng)在國內的大量應用成為中國在這一技術領域特有的“技術異化”現(xiàn)象

　　與發(fā)達國家相比，中國GPS導航技術的發(fā)展速度較慢，也走過一些彎路。十幾年前引進的GPS技術，主要應用于車輛及其移動目標的防盜、報警與監(jiān)控等方面，而不是GPS技術原本在定位與導航上的重大作用，成為中國在這一技術領域特有的“技術異化”現(xiàn)象。雖然以定位監(jiān)控管理為主要用途的中心監(jiān)控式的車載GPS系統(tǒng)在國內的應用、發(fā)展符合我國的國情，也表現(xiàn)出較強的產品生命力，并初具產業(yè)規(guī)模，但也反映出國內導航業(yè)的上游技術的研發(fā)能力較差，基礎技術的支持力度不夠，無法進行產品的成熟銜接。這既有技術的原因，當然也有政策引導的因素。

　　3. 目前，我國導航產業(yè)規(guī)模不大，缺乏知名的龍頭企業(yè)

　　“車載導航系統(tǒng)”，對于國內的汽車用戶而言，是一項全新的高科技成果運用項目。其市場更是處于尚待開發(fā)的處女地，國內外已有不少企業(yè)正在為此運作，但缺乏知名的龍頭企業(yè)。以導航系統(tǒng)的核心軟件電子地圖為例，汽車衛(wèi)星定位系統(tǒng)的使用很大程度上取決于所使用地區(qū)電子地圖的繪制情況，電子地圖繪制的越精確，用戶使用起來就越方便，定位也就越準確。目前許多衛(wèi)星定位系統(tǒng)的開發(fā)商和營運商，為了盡快占領市場推出了精確程度不同的電子地圖，但更新速度卻跟不上城市建設的腳步，地圖的覆蓋范圍也有限。在實際應用中，導航效果大打折扣。

　　中國汽車工業(yè)已連續(xù)九年增幅保持兩位數(shù)增長。2008年，汽車累計產銷934.51萬輛和938.05萬輛，預計2009年汽車產量將達到1,273.7萬輛，中國將成為世界第一汽車生產大國，同時中國汽車消費量占全球總消費量比例已達12%，汽車安裝導航裝置的普及率約為10%，普及率處于很低的水平。

　　4. 導航市場從中高檔轎車起步，發(fā)展初期以后裝市場為主

　　在汽車導航市場中，日本最大。日本導航市場早期從售后起步，2003年，前裝市場占總銷售額的31%，現(xiàn)在是前裝市場超過了售后市場。

　　目前，國內幾大汽車廠，如一汽、東風、上海大眾與通用、天津豐田等均有在豪華轎車和普通轎車上將導航系統(tǒng)作為標準配置的行動。中國汽車業(yè)，排量在1.5升以上、車價在15萬元以上的中高檔轎車目前是車載導航儀前裝配置的主要市場，但未來排量在1.5升以下、10萬元左右的轎車將增長很快。

　　從整體上看，國內導航市場從中高檔轎車起步，發(fā)展初期以后裝市場為主，后期前裝市場也將超過后裝市場。

　　(二) 自主車載導航定位系統(tǒng)產品特征與趨勢

　　（１）功能性的增強：表現(xiàn)在增加語音、聲控、娛樂等功能。（２）高科技的運用：在汽車導航表現(xiàn)上更多運用高科技的表現(xiàn)，突出表現(xiàn)為三維影像導航運用了三維技術。（３）兩用型：市場上已推出手持導航的產品，實現(xiàn)手機和車載兩用。（４）提供信息服務：可顯示塞車信息的車載導航系統(tǒng)，已經受到大眾關注。

　　六、 國內汽車導航業(yè)存在的阻礙因素和產業(yè)化發(fā)展的有利條件

　　(一) 國內汽車導航業(yè)存在的阻礙因素

　　1. 導航地圖的生產、維護、更新還不適應產業(yè)化發(fā)展的要求

　　發(fā)達國家車載導航裝置使用的高精度地圖，是由政府指定的專業(yè)部門或專業(yè)機構按統(tǒng)一標準負責制作和定期更新的，并可自由在市場上銷售，這在很大程度上既支持了科技企業(yè)的產品研發(fā)，又極大方便了在用車輛的安裝使用。而中國幅員遼闊，數(shù)據生產企業(yè)間缺乏協(xié)調協(xié)作機制，各自為戰(zhàn)，“孤島”現(xiàn)象嚴重。同時，當前中國正處于經濟轉軌期，城市擴容、道路擴充、環(huán)境變化、特別是高速公路建設，可說是日新月異。這些實時動態(tài)信息要及時采集，要求電子地圖的軟件數(shù)據必須及時的不斷修改和更新，以保證導航系統(tǒng)的實用性①。當前數(shù)據生產企業(yè)的導航地圖的生產模式、更新機制與頻率遠不不適應產業(yè)化發(fā)展的要求。

　　2. 實時動態(tài)信息的采集與發(fā)布，需要構筑一個全國公用、實時、高精度、大容量的信息平臺

　　交通信息通常分為靜態(tài)和動態(tài)兩類，前者指不隨時間變化或較小變化的交通信息，如道路、停車場、交通附屬設施等；后者則為實時變化的交通信息，如道路狀況、交通事故、天氣變化、車輛密度與流量等。實時動態(tài)信息的采集與發(fā)布，需要構筑一個全國公用、實時、高精度、大容量的信息平臺。要完成新的信息平臺建設，絕不是任何一家科技企業(yè)在技術和財力上可以承擔的，唯有政府組織實施、科研、企業(yè)積極參與，總體的智能交通才能盡快實現(xiàn)。

　　(二) 產業(yè)化有利因素

　?。?）國內導航技術（軟件）在不斷突破，某些技術已經達到國際水平。統(tǒng)一的接收體系和標準，也已得到重視。

　　（2）硬件（導航儀）、軟件政策門檻低，國內企業(yè)的進入、發(fā)展以及國外導航企業(yè)的進入、競爭，軟件技術更加成熟，硬件價格將下降。

　?。?）導航地圖數(shù)據生產的市場進入門檻較高。目前，具有導航地圖數(shù)據生產資質的企業(yè)有：四維圖新、北京高德、瑞圖萬方、靈圖軟件、長地萬方、國家基礎地理信息中心等11家企業(yè)。國外導航企業(yè)的禁入政策為國內民族工業(yè)留下了競爭的空間，在數(shù)據生產方面可以形成知識密集型和勞動密集型相結合的車載導航系統(tǒng)產業(yè)。

　?。?）汽車導航未來發(fā)展中，信息服務、智能導航會成為重要的一塊，信息服務是一個必然的趨勢。在發(fā)展導航產品的基礎上將信息服務納入未來發(fā)展的規(guī)劃中，以信息業(yè)保證收益，也即在擁有一定的市場基礎和規(guī)模之后，將以服務收費為主，將信息、媒體和服務等作為新一輪的主要收益渠道。目前國內的信息服務行業(yè)才剛剛起步，實時信息服務的市場空間巨大。（王大新　解曉林）