配套应用耿福明
杨晓文
扬州航盛科技有限公司，江苏扬州，225001
摘要：介绍了一种嵌入式车载导航电子地图，可以有效提高自动驾驶系统的效率。该地图根据嵌入式系统的操作速度慢、存储容量小等特点，简化了路网的数据结构和表达方法，并采用分层模型实现地图管理。 关键词：电子地图；路网模型；汽车导航中图分类号：U463.9
收稿日期：2022-10-13
DOI：10.19999/jki.1004-0226.2022.12.015陈庆炎
1前言
汽车自主导航技术是近几年发展起来的一种新兴技术，它主要是利用GPS/DR 等计算所提供的位置和速度信息，并以GIS 为平台［1-2］。在这种体系的基础上，该系统可以为用户提供地理环境查询、车辆状态报告、数字地图更新、通信和娱乐服务。在这种基于数字地图的导航系统中，其大部分功能都是由数字地图来完成的。
然而，并非所有电子地图都适用于汽车导航。汽车驾驶系统的软硬件环境对其有特殊的要求。目前，大多数汽车导航系统都是以嵌入式方式来设计的。嵌入式系统是将应用软件与操作系统、计算机硬件有机地结合起来的一种系统，简而言之，就是将软件与硬件相结合。该系统具有较高的自动化和可靠性。但是，由于系统的硬件容量、运算能力等原因，导致系统在数据结构、处理速度等方面出现问题。
因此，嵌入式车载系统对电子地图的需求是：数据结构紧凑、数据处理快速、能适应系统的快速反应。在此基础上，对汽车进行了综合的电子导航，以实现对道路的实时、精确的反应。
2车载导航电子地图的体系结构
2.1系统硬件设计方案
为了满足操作系统对海量数据的要求，嵌入式系统要求使用400hmz 的32位微控制器。硬件必须具备多媒体、液晶输入、大容量的SD 卡装入等功能。SH7764是目前最常用的诊断仪器，其最高工作频率是324MHz ，最高功率是583ms 。双精度运行可以使2.3GFLOPS 达到最高的性能。
本系统包含一T 网络功能，其中有NAND 闪存控制器、记忆卡控制器、以太网控制器（10/100Base-T ）控制器、USB 接口、PC 总线接口、FIFO 串行通信接口。SH7764拥有强大的数据处理能力和强大的外部设备，为汽车故障诊断与处理提供了一种高效的解决方案。2.2操作系统
WinCE 操作系统具备强大的功能，具有定制化、移
植性、数据存储和管理等功能。VPN 在WinCE 系统中
的应用是非常广泛的。本系统以公用网路为载体，加入隧道封装、资讯加密、使用者认证及存取控制等手段，以达到资讯安全之目的。为了保证系统的安全，需对其进行严格的管理。
a.网络操作系统层次：利用网络与操作系统的管理
机制，利用相应的管理软件及防火墙技术来保障公司的安全，并对关键数据、数据进行加密，以阻止非法用户侵
入数据库、应用系统，保证企业的安全。
爱的对象b.数据库系统：利用Oracle 等数据库操作系统和相应的管理软件对注册数据库进行查询，对各类数据进行操作权限的控制，对数据进行实时备份，对历史数据进
行管理。
c.应用系统：主要对系统的管理功能进行测试，包括功能权限设置、数据设置权限、时间权限、应用控制机制、运行记录管理等。2.3GIS 软件设计
GIS 系统的设计基于数据结构和数据库的定义。其稳定性、合理性、功能完整性和可扩展性均由GIS 系统设计，GIS 软件的查询与检索、图像与分析等功能依次实现。
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2022年第12期总第307
期
2.3.1文档格式和电子地图数据组织
在电子地图GIS 中，分别存储了属性和空间。在这
种情况下，将空间数据以其自身的格式储存在一个文档中，同时将其作为一个数据字符串来存储。另外，这两种情形可以用特定的指标进行有效的关联。地理信息的电子地图的应用，每一层都包含属性数据表结构、属性数据文件、交叉索引文件以及空间数据文件。空间信息包括颜、坐标、几何体和它们的空间物体。当用户设定了索引域之后，就可以在GIS 中自动产生一个索引文件。
在电子地图中，采用表格方法，建立了属性数据和空间实体的对应关系，并基于该方法构建了一个电子地图检索系统，同时对空间资料进行归类。在数据库的相关模型中，选取了一组结构简单、逻辑严密的二维平面表格。在阵列中，为了保证仅有一条实体记录，因此该记录是不能被复制的。在对多个属性实体进行描述时，将其划分为若干表，由此构成多个链表关系。多个表格和空间实体之间的关联构成了多个属性和空间实体间的多种对应关系。
2.3.2电子地图的数据索引机制
在电子地图的数据检索中，要从属性信息中抽取相关的数据，就需要在属性文档中查对应的数据。这时，可以从指数文件中选取对应的指数。它会参考符合资料库中档案空间的物件。通过这种方式，
可以从数据中获取属性信息。若在地图中发现一个空间物体，则该物体可以读取与该空间资料相对应的纪录数目，在属性文件中搜索。使用MapInfo GIS 数据格式，可以很好地实现上述指标思想，并可以根据地层之间的重叠关系进行存储和显示。
2.3.3电子地图的图层与图元
在MapX 里，图层显示了所有的贴图信息。在这些图层中，所有的东西都是透明的。在叠加之后，这个图的各元素都会被展示出来，包括面积物体、点物体和线条物体。在MapX 中，元素物件可以用于处理以上的问题，并完成创建、定制、编辑和查看。
2.3.4应用Geoset，实现地图管理
如果有合适的地图，可以将其保存起来，然后把它写到Geoset 档案中。同时，可以通过MapX 中的Geoset Manager 来改变对规模、层、表和其他属性的管理。
渔港之夜3嵌入式车载电子地图模型
嵌入式车辆导航电子地图用到了分层管理地图数
据，对道路信息进行了分类。对于导航来说，背景水平是一种良好的视觉效果，也是一种很好的辅助手段，使驾驶员能够准确地到自己的位置。地面目标层是为用户提供导航、寻路和目标搜索所必需的辅助信息。此信息需要大量的广泛信息，但不需要太高的准确性。在地图上，这些信息不会全部显示，但会根据用户的需要显示一些数据［3-4］。
在此地图上，车辆定位和导航均由路网完成。这一级别的数据需要非常准确，还需要一个完整的数学模型，该模型的质量直接影响整个导航系统的运行。
道路网络层级的数学模型是指在道路等级上各个路段与路口的数学联系。首先，要准确地描述路网的空间连通性，也就是所谓的拓扑关系；其次，需要恰当地描述交通网络之间的联系，也就是汽车能否从一条路上开到另外一条路上。3.1道路本身的单行限制
利用“sequence coupling ”的方法对路径进行描述，并在属性中引入布尔变量B ，从而获得关于单一路径的相关信息。布尔变量B 被称作单列标签。当一个通道是一条线时，该变量是True （B 的数值是1）。如果B 是0，那么这个变量就是“0”。如图1所示，R 1与R 2为两条主要的道路，R 2为单行道，R
1为非。这样，R 1可以用B =0来表示，它指示R 1能够双向通过；而R 2可以表示为<N 3、N 4>和B =1，这表明R 2的方向是头节点N 3面向尾节
点N 4，只有这样才能通过，并且禁止反向。3.2交叉道口的转弯限制
在此基础上，提出了一种用“有序”对表示交叉口转向约束的方法。图2展示了两种结点之间的关系：行得通和行不通。在R 1到R 3不能通过时，按照R 1到R 2不能通过的次序［R 1，R 3］
来说明转向限制信息。
图1公路单排指示法示意图
图2因单排公路引起的转向约束
3.3由道路单行造成的转弯限制
如图2所示，R 1是一条单行线，因此车辆不能从节点N 1行驶到节点N 2，当然也不能从R 1行驶到线R 2，或从R 1行车到线R 3。如果此时［R 1，R 2］和［R 1，R 3］也用于指示转弯限值，则在这方面是多余的。此时，只有公路
a .双向通过
b .禁止反向
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的单车道标志用于指示车辆限速。
4电子绘图模块的重新开发
MapX 控制项利用相关技术来帮助开发者进行二次
开发。在VC++和其他可视化的开发环境中，可以编程、设置属性和其动作，以获取查询、可视化、编码等。4.1安装MapX mobile
MapX 完成后，可以添加MapX 以显示地图。具体
中国古典舞身韵组合
设计方法是：在程序环境中创建一个标准exe ，在“Proj⁃ect ”菜单中选择“Assembly ”，打开“Local ”选项，在部件列表中选择“MapX mobile V5.02”，然后单击“OK ”。接下来，Map space 的图标将出现在工具栏中，单击“Control ”完成。
4.2地图的基本操作
在汽车组合导航中，MapX 地图的操作是以数据集合和图层为基础的。对于这个类型的物件，还可以向应用程式加入一个地图图层。同时，还可以建立数据关联，设置数据源，实现对属性数据的处理。有两种方法可以上传电子地图：
a.把Geoset 对象装入MapX 。在装入之后，MapX 会自动开启每一层，在地图视窗中显示其图层属性。
变频器论文b.把图层上传到MapX ，它包含了映射信息的直接
上传。如果激活了这个图层，那么这个图层就会被自动地覆盖到地图视窗里。4.3地图的刷新
MapX 首先把所有的层都从动态图层中抽取出来，
并将它们存储在特定的地方，再用已有的动态图层和数
据来覆盖它们，而不需要对其他层进行任何改动，从而达到真实的效果。从最小的外方框开始，对整个地图进行升级。该方法的速度比传统的地图窗口更新方式要快。由于MapX 的刷新速度限制了其一次可以同时对多个目标进行升级，因此可以在每次升级的时候把所有的警告都集中到一个地方。4.4图层的控制
在GIS 软件中，经常需要设置图层的属性，MapX 中的选择、显示、注释和编辑4个属性设置可以充分利用地图显示标注和编辑的特点，从而充分利用GIS 的维护和查询功能。
4.5鹰眼图的实现
鹰眼图的实现主要阐述的是以综合车辆导航为基础的鹰眼地图的基本功能。当正视图的外形发生改变时，矩形框的位置和大小不会发生改变。将按钮加入到对话方块，可以通过其来选择Map 空间，并在
对话框中按下相应按钮来发送CLICK 。根据这个设计层次，EVC 仿真软件可以实现EVC 仿真，并具有车辆导航系统的基本功能。
5交通车载电子地图的应用
为了测试上述车辆电子地图的可行性，如图3所示，对北京地区（五环路）
的地图进行了处理。
图3北京的全景图
图3所示的北京全景图，只显示了城市的主要道路。随着地图的扩展，内容将变得越来越丰富，以上试验均是在此地图上执行路径搜索的。
6结语
嵌入式车辆导航系统已广泛应用于车辆导航系统中，其功能将随着科技的不断发展而逐步完善。经试验与实践证明，所得到的北京城区地图具有较高的信息量、较少的空间、较合理的道路数据。该系统具有地图缩放、漫游、地物查询、道路定位、导航等功能，其算法在交通工具的导航中具有高效性、实用性。
参考文献：
［1］李嘉俊，王颖 NFC 智能汽车辅助导航系统的设计开发［J ］ 时代汽
车，2021（12）：41-42.
［2］张正阳 基于嵌入式的智能车载终端研究与实现［D ］ 北京：北京交
通大学，2019.
［3］高方强，王力斌，解斌，等 基于智能手机车载组合导航系统的应用
［J ］ 城市勘测，2017（2）：122-126+130.
［4］余建伟 移动环境下情境感知驱动的时空数据自适应表达［D ］ 武
汉：武汉大学，2012.
作者简介：
杨晓文，男，1986年生，工程师，研究方向为汽车智能导航显示屏。
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