Windows CE嵌入式导航系统研究(前言)

1.1 课题研究的背景与意义

当前，以具有无线通讯功能的个人数字助理 PDA、手持个人电脑 HPC、交互式网络信息家电、车载多媒体系统为代表的新一轮智能型 3C(Computer、Communication、Consumer)合一的类 PC 嵌入式系统与技术进入了一个崭新的智能化、网络化的发展阶段，类 PC 嵌入式系统与产品的嵌入式操作系统及其应用软件也同时得到了空前的发展与繁荣。同时，社会经济的发展，交通路网通过能力已满足不了交通量增长的需要，交通拥挤和阻塞现象日趋严重，交通污染和事故的问题也日益明显。为解决上述问题，大幅度地提高道路的通行能力和服务质量，智能交通系统(Intelligent Transport System，ITS)应运而生。ITS是一种实时、高效的交通运输综合管理和控制系统，它的主要目标就是要充分地利用现有的交通资源，达到现有交通资源效益最大化。它把车辆和道路综合起来，不仅可以系统地解决交通问题，而且对社会许多领域都将产生积极的影响，具有积极的社会经济意义。

根据国家“十五”发展规划，为实现局部领域的突破和跨越式发展，我国特将包括卫星应用在内的十项重大高新技术工程列为重点发展项目。另外，为建立智能型综合交通运输体系，发展智能交通系统(ITS)也已经写入我国 “十五”综合交通运输体系发展规划。以车载导航定位终端为控制核心设备的车载导航定位系统正是以上两项计划先进技术融合的结晶^[6]。

车载导航系统一经问世，即显示出强大的生命力和广阔的应用前景，并产生了巨大的社会和经济效益。由于巨大的市场潜力和不可估量的发展前景，日本几乎所有的汽车生产厂家都参加了这一高科技角逐。车辆导航系统最早是在日本独树一帜地发展起来的，接着欧洲也开始大规模地出现爆发性的增长，来势比日本启动时还猛，而且北美又紧追其后，很快出现了产业化发展势头。而更值得人们一提的是出现了一种新产品：车载信息系统，它实际上把车辆的导航和监控功能合二为一，最简捷的方法是利用 PDA、GSM(或 CDMA)和 GPS相结合，既利用车载电子地图进行自主导航，也能利用无线移动通信系统与控制中心或其它信息服务部门实现双向通信。

另外、中国汽车市场的高速发展使中国有望成为全球最大的汽车生产和消费国。在未来的5年时间之内汽车年产量将突破千万。巨大的市场发展空间催生了众多的汽车电子设备制造商。根据Frost & Sullivan的研究表明，在未来的几年内，中国车载远程信息和娱乐系统市场将会持续高速发展。估计到2013年前后，中国的车载远程信息和娱乐系统市场将会达到40亿美元的规模，这势必会给车载导航系统带来空前的发展。

从国际民用市场应用范围及发展趋势来看，世界各国都在广泛开展车载导航定位系统的应用研究。对于该产品的技术开发、研制与生产，日本、欧洲与美国等国已走在世界的前列。到目前为止，日本、欧美等国都已有 10 余年的研究发展历程。未来的车载导航市场将有一个可以预见的良好前景，因此，我国必须在较短的时间内开发出具有自主知识产权的导航应用系统并实现产业化，这对提高我国在车载导航应用中自主创新能力同样有着重要意义。

1.2 车载导航系统的研究状况

1.2.1 国内车载导航系统的研究状况

近几年来，车载导航业已成为我国 ITS 领域研究的一个突破点，并吸引了交通、计算机、信息、电子、通信、控制、测绘等各个相关业界的人士投身其中。与西方发达国家的 ITS 基础建设和导航技术发展相比，中国的汽车导航技术和基础建设有自身的特色^[19]。

首先，西方发达国家是在相对比较完善的基础设施上研究与开发具有实时交通信息的导航系列产品，而中国由于道路基础设施远低于发达国家水平，通信基础设施建设相对滞后，严重制约了我国导航技术的研究开发。所以，中国发展车载导航应用与交通基础设施建设、通信基础设施的建设协调同步进行。

其次，与西方发达国家相比，中国的车载导航研究开发起步晚，从系统的技术水平与产品的质量和成熟程度来说，我国车载导航市场还处在发展初期。车载导航系统还不成熟，实时交通信息发布和完善的导航电子地图的提供与更新机制都缺乏实际解决方案和途径。

到目前为止，车载导航产品的市场并没有像预期那样发展起来，整个市场仍处于初级阶段。究其原因，主要有四个方面的因素制约了其发展：

(1) 消费需求不强烈。在产品需求上，我国与车载导航产品市场发达的国家有很大的不同：在西方国家人们开车出行半径都在数百公里，在中国仅为其1/10，而且大多数是往返于至居住地固定的道路上。因此中国的车主对车载导航设备没有强烈的需求。

(2) 缺乏行业标准。标准化问题是车载导航系统产业化的核心问题。目前，不同公司的车载导航产品及运营系统不能通用、兼容、联网。客户无法在市场中选择最新最优的产品，或将技术进行更新换代。此外，涉足该领域企业的实力和信誉参差不齐，服务质量有待完善。这些问题也妨碍了车载导航系统的推广应用。

(3) 地图有待开放。在车载导航系统中，产品所提供的电子地图是很重要的一个部分。出于国家安全的考虑，政府对地图数据进行严格控制。另外，中国正在对基础设施和道路进行大规模的升级改造，需要经常对地图进行更新，这造成电子地图成本居高不下，无法进行市场化运作。从现状看，目前国内所开放的电子地图还不能满足消费者的全部需求。

(4) 产品价格过高。价格昂贵是车载导航系统不能在中国市场迅速普及的主要原因， 开发出廉价的导航产品是当前各大导航设备厂商的主要任务。目前，市场中主流的产品高端市场价格大约为 8000 元， 中端市场价格为 5000 元左右，低端市场价格为 2000 元左右，即使是简单车载系统平均价格也为 3000～4000元。这样的价格使很大一部分潜在消费者望而却步。

1.2.2 国外车载导航系统的研究状况

近年来，ITS 在各发达国家日益受到政府、企业及科研机构的高度重视，各国纷纷设立了推进 ITS 的主体机构，如欧洲成立了本部设在比利时布鲁塞尔的欧洲交通信息与控制组织ERTICO（European Road Transport Telematics Implementation Coordination Organization ），美国成立了美国 ITS 协会（Intelligent Transportation Society of America），日本也与 1994 年1月成立了道路、交通、车辆智能化推进协会 VERTIS（Vehicle，Road and Traffic Intelligence Society）。车载导航在国外发达国家发展比较快，从数据生产加工、导航硬件到导航软件有完善的产业链^[19]。

在全球范围内，车辆导航技术最发达的地方是日本、美国和欧洲等地区，其导航技术的现状代表了本领域研究和应用的发展方向。其中，日本国土面积小、人口密度大，城市路网稠密且布局不甚合理，改造费用又高，从而带来了其交通的复杂性。日本 ITS 发展年鉴表明，其最早从 1992 年开始大规模应用导航系统，从 1996 年开始车辆导航系统进入快速发展期，截止到 2002 年 6 月己累计销售达到 962 万台。目前年销售量维持在几百万套，超过 60%的新车出厂时就已安装了车辆导航系统。日本车辆导航产品在市场上的出色表现不但是因为日本制造技术先进，基础设施配套齐全，更主要的原因是日本导航产品在功能和性能上的设计真正满足了市场需要。对日本购车的个人用户而言，车辆导航系统功能丰富，使用方便，在满足导航诱导的同时还能提供多种服务，具有很好的性价比；对社会和国家而言，导航技术的普及大大缓解了交通拥堵提高交通效率，注重环保，符合国家利益。因而该技术的推广应用得到政府从基础设施到配套软件环境的大力支持。在全球范围内，车辆导航技术最发达的地方是日本、美国和欧洲等地区。

1.3 车载导航系统的发展前景

随着移动通信的发展，电信服务商与制造商除了语音传输外，纷纷推出各种增值数据业务与设备，以寻找新的收入来源。消费者也希望手机除了通话、收发邮件、上网外，还能有其他功能。国家基础地理信息中心的统计数据也表明：人们日常生活信息中有80％与空间位置有关，而企业所使用的信息中有59％的信息与空间位置有关。因此，作为最富潜力的增值应用平台之一，移动定位业务，即基于位置的业务LBS(LocationBasedServices)，正受到前所未有的关注。它可以提供诸如导航、基于位置的付账、位置信息服务、网络规划和管理、财产追踪、个人定位服务、娱乐和紧急救援等多项应用。

为了缓解现代城市交通的压力，近年来又出现了将最新的通信网络技术、卫星定位技术和地理信息技术相结合的ITS（IntelligentTransportSystems，智能交通系统）。ITS可以对机动车辆实施定位、报警、监控、调度、救援或防盗等多种功能，大幅度提高交通管理质量，不仅可以合理利用和充分发挥现有道路的交通潜力，有效解决交通拥挤的现象;而且能提高车辆的营运效率，降低营运成本。

ABI、IEK2002年10月的研究报告就指出，全球GPS市场保守估计自2000年到2006年的年复合增长率（CAGR）约为24%，2006年产值约340亿美元。在目前卫星导航应用领域中，智能交通管理所占的比重最大，约占市场总量的40%。

目前及将来绝大多数GPS应用产品以陆上导航及定位系统为主，占约70%以上，且比例逐年升高。汽车导航、通信应用、车队追踪管理，到2006年将成为陆上导航产品的主导。我国现有430万辆货运车，170万辆客运车，450万辆轿车及各类船只90多万艘，如此大的汽车和船只保有量对导航终端产品和服务存在着迫切需求。

基于以上分析，研制开发车载移动定位终端，依托CDMA（CodeDivisionMultipleAccess，码分多址）网络传输平台，与控制中心配合，实现车辆的定位、导航、报警、监控、调度以及其他基于位置的各项增值服务，可广泛应用于出租汽车行业、物流企业、大型企事业单位公务车辆管理及私家车和小型公司车辆，市场潜力巨大。

结合未来市场的发展趋势，为满足市场的需求，后车载导航系统将需要做巨大的调整，不仅需要提供导航的主要功能，还需具备以下特点。

(1) 无线通信网络采用CDMA网络，包括目前的联通CDMA1X网络和将来的第三代CDMA2000网络。

(2) 采用多种通信方式，在车载终端和控制中心的通信方式上，提供短消息、话音、数据通道以及视频等多种手段。

(3) 提供更丰富的增值业务，实现了除基本的定位、导航、监控和调度功能外，还可附加生活、交通、娱乐、服务、公共设施等方面基于位置的各种增值信息服务，如失窃物品追踪、餐馆和公园指南、火车时刻表、天气预报以及互动娱乐游戏等等。

(4) 方便的人机交互界面。车载系统配有17.8cm（7in）TFT彩色触摸液晶显示屏、麦克风和扬声器。

(5) 采用基于ARM核的MCU和嵌入式Windows CE操作系统。

(6) 支持电子地图。

(7) 多种报警功能。该车载系统具有防盗报警、反劫报警、遇险报警、损毁报警等多种报警功能。

(8) 广播方式的群呼功能。监控中心可对车辆进行群呼、组呼，既可实现交通、新闻、股票、天气等信息的广播下行，又可对某个地区的出租车的分布情况进行实时统计。

(9) 方便配置和扩展。嵌入式车载系统由各种具有基本功能的相对独立的模块组成，留有常见的各种控制接口。

总之、集成生活、交通、娱乐、服务、导航等功能一体化的车载导航系统定是车载导航系统的发展趋势，且定将存在巨大的市场和丰富的利润空间。