基于QTE的GIS车载导航系统的设计与实现

摘要

随着社会的发展和人们生活水平的不断提高，越来越多的人拥有私家车，许多人偏爱在节假日驾车远行。在陌生的环境中，引导驾驶者走上正确的道路，少走弯路就变得很重要。同时，随着车辆的增多，交通的拥挤变得难以忍受，如何避免堵塞选择一条最优路径顺利到达终点也是很多驾车族所梦寐以求的。随着GPS的发展，这种愿望得到了一定程度的缓解，汽车的定位导航已变成可能甚至是普遍。
　　 运行于嵌入式设备的导航系统与在PC机上相比，对各方面提出了更高的要求。本文的研究主要涉及到系统软件方面，包括地理数据的获取、地理数据的组织、电子地图的可视化、人机交互界面的开发以及最短路径规划等方面。采用基于QT的“一次编写，随处编辑即跨平台特性进行系统的开发。
　　 本文先简要分析了关于GPS车载导航相关的基本知识，在此基础上搭建了以S3C2410A为核心板的嵌入式硬件平台。并随后介绍了怎么在其上构建以Linux作为操作系统，以Qt/Embedded作为GUI开发平台，基于宿主机QVFB(Qtopia VituralFrame Buffer)的开发模式，以及GPS定位信号的获取流程和SD卡的使用方式。
　　 实践中将一份MapInfo格式的TAB文件转化为MIF格式的文件，这种文件格式是一种行业标准应用十分广泛但不具有拓扑结构，可以直接通过文件的形式进行读取和组织。先详细的介绍了如何把精简后的数据读到事先定义好的两个道路相关的数组中，并在PC机上实现了电子地图的绘制、缩放、漫游，检索以及导航等基本功能。随后结合实际数据情况以及图论方面的知识，使用C++STL(StandardTemplate Library)给出了一种高效的道路路网数据组织方案。
　　 最后分析研究了两种常见的路径算法(Diikstra和A*)，在此基础上改进成了直线型优化A*算法，并对开启列表作了最小二叉堆优化。在VC环境中通过模拟实验证明了其算法的正确性，通过得到的几组实际测试数据给出了相关的结果分析。
　　 文章末尾对嵌入式车载导航系统的改进与升级做了展望。
　　 文章详细的介绍了整个设计过程，从开发环境的建立、地理数据的获取与组织以及用户界面的实现。系统拟采用Linux为操作平台以及Qt/Embedded作为GUI开发平台，充分利用了免费的资源，大大的降低了开发的成本。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景

1.2国内外技术现状

1.3课题的提出

1.4课题的研究内容

1.5小结

2嵌入式导航系统分析

2.1导航系统简介

2.1.1 GPS定位概述

2.1.2嵌入式GIS技术

2.1.3电子地图技术

2.2导航系统硬件平台

2.3导航系统软件平台

2.3.1嵌入式实时操作系统的选择

2.3.2图像化界面的选择

2.4导航系统应用软件架构分析

2.5小结

3基于QTE的GIS系统电子地图的实现

3.1应用型GIS的开发模式

3.2电子地图数据的来源

3.2.1 MIF文件数据格式分析

3.2.2地理数据的精简与组织

3.2.3地理数据的提取

3.3 Qt画图机制

3.3.1 Qt画图类

3.3.2 Qt颜色管理

3.3.3 Qt下的坐标变换

3.3.4 Qt的信号和槽机制

3.4嵌入式电子地图的绘制

3.4.1地图投影

3.4.2道路的绘制

3.4.3文本的显示

3.4.4区域的填充

3.4.5电子地图的缩放和漫游

3.4.6电子地图的实现

3.5小结

4导航系统人机交互界面的设计与实现

4.1 Linux操作平台的建立

4.1.1交叉编译环境的构建

4.1.2 Linux操作平台的构建

4.2 GUI环境的建立

4.2.1 QTE开发环境的建立

4.2.2 QVFB开发模式

4.3 GPS程序设计

4.3.1 Leadtek GPS9548模块特性

4.3.2 Leadtek GPS9548模块接口电路

4.3.3实时经纬度信息的获取

4.4地理数据的存储

4.4.1 SD卡接口电路

4.4.2 SD卡读/写程序设计

4.5人机交互界面的实现

4.5.1系统运行主界面的实现

4.5.2地图检索交互界面的实现

4.5.3地图搜索交互界面的实现

4.6小结

5最短路径算法设计

5.1路网拓扑结构

5.1.1路网拓扑结构提取

5.1.2路网数据结构表示

5.1.3 C++标准模板库(STL)的使用

5.2最短路径算法基础

5.2.1 Dijkstra算法基本原理

5.2.2 A*算法基本原理

5.3 A*算法的优化

5.3.1直线优化A*算法

5.3.2最小二叉堆优化A*算法

5.4 A*算法的实现

5.4.1数据组织的优化

5.4.2开启列表的优化

5.4.3 A*算法的实现

5.5小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致 谢

参考文献

附 录