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| 本文作者： 天諾 | 2015-07-31 16:58 |
開車最難過的就是迷路。不過自從有了GPS，很多道路問題都能迎刃而解，它可以部署在汽車導(dǎo)航系統(tǒng)或便攜式導(dǎo)航設(shè)備里，也可以部署進(jìn)汽車中控臺，甚至是車主的智能手機里，只需打開地圖，你就能輕松的知道自己在什么位置。不過，如果汽車導(dǎo)航界面做的比較粗糙，輸入數(shù)據(jù)就會比較麻煩，特別是在駕駛汽車的過程中，會很難完成地址的輸入操作。
本文將給大家介紹下什么是GPS，它可以為汽車做些什么，未來它又會有哪些可能的用途。GPS會讓你更加安全地駕駛，幫助你了解周邊交通情況，尋找附近的服務(wù)，甚至還可以幫助商店推銷服務(wù)。
從1994年開始，地球上空就出現(xiàn)了24顆GPS衛(wèi)星，他們被分成了六組，在1.3萬英尺的高空中圍繞地球飛行。它們是同步軌道衛(wèi)星，但并不是靜止的，而是以每小時8千英里的速度從西向東飛行，每天可以繞地球兩次。每顆衛(wèi)星上搭載了原子鐘，并且不斷報告：
偽隨機碼：每顆衛(wèi)星的ID
星歷數(shù)據(jù)：當(dāng)前日期和時間，衛(wèi)星是否健康或不健康（“不健康”可能意味著衛(wèi)星正在重新定位或重新校準(zhǔn)，不是指它飛走了）
年鑒數(shù)據(jù)：定位衛(wèi)星在什么時間到達(dá)什么位置的數(shù)據(jù)（每個GPS衛(wèi)星都有年鑒數(shù)據(jù)）
GPS內(nèi)部的接收器會從衛(wèi)星捕捉到達(dá)時間（TOA）和飛行時間（TOF）。給定光速（恒定），以及信號在什么時候、什么地方發(fā)生，GPS接收器便會計算出你的車、你的便攜式導(dǎo)航儀、徒步GPS，或是智能手機在地球上哪個位置。當(dāng)設(shè)備沿著高速公路移動，它還會計算行駛速度和羅盤航向，不過GPS的速度通常會比汽車?yán)锍瘫盹@示的時速慢幾英里。行駛數(shù)據(jù)會呈現(xiàn)在導(dǎo)航系統(tǒng)里。衛(wèi)星信號從地球大氣層從40-600英里高空穿過電離層，會產(chǎn)生延遲；而GPS系統(tǒng)會應(yīng)用校正因子。
一般而言，我們需要三個GPS信號來確定（三角定律）接收器的位置，然后用第四個信號來計算高度。當(dāng)然，接收器接收的衛(wèi)星數(shù)量越多（最多應(yīng)該是十二個，因為一共二十四顆衛(wèi)星，另外十二個在地球的另一邊），定位的質(zhì)量就會越高。如果原子時鐘不準(zhǔn)確，或是其他不準(zhǔn)確的信息進(jìn)入，GPS可以進(jìn)行修正。
第一顆GPS衛(wèi)星是在1978年發(fā)射升空的，目前很多GPS衛(wèi)星都能很好地運行，工作時間長達(dá)十年。他們的重量約為2千磅（按地球上重量計），如果算上支持衛(wèi)星動力的太陽能電池板的話，長度可以達(dá)到17英尺。這些衛(wèi)星的發(fā)射器能超過產(chǎn)生不到50瓦特的輸出，當(dāng)然，很多新的衛(wèi)星也在開發(fā)，發(fā)射，全世界很多國家現(xiàn)在都有自己的GPS衛(wèi)星。
更加新一些的GPS系統(tǒng)（接收器在地球上）定位會更加準(zhǔn)確，而且能夠定位更小的對象，價格也更便宜，它們甚至還能定位室內(nèi)GPS接收器。美國國防部高級研究計劃局曾經(jīng)展示過一個芯片，它比一美分硬幣還要小，但是卻內(nèi)置了三個陀螺儀，三個加速度計，以及一個內(nèi)置時鐘（見上圖）。還有其他一些研究人員開發(fā)了很多技術(shù)，目的是提升GPS計時功能和衛(wèi)星時鐘的準(zhǔn)確度。這些研究的主要目的，是讓昂貴的GPS系統(tǒng)能夠進(jìn)一步提升準(zhǔn)確度，并且能夠把這種準(zhǔn)確度應(yīng)用在普通人的汽車中控系統(tǒng)里面。
GPS一開始軍事衛(wèi)星系統(tǒng)，主要是希望提升飛機，潛艇，以及其他武器設(shè)備的定位準(zhǔn)確度。直到2000年，GPS才實現(xiàn)了民用化，但是精確度有些降低。發(fā)送給非軍事用戶的未加密的時間信號會隨機抵銷，讓定位誤差在100米左右。人們這種情況稱為選擇可用性(SA)，當(dāng)你定位一輛汽車，也許它的實際位置可能會和你有一到兩個街區(qū)那么遠(yuǎn)。
差分GPS技術(shù)的開發(fā)，使用了基于地面參考站來糾正精準(zhǔn)度，這種技術(shù)可以將SA信號定位在15米范圍內(nèi)，大約2到3輛汽車的長度，如果在最好的情況下，其精準(zhǔn)度甚至可以達(dá)到10厘米或四英寸，這種情況已經(jīng)非常不錯了，它甚至可以用來測試定位樁是否足夠準(zhǔn)確。與此同時，美國聯(lián)邦航空局、海岸警衛(wèi)隊、以及交通運輸部卻要求停止使用SA信號。2000年，時任美國總統(tǒng)的比爾克林頓命令提升民用GPS質(zhì)量，不再允許所謂的“選擇可用性”，美國政府的GPS網(wǎng)站上說，“美國沒有意圖再使用選擇GPS可用性了。”
如今，汽車內(nèi)的GPS接收器可以精準(zhǔn)定位到10至15米的范圍，而且其中的衛(wèi)星接收器模塊成本也只有幾美元而已。單獨的GPS接收器，精準(zhǔn)度可以達(dá)到3米范圍，如果你使用的是價格更貴，質(zhì)量更好的衛(wèi)星接收器模塊，甚至可以精準(zhǔn)定位到幾厘米的范圍。美國天寶公司推出的Total Station GPS系統(tǒng)，售價高達(dá)2.5萬美元，它的精準(zhǔn)度可以控制在一英寸范圍內(nèi)。這意味著在高精度GPS系統(tǒng)的控制下，你甚至可以遠(yuǎn)程控制道路施工設(shè)備，整平并修整地面，最終鋪設(shè)一條公路出來。
如果你有一個老式汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，它的定位精準(zhǔn)度大概在15米范圍左右，那么這個導(dǎo)航系統(tǒng)會做些小把戲。如果你的高速公路上向北行駛，附近沒有其他道路，位置圖標(biāo)會與道路對齊；如果你在雙向之間有分車帶的公路上開車，那么導(dǎo)航系統(tǒng)就會對齊到向北的道路上。如果你轉(zhuǎn)彎，或是繞圈行駛，導(dǎo)航也會進(jìn)行自我校正。GPS導(dǎo)航也會使用一個內(nèi)置的羅盤，運動傳感器，以及測速儀，它會準(zhǔn)確判斷出你是否進(jìn)入到隧道。（如果你在一個隧道里，那么會看到當(dāng)前位置圖標(biāo)在隧道中間，精準(zhǔn)度可以達(dá)到一輛汽車長度的范圍，非常完美。）
顯然，汽車?yán)锏腉PS可以在地圖上準(zhǔn)確定位，但實際上，它還可以做很多其他事情，下面就舉幾個例子：
自動碰撞通知。在汽車事故中，如果汽車裝配了車載資訊處理系統(tǒng)，比如通用的安吉星（OnStar），汽車會自動向車載資訊遠(yuǎn)程呼叫中心報告所在位置，然后呼叫距離你最近的公共安全應(yīng)答點（PSAP），或幫你撥打緊急電話。此外，使用Ford&Sync，還可以通過藍(lán)牙連接的手機直接撥打電話。通常路過的司機也會幫忙撥打緊急電話，但如果車禍發(fā)生在一個比較偏僻的地方，說不定好久才有一輛汽車路過。
增強型的自動天體導(dǎo)航添加了很多非GPS信息，比如失事的地理位置和車輛破損程度，還有如果汽車翻車了，乘客是否有系安全帶。寶馬和通用汽車正在研究相關(guān)算法，可以預(yù)測當(dāng)汽車出車禍時，乘客嚴(yán)重受傷的可能性；這些汽車公司相信，他們的算法足夠準(zhǔn)確，能夠幫助處理安全事故的工作人員判斷，是否需要派遣醫(yī)療救援直升機（主要出于成本考慮，因為使用一次醫(yī)療救援直升機的費用大約是5千到1.5萬美元）。上面提到的這一切，如果沒有GPS信號都是無法實現(xiàn)的。
可預(yù)測前照燈。首先是前照燈，然后是好的前照燈（包括氙氣大燈，LED大燈，以及激光大燈），再下來是轉(zhuǎn)向大燈（當(dāng)你的方向盤朝右打的時候，車輪向右，右轉(zhuǎn)燈就會打開）。現(xiàn)在，如果有了GPS信號，當(dāng)你駛向路口時，汽車就會預(yù)先判斷出你要轉(zhuǎn)向，繼而打開車燈。據(jù)悉福特汽車公司正在試運行一款根據(jù)GPS信號判斷的轉(zhuǎn)向燈。
延長混合動力汽車，電動汽車的行駛里程。電動汽車，或者是混合動力汽車，需要盡可能的保持電量充足，才能行使更長的里程。但是很多爬坡，或是路況不好的地段往往特別耗電，舉個例子，如果讓你的電動車在略微有些坡度的高速公路上行駛一段時間，貌似不會有太大問題。但是，如果地圖數(shù)據(jù)顯示了GPS位置，然后告訴你目前的充電量在完成上坡路段之后，只能再開2.5公里，那么或許你在上坡之前，就該考慮一下是不是要給自己的汽車充電了。
服務(wù)。當(dāng)你搜索附近距離最近的漢堡王時，就得依靠GPS來幫忙了。不過GPS服務(wù)仍然需要做的更好一些，很多第三方App，還有車載導(dǎo)航系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)庫，真的需要思考一下如何提供用戶想要的服務(wù)，要知道，人們想要的是距離最近的漢堡王，而不是20里外的漢堡王。
智能手機App。如果你的汽車?yán)镉熊囕d資訊處理系統(tǒng)，那么肯定會有與之配套的App，你可以在自己的手機上操作很多功能，比如遠(yuǎn)程啟動汽車，或是遠(yuǎn)程關(guān)閉車門。據(jù)說還有一款基于GPS的定位App應(yīng)用，如果你把車停在一個巨大的商場停車場，購物之后想不起來具體停在哪個車位上，此時這款A(yù)pp應(yīng)用就會將你引導(dǎo)到自己的汽車邊上。
智能車庫門開啟器。許多汽車有HomeLink車庫門開啟器。汽車的中控臺已經(jīng)被各種各樣的按鍵占滿了，如果讓車主在手工去操作打開車庫門似乎還真的有點兒low了，此時GPS的作用就發(fā)揮出來了，當(dāng)你距離車庫還有半英里的時候，中控顯示屏上的右邊就會彈出一個按鍵，你只需觸摸點擊一下，車庫門就會自動打開。
校準(zhǔn)車速里程表。美國聯(lián)邦監(jiān)管機構(gòu)要求汽車的車速里程表不能少報車速。集成GPS可以把你的車速里程表校準(zhǔn)到最準(zhǔn)確的速度上。如果你有一個便攜式導(dǎo)航設(shè)備，通常可以顯示出你的車速。
提供最佳車道建議。如今，一些好的導(dǎo)航系統(tǒng)具有車道出口顯示功能，告訴司機哪些是直通車道，哪些是駛出車道，哪些既能直通，又能駛出。一些定位更準(zhǔn)確的GPS，甚至?xí)谀阈枰偝鲕嚨溃蚴切枰兊乐埃o司機進(jìn)行提示。
自動駕駛汽車依靠視覺（或雷達(dá)）傳感器，和三維地圖來準(zhǔn)確定位，也能因此判斷出哪些地方有危險。此時，如果GPS能夠精準(zhǔn)定位到英寸級別的范圍，而不是一米或五米范圍，那么將會發(fā)揮更大的作用。事實上，這種技術(shù)已經(jīng)誕生了。至少，自動駕駛汽車需要把自己放在一個12英尺寬的車道中間，并且車輛來回?fù)u晃幅度的范圍不能超過一英尺。帶有后視鏡的汽車大約有六到七英尺寬。如果考慮到里中心位置存在一定的偏離度，那么可以在汽車兩邊在延長出1.5到2英尺的安全距離。如今，利用相關(guān)視覺輔助系統(tǒng)可以通過定位車道標(biāo)記來跟蹤汽車的位置。
當(dāng)汽車搭載上超精準(zhǔn)的GPS，就可以扮演汽車傳感器的“獨立審計員”。GPS可以判斷出車道偏離警示系統(tǒng)（LDW）可能不是表現(xiàn)的很好，并提醒車主。如果是下雨或是下雪天，視覺系統(tǒng)的功能可能會略有下降，因為有些車道標(biāo)線可能會被雨雪給覆蓋掉，此時GPS將會繼續(xù)幫助汽車保持在車道中央行駛。
在惡劣天氣里，有些車輛仍然需要外出工作，比如掃雪車，此時如果有GPS，不僅可以引導(dǎo)車輛方向，超速時提醒司機保持中速行駛，還可以在偏離既定路線時發(fā)出警報。在未來的五年時間里，雖然讓自動駕駛汽車實現(xiàn)每小時60英里的速度有些困難，但是每小時30英里應(yīng)該不難實現(xiàn)。
上世紀(jì)90年代中期，世界上首款嵌入式車載導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)在了寶馬7系車上，成本約為2500美元（放在2015年，相當(dāng)于4千美元）。如今，超過1千美元的導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)是鳳毛麟角了，一般的導(dǎo)航系統(tǒng)售價基本是在500美元（或以下），部署這些導(dǎo)航設(shè)備的汽車售價基本上都是在5萬美元以上。另外值得一提的是，現(xiàn)在汽車中控裝載彩色LCD屏幕已經(jīng)是標(biāo)配了，因此導(dǎo)航也成為了汽車必不可少的一項服務(wù)功能。嵌入式導(dǎo)航系統(tǒng)的主要優(yōu)點就是屏幕大（對角線為7英寸到10英寸），二級導(dǎo)航顯示一般會放在儀表盤或是擋風(fēng)玻璃顯示屏上，相對于便攜式導(dǎo)航已和智能手機導(dǎo)航，車載導(dǎo)航的控制旋鈕和操作按鍵更大。此外，汽車車頂都會裝上鯊魚鰭式天線，這樣可以更快速的啟動定位。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)幾乎從來不會被人偷掉，而且也沒有煩人的電線。
智能手機通常具有較強的語音識別功能，比如，你會使用Siri說，“Siri，告訴我去球場的方向”。很多導(dǎo)航App應(yīng)用要么非常便宜，要么就是免費的，甚至連升級都是免費的。相比而言，一般汽車導(dǎo)航升級需要花費一百美元到兩百美元不等。
蘋果的CarPlay和Google的Andriod Auto則都具有整合優(yōu)勢，他們的導(dǎo)航系統(tǒng)幾乎都有內(nèi)置的地圖應(yīng)用，即蘋果地圖和谷歌地圖，當(dāng)你把這些應(yīng)用連接到汽車上之后，GPS導(dǎo)航便可以顯示在汽車LCD顯示屏上，并通過汽車的按鈕和旋鈕進(jìn)行操控。
如果你選擇購買車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，那么必須知道這種產(chǎn)品的淘汰率比較高，換句話說，如果你現(xiàn)在購買一套車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，那么肯定會比當(dāng)前市面上的便攜式導(dǎo)航設(shè)備好，但是隨著時間的過去，很快就會有更好的便攜GPS導(dǎo)航設(shè)備超越你的車載導(dǎo)航系統(tǒng)。到目前為止，沒有汽車制造商提供主機或GPS模塊更新服務(wù)，如果你想隨時隨地使用最新的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，那么最好的方法不是買買買，而是租個設(shè)備用用。
via extremetech
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