Навигационная автомобильная система – Навигационные системы для автомобилей, карта Украины и Европы для штатной навигации Lexus и Toyota

Автомобильная навигационная система — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Автомобильная навигационная система — вспомогательное электронное устройство, служащее для определения местоположения автомобиля и направления его движения к намеченной цели. В настоящее время в основном используется спутниковая система навигации.

Прообразом системы можно считать электромеханический прибор Iter Avto, представленный в 1932 году^[1] предположительно в Италии^[2]. Он устанавливался на приборной панели. Карта на бумажной ленте перематывалась из одного рулона в другой пропорционально скорости движения автомобиля, информация о которой снималась со спидометра.

В 1966 году американская компания General Motors испытала систему DAIR (англ. Driver Aid, Information and Routing). Предполагалось специально установить под дорожное покрытие магниты через каждые три — пять миль и на каждом крупном перекрёстке, а также придорожные коммуникационные модули. Взаимодействовавшие с ними приборы в автомобилях световыми индикаторами и зуммерами сообщали водителю о поворотах и даже предупреждали о приближении препятствия. Из-за низкой масштабируемости система не состоялась как навигационная, но получила развитие в качестве услуги безопасности OnStar

[en]^[3].

В 1981 году японская компания Honda представила первый коммерческий навигационный прибор для автомобиля — Electro Gyrocator^[en]. Он использовал метод инерциальной навигации и по сути был своеобразным гироскопом. Направление движения автомобиля определялось специальным электронным датчиком, в котором находился газообразный гелий. Для получения информации о начале движения и остановке прибор подключался к коробке передач. Поступающую информацию обрабатывал аналоговый компьютер. К прибору поставлялись различные карты, нанесённые на пластиковые прозрачные плёнки. Перед началом движения необходимо было отметить на такой карте исходное местоположение (начальную точку маршрута) и вставить её в навигационный прибор перед 6-дюймовым экраном кинескопа, на котором светящейся зелёной точкой указывалось текущее местоположение

[4]. Система была запатентована в США^[5]. Она оказалась слишком дорогой ($7000) и не получила широкого распространения^[6].

В 1984 году американский инженер и предприниматель Нолан Бушнелл разработал систему Etak Navigator. Её компьютер вычислял текущее местоположение на основе информации от электронного компаса, который закреплялся на заднем стекле, и набора датчиков, прикреплявшихся к неведущим колёсам. Загруженная в память компьютера цифровая карта отображалась на экране монохромного кинескопа с векторной развёрткой и поворачивалась вокруг центра, обозначающего автомобиль. Карты хранились на магнитофонных компакт-кассетах. Etak Navigator поступил в продажу в июле 1985 года, покупателям предлагались две модели — «450» (с экраном 4,5 дюйма) за $1395 и «700» (с экраном 7 дюймов) за $1595. Кассеты с картами стоили по $35 за штуку (карта Лос-Анджелеса, например, занимала четыре кассеты

[7]). Система оказалась удачной, но для большинства людей она всё ещё была слишком дорогой. Её приобретали в основном компании, имевшие большие парки автомобилей^[8]. В 1987 году в качестве носителя картографической информации стали использовать CD-ROM^[9].

В 1995 году достигла полной функциональной готовности американская спутниковая система глобальной навигации GPS. Через год её открыли для гражданского использования с точностью позиционирования, искусственно ограниченной до 100 м. Всплеск интереса к автомобильным навигационным системам в США наметился в середине 1999 года, когда появилась возможность получать в режиме реального времени карты трафика и погоды для любого региона^[9]. В 2000 году ограничение точности позиционирования было снято, она составила 15—20 м для широкого круга потребителей, а с использованием инфраструктуры DGPS достигала и десятков сантиметров. Вместе с развитием микроэлектроники это способствовало массовому распространению доступных и удобных навигационных аппаратов.

Пять лучших автомобильных навигационных систем

ТОП-5 лучших GPS/Глонасс навигаторов.

 

Многие из нас, в том числе и автомобилисты, каждый день пользуются различными устройствами спутниковой навигации, которые помогают нам найти оптимальный пункт до места назначения. Они приходят нам на помощь даже в том случае, если мы потерялись в незнакомой местности. Как правило в городских условиях большинство таких навигационных систем хорошо справляются со своей работой. Но бывает и так, если мы хотим отправиться в путешествие или загород в незнакомую нам местность, то нам подойдут не все устройства.

 

А что самое важное друзья в автомобильных навигаторах? Не знаете? На первом месте это конечно же качество связи, далее качество и достоверность карт, а также точность определения координат расположения автомобиля на местности. К нашему сожалению не все устройства в наши дни готовы прокладывать маршруты с тем качеством, которое мы от них ожидаем. Наше интернет издание предлагает своим читателям 5 (пять) лучших автомобильных навигационных систем, которые мы гарантируем не подведут Вас.  

 

Каждый из нас естественно предпочитает разные GPS устройства, начиная от навигационного программного обеспечения встроенного в мобильный телефон и заканчивая сложными и многофункциональными устройствами спутниковых навигаторов встроенных на самом автозаводе. У них у всех принцип работы одинаков, но не каждый автомобильный навигатор претендует на роль лучшего. 

 

1) Навигаторы серии «Garmin Nuvi»

 

Навигационные устройства серии «Garmin Nuvi» были разработаны специально для автомобильной промышленности. Они отличаются от остальных стильным дизайном и минимальными размерами (в том числе и толщина), что позволяет использовать их без вреда уменьшения пространства в большинстве автомашинах. Стоит сразу отметить, что для использования такого навигатора в машине в дороге не потребуется мобильная связь и передача мобильных данных. Такое устройство работает в автономном режиме. Карты навигатора выполнены на высоком уровне. Названия улиц и адреса домов на карте показываются полностью. Данный «Nuvi» имеет голосовое управление. Так же в навигаторе использована и уникальная активная функция подсказок перестроения. Так например, подъезжая к выезду с автошоссе программное обеспечение навигационного оборудования заранее предупредит Вас о необходимости перестроиться в другую (нужную) полосу движения, чтобы вы не пропустили съезд или нужный поворот.

Таким образом Вы не проедите мимо нужный вам поворот и не будете гадать «на кофейной гуще», куда необходимо ехать на перекрестке. 

 

К тому же этот «Garmin Nuvi» отображает в 3-D сам макет развилки или эстакады, показывая тем самым Вам нужный маршрут. Примечательно вот еще что, навигаторы «Garmin Nuvi» предоставляются вдобавок с бесплатной вечной картой. Все изменения на карте и также обновления будут доступны Вам для скачивания бесплатно. Также, многие модели навигаторов умеют еще показывать и пробки на дороге, что позволяет водителю выбирать маршруты объезда. Как заявляет сам производитель навигаторов, такие данные о пробках транслируются с задержкой всего в 30 секунд. В том числе, Вы можете легко сделать сопряжение самого устройства с тем же мобильным телефоном или с компьютером и все с помощью Bluetooth, чтобы добиться обновления программного обеспечения через интернет. Цены на такие устройства варьируются в зависимости от моделей. Каждый может выбрать для себя оптимальную модель, именно по своим финансовым возможностям и по потребностям.

 

 

2) Навигатор «Tom Tom Go»

Не смотря, что навигационное программное обеспечение этой компании стало достаточно популярным сегодня на смартфонах и тех же планшетах, специальные автомобильные навигаторы «Tom Tom Go» тоже не отстают, они также заслуживают своего особого внимания. Многие автолюбители приобретя данные модели навигаторов, отмечают их отличное качество работы даже вдали от крупных городов. Такие устройства не нуждаются в подключении к интернету. Данный навигатор имеет грамотное и достаточно качественное голосовое управление. Стоит здесь сразу отметить 5-ти дюймовые сенсорные HD экраны, которые отображают картинку в высоком качестве. 

 

Программное обеспечение навигационного устройства предусматривает активное управление маршрутом, которое предупреждает водителя о необходимом направлении движения. Вам не нужно больше высматривать название улиц и номера домов, чтобы приехать по необходимому адресу. Достаточно ввести конечный пункт своего назначения и программа приведет Вас в нужный адрес. Для этого всего лишь нужно слушать команды навигатора.

 

3) Навигаторы «Magellan RoadMate»

Серия навигационных устройств «Magellan RoadMate» известна многим на рынке давно, зарекомендовавшая себя с положительной стороны. Но некоторые ее новые модели впечатляют многих своими удивительными характеристиками, такими например, как: -предупреждение о камерах фото и видео фиксации скорости, подробное руководство по ориентированию на местности (к примеру навигатор произносит: «Поверните налево через 300 метров в сторону заправки «Лукойл», а не просто «Поверните налево через 300 метров»), автоматическое обновление при подключение к компьютеру и т.д. и т.п. характеристики.

 

Встроенная система Bluetooth позволяет использовать автомобильную функцию громкой связи для управления голосом. Также устройство может быть подключено к телефону с выходом в интернет при помощи которого Вы можете узнавать подробности о тех местах, где Вы в данный момент проезжаете.

Приобретя себе данное устройство Вы получаете стандартный набор функций доступных сегодня в современных навигаторах. Помимо активных подсказок во время движения на машине и точных названий улиц и домов, Вы получаете еще и подсказки о ближайших парковках и предупреждения о знаках ограничения скорости. Но главная особенность навигационного оборудования это интеграция навигатора с камерой заднего вида Вашего автомобиля. 

 

4) Встроенное GPS устройство в автомобиле

Какие бы устройства спутниковой навигации не были доступны сегодня на рынке, наибольший интерес представляют естественно навигационные системы спутниковой навигации, которые встроены уже на заводе в новый автомобиль. Также в качестве опции и это как правило, любой автомобильный дилер предложит вам за дополнительную плату установить на машину заводскую навигацию. Конечно в отличие от встороннего оборудования эта заводская навигация значительно дороже своих аналогов, но тем не менее, многие из автомобильных заводских навигаторов являются наилучшим решением для поездок в незнакомую Вам местность. 

 

Конечно же в этих устройствах есть свои плюсы и минусы. В большинстве встроенных автомобильных навигаторах часто могут быть не доступны свежие обновления карт. К тому же в некоторых автомобилях имеются определенные сложности с их обновлениями. Интерфейс многих автомобильных устройств сегодня оставляет желать лучшего.

Тем не менее, не все сегодня автопроизводители автомобилей оснащают их неудобными навигаторами. Многие премиальные автомобильные марки машин имеют у себя отличную спутниковую навигацию, которая доступна на экране информационно-развлекательной системы. В некоторых моделях поисковая форма адреса выполнена еще гораздо круче (лучше), чем во многих сторонних устройствах доступных сегодня на рынке. 

 

5) Ваш смартфон

Многие из Вас автомобилистов отдают предпочтения своим смартфонам в качестве основной навигационной системы в автомобиле. И это не смотря на наличие в машине уже встроенной навигационной системы. Многие из Вас (нас) считают, что время автономных дополнительных навигационных систем постепенно уходит. Ведь совсем уже скоро все мобильные телефоны будут полностью интегрироваться с программным обеспечением информационно-развлекательных систем автомобиля. То есть, подключая такой смартфон к машине на экране центральной консоли водитель сможет с легкостью пользоваться мобильной картой навигационного приложения самого телефона. 

Другие также считают, что в приобретени дополнительных навигационных устройств больше не будет необходимости. Достаточно всего иметь под рукой свой личный смартфон, чтобы проложить себе маршрут в любую точку мира.

 

Плюс ко всему, последние версии навигационных карт стали сегодня доступны на мобильных устройствах в режиме офлайн, что на много упростило задачу для качественной навигации в дороге. Ведь теперь карты доступны без подключения к самой сети интернет. Предварительно скачав карту Вы без помощи мобильной связи сможете пользоваться картой для поездок в незнакомую вам местность. 

В том числе, такое преимущество мобильных устройств связано с большим количеством различных бесплатных навигационных приложений многие из которых в несколько раз превосходят само программное обеспечение встроенных на заводе навигаторов. 

 

В завершение статьи мы бы хотели следующее, чтобы каждый из читающих на основании нашего обзора проголосовал, указал бы со своей стороны, какое навигационное устройство по его мнению является сегодня самым лучшим в автомобильной навигации.(?) 

 

Наш данный рейтинг «Топ-5» самых лучших автомобильных навигаторов основан на мнениях наших постоянных читателей, которые присылают свои отзывы о тех или иных электронных устройствах. Если Вам друзья есть что сказать или чем поделиться, то мы будем очень рады видеть Ваши отзывы на страницах нашего издания, по основаниям которых в дальнейшем мы обязательно опубликуем следующий новый рейтинг электронных устройств. Всего вам доброго друзья и удачи!

Системы навигации автомобиля (GPS) | Автомобильное

Навигационные системы (глобальная позиционирующая сис­тема или GPS — Global Positioning System) находят все более широкое применение в странах Западной Европы, США, Японии. Начинается применение этих систем и в странах бывших странах Советского Союза, однако развитие систем навигации сдерживается главным образом из-за отсутствия карт местности.

Главными задачами система навигации являются:

• определение нахождения автомобиля в текущий момент
• ввод пункта назначения с определением оптимального маршрута

При выборе маршрута предлагается 3 варианта – быстрый, нормальный и короткий. Кроме этого указывается где находятся платные дороги и особенности движения по каждому маршруту.

Для того чтобы пользовать­ся GPS-навигацией, нужен как минимум GPS-приемник. Но само по себе он не более чем спутниковый компас, знающий свои точные координаты. Чтобы связать эти координаты с конкретной цифровой картой местности, нужно более сложное устрой­ство, например, GPS-навига­тор со встроенным GPS-приемником.

Рис. Навигатор

Что такое навигатор?

GPS-навигаторы – устройства со сравнительно простой про­граммной оболочкой, ориен­тированные преимущественно на решение навигационных задач и способные работать только с одним предусмотрен­ным производителем типом карт.

Вычисление положения GPS-приемника осуществляется на основе заранее известных координат спутников систе­мы. Физически это выража­ется в том, что исходными данными для решения задачи позиционирования являются расстояния от объекта до всех видимых им в данный момент спутников. Для упрощения допустим, что все видимые спутники находятся на своих орбитах в неподвижном со­стоянии.

Обратимся к геометрии

Ис­комый объект находится на поверхности сферы, описан­ной вокруг точки местополо­жения сателлита и имеющей радиус, равный расстоянию до объекта. Для определе­ния местоположения контакта с одним спутником недоста­точно. Пересечение сфер от двух спутников дает окруж­ность — задача из трехмерной превратилась в двухмерную. Теперь известно, что прием­ник находится где-то на полу­ченной окружности. Сфера, очерченная вокруг третьего видимого спутника, пере­секает окружность в двух точ­ках, одна из которых является паразитной, так как находится либо в недрах земного шара, либо в верхних слоях атмосферы.

Рис. Обнаружение объекта спутниками:
а – сфера от одного спутника; б – пересечение сфер от двух спутников; в – пересечение сфер от трех спутников

Оставшаяся точка и харак­теризует координаты прием­ника. Расстояния до спутников (радиусы описанных сфер) вы­числяются просто – на основе фиксации времени прохожде­ния сигнала до объекта и его скорости.

Для определения поло­жение спутников на орбите помимо совокупности спутников, рассредоточенных по стационарным орбитам, су­ществует наземный комплекс управления. В его состав вхо­дят станции слежения, под­держивающие постоянный контакт с элементами орби­тальной группировки. По по­лученным данным в центре управления вычисляются точ­ные координаты искусствен­ных спутников и через станции связи передаются на летатель­ные аппараты. При расчетах принято, что ско­рость распространения сигна­ла равна скорости света. По­этому необходимо учесть еще точность и синхронизацию ра­боты часовых механизмов, ко­торыми оснащены спутник и приемник, а также искажения, вызванные различными препятствиями на пути прохожде­ния информационной волны. Для устранения ошибок в ком­пьютере приемника использу­ются специальные алгоритмы, которые корректируют время до тех пор, пока местополо­жение приемника не будет определено с заранее задан­ной погрешностью. Алгоритм также учитывает данные, по­ступившие от четвертого, пя­того и др. сателлитов, которые находятся в «зоне видимости» приемника.

Отметим, что полноценная группировка, которая обе­спечит покрытие всей поверх­ности земного шара, должна включать 24 орбитальных объекта, то есть максималь­ное количество видимых при­емником спутников в любой точке земли — 12 единиц. Од­нако на сегодняшний день количество действующих ап­паратов систем навигации уже составляет 30 единиц.

На рисунке показана структура навигационной системы. Система может осу­ществлять навигационное счисление, определять положение автомобиля на карте местности по конфигурации пройденного пути, определять абсолютные коорди­наты с помощью спутниковой системы GPS. С помощью навигационного счисле­ния определяют относительное положение автомобиля и направление движения по информации, полученной с датчиков скорости вращения колес и азимута.

Конфигурация участка пройденного пути, полученная с помощью навигацион­ного счисления, сравнивается с конфигурацией дорог, нанесенных на карту. Определив дорогу, по которой движется автомобиль, система находит и его теку­щие координаты. Более точное определение координат автомобиля на карте про­изводится с помощью GPS по широте и долготе. Считается, что для практических целей достаточно знать координаты автомобиля с точностью до размера половины квартала, т. е. ±100 метров.

Автомобильная навигационная система должна иметь в своем составе датчики пройденного пути и направления движения.

Датчик пройденного пути

Датчик пройденного пути — это та или иная конструкция электронного одо­метра, информация в который поступает с датчиков скорости вращения колес ABS. Одометрам присущ ряд систематических погрешностей, которые необходимо корректировать. К ним относятся:

1. Разница в диаметрах новой и изношенной покрышки дает погрешность в определении пройденной дистанции до 3%.
2. За счет увеличения диаметра покрышки от центробежной силы на каждые 40 км/час скорости автомобиля погрешность в определении пройденной дистан­ции увеличивается на 0,1…0,7%.
3. Изменение давления в шинах на 689 кПа увеличивает погрешность на 0,25…1,1%.

Для определения направления движения автомобиля обычно используются датчик азимута, датчики скорости вращения колес, гироскопы.

Рис. Структура навигационной системы

Датчик азимута

Датчик азимута (компас) использует магнитное поле Земли и представляет собой коль­цевой сердечник 2 из ферромагнетика, на который намотаны обмотка возбуждения 1и перпендикулярно друг другу две выходные обмотки 3 и 4. К обмотке возбуждения приложено синусои­дальное напряжение. При отсутствии внешнего магнитного поля в выходных обмотках наводит­ся ЭДС взаимоиндукции, также синусоидальная, с нулевым средним значением. При наличии по­стоянного внешнего магнитного поля (магнитного поля Земли) происхо­дит искажение синусоидальной формы магнит­ного потока в сердечнике за счет наложения постоянной составляющей и напряжений вы­ходных обмоток.

Рис. Геомагнитный датчик азимута:
1 – обмотка возбуждения; 2 – коль­цевой сердечник из ферромагнетика; 3 – выходная обмотка с координатой X; 4 – выходная обмотка с координатой Y

Датчики скорости вращения колес

В системах GPS используются датчики скорости вращения передних колес, применяемые для ABS. Угол поворота автомобиля определяется по разности путей, проходимых при повороте левым и правым колесом.

Гироскоп

При использовании гироскопа определяется угловая скорость автомобиля на повороте и интегрируется для определения угла поворота. В навигационных сис­темах используются различные типы гироскопов. Ниже в качестве примера рассматривается примене­ние газового гироскопа.

Гироскоп работает следующим образом. Насос создает поток газа (гелия) 2 с заданной скоростью истечения и направляет его через сопло 1на две нагретые проволочки датчика w1 и w2 (рис.). Угловая скорость автомобиля определяется по изменению сопротивлений проволочек датчика. Когда поток гелия выходит из сопла насоса, он постепенно расширяется.

Рис. Измерительная система гироскопа (расположение потока газа при повороте)

Когда автомобиль движется пря­мо, распределение скоростей сим­метрично относительно проволочек, они охлаждаются одинаково и на выходе мостовой схемы, частью ко­торой являются проволочки, пулевое напряжение. При поворо­те возникает сила Кориолиса, сме­щающая газовый поток, проволочки охлаждаются неравномерно, их со­противления электрическому току различны, на выходе мостовой схемы появляется напряжение, пропорциональное угловой скорости автомобиля на повороте.

Навигационное счисление – это метод определения координат движущегося объекта (автомобиля, самолета, судна и т. д.) по отношению к стартовой точке. Используется сумма векторов пройденных расстояний, информация о направле­ниях поступает с датчика азимута или датчика скорости вращения колес. На рисунке показано применение навигационного счисления к определению коор­динат объекта (автомобиля).

Рис. Определение координат автомобиля методом навигационного счисления:
X0, Y0 – начальные координаты; Δi – приращение текущего положения; θi – угловое положение; X, Y – координаты нахождения автомобиля

Корпус автомобиля выполнен из металла и других магнитных материалов и способен намагничиваться внешними полями (напри­мер, в магнитном поле, создаваемом электродвигателями электровоза па железно­дорожном переезде и т. д.). В этом случае возникает систематическая погрешность в определении направления движения автомобиля. Паразитное магнитное поле компенсируется дополнительными магнитами вблизи компаса.

Магнитное поле также искажается в тоннелях, на металлических мостах, при движении вдоль автопоездов. Применение датчиков скорости вращения колес на­ряду с компасом часто решает эту проблему. Датчики скорости вращения колес не чувствительны к таким искажениям, на практике датчики азимута и скорости вра­щения колес дополняют друг друга при определении направления движения авто­мобиля.

Навигационное счисление дает низкую точность определения текущих коорди­нат объекта. Для автомобиля приходится корректировать координаты, определен­ные методом навигационного счисления каждые 10…15 км. Корректировка будет корректной если автомоби­ли передвигаются по дорогам, которые нанесены на электронную карту.

Электронные карты

В некоторых навигационных системах картографическая информация хранится централизованно и передается на автомобиль по радиоканалу, но в большинстве случаев навигационная система предполагает наличие необходимой базы данных на борту автомобиля.

CD-ROM используется для хранения картографической и дорожной информа­ции с целью сравнения конфигураций дорог и пройденного пути, поиска оптима­льного маршрута, вывода карты местности на дисплей.

В матричном формате каждому элементу карты (пикселю) соответствуют свои значения декартовых координат X-Y. Матричные карты требуют много места в памяти компьютера или па носителе информации и неудобны для математических операций при прокладке и слежении за маршрутом.

В векторном формате дороги, улицы представляются последовательностями от­резков прямых, описанных аналитически, пересечения – узлами. Узлы идентифицируют координатами – долготой и широтой. Если дорога (улица) не прямая, в точке излома также помещается узел. Таким образом, дороги (улицы) любой конфигурации аппроксимируются набором векторов и узлов.

Рис. Улицы и узлы на векторной карте

Имеющиеся карты или изображения местности, полученные с самолетов и спутников, сканируются. Затем специальное программное обеспечение трансфор­мирует изображение сначала в матричный, а затем в векторный формат.

Электронная карта несет такую информацию, как номера дорог, названия улиц, номера домов между перекрестками, одностороннее или двухстороннее дви­жение на улице, названия отелей, ресторанов и т. д.

Сенсорный переключатель на экране позволяет менять режим вывода изображения, выбирая раздельный или полный экран со стрелочными указателями поворотов, список поворотов или информацию о съездах с автострады.

Рис. Указатели поворотов

Ориентирование на карте местности по конфигурации пройденного пути

Сначала навигационная система определяет, какие из близлежащих дорог мо­гут соответствовать координатам автомобиля, определенным навигационным счислением. Затем делается сравнение, выбирается наиболее подходящая дорога и корректи­руются координаты автомобиля по карте. Когда автомобиль достигает перекрест­ка, выбор дороги определяется направлением движения. Если дороги на перекрестке выглядят примерно одинаково, навигационный компьютер прослеживает их по карте вперед и определяет коэффициент корре­ляции для каждой из дорог по отношению к требуемому маршруту. Выбирается дорога с наибольшим коэффициентом корреляции.

Навигационные системы позволяют получать информацию голосовым управлением, что позволяет получать необходимые сведения не отрываясь от дороги. В общей сложности современные системы распознают до 1500 слов.

Для подробного рассмотрения выбранного участка можно его приблизить или удалить для охвата более обширной зоны. На дисплей можно одновременно выводить две карты, одна из которых показывает более детальный ряд, а другая дает более широкий охват. В случае необходимости имеется возможность найти ближайший отель, ресторан, заправку, СТО, место парковки и т.д.

Рис. Разделение экрана

Для изучения маршрута следования водитель может выполнить предварительный просмотр маршрута.

За 500 метров до приближающегося перекрестка на экран автоматически выводится увеличенная схема развязок. По мере приближения к перекрестку будет звучать голосовое сообщение, напоминающее водителю о предстоящих действиях. Если водитель пропустил нужный поворот, система сама скорректирует маршрут.

В случае недостаточной информации о местонахождении пункта назначения система навигации может производить поиск по адресу, почтовому индексу, по географической широте и долготе, по карте, по перекресткам и въездам-съездам с автострады. В память системы может вводится информация о местах, которые водитель желает посетить снова.

При возникновении автомобильных пробок или затрудненном дорожном движении на пути следования выбранного маршрута, система рассчитывает и предлагает альтернативный маршрут.

Выбор оптимального маршрута

Кроме определения текущих координат автомобиля, навигационная система также может выдавать информацию, облегчающую выбор оптимального пути сле­дования к месту назначения. Для этого навигационный компьютер рассматривает дорожную сеть между исходным пунктом и пунктом назначения и выбирает крат­чайший маршрут. Примером метода определения кратчайшего пути по карте яв­ляется алгоритм Дейкстра (Dijkstra algorithm).

В алгоритме Дейкстра производится определение всех пересечений дорог от стартовой точки и вычисляются кратчайшие пути до каждой точки пересечения. Например, если имеется дорожная сеть, как на рисунке, поиск пересечений начнется от начальной точки А. Сначала будут рас­смотрены пересечения В и С. Расстояния от точки А до каждого из пересечений указаны внутри кружочков. Затем рассматриваются пересечения Е и F, соединяю­щиеся с точкой С, для этих пересечений указано расстояние от стартовой точки А. В-третьих, рассматриваются пересечения D и Е, соединенные с точкой В, на рисунке б указаны расстояния от стартовой точки А до D и Е. При этом расстояние до точки Е указано через точку С, т. к. оно меньше, чем че­рез D (было бы 8). Точка D связана с точкой Е, и маршрут через Е оказывается короче. Кратчайшим путем до D оказывается маршрут A-C-E-D.

Использование этого алгоритма позволяет определить кратчайший маршрут к месту назначения. Располагая современной навигационной системой, водитель может не опасаться сбиться с пути.

Рис. Алгоритм Дейкстра

Дальнейшее развитие GPS получило в развитии интеллектуальных транспортных систем (ITS — Intelligent Transportation Systems).

Подобную систему Extended Floating Car Data-System (XFCD) представила компания BMW.

Испытание проводилось на специальной тестовой трассе в SBC Park и было призвано продемонстрировать возможности системы. Например, автомобиль попадает на скользкую дорогу. За считанные секунды система обрабатывает информацию и предупреждает в режиме реального времени следующий за ним автомобиль. Та же информация в то же самое время передается стационарным службам движения, которые статистически обрабатывают поступающие данные и рассылают их обратно другим участникам движения.

Система определения дорожной ситуации XFCD станет в будущем усовершенствованным последователем существующей системы Floating Car Data, что переводится как «данные с движущегося автомобиля». Уже сегодня с помощью FCD автомобили посылают свои данные о местонахождении в определенный момент времени на центральный пульт движения, который сопоставляет получаемые сообщения с сообщениями других автомобилей, оснащенных FCD, с целью распознавания дорожных и внештатных ситуаций. Система XFCD способна сама распознавать дорожную ситуацию, анализировать все имеющиеся данные в автомобиле и передавать обработанные данные на центральный пульт движения. Параллельно система способна через систему-коммуникатор «Авто-Авто» предупреждать другие автомобили в зоне действия передатчика.

XFCD функционирует на базе имеющейся навигационной системы, и ее ввод в эксплуатацию заключается лишь в загрузке программы. Введение бортовой сети позволяет синхронно задействовать целый спектр возможностей. В устроенном таким образом современном автомобиле система получает доступ и совмещение с множеством других информационных блоков управления. Это ближний и дальний свет, противотуманное освещение, термометр внешней среды и кондиционер, тормоза и навигационная система, сенсор дождя и омыватель стекла, а также прочие не менее важные мелочи. Все эти механизмы функционируют в зависимости от дорожной ситуации. Так, на понижение температуры окружающей среды, лед или даже неожиданное появление масла на участке дороги автомобиль тут же отреагирует регулированием системы стабилизационного контроля (DSC) и скорости движения.

Еще одно неоспоримое преимущество системы XFCD заключается в возможности передачи сообщений напрямую другим автомобилям. Информация передается посредством Ad-hoc-сети всем автомобилям в ближайших окрестностях. Каждый автомобиль, в зависимости от ситуации, выполняет роль или отправителя, или получателя, или передатчика. Преимущество зарекомендовавшей себя технологии Multi-Hopping неоспоримо: Ad-hoc-сеть организуется автономно, обладает необходимой дальностью радиуса действия и не требует создания специальной инфраструктуры.

Штатная автомобильная навигация – история и перспективы

Проблемы навигации волновали человека испокон веков. Долгое время для точного позиционирования в пространстве служили лишь солнце да звезды, и ориентироваться по ним мог далеко не каждый. Все изменилось с началом космической эры, и теперь практически у каждого есть свой навигатор, как в смартфоне, так и в автомобиле. О штатных автомобильных навигационных системах и поговорим.

НЕМНОГО О КОСМОСЕ

Как вы думаете, сколько сегодня спутников находится на орбите, чтобы обеспечить работу навигационных систем? Ответ: на орбите Земли сегодня действует 90 навигационных спутников и планируется, что всего их будет 132. Пока преобладают американские спутники GPS – их 32. Оно и понятно, ведь именно американцы стали родоначальниками навигации по спутникам и развивают свою сеть аж с 1974 года, в связи с чем сегодня практически все навигационные системы в первую очередь взаимодействуют именно с ними. Точность позиционирования по ним довольно велика, что обеспечивает необходимую привязку к местности. Впрочем, есть у этой системы и один недостаток. Дело в том, что в первую очередь GPS создавалась как система для военных, поэтому при определенных условиях доступ к ним может быть прекращен одной лишь командой с военной базы Шривер. Именно это и сподвигло другие страны обзавестись своими спутниками.

Следующей по мощности группировки спутников пока считается Россия. Запуск системы был осуществлен в 1993 году, и на сегодня спутниковая система ГЛОНАСС насчитывает 24 действующих спутника, что подтолкнуло производителей автомобильных навигационных систем работать и с ними. Спутники ГЛОНАСС также принадлежат Министерству обороны, и если что…

На третьем месте сегодня система Beidou. Несмотря на то, что она была запущена в 2000 году, сейчас китайцы уже используют 20 спутников, а всего их будет 35, и тогда она, как и GPS и ГЛОНАСС, будет признана глобальной. Кстати, китайская Beidou активно сотрудничает с российской ГЛОНАСС.

Четвертой по количеству спутников можно считать европейскую систему Galileo. Пока на орбите находится 10 спутников, однако планируется, что к концу 2020 года их будет 30. Особенность системы в том, что она будет способна обеспечивать недоступную пока на сегодня точность позиционирования до 10 см, правда только над Европой.

Не хочет упускать свои выгоды от использования спутников и Индия. Сегодня на орбите висит 4 их спутника. В ближайшей перспективе они планируют подвесить еще 3, и тогда IRNSS обеспечит довольно качественное позиционирование над Индией, Пакистаном и Афганистаном.

А позади планеты всей плетутся японцы со своей QZSS. Пока на орбите висит 1 спутник, до конца 2017 года их должно стать 4. Основной их задачей будет обеспечение работоспособности мобильных приложений и мониторинг транспорта в азиатском регионе.

 

ВЕРНЕМСЯ НА ЗЕМЛЮ

Если говорить о навигационных системах для автомобилей, то они появились, как ни странно, еще задолго до того, как человек услышал сигнал от первого спутника земли. Первый автомобильный навигатор датируется 1930 годом.

В некое устройство, отдаленно напоминающее сегодняшние навигаторы, загружался рулон с картами соответствующей местности, и посредством механического привода от колес он прокручивался пропорционально скорости автомобиля, показывая тем самым на экране место пребывания. Доехав до нужного поворота, автолюбитель извлекал уже ненужный рулон и вместо него вставлял следующий, соответствующий направлению движения.

Мороки с ним, конечно, хватало, но именно это устройство от компании Iteravto стало прародителем всех нынешних навигаторов.

Несмотря на то, что в 1981 году на орбите земли уже работало несколько навигационных спутников, все же очередным автомобильным навигационным прибором был не спутниковый навигатор, а гироскопический.

Компания Honda стала первой, предложив свой Gyrocator как опцию. Созданный совместно с компанией Alpine, навигатор вычислял местоположение автомобиля на карте с помощью гироскопических датчиков, продвигая заранее выбранную и установленную карту вверх или вниз и показывая положение автомобиля на мониторе светящейся точкой.

Естественно, каждую карту нужно было предварительно привязать к местности и выставить место своего положения в центре монитора. Стоила эта опция по тем временам чуть ли не четверть цены автомобиля.

 

НАШЕ ВРЕМЯ

Бумом развития штатных навигационных систем можно считать начало нашего века. Именно с приходом новых технологий удалось существенно снизить стоимость комплектующих для производства приемников спутникового сигнала и тем самым перевести навигационные системы из ранга «не для всех» в ранг «для каждого».

Сегодня похвастать штатной навигационной системой может как автомобиль премиум-класса, так и бюджетная иномарка. Как правило, все системы интегрированы в так называемые мультимедийные комплексы, основной задачей которых изначально было лишь развлечь водителя в дальней дороге музыкой. Позже к ним «прикрутили» возможность проигрывать не только аудио-, но и видеофайлы. Были системы, которые могли похвастать и наличием TV-тюнера. Однако пределом мечтаний была именно навигация, и она пришла. Автопроизводители наперебой нахваливали каждый свою навигационную систему, свойственную именно их бренду.

Кто-то первым показал маршрут с высоты птичьего полета, а кто-то хвастался возможностью отслеживать пробки без интернет-трафика. Тем не менее сегодня тенденция такова, что разработанные под конкретный автомобильный бренд навигационные системы, как бы ни были они хороши или плохи, уходят в прошлое. Зачем выдумывать нечто, если уже есть готовое, решили автопроизводители и все чаще и чаще устанавливают на автомобили навигационные системы, завязанные на программное обеспечение компаний, занимающихся исключительно навигацией. Именно поэтому Navitel, СитиГИД или Garmin сегодня можно встретить как штатную навигационную систему во многих автомобилях. Со временем автолюбители все чаще стали отдавать предпочтение интерактивным навигационным системам, таким как «Яндекс навигатор» или «Гугл мэпс». Оно и понятно: актуальные карты и постоянный мониторинг трафика очень облегчают жизнь автолюбителям, особенно в мегаполисах. А зачем тогда предварительно ставить навигационные системы в автомобиль, если они есть почитай у каждого в кармане в виде предустановленного софта на смартфоне? Об этом же задумались и автопроизводители и придумали нечто, позволяющее без труда контролировать приложения со смартфонов непосредственно на мониторе штатной автомобильной мультимедиасистемы.

 

APPLE CARPLAY, ANDROID AUTO И MIRRORLINK

Большинство сегодняшних смартфонов работают под управлением операционных систем Android и iOS. Именно с ними и решили подружить автопроизводители свои мультимедийные устройства. В итоге уже появились автомобили, поддерживающие возможность переносить на экраны штатных систем автомобилей «зеркала» экранов смартфона со всеми вытекающими из этого приятными последствиями. Какими? Во-первых, теперь нет необходимости привыкать к работе той или иной навигационной системы. «Яндекс карты», Google Maps, Navitel или СитиГИД в полном объеме отражаются на экране штатного монитора. Маршрут можно проложить, будучи еще дома или на работе, а позже воспользоваться им, как только вы сконнектите смартфон с автомобилем. Во-вторых, помимо работы с привычными встроенными навигационными системами, вы можете, также не отрываясь от руля, пользоваться и иными приложениями, будь то телефонная книга и СМС. Или, к примеру, просматривать комментарии к вашим постам в соцсетях. Да мало ли что еще можно делать со смартфона – он ваше все, и это все теперь доступно на большом и удобном экране.

Именно благодаря системам Apple CarPlay и Android Auto это отчасти стало возможно. Но почему отчасти? Дело в том, что пока признать эти системы работающими на все сто процентов нельзя. Не все функции доступны, а те, что есть, работают не так, как хотелось бы в идеале.

Куда больших успехов на этом поприще достигла компания MirrorLink, но штатно она ставится далеко не в каждый автомобиль. Да и не каждый смартфон готов работать с этой системой – придется покупать именно ту модель, которая поддерживает это сопряжение.

И все же, так или иначе, но именно за такими системами будущее, и очень хорошо, что автопроизводители это понимают. Осталось придумать такую систему, которая не позволит вам забыть смартфон дома или на работе. В противном случае останетесь и без навигации, и без музыки, и без соцсетей. А последнее для кого-то может быть смерти подобно.

Хочу получать самые интересные статьи

Автомобильная навигация | Автомобильный справочник

 

Автомобильная навигация — это прежде всего, определение места автомобиля. Навигационная система, главным об­разом, опирается на систему GPS (система глобального позиционирования). Автомобильная навигация сравнивает вычисленную позицию с цифровой картой и использует эту карту для расчета маршрута к нужной точке.

 

Содержание

 

 

Автомобильная навигация

 

Навигационное оборудование может уста­навливаться на транспортное средство на заводе-изготовителе (рис. «Навигационная система» ). Также широко используются мобильные навигационные си­стемы. По сравнению с портативными систе­мами постоянно установленные устройства обеспечивают лучшее качество позициониро­вания, и, значит, улучшенную навигацию, по­скольку можно получать данные от дополни­тельных датчиков расстояния и направления (скорость и направление), и антенну можно установить в более благоприятном месте для приема спутникового сигнала. В каче­стве опции для стационарного оборудования широко используются сетевые возможности, т.е. возможна сетевая интеграция системы. Голосовые сообщения могут озвучиваться через динамики и заглушаться при разговоре по телефону. Информация по выбору марш­рута может отображаться в комбинации при­боров или на мониторе, или отражаться на ветровом стекле, и быть доступной в рамках основного поля зрения водителя.

 

 

Функции автомобильной навигации 

 

Позиционирование

 

Система глобального позиционирования (GPS)

 

Система GPS основана на сети из 24 воен­ных спутников США, которые используются для глобального позиционирования (рис. «GPS — система глобального позиционирования» ). Они летают вокруг Земли по шести раз­личным орбитам на высоте приблизительно 20 000 км с интервалом в 12 часов. Они рас­положены таким образом, что с каждой точки на поверхности Земли видны, как минимум, четыре (обычно до восьми) спутников выше линии горизонта.

Эти спутники 50 раз в секунду передают специальные сигналы положения, идентифи­кации и времени на несущей частоте 1,57542 ГГц. Каждый спутник имеет на борту двое цезиевых и двое рубидиевых атомных часов с отклонением менее 20-30 нс для высоко­точного определения времени для сигналов.

 

 

Определение положения

 

Сигналы от спутников приходят на GPS — приемник автомобиля не одновременно из-за различия расстояний. Положение приемника рассчитывается методом радиогеодезиче­ских измерений. При получении сигналов, как минимум, от трех спутников, навигационное устройство рассчитывает свое географиче­ское положение в двух измерениях (долгота и широта). Имеется только одна точка, соот­ветствующая условиям дальности (времени прибытия сигналов). При получении сигналов, как минимум, от четырех спутников, мо­жет быть рассчитано положение приемника в трех измерениях (с учетом высоты над уровнем моря). На рис. «Определение положения системой GPS» показан этот про­цесс в упрощенной форме (только в двух измерениях).

Точность позиционирования в навигации

 

Достижимая точность зависит от положе­ния спутников, сигнал от которых может быть принят, относительно автомобиля. Чем больше пространственный угол спутника от­носительно автомобиля, тем лучше условия определения положения. Достижимая точ­ность в плане — приблизительно 3-5 м, а по высоте — приблизительно 10-20 м.

В зонах высотной застройки спутниковые сигналы могут быть приняты только, если спутники расположены, в значительной мере, на одной линии, т.е. в направлении улицы. Однако, в этом случае пространствен­ный угол между направлениями на спутники очень мал, и определение положения неточ­ное.

Ошибки в определении положения могут возникать в результате отражения спутнико­вых сигналов, например, от железобетонных стен зданий.

 

 

Определение направления движения

 

Направление движения можно легко опре­делить по разнице частот принятых сигна­лов, вызванной эффектом Допплера. Когда автомобиль движется по направлению к спутнику, GPS-приемник получает сигнал увеличенной частоты. С обратной стороны спутника приходит сигнал уменьшенной ча­стоты. Начиная со скорости приблизительно 30 км/ч, этот эффект достаточно заметен при определении направления.

Навигационное счисление

 

Навигационное счисление позволяет опре­делять положение даже, если сигналы GPS не принимаются, например, в туннеле. При этом добавляются циклически записывае­мые элементы по дальности в виде век­тора по величине и направлению. Сигнал от спидометра передается через шину CAN для измерения пройденного расстояния. Изменения направления движения считы­ваются датчиком курса. Таким образом, рассчитывается направление движения, начиная с последнего абсолютного определения направления, по последним полу­ченным сигналам GPS на основе эффекта Допплера.

Корреляционное определение по карте

 

Процедура, именуемая «корреляционное определение по карте», состоит в посто­янном сравнении расчетного положения с маршрутом, проложенным на цифровой карте. Таким образом, точное положение автомобиля может быть показано на карте даже, если расчетное положение неточное (неточность может быть вызвана, например, отсутствием сигнала GPS и ошибками в на­вигационном счислении). Таким образом, рекомендации по выбору маршрута могут быть поданы в наиболее удобной форме. Кроме того, можно скомпенсировать ошибки датчиков и накапливаемые ошибки навигационного счисления.

Ввод пункта назначения

 

Пункт назначения можно задать, например, через кнопочную панель устройства навига­ции, прямо через сенсорный экран или при помощи голосовой команды. Пользователь вводит все необходимые данные через меню или в ответ на запросы голосовой системы коммуникации.

Цифровая карта дорожной сети содержит справочник маршрутов, позволяющий вво­дить в систему адрес пункта назначения. Для этого нужно иметь список всех известных названий. В свою очередь, эти списки содер­жат также названия дорог и улиц. Чтобы за­дать адрес более точно, пользователь может указать конкретный перекресток или номер дома.

Пункт назначения можно быстро ввести из памяти, где хранятся прежние пункты назначения, которые можно вызвать снова (например, пункт назначения, записанный в категории «избранное»).

Аэропорты, вокзалы, заправки, много­этажные парковки и т.д. записаны в тема­тических списках (POI, интересные места). При помощи этих списков можно, например, найти близлежащую заправку или многоэ­тажную парковку (рис. «Пример показа карты с указанием POI» ).

Во многих навигационных системах пункт назначения можно отметить на дисплее по карте (например, при помощи сенсорного экрана).

 

 

Расчет маршрута

 

Стандартный расчет маршрута

 

Начиная с текущей позиции, навигационное устройство рассчитывает маршрут к задан­ному пункту назначения. Способ расчета может выбираться в соответствии с предпо­чтениями пользователя. Можно задать раз­личные опции, такие как, например, оптими­зация маршрута:

• На основе времени поездки;
• На основе критерия экономичности вре­мени и расстояния поездки;
• На основе заданного минимального рас­хода топлива;
• В обход шоссейных дорог, паромных пере­прав или платных дорог.

 

Рекомендации по выбору маршрута вы­даются в течение нескольких секунд после введения пункта назначения. Рассчитывается также сценарий, если водитель отклоняется от рекомендованного маршрута. Новые ре­комендации выдаются до того, как водитель доедет до следующего перекрестка.

Динамический выбор маршрута

 

Многие радиостанции передают сообщения о дорожной ситуации не только в виде речевых сообщений, но и в форме кода. Для этой цели существует стандарт «ALERT-С» для канала транспортной информации (ТМС). Информа­ция ТМС передается по системе радиоданных (RDS) в диапазоне FM.

В кодированных сообщениях, кроме прочего, содержатся указания на места автомобиль­ных пробок, их серьезность, фактическую длину и причины. Система навигации может получить такое кодированное сообщение и определить, не находится ли пробка на вы­бранном маршруте.

Если так, то маршрут рассчитывается заново, с поправкой на боль­шее время прохождения участка с пробкой. Можно выбрать обходной маршрут (рис. «Динамическая маршрутизация» ). По новому маршруту будут новые рекомен­дации.

Кодированные сообщения системы ТМС передаются только для главных трасс.

 

Проведение по маршруту

 

Рекомендации по маршруту

 

Маршрутизация выполняется путем сравне­ния текущего местоположения автомобиля с вычисленным маршрутом. Рекомендации по маршруту обычно даются в звуковой (го­лосовой) форме. Это позволяет водителю не отвлекаться от дороги. Одновременно с этим в комбинации приборов — в главном поле зре­ния водителя — должны отображаться про­стые графики для оказания помощи в пони­мании направления движения. Эти графики могут быть в виде простых стрелок или в виде полноценной карты в нужном мас­штабе (рис. «Пример показа карты с указанием POI» ).

 

 

Цифровая карта

 

Дисплей карты

 

В зависимости от системы, карта на цветном дисплее может показываться в масштабе приблизительно 1:2 000 в 2D, перспективном 2D (псевдо 3D) или истинном 3D. В таком виде удобнее оценить весь маршрут или его участок. Дополнительная информация, такая как, например, реки или озера, железные до­роги или леса, облегчает ориентирование.

Оцифровка

 

Карты и аэрокосмические фотографии высо­кого разрешения являются основой создания цифровых изображений. Если эти изображе­ния устарели или недостаточно точны, про­водятся полевые исследования. Оцифровка ведется вручную на основе картографиче­ского материала и аэрокосмических снимков. Затем в базы данных добавляются названия и классификация объектов (например, улицы, водные пространства, границы).

По улицам движутся специальные автомо­били, записывающие характеристики, свя­занные с дорожным движением (например, односторонние дороги, ограничения про­езда, мосты и туннели, запреты на поворот на перекрестках): затем данные оцифровки проверяются на месте. Данные, собранные таким способом, добавляются в базы данных и используются в цифровых картах.

Память данных

 

Диски DVD благодаря их большей в семь раз емкости, в настоящее время вытеснили диски CD в роли носителя цифровых карт. С другой стороны, новые системы теперь используют жесткие диски или SD-карты (последние явно преобладают для портативных систем). Эти средства записи информации предоставляют дополнительные возможности оптимизации навигационных систем в соответствии с пред­почтениями пользователей.

В следующей статье я расскажу о гидростатике.

 

Рекомендую еще почитать:

СПУТНИКОВАЯ НАВИГАЦИЯ В АВТОМОБИЛЕ | Наука и жизнь

С интересом прочитал в № 7, 2001 г. в рубрике БИНТИ заметку «Ручной навигатор». Хотелось бы получить более подробную информацию о спутниковых навигационных системах для автомобилей и о возможности их приобретения и установки.

Один из компонентов спутниковой навигационной системы — навигатор фирмы ‘Garmin’ — закрепляется на панели приборов с помощью кронштейна. На экране отображается маршрут движения автомобиля.

Вариант системы автомобильной спутниковой навигации в составе навигационного приемника (слева на панели приборов) и карманного персонального компьютера Cassiopeia E-115 в крэдле (подставке).

Вариант системы спутниковой навигации в составе навигационного приемника и ноутбука.

Представители модельного ряда большого семейства навигационных приемников фирмы ‘Garmin’ (США).

На экране ноутбука — маршрут движения.

На экране карманного персонального компьютера Cassiopeia E-115 отображен интерфейс программы ‘ПалмГИСGPS’ и фрагмент карты Москвы.

‹

›

А. Рябов (Москва).

Если вы совершаете поездку на маршрутном транспорте — самолете, поезде или автобусе, — вам не надо ломать голову над тем, каким путем добраться до цели. Другое дело — поездка на автомобиле. Водителю приходится самому прокладывать маршрут к месту назначения, а сделать это в чужом городе, особенно в крупном мегаполисе, далеко не просто. Чтобы не плутать по незнакомым улицам и добраться до места назначения с наименьшими затратами времени, водитель должен точно знать, в какой точке маршрута он находится, куда ехать и где совершить тот или иной поворот. Вот тут ему на помощь приходит автомобильная спутниковая навигация.

Система автомобильной спутниковой навигации представляет собой сложный многокомпонентный программно-аппаратный комплекс. На него возложены задачи определения точного местонахождения автомобиля, разработки оптимального маршрута движения и его корректировки в случае, если водитель отклонился от трассы. Навигационная система оперативно обрабатывает полученную со спутника информацию и, не отвлекая водителя от управления автомобилем, голосом извещает об изменении направления движения согласно проложенному или откорректированному маршруту.

Прежде чем познакомиться с бытовыми спутниковыми навигационными приемниками и системами автомобильной навигации, стоит заглянуть в историю.

Принцип определения координат точки известен человечеству давно. С течением времени он практически не изменился, совершенствовались лишь инструменты и технологии их применения. Еще во время Первой мировой войны в Российской армии для обнаружения места расположения германской артиллерии использовали примитивные датчики. Они вырабатывали электрический сигнал в момент приема звука выстрела вражеской пушки. Датчики располагали в нескольких точках с известными координатами и на основании разницы во времени поступления на них звуковых сигналов вычисляли место расположения батарей противника.

Во время Второй мировой войны англичане пошли дальше. Методы определения координат удаленной точки они использовали для наведения на германские цели своих бомбардировщиков. В их распоряжении были радиостанции-маяки, по функциональному назначению ничем не отличающиеся от современных космических спутников. Маяки располагались на Британских островах, а навигационные приемники — на борту бомбардировщиков. Курс самолетов корректировался по поступающим с маяков радиосигналам, и это в значительной степени обеспечивало высокую точность ночных бомбардировок английской авиации.

Принцип работы современного навигационного спутникового приемника, в дальнейшем для краткости будем называть его навигатором, очень прост. На каждом входящем в систему GPS (Global Posctioning System) спутнике, а их в космосе более 30, находятся дорогостоящие, очень точные атомные часы. Их ресурсом в большинстве случаев определяется ресурс работы самого спутника. С атомными часами синхронизованы генератор цифрового кода и радиопередатчик спутника, посылающий на Землю сигналы в виде неких цифровых кодов. Проще говоря, со спутника на Землю передаются цифры: ноль, один, два, три и так далее — и данные о самом спутнике (его номер, координаты, точное время отправки сигнала и другие параметры). Через время, определяемое скоростью распространения радиоволн и расстоянием между точками нахождения спутника и навигатора, эти сигналы принимает навигационный приемник.

Рассмотрим вариант, когда приемник принимает сигналы только от двух спутников. Предположим, в какой-то момент времени с первого спутника поступает сигнал в виде цифры 2. Если расстояние до второго спутника меньше, то сигнал от него доходит до приемника быстрее. Значит, в тот момент, когда с первого спутника принимается цифра 2, со второго приходит другая цифра, к примеру 5. Таким образом, разница расстояний от приемника до первого и второго спутников определяется разностью: 5 — 2 = 3. Но точно определить расстояние, имея сигналы только двух спутников, навигатор не может: из-за неточности хода его часов возникает большая погрешность.

Если разница расстояний от навигатора до спутников равна нулю, он находится на плоскости, проходящей точно посередине между точками, определяющими местоположение спутников. Если же разница расстояний до спутников отлична от нуля, то приемник может находиться в любой точке некоторой двухмерной поверхности (или, если угодно, искривленной плоскости). Чтобы получить искомую точку, а она будет лежать, как известно из геометрии, на пересечении трех поверхностей, нужны сигналы еще как минимум двух спутников (один из них может быть спутником из предыдущей пары). Обработав поступающую с них информацию, мы получим еще одну разницу расстояний, а значит, вторую поверхность. Третьей может стать поверхность Земли, но при этом нужно иметь ее математическое описание. Проще получить сигнал с еще одного, четвертого, спутника.

Современные навигационные приемники могут одновременно принимать и анализировать сигналы с 12 спутников. Это позволяет определять координаты навигатора с точностью до 3 метров.

Какие бытовые спутниковые навигаторы существуют сегодня?

На российском рынке бытовых приборов наибольшее распространение получили навигационные приемники американских фирм «Garmin» и «Magellan». Самая популярная модель eTrex фирмы «Garmin» продается в России по цене 180-210 долларов, а в США она стоит не более 110 долларов. Благодаря оптимальным потребительским параметрам (масса, габариты, потребляемая энергия, набор функций, внешний вид и цена) эта модель навигационного приемника стала в США самой продаваемой. Она может работать около 20 часов от двух пальчиковых батареек размера АА либо постоянно от бортовой сети автомобиля, с которой соединяется через специальный адаптер. Навигационный приемник eTrex можно использовать как самостоятельное устройство и как датчик координат в составе навигационного комплекса (прибор имеет разъем для подключения к последовательному порту компьютера). Приемник может автоматически записывать «следы» своего движения — набор координат до 1500 точек пути, фиксировать до 500 точек по команде пользователя, показывать направление к выбранной и занесенной в его память точке и рассчитывать расстояние до нее. Он может также провести вас по маршруту (вперед и назад), составленному из набора путевых точек. Но, к сожалению, этот прибор не имеет возможности работать с картами.

Сегодня на рынке есть более современные модели спутниковых навигаторов со встроенной картой. Электронная карта — это уже совсем иной уровень удобства работы с прибором. С ней вы в каждый момент времени знаете свое местоположение относительно не только путевых точек, но и улиц, домов и других объектов. Разумеется, прибор с функцией загрузки карты стоит дороже. Цена приемника eTrex Legend фирмы «Garmin», имеющего 8 мегабайт памяти для загрузки карт, стоит в Москве 340 долларов. Есть и более дорогие бытовые навигационные приемники, например одна из самых популярных в США моделей eTrex Vista фирмы «Garmin», имеющая 24 мегабайта памяти для загрузки карт, встроенные магнитный компас, барометрический альтиметр и т. д. Ее цена в Москве — 470-500 долларов.

Навигационный приемник, находящийся на приборной панели в салоне автомобиля, принимает сигналы со спутников через лобовое стекло. Он определяет свои координаты, но не умеет прокладывать маршруты, «не знает», где улицы с односторонним движением, какие повороты разрешены, а какие нет, и т. д.

Всеми перечисленными функциями обладают спутниковые автомобильные навигационные системы, включающие помимо приемника компьютер (ноутбук или карманный), источники питания, аппаратуру, кронштейны для крепления оборудования и многие другие «мелочи», без которых не обойтись. Важное условие работы навигационной системы — возможность взаимодействия с аудиосистемой автомобиля или с каким-либо аналогичным автономным источником для вывода звуковой информации, извещающей водителя об изменении направления движения.

В дорогих иномарках последних моделей навигационные системы устанавливают на заводе-изготовителе. На западе они работают прекрасно, там для них есть и программное обеспечение, и электронные карты. Но зарубежные производители не разрабатывают детальные карты местности, пригодные для России, поэтому у нас штатные системы автомобильной навигации не работают, а становятся лишь дорогим бесполезным балластом.

Что касается программного обеспечения и электронных карт для автомобильной навигации, то в России они есть, причем ничуть не хуже западных. Основное отличие — их более реальная стоимость, но и она очень высока. Например, программное обеспечение и полный комплект подробных электронных карт России, в том числе городов, Средней Азии и Европы, разработанный санкт-петербургской фирмой «Ингит», стоит ни много ни мало 2280 долларов США. Но не стоит пугаться столь внушительной суммы. Цена программного обеспечения без электронных карт — порядка 100 долларов, а картриджей карт интересующей вас местности — от 3 долларов.

Кто ездил с «навигацией», представляет, что такое ноутбук в автомобиле. Найти для него удобное место в салоне не так-то просто, а чтобы им пользоваться, неплохо иметь помощника, ведь водитель не должен отвлекаться от дороги и смотреть на экран навигационного приемника во время движения. Это — угроза его безопасности. Отсюда вывод: без навигационного программно-аппаратного комплекса не обойтись.

Возникает много вопросов: какую модель навигационного приемника приобрести? какой выбрать компьютер? как подобрать к нему программное обеспечение? как запитать электрооборудование системы в автомобиле? как вывести звук? как пользоваться навигацией?

Специализированных фирм, которые могут ответить на все эти вопросы, пока единицы. Одна из них — «Альфа-Кар сервис» (Москва) занимается системной интеграцией в области автомобильной навигации. Специалисты фирмы помогут вам построить систему, установят ее и научат пользоваться.

Что касается интеллектуальной начинки, то ею занимается несколько фирм, например «Прин» в Москве и «Ингит» в Санкт-Петербурге. Дальше всех в этом направлении продвинулась, на наш взгляд, московская фирма «Киберсо». Ее программное обеспечение сопровождает работу системы навигации голосовой поддержкой на русском языке, да и интерфейс общения с системой русскоязычный. В разновидности программного обеспечения фирмы существуют версия для работы на IBM/PC — совместимом компьютере под управлением операционной системы Windows 9х (пока не говорящая), которая называется «АвтоГИС», и версия под управлением Windows CE — «ПалмГИСGPS». Windows CE — это уже новая аппаратная архитектура построения навигационной системы, дающая возможность использовать в автомобиле более удобный карманный персональный компьютер (КПК). Он маленький, для него легче найти место в салоне автомобиля, его можно положить в карман и взять с собой. Так что КПК — серьезный шаг вперед в развитии навигационных автомобильных систем.

В программном обеспечении под управлением Windows CE существуют, правда, некоторые неточности в голосовых подсказках, несколько ограничены и возможности ручной корректировки маршрута. Но в случае, если водитель отклонился от трассы, система сама проложит новый маршрут с нового места и приведет точно к финишу. В первую очередь такая система нужна молодым автолюбителям, особенно автолюбительницам, осваивающим новые маршруты. Она избавит их от необходимости названивать по сотовому телефону родным и знакомым и выяснять, как проехать в то или иное место. Важно отметить, что, несмотря на некоторые недостатки в работе программного обеспечения, система, будьте уверены, приведет вас к финишу без посторонней помощи.

Автомобильная спутниковая система навигации многофункциональна. Вы можете использовать КПК как компонент системы для выбора и сопровождения движения по маршруту или как обычный компьютер (документы, адреса, Интернет и т. д.). Навигатор ом также можно пользоваться отдельно от системы. Он пригодится, например, в поездке за грибами. Вы оставляете автомобиль на дороге или на опушке леса, фиксируете на приемнике его координаты и идете в лес, прихватив приемник с собой. Он отслеживает ваше перемещение и по вашей команде показывает на экране обратный маршрут. Навигатор выведет вас на то же место с точностью до 3-5 метров. А если вы найдете в лесу поляну с белыми грибами, вновь сделайте отметку в приемнике. В следующий раз, пусть даже через год, вы отыщите это место без труда — возможностей масса.

По мере развития автомобильных навигационных систем совершенствуется и такая их функция, как наблюдение за подвижными объектами и их поиск. Что это дает? Приведем пример не самый приятный, но актуальный. У вас угоняют автомобиль, оборудованный навигационной системой и сотовым телефоном. Срабатывает штатная противоугонная сигнализация, по сотовому телефону сигнал передается на пульт диспетчера. Туда же от системы навигации постоянно поступает информация о местонахождении автомобиля. Диспетчер незамедлительно вызывает спецподразделение перехвата и прямо с пульта включает в автомобиле дополнительные противоугонные системы (если они, конечно, есть): блокировку двигателя, коробки перемены передач, запирание дверей, автономную сирену. Помимо этого диспетчер может оперативно корректировать маршрут движения группы перехвата и даже передавать информацию с угнанного автомобиля на навигационную аппаратуру в машине преследователей.

В заключение хочется развеять некоторые слухи вокруг навигаторов и навигационных систем.

Во-первых, вопреки сложившемуся мнению навигаторы ничего не излучают в эфир, а работают только на прием как радиоприемник. В отличие от обычного радиоприемника навигатор может одновременно принимать сигналы 12 спутников, производить вычисления и отображать на экране их результаты.

Во-вторых, за использование навигационного оборудования не взимается абонентская плата. Один раз заплатив, вы можете пользоваться им сколько хотите.

В-третьих, навигаторы не так дороги, как о них говорят. В связи с появлением дешевой элементной базы и эффективных схемотехнических решений, реализующих большинство функций системы спутниковой навигации, цены на навигаторы резко снижаются.

В экономически развитых странах спутниковые навигаторы не только устанавливают в самолетах, на яхтах и в автомобилях, но и встраивают в детские игрушки, сотовые телефоны, велосипеды, ошейники домашних животных, берут с собой на прогулки, в путешествия и даже используют в сельском хозяйстве для посадки растений в точно определенное место. Нет сомнения, что в скором времени и в России спутниковые навигационные системы найдут самое широкое применение, и каждый автолюбитель сможет позволить себе такую необходимую «роскошь».

Первая автомобильная навигационная система

Автомобильная система навигации доступна с 1981 года.

 

Глобальная автомобильная система определения местоположения с помощью спутников оказывает водителю не заменимую помощь на дороге. Если Вы потерялись в незнакомой местности, GPS/Глонасс навигатор укажет Вам ваше нахождение на местности и подскажет дорогу. Вопреки распространённому мнению, что автомобильная навигация стала появляться на машинах в начале 90-х годов, первые навигационные приборы стали доступны с 1981 года.

 

Первый коммерческий автомобильный навигатор назывался Honda Electro Gyro-Cator. Правда стоит отметить, что навигатор не использовал сигнал со спутников, чтобы определить местоположение автомобиля. Система навигации основана на похожей инерциальной системе навигации, которую использовали летчики истребителей во время холодной войны.

 

Инерциальная навигационная система основана на довольно простом принципе. Если Вы знаете, с какого места Вы начали движение, если Вы знаете, как долго Вы были в пути и Вы знаете в каком направление Вы ехали, то достаточно не сложно определить Ваше местоположение без спутников. Если обрабатывать эти сведения в постоянном режиме, то мы получим реальный навигационный прибор, который может определять Ваше местоположение без использования спутников.

 

Задача подобного прибора, чтобы быть точным, даже на длинных маршрутах. Самое сложное это определить маршрут с отправной точки и в течение всей поездки до конечного маршрута отслеживать маршрут.

 

Чтобы сделать прибор точным компания Honda совместно с компаниями Alpine и Stanley Electric разработали систему, которая была подключена к коробке передач, чтобы знать, когда автомобиль тронулся и когда остановился. Аналоговый компьютер обрабатывал поступающую информацию. Чтобы знать в каком направлении движется автомобиль, система опиралась на данные поступающие из специального прибора, в котором находился газообразный гелий, на который подавалось электричество. По направлению струи гелия система определяла направление транспортного средства. По сути это своеобразный гироскоп.

 

Как же в данной системе определялось местоположение? Все очень просто. К каждому навигационному прибору поставлялись различные карты, нанесенные на специальные пластиковые прозрачные пленки. Садясь в машину, Вы должны были отметить на ней начальную точку маршрута (Ваше текущее местоположение) и вставить карту в навигационный прибор.

 

Конечно, эта система не предлагала Вам маршруты объезда, и не подсказывала на каком повороте Вам необходимо повернуть. Но это все-таки это лучше, чем ничего. Для того, чтобы определить точно ли соответствует карта Вашему текущему местоположению необходимо также было предварительно проехать 1-2 километра, чтобы увидеть на карте Ваш пройденный путь. Если Ваш путь точно соответствовал дороге на карте, значит, карта точно совпала с начальной точкой маршрута. Если нет, необходимо было скорректировать начальную точку отправления.

 

В начале 80-х годов навигационное оборудование было монохромным. Вы можете в видео ролике ниже посмотреть, как работала первая коммерческая навигационная система в автомобиле. Действительно пользоваться ей было очень просто и интуитивно понятно.

Кроме того, на что стоит обратить внимание. Пользоваться этой старой системой было намного проще, чем современным автомобильным навигационным оборудованием. 

 

Компания Хонда не сообщает, сколько всего было продано этих приборов в автомобилях. Известно одно, несмотря на полезность и практичность этого оборудования, в то время прибор не пользовался особой популярностью. Причина в цене. Так в качестве опции эта навигационная система предлагалась по цене 7 000 долларов США, что дорого даже сейчас.