Мне всегда интересно, как работает какая-то вещь, будь то умные часы, смартфон или Atari 2600. А вы в курсе, как ваш навигатор прокладывает маршрут? Я решил узнать, как эта система работает изнутри на примере одного производителя оборудования и ПО.
Далеко не всегда имеет смысл изобретать велосипед. Так рассудили и в Shturmann и, вместо того чтобы с нуля создавать движок для навигационной программы и рисовать карты, использовали разработки BeNomad и картографию от HERE. В самой же компании разработали информационный контент, интерфейсную библиотеку и построенный на её базе интерфейс пользователя, систему автоматических обновлений для WinCE и прочее. В итоге пользователь получает конечный продукт.
Основной партнер и поставщик контента – Яндекс.Пробки – и именно с получаемыми от него данными приходится проводить множество манипуляций.
Если бы пользователям от навигатора была нужна лишь карта – они бы могли пользоваться и толстым атласом российских дорог. Главное в навигационной программе – это именно прокладка оптимального маршрута. Маршрутизация постоянно и непрерывно оптимизируется и настраивается с целью выдавать каждый раз наиболее близкий к идеальному результат.
Что такое навигатор и как им пользоваться?
Маршрут в онлайн-версии прокладывается с помощью картографии и данных о пробках, которые берутся у Яндекс.Пробок. С первой всё понятно – есть регулярно обновляемая картография HERE. А вот с пробками возникают сложности: они поступают в виде точек с 4-мя основными характеристиками: ID, скорость, направление и цвет. Это множество точек необходимо правильно наложить на карты.
Кроме того, важно как-то запаковать данные, которые поступают от Яндекса, чтобы те распаковывались быстро и без проблем даже на медленных устройствах — метод разработали в Shturmann. Кроме того, они реализовали докачку при обрыве связи.
Кроссплатформенность
На данный момент существуют три коммерческих релиза: для навигаторов на WinCE и две мобильные версии – под Android OS и под iOS. В перспективе – завершение разработки версии под WinPhone. Также существуют десктоп-версии для Windows и Linux, которые используют разработчики. Более того, версия Shturmann под Linux легла в основу совместных проектов с Marussia и Luxoft.
Навигационная программа писалась изначально с таким расчётом, чтобы её легко можно было портировать на любую платформу с нормальным С++ компилятором. На сегодняшний день таковыми являются Android OS, iOS, Mac OS, Linux, WinCE, Windows (desktop).
Таким образом, версии программы под разные платформы развиваются параллельно. Однако в разработке мобильных приложений есть особенности, которые необходимо учитывать при написании версий: например, менеджер карт в навигации Shturmann написан на Java специально под Android.
Пример прокладки маршрута
Тверская, час пик. Можно объехать по переулкам, о которых точно известно, что 5 из них стоят, а о 6-ом данных нет. Но это не значит, что переулок свободен, это может означать недостаток данных: закрытое движение, припаркованные в два ряда машины на узкой улице – любую другую невозможность проезда.
Программа строит маршрут, оказывая предпочтение тем дорогам, о которых информации больше.
Как программа определяет маршрут?
В картографии дороги разделяются на разные категории. Данные о каждой дороге содержат различные показатели, включая среднюю скорость на ней, длину дороги и много другой информации. Если не учитывать пробки, то маршрут прокладывается с учётом средней скорости и с использованием коэффициентов, определяющих тяготение к разным категориям дорог. Эти коэффициенты зависят в том числе от времени года.
Программа работает с цифрами, поэтому, чтобы она строила маршрут, учитывая пробки, ей недостаточно получить данные о пробках, оценённые в баллах (как у Яндекса).
Пробки, поступая в навигацию с сервера, имеют вид дуг – участков дороги. На каждой такой дуге можно определить среднюю скорость движения. Для построения маршрутов (с учетом этих данных) ставятся коэффициенты удлинения дуги. Чем больше загружена дорога, тем сильнее удлиняется дуга. И тем ниже шансы на то, что программа поведет пользователя по пробке.
Допустим, средняя скорость на пресловутой Тверской без пробок составляет 50 км/ч. И вдруг приходит пробка со скоростью 10 км/ч. Означает ли это, что необходимо пропорционально увеличить коэффициент тяготения – в 5 раз? Ответ: нет. Дело в том, что, помимо коэффициентов тяготения существуют коэффициенты, которые применяются в зависимости от трассы, сезонности и многих других факторов.
Безусловно, программа испытывает тяготение к «зелёным» дорогам. Если маршрут проложен из пункта А в пункт Б по двум равноценным дорогам со средней скоростью 50 км/ч, но на одной есть пробка 40 км/ч, а о другой нет информации, то программа поведёт по «пробке», потому что расценит второй вариант как недостаточно достоверный. Хотя в алгоритмах иногда используются и другие коэффициенты.
Разноцветные пробки
Даже при одинаковой скорости на участке цвет может быть различным. Иными словами, 15 км/ч на МКАДе и 15 км/ч в каком-нибудь центральном московском переулке – это две большие разницы. В одном случае пробка будет красная, в другом жёлтая – а всё потому, что используются разные диапазоны скоростей.
Ещё один наглядный пример: строящиеся развязки. Перекрытие дорог учитывают с помощью данных от Яндекса. Бордовый (или коричневый) цвет у Яндекса означает, что дорога «стоит». Программа учитывает цвета дуг и не ведёт пользователя по бордовым, например, маршрутам.
Работать, работать и еще раз работать над маршрутами
Работа над маршрутизацией является регулярной. Во-первых, с каждым обновлением картографии может меняться скорость дорог. Во-вторых, данные от Яндекса также меняют свой диапазон – это необходимо учитывать. И кроме прочего, немалую роль играет сезонность: летом ездить свободнее, тяготение к большим дорогам выше, зимой же навигатор отправляет на объездные пути, о которых водитель может и не догадываться, а затем может начать ими регулярно пользоваться. Если ему понравится.
При прокладке маршрута учитывается множество данных:
— количество левых поворотов;
— количество возможных разворотов (если водитель случайно или намеренно свернул с пути, то программа не станет моментально отправлять его обратно, а перепроложит маршрут, делая езду более спокойной. Особенно это актуально для мегаполисов: развернуться сложнее, чем проехать 500 м до ближайшего светофора);
— количество светофоров и ДТП.
По сути, информация о пробках – это и есть сводные данные, поэтому было решено не перегружать карты и не отвлекать водителей лишней информацией. На карте есть светофоры и сложные развороты, остальное пользователь получает в итоговом формате пробок.
Коэффициенты
Очень интересно, что программа получила возможность машинного обучения на основе предпочтений пользователя: для нахождения оптимальных коэффициентов перехода из скорости пробки в удлинение дуги реализуется клиент-серверное решение, которое анализирует историю маршрутов, получаемую от групп пользователей, и предлагает оптимальный набор коэффициентов для маршрутизации в определённый период времени (день, вечер и т.д.).
- навигаторы
- навигационные системы
- геолокационные сервисы
- GPS
- гаджеты
- Shturmann
- автомобили
Источник: habr.com
Основы GPS навигации (Часть 1)
В последние годы системы спутниковой навигации (GPS) стоят почти в каждом автомобиле и уже мало кто отваживается поехать по незнакомому маршруту без такого устройства, вооружившись лишь атласом. Сами устройства и программное обеспечение сделали большой рывок в сторону доступности и понятности, но вместе с тем есть несколько базовых понятий, без знания которых поездка с навигатором может значительно затянуться. В первой части статьи мы рассмотрим, что представляет из себя спутниковая навигация и GPS, какие бывают GPS приемники и навигаторы, чем они отличаются и как работают. Во второй части статьи перейдем к практике, рассмотрим ряд вопросов, связанных с GPS навигацией и типичными ошибками, которые допускают новички.
Как это работает
В последнее время очень часто приходится слышать от разных людей весьма суровый бред (по-другому это назвать не могу) относительно принципов работы и возможностей GPS. Сразу приведу опровержение нескольких распространенных ошибочных тезисов: Прибор GPS ничего не передает и не запрашивает; отследить Ваше местоположение по прибору нельзя; прибор не излучает никаких специфических электромагнитных волн; никаких сильных помех не создает; не опасен для человека и его можно безопасно носить в кармане (прием только ухудшится). Нельзя отключить какой-то конкретный прибор, если один прибор показывает координаты, а другой нет — значит, он неисправен. Если возникают проблемы на спутниках, то перестают работать все приборы сразу.
На самом деле, GPS — это приемник и принимает он радиосигналы со спутников и не более того! Эти радиосигналы представляют собой сигналы точного времени. Поскольку радиосигнал в пространстве распространяется не мгновенно, то благодаря разнице в этих сигналах, приходящих со спутников, он вычисляет расстояние до них и потом вычисляет Ваше положение в пространстве относительно этих спутников.
От чего зависит точность координат
В первую очередь, конечно, от качества приема сигнала со спутников. Чем больше спутников «видит» (принимает и расшифровывает с них сигнал) Ваш GPS-приемник, тем больше входных данных для определения положения. Но это еще не все, поскольку положение вычисляется математическим способом, то все еще зависит от программы: насколько точно будет рассчитано положение.
GPS приемники, как правило, выпускаются в виде модулей, которых не так много на самом деле. Из наиболее известных Sirf Star и Atlas. Если первый — это проверенный временем, надежный элемент, то второй — его более дешевый аналог. Разница весьма существенна, погрешность Atlas’a может доходить до десятков метров, когда Sirf Star выдает точность до нескольких метров. Другие производители чипов, как правило, еще хуже и приобретать приборы, собранные на их базе, надо очень осторожно, прочитав отзывы других покупателей.
Классический GPS. Как правило, это весьма громоздкое устройство, в прорезиненном корпусе из ударопрочного пластика. Наиболее распространены устройства фирмы Garmin различных моделей, от самых простых с черно-белым дисплеем, без встроенных карт, до самых сложных, с цветными дисплеями, встроенными картами. Работают такие приборы, как правило, на батарейках стандартных форматов.
Никаких дополнительных сервисов типа «Пробки» не существует, и даже зачастую маршрут по дорогам они прокладывать не умеют. Но зато это очень надежные приборы, предназначенные для автономной работы в сложных условиях. Ими обычно пользуются охотники, рыбаки или люди, которым по долгу службы приходится проводить много время вне цивилизации — например, геологи. Также они пользуются популярностью у спортсменов и туристов.
PND (Персональное Навигационное Устройство). Наиболее распространенный вид, чаще всего его называют GPS-Навигатор. Представляет собой плоское устройство с дисплеем на всю площадь. Хоть и имеет встроенный аккумулятор, но держит он недолго, поскольку предназначен в основном для работы в автомобиле.
Они умеют прокладывать кратчайший маршрут из точки А в точку Б, знают где находятся больницы, АЗС, магазины, автосервисы. Многие имеют сервис «Пробки». На таком устройстве стоит стороннее программное обеспечение в зависимости от страны и региона, где оно продается. В нашем регионе это, как правило, CityGuide или Навител-Навигатор, также популярна программа iGo.
Недостатком таких приборов, кроме маленького времени автономной работы и физической уязвимости, является очень низкий уровень детализации карт вне населенных пунктов. В лучшем случае прорисованы крупные дороги между населенными пунктами. Особняком в этом ряду стоят навигаторы фирмы Garmin: у них свое программное обеспечение, оно не совместимо с другими устройствами, и другое ПО на эти навигаторы поставить нельзя. Но надо отдать должное: ПО и карты фирмы Garmin очень хороши для тех, кто путешествует вне городских просторов.
GPS-Приемник. Маленькая коробочка без дисплея, обычно снабжена светодиодом (одним или несколькими), отображающими режим работы. Предназначена для подключения к ноутбукам и ПК через порт USB или беспроводному интерфейсу Bluetooth (в этом случае снабжена аккумулятором, позволяющим работать, как правило, в течение нескольких десятков часов.).
На ноутбуке или ПК, к которому подсоединен такой приемник, может стоять различное программное обеспечение для работы. Помимо узкоспециализированных программ, таких как OziExplorer, с такими приемниками умеют работать большинство простых картографических программ и сервисов, например Google Earth. Также на ноутбук можно поставить ПО фирмы Garmin. Преимуществом таких систем является гибкость, возможность использования нескольких программ одновременно, большой дисплей удобен для отображения детализированных карт. Недостаток: громоздкость — без помощника (штурмана) не обойтись.
Какой навигатор выбрать
Классический GPS — отлично подойдет, если Вы путешествуете не только на автомобиле, но и регулярно покидаете его. Грибникам, рыбакам, туристам.
Устройства PND — для тех, кто ездит исключительно по городу.
PND от фирмы Garmin — для тех, кто город знает в совершенстве, а путешествует по необъятным просторам нашей планеты, но только по дорогам общего пользования и хорошим грунтовкам.
Навигатор на базе ноутбука — для тех, кому дороги не нужны. Если Вы путешествуете на подготовленном внедорожнике, то без множества специальных программ, позволяющих работать с различными типами карт — не обойтись.
Источник: www.drive2.ru
Навигатор в планшете: как это работает?
Тенденция современного мира — широкое распространение мобильных устройств. Планшеты завоевывают рынок с огромной скоростью. Неудивительно, что этот прибор стал объединять в себе функционал, ранее не использовавшийся в карманных компьютерах. Речь пойдет про планшет-навигатор. Раньше для определения местоположения и отслеживания маршрута нужны были отдельные устройства.
А сегодня эту роль с успехом выполняет планшет.
Как определяется положение
Если описывать кратко, главной деталью процесса является приемник GPS. Это небольшой модуль внутри планшета, который обменивается сигналами со спутниками. Самая распространенная система навигации основана на использовании сети зарубежных спутников, так называемая GPS. Для четкого определения положения на местности с точностью до метра обрабатываются сигналы сразу нескольких станций.
В общем, процесс можно сравнить с радиопеленгацией. По одному источнику можно определить направление, по двум — приблизительные координаты. Способ работает на плоскости, но имеет малую точность при изменении высоты искомой точки. Три спутника уже дают возможность осуществлять максимально четкую трассировку. В реальности модуль GPS работает минимум с четырьмя источниками, поскольку один нужен для корректировки временных привязок, ведь навигатор постоянно перемещается в пространстве.
- покрытие по всему миру;
- доступна в любой момент дня или ночи;
- над западными странами спутников гораздо больше, что повышает точность трассировки;
- для работы с этой структурой выпущено огромное количество приложений.
В общем, система бесплатная. Производители программного обеспечения могут брать деньги за свою работу, которая, по большей части, заключается в предоставлении дополнительных сервисов. Например, компания Навител продает подробнейшие карты местности. Другие компании берут плату за удобные поисковые услуги и сервисы подбора ресторанов, например.
Дополнительные системы
Теперь поговорим о том, как работает навигатор в планшете. Поиск сигналов спутников и синхронизация занимают довольно много времени. Особенно если пользователь планшета находится в окружении железобетонных высотных зданий.
Процесс может затянуться от десятка секунд до нескольких минут. Поэтому была создана система A-GPS, которая призвана ускорить старт систем навигатора. В этом случае первые привязки к местности планшет не берет со спутников, а получает от оператора мобильной сети, который отслеживает местоположение устройства по своим вышкам.
Точность A-GPS невелика, особенно на пересеченной местности. На плоской степи позиционирование возможно в пределах 15 метров. Однако и такой информации достаточно для того, чтобы осуществить первичную обработку данных и построить карту.
Следует помнить, что поддержка A-GPS — довольно хлопотное занятие, тем более что она требует дополнительного оборудования. Поэтому некоторые операторы мобильной связи могут предоставлять подобные услуги за дополнительную плату.
Отечественная система позиционирования
С целью предотвращения слежки и обеспечения собственной защищенной структуры для глобального позиционирования Россия и страны СНГ создали свою систему спутников. Она называется ГЛОНАСС.
У этой структуры есть неоспоримое достоинство. Она работает на территории России и севере материка Евразия гораздо точнее, чем система американских спутников GPS. Вдобавок поиск источников происходит быстрее, программа навигации запускается и отслеживает положение устройства за считанные секунды.
Но есть и недостаток. За пределами России об использовании ГЛОНАСС можно забыть. Переговоры о распространении системы спутников на весь земной шар не дали результатов. По этой же причине система GPS над Россией имеет меньшую точность — количество американских спутников ограничили в качестве ответной меры.
Сегодня большое распространение получил навигатор в планшете, который умеет работать одновременно в двух системах позиционирования. Это удобно, так как позволяет добиться максимальной точности в любой стране и городе. Большинство программ навигации умеют работать как с ГЛОНАСС, так и с GPS.
Другие возможности
Кроме удобства определения своего местонахождения и прокладки маршрута до цели, модуль GPS предоставляет и другие комфортные функции:
- Работа в роли маяка. Устройство можно отследить, зная идентификатор;
- GPS широко используется в комплексе систем авто сигнализации и охранных систем — для поиска угнанных автомобилей;
- Можно осуществлять трекинг транспортных средств, анализировать маршруты перемещения персонала, например, курьеров;
- В конце концов, родители в любой момент могут узнать, где находится их ребенок.
Навигатор в планшете уже породил множество довольно громких обсуждений по поводу этичности требования работодателей о фиксировании данных местоположения работника, допустимости анализа подобной информации, вмешательстве в частную жизнь и тому подобные критичные моменты. Но технология развивается и совершенствуется. Рано или поздно, это изменит отношение людей к подобным проблемам.
Видео о том, как использовать навигатор на Android:
Планшет-навигатор дал человеку возможность вести активную жизнь и не таскать при этом с собой чемодан разных приборов. Если раньше электронная книга, навигатор, телефон, записная книжка, фотоаппарат, диктофон представляли собой отдельные устройства, то планшет с успехом выполняет эти функции. Причем делает это лучше, поскольку соединяет в себе достоинства, почти исключая недостатки.
Неудивительно, что навигатор в планшете стал почти неотъемлемой программой у тех, кто часто путешествует за рулем. Не приходится заботиться о зарядке, а информация о местоположении, маршруте, заторах на дороге — под рукой. Планшет с навигатором действительно сильно изменил жизнь современного человека.
Источник: protabletpc.ru