Автомобильная навигационная система

«А еще там есть навигатор!». Этот известный рекламный слоган, представляющий навигационную систему одним из главных достоинств современного автомобиля, отчасти верен. За последние несколько лет автомобильный навигатор из дорогой игрушки превратился в надежного помощника водителя.

Автомобильная навигационная система предназначена для определения положения транспортного средства, выбора и сопровождения маршрута движения. Первый автомобильный навигатор был представлен в 1981 году компанией Alpine.

Различают несколько видов автомобильных навигационных систем: штатная, мобильная, а также навигационное программное обеспечение портативных компьютеров и смартфонов. Перечисленные виды навигационных систем имеют свои преимущества и недостатки. Они различаются по конструкции, реализуемым функциям, цене.

Штатная навигационная система устанавливается на заводе-изготовителе автомобиля и, как правило, является частью мультимедийной системы. В штатное место могут устанавливаться совместимые навигационные системы других производителей.

Мобильная навигационная система представляет собой портативное автономное навигационное устройство, которое приобретается отдельно и устанавливается на лобовом стекле или приборной панели. Под термином «автомобильный навигатор» обычно понимается именно мобильная навигационная система.

В качестве автомобильного навигатора могут быть использованы портативный компьютер, смартфон и даже обычные модели мобильных телефонов, если в них установлены соответствующие навигационные программы.

Устройство автомобильной навигационной системы

По своей сути автомобильная навигационная система является персональным компьютером со всеми его атрибутами: материнской платой, центральным процессором, оперативной памятью, постоянной памятью, жестким диском, устройствами ввода и вывода информации, приводами для подключения внешних источников данных.

Особенностью устройства автомобильного навигатора является наличие навигационного процессора (чипсета GPS-приемника). В ряде конструкций навигаторов навигационный процессор объединен с центральным процессором. Помимо перечисленных элементов в состав автомобильной навигационной системы могут быть включены модуль GPRS, Bluetooth, радиоприемник и др. компоненты.

Прием сигналов от навигационных спутников обеспечивает антенна. В штатной навигационной системе используется внешняя антенна, которая устанавливается на крыше автомобиля. Мобильный навигатор, как и смартфон, оснащен встроенной антенной.

Для ввода и вывода информации применяется сенсорный дисплей, который отличается быстродействием, многофункциональностью и низким энергопотреблением. В штатной навигационной системе для вывода информации может использоваться проекционный дисплей.

Питание штатной навигационной системы осуществляется от бортовой сети автомобиля. Мобильный навигатор запитан от собственного аккумулятора. Зарядка аккумулятора производится также от бортовой сети.

Программное обеспечение автомобильной навигационной системы включает операционную систему, навигационную программу, другие прикладные программы (офисные приложения, мультимедиа проигрыватель, игры, программы для чтения электронных книг и др.).

Операционная система соединяет аппаратную часть навигатора («железо») с прикладной программой. В качестве операционной системы используются программы Windows CE, Windows Mobile, Android, iOS и др.

Функциональную основу навигационной системы составляет навигационная программа. В автомобильных навигационных системах применяется множество навигационных программ, отличающихся друг от друга интерфейсом, функциональностью, степенью быстродействия и унификации. В штатных навигаторах используются в основном собственные разработки навигационных программ.

Для мобильных навигаторов, КПК и смартфонов созданы отечественные навигационные программы Навител, Автоспутник, CityGuide, ПроГород и ряд других. Из зарубежных программ необходимо отметить популярную программу iGo. Программа iGo также используется в штатных навигационных системах корейских автомобилей Hyundai, Kia, SsangYong. В мобильных навигаторах, КПК, смартфонах может быть установлено несколько навигационных программ, что значительно расширяет возможности навигационной системы.

Навигационная программа построена на электронной карте. В автомобильных навигаторах используются в основном векторные электронные карты, поддерживающие маршрутизацию. Векторная карта включает множество объектов с их географическими координатами.

Если в планах перемещение на автомобиле по бездорожью, то вам необходима навигационная программа с растровой картой. В отличие от векторной растровая карта представляет собой изображение местности (перенесенная бумажная карта или спутниковая фотография), привязанное к географическим координатам.

Ведущими мировыми разработчиками электронных карт являются компании TeleAtlas и Navteq, но карты от этих производителей пока имеют недостаточное покрытие территории России. По этой причине многие российские разработчики навигационных программ (Навител, ПроГород, СитиГид) используют собственные электронные карты.

Функции автомобильной навигационной системы

В современном автомобильном навигаторе реализовано множество функций, основными из которых являются:

• определение положения;
• ввод пункта назначения;
• расчет маршрута;
• сопровождение по маршруту.

Определение положения (позиционирование) автомобиля осуществляется по сигналам навигационных спутников. Для того чтобы определить положение (широту и долготу) автомобиля на местности нужно принять сигналы минимум 3-х спутников. Сигнал от 4-го спутника позволяет еще определить еще и высоту над уровнем моря. При получении сигналов GPS-приемник вычисляет расстояние до каждого спутника, на основании которого определяются пространственные координаты автомобиля.

В мире функционирует две спутниковых навигационных системы: американская Navstar GPS (глобальная система позиционирования) и российская ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система). Система ГЛОНАСС немного отстает от GPS по количеству спутников и точности определения положения. В настоящее время точность позиционирования системы GPS составляет 2-4 м, ГЛОНАСС – 3-6 м. Наибольшую точность (2-3 м) дает совместное использование GPS и ГЛОНАСС, которое реализовано в ряде мобильных навигаторов.

При определенных условиях (движение в городе, тоннеле) получение сигналов от спутников становится проблематичным. В штатной навигационной системе для позиционирования в условиях плохого сигнала используются датчики угловой скорости колес системы ABS и датчики продольного и поперечного ускорения системы ESP. С помощью датчиков оценивается скорость и направление движения.

В мобильных системах данную функцию выполняет навигационная программа. При потере сигнала система считает, что автомобиль движется по заданному маршруту с постоянной скоростью.

Ввод пункта назначения в навигационной системе осуществляется несколькими способами: по адресу, по названию (точки интереса, POI), по координатам и непосредственно точкой на карте. В ряде штатных и мобильных навигационных систем реализован голосовой ввод пункта назначения.

После ввода пункта назначения система производит расчет маршрута с учетом множества факторов (улицы с односторонним движением, мосты, тупики и др.). В ряде штатных навигационных систем предлагается несколько вариантов маршрута, рассчитанных по различным критериям (расстояние, время, деньги). Например, короткий маршрут будет состоять из возможно более коротких участков и не учитывать ограничения скорости. Быстрый маршрут строится с учетом класса дороги (магистраль, федеральная трасса, городская улица) и ограничений скорости на этих дорогах. Экономичный маршрут учитывает и расстояние и время. Времени, при этом, отдается предпочтение.

Но все эти маршруты не учитывают текущую ситуацию на дороге (пробки, аварии, ремонт и др.). Поэтому наибольшим спросом у автомобилистов пользуются навигационные системы, предлагающие динамический расчет маршрута с учетом дорожной обстановки. Информация о дорожной обстановке в режиме реального времени может передаваться двумя способами: по радиосвязи и интернет.

На радиосвязи построен канал сообщений о ситуации на дороге TMC (Traffic Message Channel). По каналу TMC информация передается в виде закодированных сигналов. В России канал сообщений о ситуации на дорогах развит недостаточно. TMC используется в штатных навигационных системах автомобилей Volvo, Land Rover, Honda и мобильных навигаторах Alpine, Garmin.

Альтернативой каналу TMC является передача информации о дорожной ситуации по интернет-каналу. Данную технологию использует большинство мобильных навигаторов, КПК и смартфонов. С мобильного навигатора выход в интернет может быть организован двумя способами: с помощью GPRS-модуля и SIM-карты, через мобильный телефон по каналу Bluetooth.

Информация о дорожной ситуации поступает из разных источников сети интернет. Программа Навител имеет собственный сервис «Навител. Пробки». Свою систему загруженности дорог по полосам предлагает навигационная программа СитиГид. В других программах используется известный сервис «Яндекс. Пробки».

Необходимо отметить, что штатные навигационные системы, как правило, не имеют связи с сетью интернет, а если и имеют, то этот канал не используется для получения информации о дорожной ситуации. Исключение составляет новейшая система RTTI (Real Time Traffic Information) от BMW, построенная на основе сотовой связи и получающая информацию в рамках системы TPEG (Transport Protocol Expert Group).

Сопровождение по маршруту реализуется с помощью визуальных и голосовых указаний. Указания выдаются последовательно от перекрестка к перекрестку. В разных навигационных программах функция сопровождения по маршруту реализована приблизительно одинаково, где-то чуть лучше, где-то чуть хуже. Есть и серьезные отличия. Например, в навигационной программе Прогород работает сервис Junction View, который при приближении к перекресткам и сложным развязкам предлагает реалистичную картинку-подсказку с указанием направления движения.

Навигация: устройство, принцип работы системы и ее функционал

Навигационные системы в автомобилях начали использовать еще в середине 90-х годов прошлого века. Данное оборудование выпускается в виде отдельных устройств либо встраивается в конструкцию машины еще на стадии ее производства. Суть работы навигационной системы сводится к тому, что она прокладывает оптимальный маршрут к заданной цели и показывает направление движения автомобиля на динамической карте. При этом современное оборудование не ограничивается только таким функционалом.

Логика работы системы

Работа любой навигации построена на принципах функционирования глобальной системы позиционирования, или GPS. Последняя на основе данных, полученных со спутников, определяет местоположение автомобиля и конечной точки маршрута. Координаты определятся за счет разницы во времени, в течение которого идет сигнал от машины до как минимум трех космических аппаратов.

Компания-банкрот Haima выводит на рынок новый кроссовер 6P с расходом топлива в 1,3 литра

Новыми кроссоверами Honda можно будет управлять без рук. Все благодаря платформе от General Motors

Стартовали продажи нового 7-местного кросса Tata Safari по цене от 1,4 млн рублей. Все характеристики

Технология передачи таких сигналов постоянно совершенствуется. Благодаря этому, точность определения местоположения автомобиля достигает ±10 метров. Данные, которые транслируют спутники, обрабатывает маршрутный компьютер, которым оснащается машина. Также автомобили снабжены жестким диском (или другим подобным устройством), на котором хранятся карты города, определенной местности и так далее. Маршрутный компьютер преобразует полученные координаты и сопоставляет положение машины с точкой на данной карте. Далее при помощи алгоритма прокладывается маршрут до точки назначения. Он тоже выводится на карте в виде цветных линий. Все указанные расчеты проводятся в течение нескольких секунд. После окончания построения маршрута навигационный комплекс начинает давать подсказки о том, как должен двигаться автомобилист.

Из-за указанных особенностей навигационная система имеет ряд ограничений. В частности, сигналы не доходят до маршрутного компьютера, когда автомобиль пересекает туннели либо передвигается в месте, где располагается множество высотных зданий. Этот недостаток нивелирован в современных машинах. Многие автомобили помимо указанного оборудования комплектуются датчиком угловой скорости, известным также как гирометр, гироскоп или G-датчик. Это устройство подает сигналы на бортовой компьютер о текущем местоположении автомобиля, после чего встроенная электроника преобразует эти данные и, согласовав их с картами навигации, продолжает дальше прокладывать маршрут следования. Данная технология известна еще и как навигация счисления пути. Благодаря указанным датчикам встроенная электроника устраняет расхождения с сигналами, которые поступают со спутников.

Этот процесс протекает следующим образом: GPS определяет приблизительное местоположение автомобиля. На данном этапе бортовой компьютер распознает дорогу, по которой едет машина. Далее, как только автомобиль поворачивает, срабатывает гирометр. За счет этого происходит коррекция карты, и местоположение машины определяется максимально точно. Такая технология подстройки известна как Map-Matching.

Устройство системы

Автомобильная навигационная система состоит из следующих компонентов:

• GPS-модуль (приемник);
• антенна;
• маршрутный компьютер;
• панель управления;
• дисплей;
• гироскоп (датчик угловой скорости;
• жесткий диск;
• датчик скорости /участка пути.

В некоторых навигационных комплексах применяются дополнительные детали, не указанные в списке. Соответственно, от этого зависит функционал системы.

Основной деталью данного комплекса является навигационный (маршрутный) компьютер. Он обрабатывает поступающие сигналы (с датчиков, GPS-модуля) и соответствующим образом выстраивает маршрут следования. Информация со спутников поступает через антенну на GPS-модуль. В старых навигационных системах в единый блок включали все указанные детали. Теперь помимо них в состав такого модуля входят межсетевой интерфейс и другие детали, которые встраивают преимущественно в центральную консоль.

В комплекте с навигационной системой всегда идет программное обеспечение, посредством которого осуществляется управление данным оборудованием. Также в состав комплекса сегодня включают датчик скорости/участка пути. Это устройство обеспечивает самонаведение оборудования по карте. То есть оно вместе с гирометром максимально точно определяет местоположение автомобиля в пространстве.

Функционал навигационной системы

Функционал системы навигации автомобиля зависит, как от марки производителя, так и от модели машины, на которую она устанавливается. Большая часть такого оборудования позволяет лишь указывать точку назначения, после чего оно выстраивает маршрут следования на активной карте с изменяющимся масштабом. Причем способ ввода данной информации также существенно варьируется в зависимости от автомобиля. Характер отображения карты тоже меняется. Некоторые виды системы навигации поддерживают голосовые подсказки, стрелки и другие подобные функции, упрощающие ориентацию в пространстве. Часть оборудования рассчитывает ориентировочное время прибытия до точки назначения. Более продвинутые системы способны подключаться к интернету и выводить на карту информацию о дорожных заторах, сигналах светофора и другие сведения.

В случае наличия функции динамического сопровождения до цели оборудование автоматически меняет маршрут следования, если водитель изменил направление движения. Кроме того, часть навигационных систем позволяет вводить собственные настройки. В частности, это может быть полезно, когда на определенном участке дороге ведутся ремонтные работы. После введения такой информации навигационная система при постройке маршрута выбирает направления, позволяющие объезжать подобные зоны.

Современные устройства поддерживают функцию отправки экстренных сообщений в случаях, когда автомобиль попадает в аварию. Такое оборудование поддерживает совместную работу с мобильными устройствами. Автор: Федор Аверьев