Если раньше для навигации требовались отдельные устройства с заранее загруженными картами, то сегодня большинство автомобилистов выбирают приложения для смартфонов или пользуются встроенными мультимедийными платформами.
Принцип работы GPS
Основа любого современного навигатора — спутниковая навигация. Наиболее известна американская система GPS, однако в России востребована отечественная разработка ГЛОНАСС. Для повышения точности позиционирования современные устройства могут одновременно принимать сигнал сразу от нескольких систем, включая GPS, ГЛОНАСС, а также, например, от европейской Galileo или китайской BeiDou. Такой подход позволяет быстрее определить координаты, особенно в условиях плотной городской застройки.
Каждый спутник непрерывно передает сигнал с информацией о своем положении и точном времени. Навигатор принимает его и вычисляет расстояние до каждого спутника по времени распространения радиоволны. Для определения координат обычно требуются данные минимум от четырех спутников. Затем устройство рассчитывает широту, долготу, высоту и точное время.
В открытой местности погрешность чаще всего составляет несколько метров. Однако в центре крупных городов точность может снижаться из-за эффекта отражения сигнала от высотных зданий, который специалисты называют многолучевым распространением.
Как абстрактные координаты превращаются в дорогу
Полученные координаты сами по себе представляют набор чисел. Чтобы понять, по какой улице движется автомобиль, навигатор использует цифровую карту, в которой содержатся сведения о каждой дороге, развязке, перекрестке, полосах движения и разрешенных маневрах.
Далее начинает работать технология map matching (от англ. сопоставление с картой). Алгоритм анализирует не только текущие координаты, но и направление движения, скорость автомобиля, предыдущие точки маршрута и особенности дорожной сети.
Благодаря этому система понимает, что водитель находится на конкретной полосе определенной дороги, даже если спутниковые координаты немного смещены. Именно поэтому навигатор способен корректно работать на сложных транспортных развязках, где несколько дорог проходят друг над другом.
При этом цифровые карты регулярно обновляются. В них появляются новые дороги, круговые перекрестки, ограничения скорости и изменения схем движения.
Как навигатор видит пробки и строит маршруты
Частый вопрос автомобилистов связан с тем, откуда навигатор знает, что впереди образовалась пробка. На самом деле приложение не наблюдает за дорогами напрямую. Основной источник информации — обезличенные данные миллионов мобильных устройств, владельцы которых используют навигационные сервисы и разрешили передачу своей геолокации.
Сервер получает координаты автомобилей, направление их движения и скорость, после чего сравнивает фактическую скорость потока с обычной скоростью для этого участка дороги. Если большинство машин движутся значительно медленнее нормы, система определяет образование затора. Алгоритмы также отсеивают случайные остановки отдельных автомобилей, чтобы не распознавать их как пробку.
В России такие сервисы работают с высокой точностью благодаря популярности навигационных приложений. Чем больше автомобилей одновременно передают данные, тем точнее определяется дорожная ситуация. Информация обновляется практически непрерывно, поэтому водитель увидит изменения уже через несколько минут после возникновения затора.
При построении маршрута навигатор учитывает не только текущий трафик. Алгоритмы дополнительно анализируют длину пути, разрешенную скорость на каждом участке, светофоры, повороты, дорожные работы и статистику движения в разное время суток. Если во время поездки появляется более быстрый вариант, приложение автоматически предлагает перестроить маршрут.