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 рис. 5.24, а, поиск пересечений начнется от начальной точки А, как показано на рис. 5.24, б. 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 (рис. 5.24, б (2)). В-третьих, рассматриваются пересечения D и Е, соединенные с точкой В, на рис. 5.24, б (3) 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, это отражено на рис. 5.24, б (4). Кратчайшим путем до D оказывается маршрут A-C-E-D. Таким образом для дорожной сети можно определить кратчай­ший маршрут до любого из пересечений (жирные линии на рис. 5.24, б (6)).

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

Навигационная информация сообщается водителю различными способами: от указания символом положения на карте местности до команд голосом через син­тезатор речи о необходимости повернуть налево или направо.

5.9. Спутниковая позиционирующая система GPS

Система GPS (рис. 5.25) может использоваться для определения абсолютных координат автомобиля. Она состоит из 18 основных и 3 запасных спутников на околоземных орбитах (радиус 20183 км, период обращения 12 часов), запущенных министерством обороны США в период с 1980 по 1992 год (программа NA-VSTAR), и предназначена поставлять информацию об абсолютных координатах различным объектам: морским судам, самолетам, ракетам, воинским подразделе­ниям, автомобилям и т. д. На спутниках установлены атомные часы, периодиче­ски на Землю посылаются сигналы с информацией о системном времени и пара­метрах орбиты на частоте 1,57542 ГГц.

Рис. 5.25. Спутниковая система NAVSTAR

Пользователи обслуживаются системой GPS по двум категориям: точное опре­деление координат (Precise Position Service — PPS) — для военных и стандартная точность определения координат (Standard Position Service — SPS) — для осталь­ных категорий пользователей, в том числе и для автомобильной навигации. Тео­ретически достижима точность определения координат с ошибкой до 100 м, на практике координаты определяются с большей точностью — до 30 метров.

Координаты приемника (X,Y,Z) и спутника (Ui,Vi,Wi) связаны соотношением:

Pi = J(X - Uif + (Y - Vif + {Z - Wi)² + R.

Здесь Pi — расстояние между спутником и приемником, R — временная ошиб­ка, возникающая из-за невозможности точно синхронизировать атомные часы

спутника и кварцевый генератор приемника. Таким образом при известных коор­динатах (Ui,Vi,Wi) четырех спутников (рис. 5.26) и расстоянии от спутников до приемника Pi из решения четырехмерного нелинейного уравнения определяются координаты приемника (X, Y,Z).

Координаты спутника определяются по решению уравнения Кеплера, для чего и передается информация о системном времени.

Расстояние Pi между спутником и приемником определяется по времени за­держки t_{ прихода синхронизирующего сигнала со спутника (скорость распростра­нения радиоволн — постоянная величина).

Полагают, что навигация с помощью GPS является наиболее перспективной, но есть и недостатки:

1. При первом обращении начальные координаты определяются относительно долго — 2...3 минуты. В дальнейшем информация обновляется гораздо быстрее, в течение нескольких секунд.

2. Система работает в условиях прямой видимости с 4 спутниками. Горы и вы­сокие здания могут служить препятствием.