Kaip veikia automobilių GPS sistema
Prisimenu, kaip vairuotojai dar prieš kokius dvidešimt metų kelionėms ruošdavosi tarsi ekspedicijai į nežinomybę – ant kelių užsiklodavo popieriniai žemėlapiai, o navigacija dažnai reiškė sustojimą prie degalinės ir klausimą “kaip nuvažiuoti į…”. Šiandien į automobilio saloną įlipame ir tiesiog pasakome adresą arba įvediame jį į ekraną. GPS sistema tapo tokia įprasta, kad jos nebuvimas naujame automobilyje atrodo keistokai.
GPS – tai Global Positioning System, arba pasaulinė padėties nustatymo sistema. Iš esmės tai yra tinklas palydovų, kurie skrieja aplink Žemę ir nuolat siunčia signalus. Jūsų automobilio navigacijos įrenginys tuos signalus gauna ir, remdamasis jais, apskaičiuoja tikslią savo buvimo vietą. Skamba paprasta, bet už šito slypi tikrai įspūdinga technologija ir matematika.
Palydovai virš galvų – kaip jie ten atsidūrė
Visa GPS sistema pradėta kurti dar Šaltojo karo metais, kai JAV kariuomenei prireikė tikslesnės navigacijos. Pirmieji palydovai į orbitą pakilo dar septintajame dešimtmetyje, bet pilnai funkcionuojanti sistema pradėjo veikti tik 1995 metais. Dabar virš mūsų galvų skrieja apie 30 aktyvių GPS palydovų, išdėstytų taip, kad bet kurioje Žemės vietoje bet kuriuo metu matytumėte bent keturis iš jų.
Kiekvienas palydovas skrieja apie 20 000 kilometrų aukštyje ir apskrieja Žemę maždaug per 12 valandų. Jie nuolat transliuoja signalą, kuriame užkoduota informacija apie palydovo buvimo vietą ir tikslų laiko žymą. Ir štai čia prasideda įdomybės – jūsų automobilio GPS imtuvas gauna šiuos signalus ir matuoja, kiek laiko užtruko signalas pasiekti jį. Kadangi radijo bangos keliauja šviesos greičiu (apie 300 000 kilometrų per sekundę), galima labai tiksliai apskaičiuoti atstumą iki kiekvieno palydovo.
Trilateracija – matematika, kuri žino, kur esate
Dabar pabandykime suprasti, kaip iš tų atstumų iki palydovų jūsų GPS įrenginys supranta, kur tiksliai esate. Čia veikia principas, vadinamas trilateracija. Įsivaizduokite, kad žinote savo atstumą iki vieno palydovo – tai reiškia, kad esate kažkur ant milžiniškos sferos paviršiaus, kurios centras yra tas palydovas. Pridėjus antrą palydovą, gaunate dviejų sferų susikirtimo liniją – jau daug tiksliau. Trečias palydovas suteikia du galimus taškus, o ketvirtas palydovas reikalingas laiko patikslumui ir galutiniam taško nustatymui.
Praktikoje jūsų automobilio GPS imtuvas vienu metu bendrauja su 6-12 palydovų, todėl tikslumas būna gana aukštas. Idealiu atveju tikslumas siekia 3-5 metrus, nors mieste tarp aukštų pastatų ar tunely tikslumas gali sumažėti arba signalas visai dingti. Štai kodėl kartais navigacija “pametą” jus, kai įvažiuojate į požeminę automobilių stovėjimo aikštelę.
Kas vyksta jūsų automobilio navigacijoje
Pats GPS imtuvas – tai tik viena automobilio navigacijos sistemos dalis. Jis gauna signalus iš palydovų ir nustato koordinates. Bet koordinatės pačios savaime nėra labai naudingos – jums reikia žemėlapio, maršruto skaičiavimo, eismo informacijos ir daug ko kito.
Šiuolaikinė automobilinė navigacija turi galingą kompiuterį su įdiegtu žemėlapių programiniu užtikrinimu. Šie žemėlapiai – tai ne paprasti paveikslėliai, o sudėtingos duomenų bazės, kuriose saugoma informacija apie kiekvieną gatvę, jos pavadinimą, leidžiamą greitį, vienpusio eismo kryptį, posūkių ribojimus ir daug kitų detalių. Kai prašote sistemos nuvesti jus į tam tikrą adresą, ji naudoja specialius algoritmus (dažniausiai vadinamą Dijkstra algoritmą ar jo variantus), kad apskaičiuotų greičiausią ar trumpiausią maršrutą.
Įdomu tai, kad sistema nuolat stebi jūsų judėjimą ir lygina jį su planuotu maršrutu. Jei pasukate ne ten, kur turėjote, ji per kelias sekundes perskaičiuoja naują maršrutą. Senesnėse sistemose tai būdavo gana lėta, o dabar vyksta beveik akimirksniu.
Kodėl kartais navigacija klysta ir veda ne ten
Turbūt kiekvienas esame patyrę situaciją, kai navigacija užsispyrusi siūlo važiuoti per neegzistuojantį kelią ar veda į aklavietę. Dažniausiai kalti pasenę žemėlapiai. Keliai keičiasi – tiesinami nauji, uždaromi seni, keičiasi eismo organizavimas. Jei žemėlapių duomenys neatnaujinami, sistema apie tai nežino.
Kita problema – GPS signalo tikslumas. Mieste tarp aukštų pastatų signalas gali atspindėti nuo sienų, sukurdamas vadinamąjį “daugiakelio” efektą. Sistema gauna tą patį signalą kelis kartus skirtingais keliais, ir tai gali suklaidinti skaičiavimus. Todėl kartais atrodo, kad važiuojate šaligatviu ar gretima gatve, nors iš tikrųjų esate teisingame kelyje.
Dar viena problema – tuneliai ir požeminiai garažai. GPS signalai negali prasiskverbti pro storą betoną ar žemę, todėl ten sistema praranda ryšį su palydovais. Kai kurios pažangesnės sistemos naudoja giroskopinius jutiklius ir akselerometrus, kad ir be GPS signalo bent apytiksliai sekti automobilio judėjimą, bet tai veikia tik trumpam.
Moderniųjų sistemų papildomos galimybės
Šiuolaikinės automobilinės navigacijos sistemos jau seniai peržengė paprastą “kaip nuvažiuoti iš A į B” funkciją. Daugelis jų prijungtos prie interneto ir gauna realaus laiko eismo informaciją. Tai reiškia, kad sistema žino apie spūstis, avarijas, kelio darbus ir gali automatiškai perskaičiuoti maršrutą, kad išvengtumėte vėlavimo.
Kai kurios sistemos integruotos su automobilio saugos funkcijomis. Pavyzdžiui, jos gali įspėti apie greičio ribojimus konkrečiame kelio ruože arba perspėti, kad artėjate prie pavojingo posūkio per dideliu greičiu. Premiumo klasės automobiliuose navigacija gali net valdyti pakabos nustatymus prieš įvažiuojant į posūkį.
Vis populiaresnės tampa sistemos su balso valdymu. Nebereikia rankų atitraukti nuo vairo – tiesiog pasakote, kur norite važiuoti, ir sistema viską padarys už jus. Naujausios sistemos net supranta natūralią kalbą, todėl nebereikia mokytis specialių komandų.
Alternatyvos ir papildymai prie įmontuotos navigacijos
Nors daugelis naujų automobilių turi įmontuotą navigaciją, dauguma vairuotojų vis tiek naudoja išmaniuosius telefonus su programomis kaip Google Maps, Waze ar Apple Maps. Kodėl taip yra? Visų pirma, šios programos visada turi naujausius žemėlapius – jie atnaujinami automatiškai per internetą. Antra, jos dažnai turi geresnes eismo sąlygų stebėjimo funkcijas, nes gauna duomenis iš milijonų kitų naudotojų.
Waze, pavyzdžiui, veikia kaip socialinis tinklas vairuotojams – naudotojai praneša apie policijos postus, duobes kelyje, avarijas ar kitus įvykius, ir ši informacija iš karto tampa prieinama visiems. Tai gerokai pranašesnė sistema nei tradicinė navigacija, kuri gauna informaciją tik iš oficialių šaltinių.
Tačiau įmontuota navigacija turi savo pranašumų. Ji geriau integruota su automobilio sistemomis, veikia net be mobiliojo ryšio (jei žemėlapiai įrašyti į atmintį), o ekranas paprastai didesnis ir patogiau matomas. Idealus variantas – kai automobilio sistema gali naudoti telefono programas per Android Auto ar Apple CarPlay – tada gaunate abiejų pasaulių privalumus.
Ką dar reikėtų žinoti apie GPS automobilyje
GPS sistema veikia visiškai pasyviai – jūsų automobilio imtuvas tik gauna signalus iš palydovų, bet nieko neperduoda atgal. Tai reiškia, kad niekas negali jūsų sekti vien per GPS (nebent jūsų automobilyje įdiegtas specialus sekimo įrenginys, kuris GPS koordinates siunčia per mobilųjį ryšį).
Dauguma šiuolaikinių automobilių GPS sistemų naudoja ne tik amerikietišką GPS, bet ir kitas palydovines navigacijos sistemas – europos Galileo, rusišką GLONASS ar kinišką BeiDou. Naudojant kelias sistemas vienu metu, tikslumas ir patikimumas žymiai padidėja, ypač sudėtingomis sąlygomis.
Jei planuojate kelionę į užsienį, patikrinkite, ar jūsų navigacijos sistema turi reikiamų šalių žemėlapius. Kai kurios sistemos leidžia atsisiųsti papildomus žemėlapius nemokamai, kitos reikalauja mokėti. Alternatyva – naudoti telefoną, bet nepamirškite, kad tarptinklinis duomenų perdavimas gali būti brangus, todėl geriau iš anksto atsisiųsti žemėlapius naudojimui neprisijungus.
Dar vienas praktiška patarimas – periodiškai atnaujinkite navigacijos sistemos programinę įrangą ir žemėlapius. Daugelis gamintojų siūlo nemokamus atnaujinimus bent kelerius metus po automobilio įsigijimo. Tai padės išvengti situacijų, kai navigacija veda per neegzistuojančius kelius ar neatsižvelgia į pasikeitusią eismo organizaciją.
Kelionė į ateitį su GPS ant ratų
Automobilio navigacija nustojo būti paprastu įrankiu, rodančiu kelią. Ji tapo sudėtinga sistema, kuri padeda vairuoti saugiau, efektyviau ir patogiau. O technologijos tik tobulėja – jau dabar matome, kaip navigacija integruojama su autonominio vairavimo sistemomis, kaip ji bendrauja su protingomis eismo šviesoforo sistemomis, kaip padeda rasti laisvą parkavimo vietą.
Galbūt netrukus navigacija taps tokia protinga, kad ne tik rodys kelią, bet ir pati vairuos automobilį. O kol kas tiesiog džiaukimės tuo, kad nebereikia klaidžioti su popieriniais žemėlapiais ir klausti kelio pro automobilio langą. GPS sistema, nors ir neideali, tikrai palengvino mūsų gyvenimą ant ratų – ir tai tik pradžia įdomios technologinės kelionės.