GPS, электронные карты и навигация

Карты известны человечеству уже очень давно, однако относительно недавно они приобрели новую электронную форму, существенно расширяющую возможности и сценарии их использования. Например, популярный сервис GoogleEarth позволяет пользователям размещать на карте свои фотографии с указанием координат места, где они были сделаны. И если вы используете эту систему для планирования туристических маршрутов, то сможете здесь же посмотреть, как выглядят города и страны глазами тех, кто там уже побывал.

Несмотря на качественно новый уровень электронных карт, бумажные варианты пока не собираются на покой. Действительно, у них есть несколько существенных преимуществ, с которыми, несмотря на бурное развитие электроники, пока ничего сделать нельзя. Среди них – низкая стоимость, отсутствие необходимости в электропитании, иногда небольшие размер и вес.

Однако если для вас важны такие параметры, как актуальность, возможность поиска объектов, прокладки маршрутов, сбор статистики о перемещениях, работа с текущими координатами, существенная интерактивность, то ваш выбор – электронные карты. В этом материале мы рассмотрим современное состояние дел в этом вопросе, включая оборудование, собственно карты и, конечно, программы.

Система GPS

Собственно под GPS (Global Positioning System) понимается система, позволяющая получить координаты пользователя с помощью сигналов системы спутников. Спутники этой системы, в количестве 24 штук, принадлежат США. Используя передаваемые с них сигналы, клиентское оборудование (GPS-приемник) может определить свои координаты с точностью до нескольких метров и передать их в навигационную программу. Координаты включают в себя долготу, широту и высоту. Дополнительной функцией системы является трансляция сигналов точного времени. Конечно, они используются и собственно в процессе определения координат.

В условиях слабого сигнала (речь здесь идет об обобщенном понятии сигнала со всех возможных спутников, а не каком-то одном; обычно программы/устройства включают в себя отдельное окошко, в котором можно посмотреть как расположение спутников, так и уровень их сигналов) некоторые приемники обеспечивают получение только двух координат, что может быть вполне достаточно для некоторых задач. Формально система может быть переведена правительством вышеуказанной страны в «военный» режим, когда гражданским устройствам разрешено получение только 100-метровой точности. Однако за последние годы такого замечено не было.

Естественно, все это работает только на открытом пространстве. В помещениях сигналы спутников поймать нельзя. В некоторых условиях возможно получение координат, если приемник расположен около окна. С другой стороны, дома обычно имеют достаточно стабильные координаты, так что данная проблема возникает только у журналистов, которым не терпится дома опробовать новое устройство, полученное на тест... В зависимости от качества приемника, сигнал часто можно поймать и через некоторые препятствия, например, в салоне автомобиля. Для повышения надежности приема в сложных ситуациях можно использовать внешние GPS-антенны. Приемники прошлых поколений для своей работы часто требовали их в обязательном порядке. Последние модели уже могут успешно обходиться внутренними и бывают встроены в КПК или даже сотовый телефон.

Внешние приемники выполнены в виде небольших устройств, общение которых с остальной частью навигационной системы происходит или по проводу или через беспроводной интерфейс Bluetooth. Проводные варианты включают в себя устройства с интерфейсами USB и RS-232. Первый из них обеспечивает также и питание приемника. Последовательный интерфейс RS-232 может только передавать данные, так что питание подводится отдельно. Отметим, что для промышленного применения удобнее RS-232, так как он более универсален. В любом случае подключения, непосредственно информация о работе приемника передается по последовательному протоколу, поэтому настройка приемника в навигаторе содержит выбор порта и скорости. Беспроводные приемники наиболее популярны для работы с портативными устройствами, такими как КПК или сотовые телефоны. Они обычно включают в себя аккумулятор, позволяющий использовать их в автономном режиме несколько часов. При работе в автомобиле часто используется питание от бортовой системы.

Для КПК и смартфонов специально выпускаются GPS-приемники в формате карт CompactFlash и SD (SDIO), но сейчас спрос на них невелик, так как все чаще приемники сразу интегрируются в мобильные устройства.

GPS-приемники

В последнее время появилось несколько программных усовершенствований базовой системы GPS, которые позволяют уверенно получать координаты даже в условиях плотной застройки современного мегаполиса. Кроме того, помочь с этим может и увеличение количества каналов в приемнике.

Одним из существенных параметров каждого приемника является время старта. Принято учитывать несколько параметров – так называемое «время холодного старта» получается когда приемник долго находится в выключенном состоянии. В этом случае ему нужно предпринять достаточно много действий, чтобы инициализировать процесс определения координат. Обычно это время составляет несколько минут. Для его уменьшения некоторые продукты используют специальный алгоритм – предварительно в них можно загрузить точные карты расположения спутников (например, через компьютер, подключенный к Интернет) на несколько дней вперед. В этом случае они могут не ждать трансляции этой информации со спутников при холодном включении, а сразу начать определять координаты. Второй параметр – когда приемник включается после непродолжительного выключения или отсутствия сигнала (например, если вы ехали в туннеле или шли по подземному переходу). В этом случае восстановление сигнала может занять несколько секунд.

Отдельно стоит отметить информацию о текущей скорости, которую предоставляют некоторые продукты. Она выводится из координат, получаемых от приемника, чисто программным способом и поэтому может быть точной только в случае достаточно длительного и относительно быстрого движения. В частности, пешеходам на нее ориентироваться может быть достаточно сложно.

Сегодня разными странами (включая Россию) разрабатываются несколько альтернативных навигационных систем спутников, однако полностью работоспособна сейчас только американская версия.

Карты

Cама навигационная система с поддержкой GPS не обязана использовать какие-либо карты. В частности, есть специальные устройства, которые можно успешно использовать на рыбалке или в туристическом походе. В этом случае вы можете получить на экране устройства графическое отображение своего маршрута, отмечать на нем какие-либо ключевые точки (например, «лагерь» или «пещера»), использовать его для возвращения в начало пути и подсчета интегральных параметров (например, общего расстояния, средней и скорости).

Однако собственно расцвет GPS-устройств, который мы наблюдаем последние годы, безусловно, связан именно с навигацией на базе карт. Сравнение с бумажными вариантами мы уже обсудили в начале статьи, так что здесь сосредоточимся непосредственно на электронных версиях.

Они делятся на две большие группы – растровые и векторные. Первые формально можно представить себе как отсканированные бумажные карты – это графический файл в обычном или специальном формате, который программа навигации «подкладывает» под картинку вашего маршрута. Данные карты могут предоставлять несколько дополнительных возможностей (например, поиск объекта по названию), однако в любом случае они уже отживают свой век из-за большого объема, сложностями при масштабировании, отсутствия возможности прокладки маршрута и других проблем.

Настоящее и будущее, безусловно, принадлежит векторным картам. Именно они позволяют пользователю навигационной системы получить совершенно не сравнимый со «стандартной бумагой» сервис. Он включает в себя:

• графическое отображение любого участка с масштабированием;
• поиск объектов по адресу или названию;
• прокладка маршрута между любыми точками;
• оценка времени пути;
• 2D/3D отображение текущего маршрута.

Подробнее этих функций мы коснемся далее при описании конкретных продуктов.

Наиболее важными характеристиками карт являются актуальность, детализация и набор POI. Первый из них может обеспечиваться производителем системы на базе подписки. Скажем, если вы приобрели устройство с картой Германии, то в течение года можете самостоятельно (через Интернет) получать обновления карт и загружать на свое устройство. Для обозначения актуальности обычно каждая карта имеет параметр «версия» или «дата». Детализация обеспечивается правильным выбором отдельных карт. Например, в устройстве может быть установлена детальная карта Франции (с точностью до дома) и дополнительно карта всей Европы с наиболее важными дорогами. Однако обычно детализация карт – постоянный показатель для каждого продукта и только незначительные изменения могут появляться в обновлениях. Формально единственным ограничением детальности является занимаемый картами объем. Некоторые производители подошли к проблеме кардинально – просто сделали максимально детальную карту региона объемом 2 ГБ, что соответствует максимальному объему карты памяти стандарта SD. Второе решение – установка жесткого диска большого объема – используется в некоторых моделях навигаторов высшего уровня.

Прокладка маршрута

POI (Point of Interest) можно перевести на русский язык как «объект». Это наиболее интересная часть всей навигационной системы. Объекты обычно распределены по категориям (например, «Магазины», «Развлечения», «Автостоянки», «Рестораны») и могут насчитывать десятки тысяч позиций. Имея хорошую (и актуальную) базу POI, пользователь может попросить навигатор найти ближайшую заправку или музей. В некоторых системах можно даже позвонить (через сотовый телефон, подключаемый по Bluetooth к системе, или по встроенному GSM-модулю) на выбранный объект, что позволяет, не отвлекаясь от процесса вождения, заказать столик в ресторане или узнать о наличии мест в гостинице. Отображение POI на карте можно настроить – указать категории, которые нужно показывать. Иначе центр города может оказаться полностью покрыт разными значками. Иногда навигационная система может подавать звуковые сигналы при приближении к определенным объектам, что может оказаться полезным в некоторых ситуациях.

POI на карте

Собственно производителей карт в мире не так уж и много, так что часто разные навигационные продукты используют карты одного поставщика. Однако стоит отметить, что информация в этих картах может иметь разный объем (например, меньше POI или больше дорог в каком-то регионе) и отличаться как по форматам, так и по внешнему отображению.

В некоторых продуктах пользователи могут сами вносить изменения в используемые карты – скажем, «закрывать» дорогу (если она ремонтируется и, видимо, это надолго) или добавлять свои собственные POI (например, данные о радарах-детекторах скорости). Иногда данную информацию можно экспортировать в специальный формат и передать другому пользователю аналогичной или другой системы.

Кроме того, некоторые компании или учреждения, заинтересованные в посещении своих объектов пользователями, часто бесплатно предлагают дополнения к картам. Среди них могут быть, например, список Wi-Fi-точек оператора или туристические маршруты по городам и регионам.

Отдельно отметим вопрос с локализованными названиями улиц и других объектах на картах. Вариантов решения есть два, первый из них – использовать английскую транскрипцию для отечественных названий. Обычно он подходит для иностранных пользователей, которые незнакомы с русским языком. Второй – использовать оригинальные названия – также встречается в некоторых продуктах. С локализацией связан вопрос о поиске объектов по названию, поскольку обычно для этого используется экранная клавиатура. Встречаются продукты, которые имеют русские названия улиц, однако поиск работает и по английским версиям имен, или есть возможность переключать раскладки у клавиатуры.

Программы

Программное обеспечение является третьим ключевым элементом навигационной системы. Именно программа определяет представление информации от GPS-приемника, данных карты, варианты их использования и все дополнительные возможности конечного продукта.

Формально можно сравнивать программы по предоставляемым функциям или удобству использования, однако это настолько субъективные элементы, что давать какие-то рекомендации в данном случае очень сложно. Не говоря уже о том, что и карты могут быть существенно разными (они обычно идут к каждой программе свои).

Оптимальный вариант для пользователя – попробовать самому каждый продукт и выбрать наиболее подходящий себе по удобству управления и использования.

Однако это не всегда возможно, так что можно предложить еще один вариант – ориентацию на наиболее популярные продукты. Мы постараемся в дальнейшем на страницах нашего ресурса осветить этот вопрос. Сейчас же коротко опишем возможности современных программ для навигации.

Речь пойдет в основном о программах для платформ Windows Mobile и Symbian. Некоторые автономные навигаторы используют аналогичное ПО с такими же функциями.

Конечно, самый главный критерий при выборе программы – наличие для нее качественных карт необходимого региона. Как бы ни была замечательна программа – без хороших карт она практически бесполезна.

Основные функции навигационной программы включают в себя:

• графическое отображение любого участка карты с масштабированием;
• поиск объектов по адресу или названию;>
• прокладка маршрута между любыми точками;
• отображение текущего положения и маршрута.

Все эти функции имеют множество параметров, удобство использования которых существенно влияет на эффективность программы. В частности, при отображении карты могут быть предусмотрены схемы цветового оформления, иногда с автоматическим переключением в ночной режим. Как мы говорили выше, отображением на карте POI обычно можно управлять, например, выбирать категории. Существенным элементом при выборе программы являются особенности отображения ею текущего состояния и движения по маршруту. Здесь нужно обратить внимание на режимы отображения карты (2D, 3D), управления отображением (масштабирование, движение), наличие дополнительной информации на экране в режиме движения (скорость, компас, уровень сигнала, следующий поворот и так далее).

Режим навигации

Поиск объектов может осуществляться несколькими способами – например, по типу объекта, по точному адресу, по последним запомненным точкам.

Прокладка маршрута может включать в себя несколько параметров. Например – минимальное время, минимальное расстояние, пешеходный или велосипедный маршрут. Иногда предусматривается построение маршрута сразу через несколько опорных точек, включая автоматическую оптимизацию порядка их посещения. Большинство продуктов перепрокладывает маршрут, в случае если пользователь сбился с него (например, объезжая пробку).

Еще одна интересная возможность навигаторов – наличие и качество голосовых подсказок. Большинство систем умеет сопровождать поездку и давать рекомендации, к примеру, о следующем повороте. Обычно продукты имеют в комплекте несколько модулей с разными языками. Для некоторых из них может применяться полный синтезатор (то есть не набор стандартных фраз из серии «Поверните налево через двадцать метров»), в этом случае озвучиваются названия улиц, объектов и всего остального. Иногда навигатор даже может прочитать вам SMS или прогноз погоды.

Стоит упомянуть и о возможности получения информации о трафике (пробках). Для этого может использоваться или специальный приемник, или сотовая связь. Эта информация анализируется программой навигации для прокладки наиболее быстрого маршрута.

Устройства

Кроме непосредственно приемника, навигационная система должна включать в себя устройство отображения и управления. В этом качестве сегодня часто используется КПК, смартфон или коммуникатор. Действительно – это достаточно компактные устройства, с качественными экранами и хорошими возможностями по управлению. В принципе любой КПК, выпущенный в последние несколько лет, можно использовать для навигации. Но здесь нужно обратить внимание на следующие факторы: время работы от батареи (если хочется использовать для пеших прогулок), размер и яркость экрана, возможность установки и питания в автомобиле (если рассматривается именно такой вариант), громкость встроенного динамика, наличие беспроводного интерфейса (для работу с Bluetooth-GPS-приемником), наличие слота для карты памяти (для программы и карт). В некоторых случаях, например для получения информации о пробках, может пригодиться и GSM-модуль. У смартфонов (здесь имеются в виду модели на Symbian) в принципе важны аналогичные параметры с учетом, скорее, пешеходного применения – экран у них небольшой, управление не сенсорное, так что в автомобиле использовать их менее удобно, чем КПК. Производительность устройств в данном приложении влияет в основном только на скорость (пере)прокладки маршрутов, так что даже слабые модели вполне подходят для навигации. На некоторых моделях также можно заметить медленную прорисовку детальных карт в режиме их просмотра, поскольку в нем меньше фильтруются отображаемые объекты.

Последнее время стало популярным встраивать GPS-приемник непосредственно в КПК. И если ранее это было заметно внешне (относительно большой размер устройства, внешняя антенна, как, например, у ASUS MyPal), то сейчас размеры приемников настолько незначительны, что это совершенно не сказывается на дизайне аппаратов (скажем, Nokia N95 и E-Ten Glofiish X500+). Часто подобные модели имеют специальный комплект поставки, включающий крепление и питание для автомобиля и навигационную программу. Во всем остальном они не отличаются от обычных КПК.

Навигаторы на базе КПК и сотового телефон

Итак, комплект Bluetooth-GPS-приемник + КПК/смартфон/коммуникатор + программа с картой может полностью реализовать навигационную систему и все ее возможности. Однако если у вас нет подходящего КПК, то такой комплект получается достаточно дорогим. Модели карманных компьютеров и коммуникаторов со встроенным GPS обеспечивают множество функций в одном устройстве, но и стоят много. Так что если вам не требуется универсальность КПК, то есть смысл обратить внимание на отдельные специализированные навигаторы. Из-за отказа от универсальности и ориентации именно на навигацию, они имеют меньшую стоимость и определенные конструктивные особенности, которые позволяют использовать их по профилю более эффективно.

Выглядят они обычно аналогично КПК, но штатно предусматривают крепление и питание в автомобиле, часто более крупный экран, громкий динамик, возможно специальное управление. Дополнительные возможности данной группы навигаторов включают в себя просмотр фото и видео, прослушивание музыки, работу в качестве громкой связи для мобильного телефона, получение и отображение информации о погоде и другие функции.

Автомобильный навигатор

Несколько в стороне стоят устройства, предназначенные для стационарного использования в автомобиле. Они могут входить в комплектацию автомобилей, поставляться отдельно производителем или иметь форм-фактор стандартных магнитол. Последние наиболее универсальны и обладают большими возможностями – навигация, работа с аудио-видео, сотовым телефоном. Отличительными чертами автомобильных систем являются относительно большой экран и интеграция в аудиосистему автомобиля, что повышает удобство использования.

Автомобильный медиацентр-навигатор

Для туристических походов может быть удобно использовать специальные походные модели, которые имеют повышенное время работы и крепкий защищенный корпус.

Портативный навигатор

Критерии при выборе навигационной системы зависят от многих факторов, в частности, от предполагаемых сценариев использования, наличия у пользователя уже какой-то части системы (например, КПК). Основными параметрами являются:

• наличие необходимых карт и их обновлений;
• для пешехода – время автономной работы, размер, и вес;
• для автомобиля – наличие крепления, качество и размер экрана, громкость динамика;
• для использования в городе – качество GPS-приемника, возможность установки внешней антенны;
• дополнительные возможности (аудио-/ видеоплеер, связь с сотовым телефоном)

Ну и, конечно, не стоит забывать о стоимости. Сегодня (ноябрь 2007 года) минимальные ориентиры следующие:

• Bluetooth-USB-приемник – 3 000 руб;
• КПК со встроенным GPS – 12 000 руб;
• коммуникатор с GPS – 17 000 руб;
• сотовый телефон с GPS – 14 000 руб;
• автомобильный навигатор – 8 000 руб;
• портативный навигатор (без карт) – 6 000 руб;
• отечественная программа навигации – 3000 руб;
• зарубежная программа навигации – 4 000 руб.

 

Кирилл Кочетков (kochet@ixbt.com)
Опубликовано — 21 ноября 2007 г.

[Раздел «Всегда на связи»]