Navigationssysteme für das Auto erfreuen sich einer immer größeren
Beliebtheit. Nicht nur in Neuwagen nimmt die Anzahl der installierten
Systeme rapide zu. Auch rüsten immer mehr Menschen ihre Autos nach.
Laut Bundesverbandes Technik des Einzelhandels (BVT) wurden 2002
700000 Geräte verkauft. In diesem Jahr (2003) sollen es 900000 werden.
Das entspricht einem Umsatz von 1,5 Mrd. Euro.1
Die hohe Akzeptanz dieser Geräte im Markt ist begründet durch ihren
Komfort, hohen Nutzen sowie eine einfache Bedienung. In den letzten 20
Jahren wurden diese Merkmale kontinuierlich verbessert. Bei ersten Geräten
musste noch umständlich die aktuelle Startposition des Fahrzeugs eingeben
werden. Die „Navigationshilfe“ bestand dann aus einer Art Kompassnadel,
die Richtung und Entfernung zum Ziel anzeigte.
Es gab auch Systeme, die bereits Karten benutzen. Diese wurden in
Papierform auf eine Art XY-Schreiber aufgespannt. Das Fahrzeug wurde
dann mit Hilfe eines Lichtpunktes dargestellt.
Für den Durchbruch von Navigationssystemen waren daher eine Reihe
technischer Innovationen nötig. Als wichtigste sind hier Miniaturisierung
von Elektronik sowie die Erfindung von Bildschirmen, die nicht auf dem
Prinzip der Braun’schen Röhre basieren (LCD), zu nennen.2
Weiterhin beschleunigt wird der Absatz der Systeme durch einen relativ
günstigen Preis, den eine Massenproduktion mit sich bringt. Ein Nachrüstkit
ist derzeit für unter 1000 EUR erhältlich.
1 Vgl. manager magazin.de, Multi-Mobile-Media, http://www.managermagazin.
de/life/ifa/0,2828,264191,00.html
2 Vgl.Schlott, Stefan,Fahrzeugnavigation–Routenplanung, Positionsbestimmung,
Zielführung, Verlag moderne Industrie 1997, S.12-14
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Formen von Navigationssystemen
2.1 Mobile Systeme
2.1.1 Onboard-Lösungen
2.1.2 Offboard-Lösungen
2.2 Autarke Navigationssysteme
2.2.1 Systemkomponenten
2.2.2 Sensoren
3 Ablauf der Navigation
3.1 Positionsbestimmung
3.2 Routenplanung
3.2.1 Anforderungen
3.2.2 Karten
3.2.3 Berechnung
4 Satellitenortungssysteme
4.1 GPS
4.1.1 Ortung
4.1.2 Selective Availability
4.2 Alternative Satellitensysteme
4.2.1 GLONASS
4.2.2 Galileo
5 Trends und zukünftige Entwicklungen
5.1 Dezentrale Funknetze
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Die vorliegende Seminararbeit untersucht den technologischen Wandel und die steigende Bedeutung von Informatiklösungen in der modernen Automobilbranche am Beispiel von Navigationssystemen. Das primäre Ziel ist es, die Funktionsweisen, Systemkategorien sowie die zugrunde liegenden Algorithmen und Ortungstechnologien zu erläutern und einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungstrends zu geben.
- Kategorisierung von Navigationssystemen in mobile und autarke Lösungen
- Analyse der algorithmischen Routenplanung und Kartenmodellierung
- Untersuchung von Satellitenortungssystemen wie GPS, GLONASS und Galileo
- Diskussion über technische Herausforderungen und Innovationen in der Fahrzeugnavigation
- Ausblick auf zukünftige Entwicklungen, insbesondere dezentrale Funknetze (Ad-hoc-Netzwerke)
Auszug aus dem Buch
3.2.3 Berechnung
Bei der eigentlichen Berechnung der Route werden die relevanten Daten in den Hauptspeicher geladen. Um Platz zu sparen, werden bereits gefahrene Streckenteile aus dem Speicher gelöscht und durch kommende ersetzt. Eine Straße wird als Vektor dargestellt, also als Graph, der zwei Orte verbindet.
Dieser Graph wird gewichtet, z.B. mit der Entfernung der Strecke. Möglich sind auch andere Gewichte, z.B. wie schön oder wie schnell befahrbar eine Strecke ist. Auch müssen diese Gewichte nicht statisch sein, z.B. können Art der Strasse (Landstrasse, Autobahn) und gemeldete Verkehrsdichte zu dynamischen Werten führen. Es handelt sich also um ein Graphenproblem. Ziel ist es, die kürzeste Strecke im Graphen zu finden, was äquivalent ist mit der Minimierung der Summe aller Gewichte von der Quelle zum Ziel.
Es gibt eine Reihe von Algorithmen, um den kürzesten Pfad zu bestimmen. Die bekanntesten sind der Dijkstra-Algorithmus, der Bellman-Ford Algorithmus und der Floyd-Warshall-Algorithmus. Sie unterscheiden sich in ihrer Komplexität, das heißt abhängig von ihrer Implementierung und der Anzahl zu verarbeiteten Knoten und Verbindungen verändert sich die Laufzeit für die Routenberechnung. Es ist denkbar, dass je nach Karte und Strecke unterschiedliche Algorithmen von dem System gewählt werden. Dies macht durchaus Sinn, da sich die Anzahl der benötigten Rechenoperationen im dreistelligen Millionenbereich befinden kann und die Rechenzeit begrenzt ist.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung beleuchtet die steigende Beliebtheit von Navigationssystemen im Automobilbereich und die technischen Innovationen, die deren massenhafte Verbreitung ermöglicht haben.
2 Formen von Navigationssystemen: Dieses Kapitel differenziert zwischen mobilen Navigationsgeräten, die meist auf tragbaren Computern basieren, und autarken, fest im Fahrzeug verbauten Systemen.
3 Ablauf der Navigation: Hier werden der Prozess der Positionsbestimmung sowie die algorithmischen Grundlagen der Routenplanung und deren Anforderungen an die Datenstruktur erläutert.
4 Satellitenortungssysteme: Das Kapitel erklärt die Funktionsweise des GPS sowie dessen historische Einschränkungen und gibt einen Überblick über alternative Systeme wie GLONASS und Galileo.
5 Trends und zukünftige Entwicklungen: Abschließend werden neue Anwendungsmöglichkeiten und das Potenzial dezentraler Funknetze für die zukünftige Fahrzeugkommunikation diskutiert.
Schlüsselwörter
Navigationssysteme, GPS, Routenplanung, Positionsbestimmung, Onboard-Lösungen, Offboard-Lösungen, Graphenalgorithmen, Satellitenortung, GLONASS, Galileo, Dezentrale Funknetze, Verkehrsinformationen, Informatik, Automobilbranche, Ad-hoc-Netzwerke
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die technologische Entwicklung und Funktionsweise von Navigationssystemen im Automobilsektor, von der historischen Einordnung bis hin zu aktuellen und zukünftigen Entwicklungen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Felder umfassen die Systemarchitekturen (mobil vs. autark), die mathematischen Methoden der Routenplanung, die Grundlagen der Satellitenortung sowie zukünftige Trends wie die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, einen fundierten Überblick über die Informatik in der Automobilbranche zu geben und aufzuzeigen, wie komplexe Systeme wie die Fahrzeugnavigation heute technisch realisiert werden.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Der Autor nutzt eine systematische Analyse und Literaturarbeit, um technische Konzepte, Algorithmen und aktuelle Markt- sowie Forschungstrends wissenschaftlich fundiert darzustellen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Vorstellung von Systemkategorien, die Erklärung des Navigationsablaufs (Positionsbestimmung und Routenberechnung) sowie eine detaillierte technische Analyse von Satellitenortungssystemen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich primär durch Begriffe wie Navigationssysteme, GPS, Routenplanung, Informatik in der Automobilbranche und Satellitentechnologie beschreiben.
Wie unterscheidet sich ein „Offboard-Navigationssystem“ von einer „Onboard-Lösung“?
Bei Onboard-Lösungen findet die Routenplanung lokal auf dem Gerät statt, während bei Offboard-Systemen die Berechnung zentral auf einem externen Server erfolgt und die Daten per Mobilfunk übertragen werden.
Warum ist die „Selective Availability“ für die GPS-Ortung relevant gewesen?
Selective Availability war eine vom US-Militär eingeführte künstliche Verschlechterung der GPS-Genauigkeit für zivile Nutzer, die erst im Mai 2002 vollständig abgeschaltet wurde.
Welche Rolle spielen „dezentrale Funknetze“ für die zukünftige Mobilität?
Dezentrale Funknetze ermöglichen Fahrzeugen den direkten Informationsaustausch über Parameter wie Geschwindigkeit oder Verkehrsbedingungen, um so beispielsweise das Stau-Management zu optimieren.
Warum werden bei der Routenberechnung oft Graphen-Algorithmen wie der Dijkstra-Algorithmus genutzt?
Da die Routenplanung als Graphenproblem definiert ist, dienen diese Algorithmen dazu, effizient den kürzesten oder schnellsten Weg zwischen zwei Knoten (Orten) unter Berücksichtigung verschiedener Streckengewichte zu berechnen.
- Arbeit zitieren
- Sasan Safai (Autor:in), 2003, Informatik in der Automobilbranche am Beispiel von Navigationssystemen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/18000
