Как это работает? Маршрутизация на Яндекс.Картах

Вчера мы объявили о масштабном обновлении Яндекс.Карт — на них появились подробные схемы большинства стран мира. За этим проектом стоит не просто нанесение на карту новых объектов, но прежде всего технологическая основа, которая позволяет хранить, быстро обрабатывать и обновлять эти данные. В Яндекс.Картах вообще немало интересных технологий, и сегодня мы хотим рассказать об одной из них — технологии построения маршрутов.

Десять-пятнадцать лет назад в бардачке каждого водителя лежал атлас дорог. Он и был главным помощником при планировании маршрута. Сейчас вместо атласа люди всё чаще открывают электронные карты и мобильные приложения. И умные алгоритмы сами строят для человека наилучший маршрут. Яндекс помогает людям планировать поездки на сервисе maps.yandex.ru, в мобильных приложениях Навигатор и Яндекс.Карты. Технология построения маршрута везде одна и та же, различаются только интерфейсы.

Главные составляющие маршрутизации — это дорожный граф и алгоритм, который рассчитывает маршрут.

Что такое граф

Дорожный граф — это сетка дорог. Она состоит из множества фрагментов, которые состыкованы между собой. Например, дорожный граф города Саратова (население — около 840 тысяч человек) состоит из 7592 фрагментов. Каждый из них несёт информацию о своём участке дороги: географические координаты, направление движения, средняя скорость, с которой машины обычно едут на этом участке, и другие параметры. Каждый фрагмент содержит также данные о том, как он стыкуется с соседними участками — есть ли в этом месте поворот направо или налево, можно ли там развернуться в обратную сторону или разрешается ехать только прямо.

Само собой, дорожный граф нельзя сделать раз и навсегда. Транспортная система города имеет обыкновение меняться. Появляются новые дороги и развязки, меняется направление движения. А там, где ещё недавно был поворот, может висеть «кирпич». Чтобы не отставать от жизни, Яндекс регулярно обновляет данные.

Во-первых, постоянно обрабатываются сообщения о неточностях в графе, которые пользователи присылают с помощью мобильных Яндекс.Карт, Навигатора и веб-сервиса Яндекс.Карты. С этими сообщениями работают эксперты Яндекса, которые используют также открытые источники информации о транспортной системе (например, сайты местных администраций).

Во-вторых, для определения неточностей на карте дорог существует специальная система. Она фиксирует все случаи, когда данные о движении машин, которые анонимно передают водители, не совпадают с имеющейся сеткой дорог. Если это не случайный нарушитель, который выехал на газон или развернулся в неположенном месте, возможно, на этом участке изменилась схема движения. Все такие случаи разбираются, и потом изменения вносятся в граф.

Дорожный граф хранится на серверах Яндекса в нескольких экземплярах — если какой-то из серверов будет временно недоступен, маршрутизация все равно будет работать.
 

Как строится маршрут

Маршрут рассчитывается по алгоритму Дейкстры. С его помощью система вычисляет самый быстрый вариант проезда — исходя из длины каждого отрезка графа и скорости движения на этом участке. Если пользователь строит маршрут проезда без учёта пробок, то алгоритм использует среднюю скорость движения на участке. А если пользователь хочет знать, как быстрее всего добраться до места с учётом ситуации на дороге, то алгоритм задействует данные о текущей ситуации на дороге.

Как это происходит, можно разобрать на примере. Представим, что нужно проложить маршрут из точки А в точку B. Алгоритм начинает методично перебирать все возможные варианты. Первым делом он прокладывает маршрут на один шаг (фрагмент графа) во все стороны от точки А. И затем вычисляет, сколько времени потребуется на преодоление этих участков (тут все просто — расстояние делится на скорость). Дальше он выбирает точку, до которой удалось бы добраться быстрее всего. Это точка С.

Затем алгоритм строит маршрут ещё на один шаг — во все стороны от точки С. И снова анализирует, в какую из точек можно было бы попасть быстрее всего. На этот раз это точка D. На следующем шаге алгоритм будет строить маршрут уже от неё.

Продолжая в том же духе, маршрутизатор находит вариант проезда, который оказывается самым коротким по времени.

Особая тема — дворы. Как известно, сквозной проезд через дворы запрещён. Кроме того, на петляния по дворам зачастую уходит больше времени, чем на проезд по прямой. Чтобы сервис не строил маршруты через дворы, за них начисляются дополнительные минуты (они не влияют на время в пути, которое видит пользователь). Поэтому в большинстве случаев алгоритм выбирает другие варианты проезда — они занимают меньше времени. Однако если конечная точка маршрута находится во дворе, алгоритму в любом случае придётся туда «въехать».

Построение маршрута происходит очень быстро. Пока вы читаете эти несколько абзацев, сервис уже несколько раз успел бы оплести паутиной маршрутов всю Россию. Чтобы добиться такой скорости, всю карту автоматически поделили на множество областей, для каждой из которых можно посчитать оптимальные варианты её пересечения. Такой областью может быть, например, небольшой городок, через который проходит всего одна междугородняя трасса — въехать и выехать из города можно только по ней. Это значит, что Яндекс может заранее рассчитать оптимальный вариант проезда через этот город.

Если на пути пользователя лежат несколько таких областей, Яндекс просто складывает маршрут из уже готовых кусочков.

Всевозможные варианты проезда внутри каждой области и между ними Яндекс строит заранее — при каждом обновлении графа. Дальше, когда пользователь просит построить маршрут, сервис просто вытаскивает его из памяти. Правда, это срабатывает, только если человеку нужен маршрут без учёта пробок — заранее построенные маршруты рассчитаны на основе средней скорости движения, которая заложена в графе. Если же пользователь хочет построить маршрут с учетом ситуации на дороге и внутри области в данный момент есть пробки, Яндекс построит для него маршрут заново.