Системы GPS-мониторинга транспорта (стр. 2 из 3)

Но если учитывать огромную скорость распространения электромагнитной волны, ошибка в расчетах на тысячные доли секунды может привести к довольно серьезным погрешностям в вычислении расстояния до спутника, а затем и в построении сфер и определении координат. Таким образом, мы подобрались к одному важному нюансу — для корректного определения координат необходим четвертый спутник.

После построения трех сфер приемник начинает манипулировать с временной задержкой. При каждом новом сдвиге времени приемника строятся новые сферы, точка пересечения их «расплывается» в треугольник. То есть сферы перестают пересекаться, а местоположение GPS-приемника может с определенной вероятностью быть в любой из точек треугольной области. Затем временные сдвиги продолжаются до тех пор, пока все три сферы снова не пересекутся в одной точке. Получаем довольно точные координаты. И чем больше спутников «видит» навигатор, тем точнее мы можем скорректировать время с вытекающим из этого увеличением точности позиционирования. При наличии четвертого спутника начинает работать так называемая 3D-навигация, и мы имеем возможность определить высоту над уровнем моря, скорость передвижения по поверхности и скорость вертикального перемещения.

Немного о точности. При создании системы в нее специально внесли так называемый режим S/A (Selective Availability — ограниченный доступ). Этот режим разработан для того, чтобы не дать возможному противнику тактического преимущества в определении местоположения с помощью GPS.

Принцип действия данного режима заключается в искусственном рассогласовании часов спутника и приемника. Поэтому даже при хорошем приеме сигналов нескольких спутников точность не превышала 100 метров.

Однако в 2000 году данный режим был отменен, и официально система GPS стала давать возможность определять координаты более точно. Как правило, указывают точность в 20…30 метров. Если использовать специальные алгоритмы пост-обработки, точность можно повысить вплоть до нескольких миллиметров, но это умеют делать геодезические системы. Для работы с такими системами нужен сертификат и разрешение, а их стоимость превышает стоимость бытовых навигаторов в десятки раз.

На точность определения координат существенное влияние оказывают ошибки, возникающие при выполнении процедуры измерений. Природа этих ошибок различна.

1. Неточное определение времени. Вносит погрешность порядка 1 метра.

2. Погрешности вычисления орбит спутников (уточнения эфемерид). Вносят погрешность порядка 1 метра.

3. Ионосферные задержки сигнала. Вносят погрешность до 10 метров.

4. Многолучевое отражение от высоких зданий, других объектов. Вносит погрешность до 2 метров.

5. Геометрическое расположение спутников.

6. Тропосферные задержки сигнала.

GPS технологии на транспорте

Большинство российских компаний, осуществляющих перевозки, рано или поздно сталкивается с проблемой злоупотреблений со стороны работников, непосредственно эксплуатирующих технику. Это и «сливы топлива», и «левые рейсы», и «приписка пробега». Все эти и многие другие проблемы (контроль передвижения транспорта в реальном времени, оптимизация транспортных схем, создание полной базы данных по работе автотранспорта) поможет решить система мониторинга на основе GPS.

Black_box и Black_box-GSM представляют собой функционально законченные устройства системы мониторинга мобильных объектов, способные решать различные задачи по управлению транспортом и другими мобильными объектами с помощью системы глобального позиционирования GPS.

Система Black_box

В основу этой системы положен принцип «черного ящика», который записывает различную информацию с датчиков транспортного средства, а также информацию о местонахождении объекта, получаемую со спутников с помощью GPS-модуля, установленного на борту транспортного средства.

Используемый в системе модуль GPS изготовлен на основе высокопроизводительного чипсета SiRFstarIII и может работать от отраженных сигналов (его 20-канальный приемник имеет очень хорошую чувствительность –158 дБм), что позволяет в некоторых случаях размещать GPS-антенну внутри транспортного средства). Модуль GPS имеет низкое энергопотребление — до 70 мА; время «горячего старта» — 1 с, время «холодного старта» — 45 с.

Black_box оснащен шестью аналоговыми входами с 10-разрядным АЦП с диапазоном измерения от 0 до 40 В с точностью измерения 0,05 В, а также шестью дискретными входами, двумя 16-разрядными счетчиками импульсов и двумя управляющими выходами, рассчитанными на ток до 300 мА. Широкий диапазон входных напряжений и высокая точность измерения позволяет подключать к Black_box как штатные датчики автомобиля (датчик уровня топлива, тахометр, давление масла двигателя, температура охлаждающей жидкости, включение зажигания), так и установленные дополнительно датчик расхода дизельного топлива и др.). Это позволяет реализовать любую задачу, связанную с управлением мобильных объектов, — от единичного автомобиля до парка в несколько сотен автомашин.

Black_box имеет встроенную защиту от перенапряжения и короткого замыкания, способен сохранять 180 000 записей с интервалом от 1 до 50 с.

При формировании пакета данных с интервалом 10 с емкость памяти устройства позволяет записывать данные в течение 20 суток, после полного заполнения памяти устройства новые данные записываются «по кругу», стирая наиболее старые. Наличие порта RS-232 позволяет существенно расширить его функциональные возможности, а также производить диагностику и настройку. Black_box имеет автономный источник питания — Li-on батарею емкостью 1,2 А·ч, которая позволяет системе автономно работать при потере бортового питания до 48 ч. Перенос информации с объектов наблюдения на компьютер диспетчера осуществляется вручную при помощи флэш-карты. Корпус устройства Black_box изготовлен из алюминия, имеет современный дизайн и отличается небольшими размерами. В комплект поставки входит: Black_box, внешняя GPS-антенна, комплект проводов (для подключения к системам автомобиля), удлинитель считывателя (при помощи которого данные переносятся на флэш-карту).

На рис. 4 схематически изображен принцип работы системы Black_box.

Такая система, установленная на автомобиле, записывает данные с датчиков, а также информацию о скорости и местоположении объекта с заданным интервалом времени. Эти данные вручную при помощи флэш-карты переносятся на компьютер диспетчера, где при помощи ПО клиента становятся доступны для анализа.

Система Black_box-GSM

Black_box-GSM представляет собой законченное решение системы мониторинга автотранспорта, выполненное на функциональной базе Black_box со встроенным малогабаритным модулем GSM/GPRS нового поколения. Данная система позволяет получать данные об объекте наблюдения в «реальном времени» с заданным интервалом по каналу GPRS.

Пакеты данных с установленного на транспортном средстве Black_box-GSM через Интернет передаются на сервер компании-поставщика или сервер клиента. Модуль GSM/GPRS имеет встроенный стек протоколов ТСР/IP, позволяющий существенно упростить обмен информацией в Интернете. Этот модуль работает в GSM-сетях на частотах 900/1800/1900 МГц. Он поддерживает передачу данных в трех режимах:

* GSM/GPRS — позволяет передавать данные на сервер через Интернет по протоколу ТСР/IP;

* GSM/CSD — позволяет передавать данные напрямую на модем диспетчерского пункта со скоростью 9600 бит/с, а также производить настройки оборудования;

* GSM/SMS — позволяет дистанционно производить настройку оборудования с мобильного телефона.

Кроме того, предусмотрено неавтоматическое получение информации («вручную») при помощи флэш-карты — используется как резервный способ получения информации, либо на местности, где сотовая связь недоступна.

Black_box-GSM имеет автономный источник питания — Li-on батарею емкостью 1,2 А·ч, которая позволяет системе автономно работать при потере бортового питания до 24 ч. Корпус устройства Black_box-GSM изготовлен из алюминия, имеет современный дизайн и отличается небольшими размерами. В комплект поставки входит: Black_box-GSM, внешняя GPS-антенна, внешняя GSM-антенна, комплект проводов (для подключения к системам автомобиля).

На рис. 5 схематически изображен принцип работы системы Black_box-GSM. Эта система, установленная на автомобиле, записывает данные с датчиков, а также информацию о скорости и местоположении объекта с заданным интервалом времени. Эти сведения по каналу GPRS с помощью модуля GSM/GPRS передаются на сервер (интервал времени получения данных определяется для каждого устройства), затем диспетчер по Интернету при помощи ПО клиента получает данные (местоположение транспорта в реальном времени) с сервера, после чего они становятся доступны для анализа.

Рис. 5 Принцип работы системы Black_box-GSM

В таблице 1 приведены технические характеристики устройств Black_box и Black_box-GSM.

Для эксплуатации оборудования нами разработан программный комплекс CarControl, который состоит из двух частей: ПО сервера и ПО клиента.

Описание ПО сервера

ПО сервера позволяет получать и сохранять:

* данные, поступающие с мобильных объектов на выделенные порты сервера по протоколу ТСР/IP;

* данные, поступающие с мобильных объектов в режиме GSM/CSD с использованием GSM-терминала, а также передавать ранее полученные на сервер данные о мобильных объектах на компьютеры диспетчерских центров (по запросу).

Через один порт сервера возможно получение информации о 100 мобильных объектах. Максимальное количество компьютеров диспетчерских пунктов, которые могут передавать данные на сервер через один порт, — 50. Данные, поступающие на сервер, содержат информацию как о маршруте транспортного средства, скорости, данных с датчиков и т. д., так и о местонахождении автомобилей в режиме реального времени и тревожных событиях. При передаче данных осуществляется их программное сжатие и идентификация лица, получающего доступ к данным (по имени пользователя и паролю). ПО сервера имеет веб-интерфейс, позволяющий клиентам получать данные о мобильных объектах без использования специального ПО клиента, посредством обычного Интернет-браузера. Веб-интерфейс работает по стандартному протоколу HTTP и позволяет клиентам использовать для получения информации как полноценные ПК, так и коммуникаторы и мини-компьютеры, подключенные к Интернету. ПО сервера позволяет дистанционно производить настройку оборудования с помощью терминала в ручном режиме, а также полностью производить администрирование базы данных сервера.