03.03.2014

PostHeaderIcon Навигационные системы автомобилей

В последнее время в России наблюдается рост спроса на системы, объ­единяющие современные навигационные системы с системами мобильной связи для решения различных прикладных задач. Ярким примером такой ин­теграции являются системы управления транспортным парком предприятия с возможностью организации связи с подвижными единицами и автоматиче­ским отслеживанием и отображением их текущих координат в пространстве. В развитых зарубежных странах системы определения местоположения (ОМП) активно используются для контроля за местоположением и состояни­ем автотранспорта специального назначения: патрульных автомобилей поли­ции, автомобилей скорой медицинской помощи, автомобилей служб инкас­сации и т. д.

Создание и использование таких систем немыслимо без надежных средств связи диспетчера с транспортным средством (ТС) и постоянного кон­троля за его движением. Средства УКВ-радиосвязи действуют лишь на очень небольших расстояниях (десятки километров). В спутниковых системах связь с ТС осуществляется непосредственно через спутник, поэтому зона связи чрезвычайно широка. Связь с ТС и наблюдение за его движением осущест­вляются непосредственно в офисе транспортной компании или в диспетчер­ской службе АТТЕ. При этом необходимо соблюдение целого ряда требований [2].

1 Надежность доставки сообщении. ТС периодически оказываются в усло­виях, когда связь со спутником отсутствует (в туннеле, в железобетонном ан­гаре, под мостом, в металлическом пароме), или бывают просто загорожены близко расположенными высокими строениями. Для надежной доставки со­общений, переданных в такие моменты, в системе предусмотрены подтвер­ждения о доставке. Если подтверждения нет, система автоматически, без вмешательства оператора, повторяет его. Когда сообщение будет доставлено, диспетчер получит об этом уведомление с указанием времени и места дос­тавки (с точностью около 100 м). Кроме того, диспетчер получает уведомле­ние о том, что сообщение прочтено, также с указанием точного времени и места прочтения.

2 Регулярное автоматическое определение местоположения ТС. ОМП ТС только по запросу диспетчера затрудняет его работу и не позволяет просле­живать график движения. Кроме того, при каких-то чрезвычайных ситуациях последнее известное диспетчеру местоположение ТС может оказаться очень далеко от района происшествия. Чтобы диспетчер мог постоянно иметь акту­альную информацию о местонахождении и движении ТС, в системе должно быть предусмотрено автоматическое определение их местоположения. Оно производится, как правило, ежечасно, а также с каждым сообщением, под­тверждением о получении и прочтении сообщения, при каждом выключении двигателя. Все данные автоматически вводятся в компьютер и представляют­ся как в табличной форме, так и непосредственно на электронной карте в компьютере диспетчера.

3 Автоматическое получение и хранение информации. Компьютер принима­ет и хранит всю поступающую информацию даже в отсутствие диспетчера. Кроме того, в системе используется принцип электронного почтового ящика. Если компьютер диспетчера выключен, информация не пропадает, а хра­нится в центральном компьютере системы. Когда диспетчер включит свой компьютер, он получит всю информацию.

4 Малое потребление энергии. Подвижной состав (ПС) автотранспорта имеет ограниченные возможности электропитания, поэтому система должна быть экономична. Мобильный связной терминал (МСТ) системы использует ост­ронаправленную антенну, постоянно следящую за спутником, обеспечиваю­щую надежную связь при небольшой мощности излучения, что позволяет при низком уровне энергопотребления длительное время работать от аккуму­лятора.

5 Низкая стоимость. Спутниковая связь — наиболее совершенный вид связи, однако она относительно дорога. Максимально удешевить связь можно с по­мощью выбора архитектуры системы. Существенно уменьшает расходы ис­пользование не голосовой, а текстовой связи. Для дополнительного снижения расходов в системе предусмотрена возможность использования так называе­мых макросов, т. е. стандартных сообщений (типа бланка).

6 Конфиденциальность связи. Высокая конфиденциальность связи достига­ется за счет использования широкополосных шумоподобных сигналов ниже уровня естественных шумов, что в сочетании с остронаправленными антен­нами делает перехват таких сигналов крайне трудной задачей.

7 Наличие текстовой связи. Использование в системе текстовой связи наря­ду с обеспечением конфиденциальности и минимальной стоимости имеет и другие преимущества: документированность повышает ответственность пер­сонала. Передача текстового сообщения не требует обязательного наличия абонента на приемном конце в момент передачи, из-за чего иногда возникают трудности при голосовой связи.

8 Дистанционный контроль параметров. Дополнительно МСТ могут осна­щаться системами телеметрии в нескольких вариантах комплектации для контроля различных параметров транспортных средств и грузов (температу­ра в рефрижераторах, расход горючего, несанкционированное вскрытие и т. д.).

9 Сигнал тревоги в чрезвычайной ситуации (ЧС). При возникновении на транспортном средстве ЧС, когда срочно требуется помощь (авария, нападе­ние, внезапная болезнь), одним нажатием кнопки может быть послан сигнал тревоги, сопровождаемый указанием местонахождения терпящего бедствие.

К современным средствам координатно-временного определения раз­личных объектов, в том числе ТС, относятся системы спутникового позицио­нирования. Спутниковое позиционирование — метод определения координат объекта в трехмерном пространстве с использованием спутниковых систем. Особенно важной особенностью данных систем является их интеграция с геоинформационными системами (ГИС).

Автомобиль, оснащенный таким приемником, перемещаясь по местно­сти, автоматически фиксирует свои координаты. Может быть осуществлен ввод дополнительной информации. Данные накапливаются в цифровом виде в соответствующих форматах и могут быть выведены на экран в целях визуа­лизации и контроля.

К первому поколению спутниковых систем ОМП можно отнести сис­темы, которые разрабатывались до 1970-х годов и использовались более двух десятилетий: NNSS (США), ЦИКАДА (СССР). NNSS (Navy Navigation Satel­lite System) первоначально предназначалась для ВМФ США.

Ко второму поколению относятся две системы: GPS (США) и ГЛО — НАСС (РФ). GPS (Global Positioning System) имеет параллельное название NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging).

Запуск спутников первого блока начат в 1978 г. ГЛОНАСС рас­шифровывается как Глобальная навигационная спутниковая система. Уже работают приемные устройства, одновременно использующие и GPS, и ГЛОНАСС. В настоящее время идет большая работа над расширением при­менения системы ГЛОНАСС.

Задачи ОМП автомобилей, других транспортных средств, ценных гру­зов крайне актуальны как для государственных правоохранительных органов, так и для частных структур безопасности. Такие задачи приходится решать в процессе управления патрульными службами и контроля перемещения под­вижных объектов, обеспечения безопасности автомашин и их поиска в слу­чае угона, сопровождении ТС, ценных грузов и т. д.

В системах автоматического (автоматизированного) определения ме­стоположения транспортного средства — AVL (Automatic Vehicle Location system) местоположение ТС определяется автоматически по мере перемеще­ния его в пределах данной географической зоны. Система AVL обычно со­стоит из подсистемы ОМП, подсистемы передачи данных и подсистемы управления и обработки данных [2].

По назначению AVL-системы можно разделить:

— на диспетчерские системы, в которых осуществляется централизованный контроль в определенной зоне за местоположением и перемещением ТС в реальном масштабе времени;

— системы дистанционного сопровождения, в которых производится дис­танционный контроль перемещения подвижного объекта с помощью спе­циально оборудованной автомашины или другого ТС;

— системы восстановления маршрута, решающие задачу определения мар­шрута или мест пребывания ТС в режиме постобработки на основе полу­ченных тем или иным способом данных.

В состав конкретной AVL-системы часто входят технические средства, обеспечивающие несколько способов определения местоположения.

В зависимости от размера географической зоны, на которой действует AVL-система, она может быть:

— локальной, т. е. рассчитанной на малый радиус действия, что характерно в основном для систем дистанционного сопровождения;

— зональной, ограниченной, как правило, пределами населенного пункта, области, региона;

— глобальной, для которой зона действия составляет территории нескольких государств, материк, территорию всего земного шара.

С точки зрения реализации функций ОМП AVL-системы ха­рактеризуются такими техническими параметрами, как точность местоопре — деления и периодичность уточнения данных. Очевидно, что эти параметры зависят от зоны действия AVL-системы. Чем меньше размер зоны действия, тем выше должна быть точность ОМП. Так, для зональных систем, дейст­вующих на территории города, считается достаточной точность ОМП (назы­ваемая также зоной неопределенности положения) от 100 до 200 м. Некото­рые специальные системы требуют точности в единицы метров, для гло­бальных систем бывает достаточно точности в несколько километров. Для зональных диспетчерских систем идеальным может считаться получение данных о местоположении подвижного объекта до одного раза в минуту. Системы дистанционного сопровождения требуют большей частоты обнов­ления информации.

Система AVL обычно состоит из подсистемы определения местополо­жения, подсистемы передачи данных и подсистемы управления и обработки данных.

В комплект подсистемы автомобиля обычно входит [2]:

— спутниковая станция;

— совмещенная Inmarsat/ GPS антенна;

— бортовой компьютер;

— набор датчиков.

Методы определения местоположения, используемые в AVL-системах, можно разбить на три основных категории: зональные мето-

ды(приближения), методы ОМП по радиочастоте и методы навигационного счисления.

Метод приближения. С помощью достаточно большого количества кон­трольных пунктов, точное местоположение которых известно в системе, на территории города создается сеть контрольных зон. Местоположение ТС оп­ределяется по мере прохождения им контрольного пункта. Распознанный ин­дивидуальный код контрольного пункта передается в бортовую аппаратуру, которая через подсистему передачи данных передает эту информацию, а также свой идентификационный код в подсистему управления и обработки данных.

Типичный пример — комплекс аппаратуры оперативного розыска и за­держания угнанных транспортных средств (КОРЗ). Посты ГИБДД оснаща­лись аппаратурой, позволяющей принудительно остановить угнанный авто­мобиль при его появлении в зоне радиовидимости.

Методы ОМП по радиочастоте. Местоположение ТС определяется путем измерения разности расстояний от ТС до трех или более радиомаяков. Дан­ную группу методов можно условно разбить на две подгруппы: радиопелен­гация, радионавигация.

Методы радиопеленгации. С помощью распределенной по территории города сети пеленгаторов или с помощью мобильных средств пеленгации возможно отслеживание местоположения ТС, оборудованных радиопередатчиками — маяками (системы ARKAN, "АВТОЛОКАТОР", "ЛОДЖЕК").

Методы радионавигации. Наилучшие точностные и эксплуатационные ха­рактеристики в настоящее время имеют спутниковые навигационные систе­мы (СНС), в которых достигается точность местоопределения в стандартном режиме не менее зону 100 м, а с применением специальных методов обра­ботки информационных сигналов в режиме фазовых определений или диф­ференциальной навигации — несколько метров.

Технические решения, предлагаемые различными фирмами, достаточ­но близки по своим показателям и различаются деталями, которые, однако, могут оказаться существенными для конкретного пользователя системы. Как правило, оборудование системы включает в себя бортовой навигационный вычислитель, радиостанцию УКВ-радиосвязи или сотовый телефон.

Дальность вычисляется путем умножения скорости распространения радиосигнала на время задержки, при прохождении им расстояния от спут­ника до пользователя. Величина временной задержки определяется сопостав­лением кодов сигналов, излучаемых спутником и генерируемых приемным устройством, методом временного сдвига до их совпадения. Временной сдвиг измеряется по часам приемника. Координаты спутников известны с высокой точностью. Для нахождения широты, долготы, высоты, исключения ошибок часов приемника достаточно решить систему из четырех уравнений.

Поэтому приемник пользователя должен принимать навигационные сигналы от четырех спутников.

Скорость определяется по доплеровскому сдвигу несущей частоты сиг­нала спутника, вызываемому движением пользователя. Доплеровский сдвиг замеряется при сопоставлении частот сигналов, принимаемых от спутника и генерируемых приемником.

Методы навигационного счисления. Данные методы ОМП основаны на изме­рении параметров движения ТС с помощью датчиков ускорений, угловых скоростей, пройденного пути и направления. На основе полученных данных вычисляется текущее местоположение ТС относительно известной начальной точки. В целом данные методы могут использоваться в системах, применяю — тттих методы радионавигации. Основное преимущество методов на­вигационного счисления — независимость от условий приема навигационных сигналов бортовой аппаратурой.

На территории города с плотной застройкой могут встречаться участки, где затруднен прием сигналов от наземных систем и даже СНС. На таких участках бортовая навигационная аппаратура не в состоянии вычислить ко­ординаты подвижного объекта.

Недостатками методов навигационного счисления можно считать не­обходимость коррекции накапливаемых ошибок измерения параметров дви­жения, достаточно большие габариты бортовой аппаратуры, отсутствие дос­тупной малогабаритной элементной базы для создания бортовой аппаратуры (акселерометров, автономных вычислителей пройденного пути, датчиков на­правления), сложность обработки параметров движения с целью вычисления координат в бортовом вычислителе. Наиболее перспективным направлением применения подобных методов можно считать их совместное использование с радионавигацией, что позволит скомпенсировать недостатки, присущие обоим методам.

В бортовом ТС используются: датчик пути, подключаемый к спидо­метру автомашины, датчик направления на основе феррозондов, измеряю­щих отклонение оси автомашины от магнитного меридиана Земли, и датчик ускорения (акселерометр), обеспечивающий устранение ошибок феррозондо — вого датчика, возникающих из-за негоризонтального расположения объекта относительно поверхности Земли. Корректировка ошибок счисления произ­водится по цифровой векторной карте транспортной сети города, что позво­ляет достичь точности ОМП до нескольких метров. Имеется возможность использования элементов бортового оборудования совместно с приемником СНС.

В заключение рассмотрения автомобильных навигационных систем следует отметить главные трудности их внедрения:

— высокая стоимость;

— отсутствие точных электронных карт местности;

— недостаточная юридическая база применения систем.

Март 2014
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Фев    
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31  

Мастерская Своего Дела - msd.com.ua