Автоматизированные системы обработки информации и управления на автомобильном транспорте

7. Наличие текстовой с в я з и. Использование в системе текстовой связи наряду с обеспечением конфиденциальности и минимальной стоимости имеет и другие преимущества: докумен-тированность 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. Краткие информативные текстовые сообщения (особенно стандартные -- макросы) экономят время диспетчера на получение нужной информации и расходы на телефонные разговоры.

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. Этот сигнал дополнительно дублируется по «горячей» линии Центра системы.

В АТП и компаниях, где используются системы типа «Евтел-тракс», эффективность использования ПС возрастает на 15 --20 %. Такие результаты обеспечивают прежде всего следующие факторы:

* оптимальное планирование, основанное на имеющихся фрах-тах, точном знании местонахождения и сроков прибытия автомашин;

* возможность оперативного управления автомашинами в рейсе в соответствии с меняющейся обстановкой, в том числе их переадресация и постановка новых задач;

* сокращение времени кругорейса за счет:

а) оптимального управления движением ТС (уведомление грузоотправителя/грузополучателя о точном времени прибытия автомобиля, что значительно сокращает простой при загрузке/выгрузке, заблаговременный заказ по ходу движения диспетчером других ТС и сервисных услуг, оптимизация маршрута с учетом сведений о дорожной обстановке, помощь в поиске клиента и т.д.);

б) своевременной помощи водителю при возникновении у него затруднений в контактах с грузоотправителем/грузополучателем, на погранпереходах, при поломках, авариях, различных конфликтных ситуациях;

в) отсутствия необходимости сворачивать с трассы и искать телефон для связи с диспетчером, простоев на ожидание ответа;

г) исключения несанкционированных простоев и изменений маршрута;

д) возможности для диспетчера связаться с водителем в любое время;

* получение большего числа фрахтов, более высокая оплата, так как многие грузоотправители предпочитают доверить груз той фирме, машины которой оснащены спутниковой системой, позволяющей контролировать движение груза (особенно при отправке ценных или опасных грузов), при этом они готовы повысить оплату фрахта;

* возможность работать на условиях доставки точно в срок, когда ставки за фрахт значительно выше, но за несвоевременную подачу машин накладываются большие штрафы. Система позволяет контролировать процесс перевозки и при возникновении непредвиденных ситуаций использовать резервы;

* возможность работать с перецепкой, используя импортные тягачи и наиболее опытных водителей для работы за рубежом, а остальной парк -- для доставки грузов от границы. С помощью системы обеспечивается необходимая для такой работы координация работы парка ПС;

* экономия горючего и моторесурсов за счет сокращения холостого пробега и пробега с неполной нагрузкой, неоптимальных решений, принимаемых водителем самостоятельно при недостаточной информированности, съездов с трассы для телефонных разговоров, а также экономия средств, затрачиваемых на сами международные телефонные переговоры;

* возможное снижение страховых взносов, так как постоянный контроль за движением автопоездов существенно снижает риск страховщика.

Это лишь основные факторы. Имеется и множество других, которые позволяют добиться впечатляющих результатов. Опыт работы как зарубежных, так и российских транспортных предприятий показывает, что в современных условиях средства, вложенные в систему связи и управления, приносят прибыли больше, чем средства, вкладываемые в наращивание количества ПС без таких систем.

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 (ТИС).

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. Позже система получила название TRANSIT; в эксплуатации с 1964 г., в 1967 г. открыта для гражданского коммерческого использования. В 1970-х годах появились сравнительно малогабаритные приемники GEOCEIVER, позволившие определять координаты с дециметровой точностью. К 1980 г. многие тысячи потребителей разных государств мира пользовались услугами этой системы.

Ко второму поколению относятся две системы: GPS (США) и ГЛОНАСС (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.

Орбитальные группировки GPS и ГЛОНАСС состоят из 24 космических аппаратов (КА). КА в GPS расположены в шести, а ГЛОНАСС -- в трех плоскостях, развернутых соответственно через 60° и через 120°.

Для передачи данных несущий сигнал модулируется по фазе, частоте или амплитуде. Соответственно модуляция называется фазовой, частотной или амплитудной (ФМ, ЧМ или AM).

В ГЛОНАСС и GPS имеет место особый способ ФМ -- манипуляция фазы: в момент смены в коде 0 на 1 или 1 на 0 фаза несущего колебания изменяется на 180°.

В 1970-х годах стали развиваться методы измерения дальностей с использованием радиоимпульсов с начальными фазами 0 и я, интерпретируемых как 0 и 1. Закономерное чередование нулей и единиц образует код. Кодовые сигналы воспринимаются как случайный шум. Поэтому их называют псевдослучайными последовательностями (ПСП) или псевдослучайными кодами (Pseudo Random Code). Они обладают малой мощностью, однако благодаря строгой закономерности построения их удается выделить из общего шумового фона даже при помощи миниатюрных антенн. Тем не менее сигналы должны в несколько раз превышать уровень шума. Важным показателем является отношение сигнал/шум -- SNR (Signal to Noise Ratio). Чем SNR больше, тем лучше.

Поток сообщений каждого спутника состоит из 25 блоков по 1500 бит. Каждый блок разбит на 5 подблоков по 300 бит. Наиболее важные сведения потока сообщений обычно обновляют через каждые четыре часа. В GPS все спутники работают на одних и тех же частотах, но каждый имеет свой код (разделение сигналов кодовое).

В ГЛОНАСС все сигналы модулированы одними и теми же кодами высокой точности (ВТ) или стандартной точности (СТ). Каждый спутник работает на собственных частотах (т. е. разделение сигналов частотное).

На спутниках эталонные генераторы высокостабильных колебаний одновременно являются хранителями времени. На борту каждого КА сигналы формируются от четырех цезиевых атомных стандартов с относительной нестабильностью частоты около 10"13 в сутки. Передаваемые радиосигналы несут метки времени. По этим меткам на Земле при помощи станций службы времени производится сверка временных шкал с государственными эталонами. По ним же синхронизируют измерения и в аппаратуре пользователей.

5.2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ РЕАЛИЗАЦИИ ОМП В ЛОКАЛЬНЫХ И ЗОНАЛЬНЫХ АСУ АТП

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.

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 одним или несколькими диспетчерами системы, находящимися в стационарных диспетчерских центрах (это могут быть системы оперативного контроля перемещения патрульных автомашин, контроля подвижных объектов, системы поиска угнанных автомашин);

системы дистанционного сопровождения, в которых производится дистанционный контроль перемещения подвижного объекта с помощью специально оборудованной автомашины или другого ТС; чаще всего такие системы используются при сопровождении ценных грузов или контроле перемещения транспортных средств;

системы восстановления маршрута, решающие задачу определения маршрута или мест пребывания ТС в режиме постобработки на основе полученных тем или иным способом данных; подобные системы применяются при контроле перемещения ТС, а также с целью получения статистических данных о маршрутах.

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 местоопределения 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.

Методы ОМП, используемые в AVL-системах, можно разбить на три основных категории: зональные методы, методы навигационного счисления и методы ОМП по радиочастоте. Рассмотрим коротко особенности современных систем ОМП.

1.Методы приближения.С помощью достаточно большого количества контрольных пунктов (КП), точное местоположение которых известно в системе, на территории города создается сеть контрольных зон. Местоположение ТС определяется по мере прохождения им КП. Распознанный индивидуальный код КП передается в бортовую аппаратуру, которая через подсистему передачи данных передает эту информацию, а также свой идентификационный код в подсистему управления и обработки данных. Так реализуется метод прямого приближения. Однако на практике чаще используется инверсный метод приближения -- обнаружение и идентификация ТС осуществляется с помощью установленных на них активных, пассивных или полуактивных маломощных радиомаяков, передающих на приемник КП свой индивидуальный код, или же с помощью оптической аппаратуры считывания и распознавания характерных признаков объекта, например, автомобильных номеров. Информация от КП далее передается в подсистему управления и обработки данных.

Очевидно, для зональных систем точность местоопределения и периодичность обновления данных напрямую зависит от плотности расположения КП по территории действия системы. Методы приближения требуют развитой инфраструктуры связи для организации подсистемы передачи данных с большого числа КП в центр управления и контроля, а в случае использования оптических методов считывания требуют и сложной аппаратуры на КП, и поэтому являются весьма дорогостоящими, особенно при построении систем, охватывающих большие территории. В то же время инверсные методы приближения позволяют минимизировать объемы бортовой аппаратуры или даже вообще не устанавливать ее на автомашину. Основное применение зональных систем -- комплексное обеспечение охраны автомашин, обеспечение поиска автомашин при угоне. Примером подобной системы является система КОРЗ-ГАИ, отслеживающая приближение угнанной оборудованной автомашины к посту дорожной инспекции. В Москве предполагалось оснащение подобной аппаратурой всех постов на выезде из города.

2. 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, при которой абсолютное или относительное местоположение ТС определяется при приеме излучаемого им радиосигнала сетью стационарных или мобильных приемных пунктов, и вычисление координат по результатам приема специальных радиосигналов на борту подвижного объекта (методы прямой или инверсной радионавигации).

2.1. Методы радиопеленгации. С помощью распределенной по территории города сети пеленгаторов или с помощью мобильных средств пеленгации возможно отслеживание местоположения ТС, оборудованных радиопередатчиками-маяками.

Примером AVL-системы, основанной на методах радиопеленгации, можно считать систему ГИПС (новое название -- СКИФ). Принцип работы системы -- прием сигнала, излучаемого малогабаритным радиомаяком на ТС, сетью стационарных радиоприемных центров и вычисление области неопределенности положения ТС. Точность местоопределения зависит от плотности размещения стационарной радиоприемной сети на территории и может составлять несколько метров в режиме непрерывного слежения и корректировки данных с использованием ГИС.

Подобную систему с применением пейджеров двухсторонней связи и сети приемопередающих станций предлагает фирма «Ме-гаПейдж». Широкополосный передатчик, установленный на автомашине, включается по сигналу стандартного пейджингового приемника, либо по сигналу системы противоугонной сигнализации. ОМП передатчика осуществляется с помощью сети базовых станций пейджинговой системы.

Примером системы на базе мобильных пеленгаторов является система ЛОДЖЕК. Пеленгаторами данной системы оборудованы автомашины спецбатальона дорожно-постовой службы ГАИ и посты-пикеты ГАИ на выезде из города.

2.2. 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 50 --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 (рис. 5.1).

В диспетчерском центре устанавливается компьютер с электронной картой и ПО системы диспетчеризации и мониторинга автотранспорта на территории города. В качестве примеров подобных систем можно привести систему «Магеллан» фирмы «Транснетсер-вис», «Юником-AVL» фирмы «Юником», «Гранит» НТЦ «Сеть», КОРД фирмы «КОРД», GrantGuard группы компаний «ГРАНТ-Вымпел», TrackMaster Саг компании «ГЕО СПЕКТРУМ» и др.

Главной проблемой при внедрении этих систем является недостаточное развитие в России инфраструктуры подвижной связи для организации надежного канала передачи информации между бортовым и центровым оборудованием на территории крупных городов.

Рис. 5.1 Схема работы AVL-системы, оснащенной радиомодемом сотовой связи

Определенный прорыв в этой области можно ожидать с расширением площади покрытия и мощности центров коммутации данных, использующих стандарты цифровой сотовой связи GSM.

3. 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, применяющих 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. Приемные антенны радионавигационных систем должны размещаться на ТС с учетом обеспечения наилучших условий приема навигационных сигналов. Это делает их уязвимыми для злоумышленников в случае применения для нужд охраны ТС или перевозимых ими грузов. Существующие методы камуфлирования приемных антенн достаточно сложны и дороги.

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 счислителей 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.

Систему ОМП с использованием данного метода предлагает ЗАО «Автонавигатор». 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 феррозондового 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 СРНС.

По сравнению с приемниками СРНС приборы инерциальной навигации не подвержены воздействию радиопомех. Они начинают работать сразу после включения (не требуются 1--2 мин для загрузки информации со спутника, как в СРНС), зона их действия практически не ограничена (не требуется прямая видимость нескольких спутников), в них производятся курсоуказание, определение расстояния до ориентиров, измерение дирекционного угла. Очевидно, что в ближайшее время для систем местоопределения ТС приборы инерциальной навигации найдут наибольшее применение не в качестве автономных устройств, а как дополнение к устройствам спутниковой СРНС, что позволит увеличить точность местоопределения, устранить «мертвые зоны», потерю начальных участков маршрута.

Даже краткий обзор методов и аппаратуры ОМП позволяет сделать вывод, что не существует универсальной системы, способной удовлетворить все требования пользователя. Задача создания эффективно работающих систем ОМП оказывается гораздо шире выбора конкретного метода. Микросотовая структура систем связи может стать основой для построения зональных систем ОМП или позволит решать вопросы ОМП радиопеленгационными методами.

Отдельно стоят вопросы создания электронных карт, предназначенных для эксплуатации с AVL-системами. Преимущества будут иметь те системы, в которых организована оперативная коррекция дорожной обстановки, вплоть до учета информации о заторах на отдельных участках транспортных магистралей.

5.3 АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ И СВЯЗИ

Технической и технологической основой создания и исполнения систем являются спутники связи.

Спутник -- устройство связи, которое принимает сигналы от земной станции (ЗС), усиливает и транслирует сигналы в широковещательном режиме одновременно на все ЗС, находящиеся в зоне видимости спутника.

Главными компонентами спутника являются его конструкционные элементы: системы управления положением, системы питания, телеметрии, трекинга, команд, приемопередатчики и антенна. Предоставленный сам себе спутник, в конце концов, перешел бы к случайным вращениям. Устойчивость и нужная ориентация антенны поддерживается системой стабилизации. Размер и вес спутника ограничены, в основном, требованиями к солнечным батареям и объему топлива для жизнеобеспечения спутника (обычно в течение десяти лет).

Телеметрическое оборудование спутника используется для передачи на Землю информации о его положении. В случае необходимости коррекции положения, на спутник передаются соответствующие команды, по получении которых включается энергетическое оборудование и осуществляется коррекция.

Спутниковая система связи (ССС) состоит из трех базисных частей: космического сегмента, сигнальной части и наземного сегмента. Космический сегмент решает задачи проектирования спутника, расчета орбиты и запуска спутника. Сигнальная часть включает в себя выбор используемого спектра частоты, оценку влияния расстояния на организацию и поддержание связи, определение источников искажения сигнала, схем модуляции и протоколов передачи. Наземный сегмент включает размещение и конструкцию ЗС, типы антенн, используемых для различных приложений, схемы организации множественного доступа к каналам спутника.

Благодаря быстрому регулярному автоматическому опросу транспорта и высокой скорости передачи информации диспетчеры потенциально могут получать данные о состоянии ПС в реальном масштабе времени. Ниже рассмотрены основные ССС.

Система Inmarsat обслуживается несколькими геостационарными спутниками, охватывающими почти всю поверхность земного шара, за исключением околополюсного пространства (рис. 5.2).

Рис. 5.2 Схема работы AVL-системы с использованием спутников Inmarsat

В настоящее время осуществляется переход на спутники нового поколения Inmarsat 3-F3.

В системе Inmarsat существуют различные абонентские терминалы, которые отличаются друг от друга как функциональными возможностями, так и конструктивно. Например, терминалы «морского исполнения» оснащены специальной аварийной системой, автоматически генерирующей и передающей сигнал SOS вместе с координатами. В состав терминала может входить дополнительное оборудование для телеметрии или навигации. В конструкции терминала Inmarsat-C объединены антенный блок и системный модуль, имеющий стандартные интерфейсы для подключения приемопередатчика и специальных датчиков, а также параллельный порт типа Centronics. Характеристики системы Inmarsat-C: диапазон рабочих частот при приеме 1,53--1,545 ГГц, при передаче 1,6265--1,6455 ГГц; скорость передачи данных 600 бит/с.

В настоящее время стало возможным производить прием-передачу сигнала с мобильного телефона, находящегося в любой точке планеты. Сигнал, поступивший на спутник, передается по цепочке на следующий спутник, пока не дойдет до ближайшей к вызываемому абоненту наземной станции системы. Благодаря этому достигается высокое качество сигнала. Качество работы спутников постоянно контролируется, неисправные выводятся из эксплуатации и заменяются другими. Всегда есть несколько резервных спутников.

Система имеет глобальную зону покрытия. Предлагается большой перечень услуг: телефонная связь, передача алфавитно-цифровых сообщений на пейджер Iridium, переадресация вызова, конфе-ренц-связъ, передача факсимильных сообщений, «голосовая почта». К плюсам терминалов системы Inmarsat следует добавить возможность работать также в стандарте сотовых сетей GSM и AMPS/CDMA.

Основными функциями системы ORBCOMM являются: автоматизированный сбор данных о координатах и состоянии объектов, предоставление услуг электронной почты и ОМП пользователя с помощью автономной навигации ORBCOMM и устройств GPS глобальной системы позиционирования. По охвату зон обслуживания система в полной мере относится к глобальным, поскольку ее космический сегмент обеспечит работу с абонентами из разных стран мира, в том числе из США, Канады, России, ЮАР, Нигерии, а также из стран Южной Америки.

В составе бортового оборудования, кроме приемопередающих устройств дециметрового и метрового диапазонов и антенного комплекса, предусмотрена аппаратура радионавигационной системы GPS. Канал «спутник--Земля» (рабочий диапазон частот 137-- 138 МГц) используется для передачи данных в комбинированном стандарте TDMA/FDMA (скорость передачи мобильному объекту 2,4 Кбит/с), а обратный (полоса 148--149,9 МГц) -- в стандарте FDMA (скорость передачи 4,8 Кбит/с). Для связи с узловой станцией, входящей в наземный сегмент, используется высокоскоростной канал 57,6 Кбит/с. На спутнике ORBCOMM установлен приемник системы GPS, что обеспечивает автономное определение координат абонента, поскольку расчет параметров орбиты спутника производится на борту и рассылается не только наземным станциям, но и мобильным пользователям. Точность определения координат зависит от диапазона рабочих частот приема и числа спутников в зоне обслуживания, однако разработчики считают, что даже в самом сложном случае (частота 137 МГц, один спутник) погрешность не превысит 1100 м.

Наземный сегмент включает единый Центр управления космическим сегментом (ЦУКС) в штате Вирджиния, узловые станции и региональные центры управления сетью, которые отвечают за трафик и сопряжение с другими сетями передачи данных (в частности, с Интернет) или с наземными абонентами (по выделенным каналам и сети общего пользования). Каждая узловая станция в системе ORBCOMM осуществляет связь одного спутника с центрами управления. Соединение в ORBCOMM устанавливается по запросу как пользователя, так и узловой станции. Кроме того, в функции узловой станции входит организация опроса датчиков на необслуживаемых объектах.

Система «Глобалстар» предоставляет услуги по передаче голоса, данных, факсов, обмену сообщениями и услуги определения местонахождения для клиентов во всем мире, использующих существующие общественные или частные телефонные компании.

Космический сегмент включает группу из 48 низкоорбитальных спутников (и 8 резервных), размещенных на круговых орбитах в 8 плоскостях на высоте 1414 км. Каждый спутник содержит антенный комплекс, формирующий 16 лучей, создающих на поверхности Земли зону обслуживания диаметром в несколько тысяч километров, внутри которой возможна коммутация на любую CDMA-несущую с шириной полосы развертывания 1,25 МГц.

Пользовательский сегмент состоит из портативных, мобильных и стационарных терминальных устройств, использующихся для передачи голоса, данных и ОМП.

Наземный сегмент (рис. 5.3) состоит из базовых станций (шлюзов), центров управления наземным и космическим сегментами (ЦУНС и ЦУКС), телекомандного оборудования, сети передачи данных «Глобалстар», делового офиса «Глобалстар» и центров управления поставщиками услуг (ЦУПУ).

Шлюзы обеспечивают взаимодействие Системы «Глобалстар» и наземных/мобильных сетей. Большое количество шлюзов, установленных по всему миру, обеспечивает непрерывное обслуживание пользователей.

ЦУНС занимается распределением ресурсов спутников. Наземный центр планирует и контролирует использование ресурсов спутников (каналов, ширины полосы частот и т.п.) шлюзами и взаимодействует с центром управления спутниками. Наземный центр управляет также сетью передачи данных «Глобалстар» и самими шлюзами. Имеется также резервный центр управления.

ЦУКС через телекомандные устройства следит за работоспособностью спутников и состоянием их орбит. Данные телеметрии, поступающие со спутников, обрабатываются, отображаются в реальном времени и проверяются на соответствие параметрам. В случае несоответствия требованиям выдается отчет об отклонениях. ЦУКС также распределяет и поддерживает постоянные орбиты посредством команд, передаваемых на спутники. В системе организовано два ЦУКС: главный и дополнительный (резервный).

Телекомандное оборудование, расположенное на отдельных шлюзах, осуществляет прием телеметрии и управление спутниковой группировкой «Глобалстар». Это оборудование принимает команды из ЦУКС и обеспечивает передачу их непосредственно на спутники.

Сеть передачи данных «Глобалстар» (GDN -- Globalstar Data Network) обеспечивает связь между частями наземного сегмента. GDN, которая управляется и контролируется ЦУНС, предоставляет широкий спектр возможностей для связи шлюзов, ЦУНС, ЦУКС, теле командного оборудования и делового офиса «Глобалстар», который регулирует финансовую и административную сферы функционирования системы, заключение контрактов, маркетинговые исследования и планирование шлюзов, управление счетами пользователей, планирование будущих расчетов, системы компьютерной поддержки и людские ресурсы.

Структуру системы «Гонец» составляют космический сегмент, центры управления системой, региональные станции и абонентские терминалы. Центры управления системой не только обеспечивают обычные функции, но и организуют работу каналов связи, устанавливают приоритеты доступа, осуществляют контроль бортовых систем и телеметрической информации, а также выполняют необходимые вычисления для определения зон обслуживания.

Составной частью сети «Гонец» являются региональные наземные станции, каждая из которых одновременно может использовать три спутника. В функции станции входит организация связи в регионе, в том числе коммутация и маршрутизация потоков данных и подключение абонентов системы к сетям общего пользования, выделенным ведомственным радиосетям и ЛС.

Система предусматривает различные схемы передачи информации по сети, зависящие от необходимой оперативности связи и взаимного расположения абонентов:

* ретрансляция в зоне обслуживания одного спутника;

* перенос данных между абонентами через спутник (режим «почтового ящика»);

* ретрансляция через наземную станцию;

* ретрансляция через магистральные каналы наземной или спутниковой связи.

Система «Вектор» использует оборудование Inmarsat в стандарте «Inmarsat-С» и спутниковую систему навигации NAVSTAR. Комплект оборудования монтируется в автомобиле, а специализированное ПО устанавливается на диспетчерском пункте, который обеспечивает круглосуточную связь с мобильным объектом и определяет его местоположение с точностью от 25 до 80 м.

Диспетчерский центр подключен к сети из почти 40 наземных станций системы Inmarsat-C (LES), в функции которой входит непосредственная передача сообщений бортовому оборудованию автомобиля через спутник (время передачи сообщения -- не более 5 мин). В диспетчерском центре установлен ПК, подключенный через модем (протокол передачи Х.25, Х.400, TCP/IP) к наземной станции Inmarsat. Базовое ПО диспетчерского центра полностью адаптировано для российских условий.

Кроме того, в состав системы «Вектор» входит специальный картографический модуль (GEO) с набором карт разного масштаба. Программа LOGIQ Dispatch позволяет диспетчеру отправлять и получать сообщения в заранее определенной форме и определять координаты транспортного средства, а также вносить изменения в сопровождающие груз документы (для этого в комплект оборудования абонента включается портативный термопринтер).

На автомобиле устанавливается мобильный терминал LOGIQ MDT (MDA), подключенный непосредственно к нему спутниковый приемопередатчик и антенна. Бортовой компьютер LOGIQ MDT (на базе процессора V25) находится на передней приборной панели и имеет привычную компьютерную клавиатуру с набором специальных функциональных клавиш и небольшой жидкокристаллический экран для вывода коротких сообщений или форм (4 строки по 40 символов). Спутниковая антенна с основанием 15 см имеет высоту около 13 см и рассчитана на прием сигналов GPS и обмен данными в системе Inmarsat. Сравнение различных ССС отражено в табл. 5.1.

Система EutelTracs была реализована в 1992 г. и имеет большое количество эксплуатируемых мобильных терминалов по всему миру. Так, только в России зарегистрировано около 300 терминалов.

Мобильный терминал в системе EutelTracs имеет размеры, в 2 -- 3 раза превышающие размеры терминала Inmarsat, но для установки на грузовые машины это не является препятствием. На сегодняшний день система работает только до долготы Омска, т. е. не покрывает восточной части нашей территории.

Системы спутниковой связи OmniTracs (компания-производитель QUALCOMM) и EutelTracs (разработки велись под эгидой европейской международной организации EUTELSAT) обеспечивают не только ОМП абонента, но и двусторонний обмен информацией. Обе системы используют ^„-диапазон (12/14 ГГц) для связи между геостационарными спутниками-ретрансляторами и наземными станциями и L-диапазон -- для связи между спутниками и мобильными пользователями. Их протоколы обмена очень похожи, а различия заключаются главным образом в аппаратной реализации оборудования и зонах обслуживания. Скорость передачи по каналу данных от станции к спутнику -- от 5 до 15 Кбит/с, скорость передачи данных по обратному каналу -- до 165 бит/с.

Значительная часть применяемых в мире систем слежения для ОМП перемещающихся объектов (автомашин) использует датчики спутниковой навигационной системы GPS NAVSTAR.

Таблица 5.1

Сравнительные характеристики ССС

ОМП производится специализированными наземными навигационными приемниками. Система GPS NAVSTAR является на сегодняшний день самой современной радионавигационной системой, обеспечивающей высокоточное определение координат, скорости и времени в любом месте земли 24 ч в сутки. Для вычисления собственных координат в пространстве GPS-приемнику требуется получить сигналы, как минимум, от 3 спутников. Орбиты спутников подобраны таким образом, что в любой момент времени, в любой точке земли одновременно «видны» от 5 до 8 навигационных спутников. При приеме сигналов GPS-приемник выбирает 3 спутника с наивысшим уровнем радиосигнала.

Система GPS NAVSTAR состоит из 24 спутников, движущихся по определенным орбитам и посылающих на землю специализированные радиосигналы. В настоящее время возможности позволяют проводить местоопределение с точностью от 30 до 100 м, а при методе дифференциальной коррекции погрешности (измерение координат относительно заведомо известной точки) -- от 2 до 5 м.

Базовыми спутниками Intelsat являются Intelsat VIII и Intelsat-K, значительно превосходящие по своим характеристикам первый Early Bird. Так в сравнении даже с Intelsat VI, оборудованным 48 приемопередатчиками, Intelsat VIII имеет 36 С-полос и 10 А"ы-полос и поддерживает сотни тысяч телефонных каналов. Цена спутника на один канал со 100 тыс. долл. снизилась до нескольких тысяч, а цена минуты использования канала абонентом, составлявшая ранее 10 долл., понизилась до 1 долл. Мощность солнечных батарей Intelsat VIII составляет 4 кВт, т. е. возросла по сравнению с Intelsat VI на 54 % и, соответственно, в 4 раза по сравнению с Intelsat V.

Информационно-навигационная система (ИНС) контроля и управления движением транспорта «Котлин» использует сигналы СНС: ГЛОНАСС, GPS, WAAS, EGNOS и обеспечивает навигационное сопровождение и контроль за состоянием ТС. Система может быть использована:

* для управления грузопассажирскими перевозками;

* в государственных и муниципальных системах обеспечения безопасности движения автотранспорта;

* для перевозки опасных и ценных грузов;

* в поисково-противоугонных системах. В состав ИНС входят:

1) аппаратура диспетчерского пункта (ПЭВМ с программно-математическим обеспечением, аппаратура связи, а также электронно-картографическая система);

2) аппаратура ТС (автомобильный навигационно-связной терминал «Котлин HCT-101G», телефон стандарта GSM с модемом, УКВ-радиостанция и т.п.);

3) канал связи, который обеспечивает передачу с диспетчерского пункта служебной информации на ТС, а также прием на диспетчерском пункте в запросном и беззапросном (через установленные промежутки времени, по возникшему на ТС событии и т.д.) режимах данных о местоположении, направлении, скорости движения и состоянии систем ТС; 4) датчики транспортных средств.

Таблица 5.2

Характеристики аппаратуры связи ИНС

Автомобильный навигационно-связной терминал «Котлин НСТ-101G» формирует оперативную информацию о местонахождении ТС и передает ее на диспетчерский пункт по каналам связи GSM в режиме SMS. Автомобильная приемная аппаратура «Котлин НТ-101» предназначена для высокоточного определения текущих координат, скорости движения ТС и времени. Основные характеристики этих систем приведены в табл. 5.2.

Если система расширена, то в ней может присутствовать модуль синхронизации телекоммуникационных систем, который работает по сигналам навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS. Он предназначен для надежного и непрерывного определения текущего времени и выдачи сигналов 10 мГц и 1 Гц, синхронизированных с назначенной системной шкалой времени. Стабильность сигналов, выдаваемых модулем в режиме слежения, сопоставима с характеристиками квантовых стандартов частоты и времени. При исчезновении сигнала модуль способен сохранять качество синхронизации в течение 24 ч в автономном режиме.

Модуль обеспечивает работу приоритетной навигационной спутниковой системы с автоматическим переходом на резервную при пропадании сигналов приоритетной системы, автономный контроль антенны, аппаратных средств и вычислительного процесса, а также повышенную устойчивость к воздействию внеполосных и внутриполосных помех.

Малогабаритная инерциальная спутниковая навигационная система для колесных транспортных средств (МИСНС) включает спутниковый навигационный приемник GPS, курсовой гироскоп, одометр, электронную карту местности. Разработана система коррекции по показаниям одометра, данным электронной карты, нулевой скорости ТС. Разработаны алгоритмы и ПО для вычисления траектории ТС в системе координат WGS-84.

В Санкт-Петербурге применяется модификация МИСНС без спутникового навигационного приемника, работающая по принципу приращения пройденного пути в отношении стартовой точки с единожды точно выверенными географическими координатами. Электронная карта Санкт-Петербурга и пригородов построена в формате Maplnfo в масштабе 1:10000 и привязана к системе WGS 84. Измерения, необходимые для осуществления привязки, выполнены с использованием двухчастотной спутниковой аппаратуры WILD GPS SYSTEM 200.

Высокотехнологичное оборудование СНС легко интегрируется с другими видами технического и программного обеспечения. Это позволяет даже небольшим фирмам, имеющим опыт работы с оборудованием подвижной связи и геоинформационным ПО для ПК, успешно создавать системы диспетчерского наблюдения за ТС. В простейшем случае структура подобной системы выглядит так.

На автомашине устанавливается навигационный приемник, работающий по сигналам СРНС GPS NAVSTAR (в виде ОЕМ-обо-рудования этот приемник стоит 150 -- 300 долл.), который через интерфейс RS232 подключается к модему любительской пакетной радиосвязи стандарта TNC-2 (стоимость до 200 долл.). Через аудиоинтерфейс модем подключается к произвольной автомобильной радиостанции УКВ-диапазона (до 400 долл.), работающей в режиме Conventional Radio. В диспетчерском центре работает ПК, на котором установлены ГИС-пакет Maplnfo, отсканированная растровая карта и приложение, обеспечивающее визуализацию текущего местоположения подвижного объекта на фоне карты. К диспетчерскому компьютеру подключается радиомодем (аналогичный тому, что установлен на борту) и радиостанция с антенной.

Несмотря на кажущуюся простоту, подобные системы в ряде случаев достаточно эффективно выполняют свои функции. Вместе с тем для них свойственны некоторые недостатки, существенно ограничивающие возможность их широкого внедрения. Во-первых, это неэффективное использование радиочастотного спектра (режим Conventional Radio на выделенных частотах, «перегруженность» протокола АХ25, применяемого в пакетных радиомодемах, защита от ошибок только с помощью переспроса, низкая скорость передачи данных за счет использования полосы речевого канала и, как следствие этого, низкая пропускная способность системы). Во-вторых, сложно организовать радиопокрытие большой территории. Предусмотренный протоколом АХ25 режим передачи через ретрансляторы с повтором (диджипитеры) может эффективно работать только вблизи трасс. В-третьих, система незащищена от постороннего проникновения -- как с целью перехвата данных, так и с целью несанкционированного использования инфраструктуры сети передачи данных. Реально подобная система может обеспечить контроль местоположения 10 -- 20 автомашин с периодом обновления информации в 1 -- 5 мин для каждого ТС.

В простейшем случае на ТС устанавливается терминал Placer-400, включающий в себя навигационный приемник и простой радиомодем для подключения к радиостанции. Более сложный блок PSC-200 включает в себя микроконтроллер, обеспечивающий подключение ряда бортовых датчиков (датчик состояния зажигания, дискретные входные линии, параллельный интерфейс), а также дополнительных датчиков движения, позволяющих определять местоположение ТС на основе методов счисления пути при отсутствии видимости навигационных спутников. К контроллеру PSC-200 может подключаться информационный терминал Echo XL, обеспечивающий наглядный интерфейс. С помощью функциональных клавиш происходит передача нескольких типовых сообщений. Большой экран с крупными четкими символами и регулируемой подсветкой позволяет водителю прочитать информацию, переданную из диспетчерского центра, при любом освещении. Нажатие клавиш и поступление информационных сообщений сопровождаются звуковыми сигналами.

Для ПО систем в центре наблюдения также предлагается ряд приложений разного уровня сложности. Для небольших АТП (до 35 ТС) может использоваться пакет PC Vtrak. Пакет AVL Manager содержит полный набор программных средств для построения системы слежения и оперативного контроля за ТС до 1000 единиц. Система на базе этого пакета обеспечивает регистрацию ТС, осуществляет контроль доступа в систему. Для каждой ТС устанавливается до 30 различных типов сообщений, автоматически выдаваемых при изменении состояния транспортного средства. Информационные сообщения от бортового оборудования распределяются по различным категориям, отдельно группируются сообщения, содержащие информацию о чрезвычайных происшествиях на борту. Для отображения информации на фоне электронной карты города и обеспечения непрерывного слежения за подвижными объектами используется система StarView, реализованная на Unix-ориентированных рабочих станциях или X-терминалах. Станции могут объединяться в сеть и подключаться к системе на базе AVL Manager.

Система Logiq Dispatch предназначена для диспетчеризации дальних грузовых перевозок. Она реализуется на базе терминалов спутниковой связи системы Inmarsat, устанавливаемых на автомашинах.

Фирма «ПРИН» предлагает оригинальную разработку -- программный пакет ПРИН ИДС, позволяющий в короткий срок развернуть многофункциональную систему слежения и оперативного контроля за небольшим транспортным парком. Данная система позволяет осуществлять непрерывный контроль за ТС, отображать на электронной карте диспетчера координаты точек маршрута, выподнять оптимизацию маршрутов и графиков движения, оперативно реагировать на внештатные ситуации.

Высокими эксплуатационными характеристиками отличается система «Магеллан-М» (фирма «Транснетсервис») для обработки картографической и навигационной информации. ПО разработано по модульному принципу и может легко адаптироваться к применяемым видам аппаратуры и системам связи, изменять состав задач в соответствии с техническим заданием заказчика. В качестве бортовой аппаратуры в диспетчерских системах рекомендуется применение навигационной и связной аппаратуры фирмы KENWOOD: модуля GPS Modem, включающего 6-канальный навигационный приемник и радиомодем, и автомобильных радиостанций. Устройство GPS Modem специально разработано с учетом использования в диспетчерских системах. В нем реализованы такие важные функции, как помехоустойчивое кодирование и сжатие информации, возможность подключения бортовых датчиков и исполнительных устройств, групповое кодирование подвижных объектов, синхронный режим передачи информации в группе. Это позволяет эффективно использовать радиочастотный ресурс и при этом обеспечивать высокую частоту обновления информации о подвижных объектах. GPS Modem адаптирован для работы с радиостанциями фирмы KENWOOD, работающими как в режиме Conventional Radio, так и в транкинговых системах (LTR и МРТ1327). Однако могут использоваться и радиостанции других фирм (за счет некоторого снижения функциональных возможностей).

Интересные возможности предоставляет аппаратура накопления параметров движения ТС «БНП-Транс». Аппаратура устанавливается на подвижный объект (в том числе допускается скрытная от обслуживающего персонала установка) и в автономном режиме производит накопление координат точек маршрута, полученных по сигналам СРНС GPS. Дополнительно могут фиксироваться показания бортовых датчиков (факты открытия/закрытия дверей салона или контейнера, расход топлива, температура рефрижератора). Емкость энергонезависимой памяти позволяет фиксировать до 20 000 путевых точек, что достаточно для хранения маршрута автомашины за несколько недель. При обработке накопленных данных определяются места отклонения от маршрутного задания (по времени или по месту), попытки несанкционированного воздействия на груз, преднамеренного воздействия на аппаратуру (путем отключения бортового питания) или навигационную антенну. Накапливаемая информация позволит провести оптимизацию маршрутов, повысить безопасность и экономичность перевозок. Данная аппаратура может оказаться полезной для служб безопасности АТП, осуществляющих дальние перевозки.

Основой системы, разработанной фирмой «Термотех», является навигационно-связной контроллер. Он используется как в составе бортовой аппаратуры, так и на диспетчерских центрах. Нави-гационно-связной контроллер обеспечивает управление всеми режимами работы радиосредств, обработку всей информации на борту. Бортовая аппаратура обеспечивает круглосуточный непрерывный режим работы, непрерывное определение координат местоположения ТС, автоматическое управление режимами работы бортовой радиостанции, голосовую связь с диспетчером, прием дифференциальных поправок. В составе навигационно-связных контроллеров могут использоваться навигационные приемники СРНС GPS и ГЛОНАСС. Предусматривается возможность работы с автономными каналами связи, транкинговыми системами, сотовыми и спутниковыми каналами связи. К контроллеру может подключаться терминал с дисплеем и клавиатурой для отображения команд из центра и ввода оператором информационных сообщений. ПО диспетчерского центра обеспечивает отображение местоположения подвижных объектов на фоне электронной карты, вызов экипажа на голосовую связь, прием и запись всей информации о событиях, происходящих в системе, сигнализацию оператору об отклонениях в заданных маршрутах движения транспортных средств, формирование дифпоправок.

Фирма «ГеоСпектрум» предлагает оборудование, интегрируемое в широкий спектр систем радиосвязи: сети пакетной радиосвязи, транкинговые системы LTR, МРТ1327, Edacs, сети спутниковой связи. ПО диспетчерского центра позволяет функционально включать новые виды систем связи. Картографический департамент фирмы «ГеоСпектрум» предлагает широкую номенклатуру электронных карт различных регионов России. ПО диспетчерского центра реализуется как с помощью средств собственной ГИС «Панорама», так и с помощью других ГИС. Разработанный модуль бортового компьютера может также использоваться в качестве автонавигатора: при подключении к нему стандартного автомобильного телевизора (фирм Alpine, Clarion) на экран выдается электронная карта, на которой отображается текущее положение ТС, даются рекомендации по прокладке оптимального маршрута. К бортовому компьютеру могут подключаться аналоговые или контактные датчики, малогабаритная видеокамера.

Фирма «КОРД» разрабатывает бортовое оборудование и средства передачи данных совместно с фирмой TESLA. Навигационное оборудование, модем и радиостанция интегрированы в единый конструктивный блок. Имеется возможность подключения бортового терминала с дисплеем и клавиатурой. Собственный протокол передачи данных позволяет эффективно использовать радиочастотный спектр. ПО диспетчерского центра работает как с векторными, так и с растровыми электронными картами.

Фирма «Юником» представляет систему «Юником-AVL» на основе бортового навигационного комплекса собственной разработки, подключаемого к стандартной УКВ-радиостанции. ПО диспетчерского центра позволяет отображать местоположение подвижного объекта на фоне электронной карты. Количество подвижных объектов в системе -- до 255.

Габариты бортового комплекса в целом зависят от габаритов применяемого оборудования связи. Устройство, включающее в себя навигационный приемник, контроллер и модем, в зависимости от выполняемых дополнительных функций (работа с дисплеем, клавиатурой, другими внешними устройствами) может иметь объем от 0,5 дм3 до 2...5 дм3. Объем стандартной автомобильной УКВ-радиостанции составляют не менее 1 дм3.