Ubicación de objetos en movimiento según satélite sistemas de navegación..
Petrov Nikolay Nikolaevich, Candidato de Ciencias Técnicas
UBICACIÓN DE OBJETOS MÓVILES BASADOS EN LA NAVEGACIÓN POR SATÉLITE SISTEMAS
Este artículo continúa una serie de artículos dedicados a los sistemas de determinación de ubicación y su uso para garantizar la seguridad de objetos en movimiento. El artículo analiza los sistemas de posicionamiento que utilizan métodos de navegación por radio por satélite. El material para el artículo se obtuvo a partir de material informativo de empresas fabricantes (descripciones técnicas, folletos publicitarios, etc.), por lo que la profundidad y el grado de detalle dependen directamente de qué tan detallados sean los materiales presentados. El autor pide disculpas de antemano a aquellas personas jurídicas y físicas que consideren que la descripción de sus productos no es del todo exacta y está dispuesto a cualquier forma de cooperación con ellos para restablecer la verdad. El autor tampoco está lejos de pensar que este artículo cubre todos los sistemas actualmente en el mercado.
Como se señaló en el primer artículo de esta serie, el equipamiento de los sistemas de navegación por satélite es de alta tecnología y se integra fácilmente con otros tipos de hardware y software. Esto permite que incluso las pequeñas empresas con experiencia en equipos de comunicaciones móviles y software de información geográfica para ordenadores personales puedan emprender la creación de sistemas de seguimiento de despacho de vehículos, logrando cierto grado de éxito comercial. En el caso más simple, la estructura de dicho sistema se ve así:
- Se instala un receptor de navegación en el automóvil, que funciona con señales del GPS NAVSTAR SRNS (en forma de equipo OEM, este receptor cuesta entre 150 y 300 dólares), que se conecta a través de una interfaz RS232 a un módem de radioaficionado por paquetes de TNC- 2 estándar (hasta $200). A través de una interfaz de audio, el módem se conecta a una estación de radio VHF arbitraria para automóvil (hasta $ 400), que funciona en modo de radio convencional
- en el centro de despacho hay un personal; computadora en la que está instalado el paquete MapInfo GIS, un mapa rasterizado escaneado y una aplicación escrita en MapBasic, que proporciona visualización de la ubicación actual de un objeto en movimiento sobre el fondo del mapa; li>un módem de radio (similar al instalado a bordo) está conectado a la computadora de despacho y a la estación de radio con antena.
A pesar de su aparente simplicidad, estos sistemas en algunos casos pueden realizar sus funciones con bastante eficacia. Sin embargo, este sistema se caracteriza por algunas limitaciones importantes que no permiten su uso en aplicaciones serias. En primer lugar, se trata del uso ineficiente del espectro de radiofrecuencia (modo de radio convencional en frecuencias dedicadas, “sobrecarga del protocolo AX25 utilizado en los módems de radio por paquetes, implementación de protección contra errores solo mediante reenvío, baja velocidad de transmisión de datos debido al uso de el ancho de banda del canal de voz y, como consecuencia de todo esto, un bajo rendimiento del sistema). En segundo lugar, la complejidad de organizar la cobertura radiofónica de un área extensa. El modo de transmisión proporcionado por el protocolo AX25 a través de repetidores (digipeaters) solo puede funcionar de manera efectiva en rutas largas. En tercer lugar, el sistema está completamente desprotegido contra la penetración externa, tanto para interceptar datos como para el uso no autorizado de la infraestructura de la red de datos. En realidad, un sistema de este tipo puede proporcionar control de ubicación para entre 10 y 20 vehículos con un período de actualización de la información de 1 a 5 minutos para cada vehículo.
Los proyectos que se presentan a continuación, realizados a nivel profesional, por regla general, brindan la capacidad de trabajar en una variedad de redes de transmisión de datos y permiten implementar sistemas realmente funcionales de varios niveles de complejidad tanto para pequeñas flotas de vehículos (varias docenas ) y para varios miles de objetos en movimiento.
PRIN, una de las empresas más antiguas en el sector de los sistemas de posicionamiento basados en tecnologías de navegación por satélite, ofrece una amplia gama de equipos y software. El equipo es fabricado principalmente por Trimble Navigation, que es líder mundial en el mercado de equipos de navegación para uso comercial. El software también fue desarrollado por Trimble, pero también se ofrecen desarrollos propios de PRIN. El equipo a bordo de Trimble le permite configurar sistemas de diversa complejidad. En el caso más simple, se instala en el automóvil un terminal Placer-400, que incluye un receptor de navegación y un módem de radio simple para conectarse a una estación de radio. La unidad PSC-200 más compleja incluye un microcontrolador que proporciona conexión a varios sensores a bordo (sensor de estado de encendido, líneas de entrada discretas, interfaz paralela), así como sensores de movimiento adicionales que le permiten determinar la ubicación del vehículo. basado en métodos de navegación a estima en ausencia de visibilidad de los satélites de navegación. El terminal de información Echo XL se puede conectar al controlador PSC-200, proporcionando una interfaz clara entre el conductor y el sistema de despacho. Utilizando las teclas de función se pueden enviar varios mensajes estándar. La gran pantalla con caracteres grandes y claros y retroiluminación ajustable permite al conductor leer la información transmitida desde el centro de control en cualquier condición de iluminación. La pulsación de teclas y la recepción de mensajes informativos van acompañados de señales sonoras.
Para el software del sistema, el centro de vigilancia también ofrece una serie de aplicaciones de distintos niveles de complejidad. Para flotas de transporte pequeñas (hasta 35 vehículos), se puede utilizar el paquete PC Vtrak. El paquete AVL Manager contiene un conjunto completo de herramientas de software para construir un sistema de seguimiento y control operativo de una gran flota de transporte (hasta 1000 vehículos). Un sistema basado en este paquete proporciona registro de vehículos y controla el acceso al sistema. Para cada unidad de transporte se instalan hasta 30 tipos diferentes de mensajes, que se emiten automáticamente cuando cambia el estado del vehículo. Los mensajes informativos de los equipos de a bordo se distribuyen en varias categorías; los mensajes que contienen información sobre incidentes de emergencia a bordo se agrupan por separado. Para mostrar información en el contexto de un mapa electrónico de la ciudad y garantizar un seguimiento continuo de los objetos en movimiento, se utiliza el sistema StarView, implementado en estaciones de trabajo basadas en UNIX o terminales X. Las estaciones se pueden interconectar y conectar a un sistema basado en AVL Manager.
El sistema Logiq Dispatch está diseñado para despachar transporte de carga de larga distancia. Se implementa sobre la base de terminales de comunicación por satélite del sistema INMARSAT instalados en vehículos.
El desarrollo original de PRIN es el paquete de software PRIN IDS, que le permite implementar rápidamente un sistema multifuncional de seguimiento y control operativo para una pequeña flota de transporte. Este sistema permitirá un monitoreo continuo de los vehículos, mostrando las coordenadas de los puntos de ruta de los vehículos en el mapa electrónico del despachador, optimizando rutas y horarios de tráfico y respondiendo rápidamente a situaciones de emergencia.
Empresa “Transnetservice” (TNS) está presente en el mercado de los sistemas de posicionamiento desde hace mucho tiempo y tiene una importante experiencia en el desarrollo e implementación de sistemas. Ofrece una amplia gama de equipos y software, incluidos sistemas de despacho para monitorear objetos en movimiento, sistemas de navegación marina, navegadores autónomos y equipos para almacenar parámetros de rutas de vehículos. La base del sistema es el software “Magellan-Mpara procesar información cartográfica y de navegación de un diseño original, caracterizado por altas características de rendimiento. El software está desarrollado de forma modular y puede adaptarse fácilmente a los tipos de equipos utilizados, sistemas de comunicación y cambiar la composición de las tareas de acuerdo con las especificaciones técnicas del Cliente. Como equipo a bordo en los sistemas de despacho, se recomienda utilizar equipos de navegación y comunicación de KENWOOD: un módulo de módem GPS, que incluye un receptor de navegación de 6 canales y un módem de radio, y radios para automóviles. El módem GPS está diseñado específicamente para su uso en sistemas de despacho. Implementa funciones tan importantes como codificación resistente al ruido y compresión de información, la capacidad de conectar sensores y actuadores a bordo, codificación grupal de objetos en movimiento y modo de transmisión de información sincrónica en un grupo. Esto permite utilizar eficientemente el recurso de radiofrecuencia y al mismo tiempo proporcionar una alta frecuencia de actualización de información sobre objetos en movimiento. El módem GPS está adaptado para funcionar con estaciones de radio f. KENWOOD, operando tanto en modo Radio Convencional como en sistemas troncales (LTR y MPT1327). Sin embargo, también se pueden utilizar emisoras de radio de otras empresas (a costa de cierta reducción de funcionalidad).
El equipo de acumulación de parámetros de movimiento de vehículos “BNP-Trans” ofrece interesantes posibilidades. El equipo se instala sobre un objeto en movimiento (se permite incluso la instalación oculta al personal operativo) y acumula de forma autónoma las coordenadas de los puntos de ruta recibidos de las señales GPS SRNS. Además, se pueden registrar las lecturas de los sensores a bordo (hechos de apertura/cierre de las puertas de la cabina o del contenedor, medidor de flujo de combustible, medidor de temperatura del refrigerador). La capacidad de la memoria no volátil permite registrar hasta 20.000 waypoints, cantidad suficiente para almacenar la ruta de un vehículo durante varias semanas. Al procesar los datos acumulados, se determinan los lugares de desviación de la asignación de ruta (en tiempo o lugar), intentos de influencia no autorizada sobre la carga, intentos de influir deliberadamente en el equipo (apagando la fuente de alimentación a bordo) o la antena de navegación. . La información acumulada permitirá optimizar las rutas, aumentando la seguridad y la rentabilidad del transporte. Este equipo puede ser útil para los servicios de seguridad de empresas de autotransporte dedicadas al transporte de larga distancia y para logística.
Empresa “Termotech” es uno de los pocos que ofrece casi una gama completa de equipos y software para sistemas de posicionamiento de diseño propio. Una característica distintiva es la rica experiencia acumulada por la empresa en el trabajo con el GLONASS SRNS nacional. La base del sistema es el controlador de navegación y comunicación. Se utiliza tanto como parte de equipos de a bordo como en centros de control. El controlador de navegación y comunicación proporciona control de todos los modos de funcionamiento de los equipos de radio y procesamiento de toda la información a bordo. El equipo de a bordo proporciona funcionamiento continuo las 24 horas, determinación continua de las coordenadas de ubicación del vehículo, control automático de los modos de funcionamiento de la radio de a bordo, comunicación de voz con el despachador y recepción de correcciones diferenciales. Los receptores de navegación GPS, GLONASS y SRNS combinados se pueden utilizar como parte de los controladores de navegación y comunicación. Se brinda la capacidad de trabajar con canales de comunicación autónomos (VHF, CB), sistemas troncales, canales de comunicación celular y satelital. Se puede conectar un terminal con pantalla y teclado al controlador para mostrar comandos desde el centro y para que el operador ingrese mensajes de información. El software del centro de despacho muestra la ubicación de los objetos en movimiento en el contexto de un mapa electrónico, llama a la tripulación por voz, recibe y registra toda la información sobre los eventos que ocurren en el sistema, indica al operador sobre desviaciones en las rutas determinadas del vehículo, y generando correcciones diferenciales.
Empresa “GeoSpectrum”ofrece equipos que se pueden integrar en una amplia gama de sistemas de comunicación por radio: redes de radio por paquetes, sistemas troncales LTR, MPT1327, Edacs, redes de comunicación por satélite. El software del centro de despacho le permite habilitar funcionalmente nuevos tipos de sistemas de comunicación. El departamento cartográfico de GeoSpectrum ofrece una amplia gama de mapas electrónicos de varias regiones de Rusia. El software del centro de despacho se implementa tanto utilizando nuestro propio SIG “Panorama” como utilizando otros SIG. El módulo de computadora de a bordo desarrollado también se puede utilizar como navegador de automóvil: cuando se le conecta un televisor de automóvil estándar (de Alpine, Clarion), se muestra un mapa electrónico en la pantalla, que muestra la posición actual del automóvil y ofrece recomendaciones sobre cómo trazar la ruta óptima. Al ordenador de a bordo se pueden conectar sensores analógicos o de contacto y una cámara de vídeo de pequeño tamaño.
Empresa “KORD” desarrolla equipos a bordo e instalaciones de transmisión de datos junto con TESLA. El equipo de navegación, el módem y la estación de radio están integrados en una única unidad estructural. Es posible conectar un terminal de a bordo con pantalla y teclado. Un protocolo de transmisión de datos patentado permite un uso eficiente del espectro de radiofrecuencia. El software del centro de despacho funciona con mapas electrónicos vectoriales y rasterizados.
La empresa “Unicom” presenta el sistema “Unicom-AVL” basado en un complejo de navegación a bordo de su Diseño propio, conectado a una radio VHF estándar. El software del centro de despacho le permite mostrar la ubicación de un objeto en movimiento en el contexto de un mapa electrónico. El número de objetos en movimiento en el sistema es de hasta 255.
Un lector experimentado puede notar que al describir el equipo a bordo, el autor en ninguna parte indicó un parámetro como las dimensiones generales del equipo. Esto se hizo deliberadamente, porque… Las dimensiones del complejo a bordo dependen generalmente de las dimensiones del equipo de comunicación utilizado. El dispositivo en sí, que incluye un receptor de navegación, un controlador y un módem, dependiendo de las funciones adicionales realizadas (trabajar con una pantalla, teclado y otros dispositivos externos), puede tener unas dimensiones totales de 0,5 metros cúbicos. dm hasta 2-5 pies cúbicos. dm. Las dimensiones de una estación de radio VHF de automóvil estándar son de al menos 1 metro cúbico. dm.
Consideremos una serie de proyectos representados por empresas que son operadores de sistemas de comunicación públicos. Para estas empresas, los sistemas de seguimiento operativo de objetos móviles son un servicio adicional que amplía las capacidades de las redes de comunicación.
Empresa “Morsvyazsputnikrepresenta los intereses del sistema de comunicaciones por satélite Inmarsat en Rusia. El sistema propuesto se basa en terminales de comunicación por satélite Inmarsat Standard-S con un receptor GPS incorporado. El software del centro de despacho proporciona seguimiento de 256 objetos ubicados en cualquier parte del mundo desde 80 grados de latitud norte hasta 80 grados de latitud sur. El período para sondear los objetos de seguimiento es de 15 minutos o más. El tiempo que se tarda en recibir información en el centro de control (por ejemplo, una señal de alarma) es de 3 a 5 minutos desde el momento de la transmisión. Este software también se puede utilizar en un sistema que utilice canales de comunicación por radio VHF convencionales.
Central Telegraph introdujo en el territorio de Moscú una red pública de transmisión de datos por paquetes de radio RADIOTEL basada en tecnologías de Racal y Sprint. Las instalaciones de la red RADIOTEL brindan amplias oportunidades para crear sistemas distribuidos para un intercambio de datos rápido y confiable en entornos fijos y móviles. El sistema de despacho de vehículos (VDS) proporciona un seguimiento operativo de la ruta de un vehículo equipado con un terminal de red con un receptor GPS. Utilizando una red de radio, es posible intercambiar datos entre los equipos de a bordo y la computadora central, acceder a bases de datos centrales e interactuar con los servicios de emergencia y seguridad. La red RADIOTEL garantiza un establecimiento rápido de la conexión (aproximadamente 5 segundos) y tiene mecanismos integrados para la protección de datos y la corrección de errores. El centro de conmutación de paquetes de red brinda soporte para los protocolos X.25, X.75, X.3/X.28/X.29, SNA/SDLC.
Grupo de empresas “Grant-VympelJunto con la red federal «SOTEL», ofrece el sistema de monitoreo y navegación para automóviles GrantGuard basado en teléfonos celulares del estándar NMT-450 de Comunicaciones Celulares de Moscú. El sistema de navegación a bordo está disponible en varias opciones de configuración. La configuración mínima utiliza una computadora de navegación especializada con un módem conectado a un teléfono celular. El complejo a bordo proporciona transmisión al centro de despacho de datos sobre la ubicación del vehículo y su estado (dependiendo de la composición de los sensores conectados), transmisión de mensajes sobre situaciones de emergencia (presionando el botón de pánico). El tiempo de cambio de canal con la computadora del centro de despacho puede alcanzar varios minutos, pero el tiempo de transferencia de datos en sí no excede los 20 segundos, por lo que la llamada no se cobra en la red telefónica. Al mismo tiempo, sigue siendo posible utilizar el teléfono para conversaciones de voz. En la configuración ampliada se conecta un ordenador portátil al ordenador de navegación. La computadora puede funcionar en modo “oficina móvil”, realizar las funciones de un navegador de automóvil y brindar acceso a las bases de datos de información del centro.
Empresa “Sistemas de televisión móvil(MTS) es el mayor operador de sistemas celulares GSM de Rusia. Este estándar ofrece amplias oportunidades para la transmisión de datos, tanto a través de canales de tráfico regulares como en el modo de transmisión de mensajes cortos (servicio SMS). Las pequeñas dimensiones de los equipos de abonado GSM y su alto grado de integración con los sistemas digitales modernos permiten implementar un sistema de navegación a bordo con altas características de rendimiento. La empresa ofrece equipos de a bordo fabricados por empresas extranjeras (sistema DUO de GPP, equipos de Falcon), así como un controlador de a bordo de diseño propio. Para la transmisión de datos se utiliza tanto un canal de tráfico (el módem incorporado también funciona como un módem telefónico normal con una velocidad de 9600) como un canal de mensajes cortos. El tiempo de conmutación de un canal de tráfico para la transmisión de datos es de 30 a 90 segundos, el tiempo de transmisión de un mensaje corto (hasta 160 bytes) de un suscriptor de la red a otro (incluso de un móvil a otro) es de 5 a 10 segundos.
El uso de sistemas de comunicación celular se justifica en los casos en que sea necesario reducir el tamaño del equipo de a bordo, el nivel de su propia radiación electromagnética (y, en consecuencia, la energía consumida por el equipo de la red de a bordo o de un suministro de energía autónomo), y también cuando es necesario asegurar una gran área de cobertura del sistema. Desde este punto de vista, los sistemas celulares cubren el área de cobertura de sistemas de corto alcance (urbanos, regionales) y sistemas globales (gracias al roaming nacional e internacional). Al mismo tiempo, debido a su pequeño tamaño y gran área de cobertura, los equipos basados en sistemas celulares se pueden utilizar con éxito en sistemas de seguridad complejos para vehículos de clase VIP como una alternativa a los sistemas que operan según principios zonales (sistemas de radiobaliza como Lo Jack y KORZ).
En conclusión, unas palabras sobre el coste de los sistemas. Cabe señalar que solo un sistema con capacidades limitadas puede resultar relativamente económico: para el monitoreo operativo de una flota limitada de vehículos (hasta 30) en un área limitada (definida por el área de cobertura de la estación de radio del centro de despacho). Para un sistema de este tipo, podemos decir que su costo es una simple suma del costo del abonado y del equipo central o depende linealmente del costo de sus componentes. Para sistemas más complejos, la dependencia del costo del sistema del costo de sus componentes durante todo el ciclo de su operación no es lineal. El abaratamiento de los equipos de a bordo y de los sistemas de comunicación puede resultar posteriormente en la necesidad de realizar grandes inversiones para obtener o alquilar recursos del espectro de radiofrecuencia, creando su propia infraestructura de comunicación (una red de estaciones base, repetidores, canales de comunicación entre estaciones base). En algunos casos, puede resultar rentable pagar tarifas por sistemas troncales o celulares públicos, a pesar de su aparente alto costo. Los estudios de marketing de algunas empresas extranjeras sobre el costo de los equipos y el pago de los servicios de los usuarios del sistema (por ejemplo, propietarios de automóviles caros o transportistas de carga) muestran que los costos totales de los suscriptores del sistema no deben exceder el 4-5% del costo de sus propiedad. Los fabricantes rusos de sistemas de posicionamiento calculan el coste del equipo a bordo para los sistemas de despacho y de seguridad de los vehículos entre 1.000 y 2.000 dólares. Al mismo tiempo, el costo del software del centro de despacho con un mapa electrónico puede variar de $2,000 a $50,000 (dependiendo de las funciones realizadas, la cantidad de objetos de control y el sistema de comunicación utilizado). El costo del alquiler de canales de comunicación o el pago de servicios de redes públicas de comunicación oscila entre 50 y 200 dólares mensuales por un vehículo.