SISTEMA MULTIFUNCIONAL PARA ENVÍO Y MONITOREO DE OBJETOS MÓVILES Y ESTACIONARIOS TOV “ALMAZ” ”
INTRODUCCIÓN
La base de cualquier complejo de medios técnicos para determinar la ubicación de objetos en movimiento es, en primer lugar, el propio sistema de posicionamiento de objetos en movimiento.
Existen muchos métodos y sistemas diferentes para la posición. determinación.
En el artículo «Sistemas y complejos de medios técnicos para localizar objetos en movimiento» («Equipos especiales», No. 3 se ofrece una clasificación bastante completa de los sistemas y métodos conocidos). 1998)
Entre los sistemas más conocidos para posicionar objetos en movimiento, el sistema de posicionamiento global (GPS) estadounidense “Navstar” es el de mayor interés porque está completamente implementado, ha estado funcionando durante muchos años y actualmente cuenta con soporte completo.
Los receptores GPS para uso civil se venden en todo el mundo en diversas formas, en forma de navegadores para uso individual, en forma de relojes, etc.
El análogo ruso de este sistema es el sistema GLONAS.
Ambos sistemas están diseñados para uso militar.
Sin embargo, si el sistema GPS estadounidense se ha implementado durante mucho tiempo y se ha mantenido adecuadamente durante varios años, el sistema ruso GLONAS se ha implementado por completo hace relativamente poco tiempo.
Gracias a Tras las reformas llevadas a cabo en el país y, lo más importante, en las fuerzas armadas rusas, el destino del sistema está constantemente en duda y su funcionamiento requiere costes importantes.
Sin embargo, en la actualidad, los receptores del sistema Glonas para uso civil se han puesto en producción en masa y se presentan en el mercado ruso, aunque tienen aproximadamente el doble de tamaño y precio en comparación con los receptores GPS.
Los sistemas son similares en construcción.
Tanto “Navstar” como “GLONAS” son un sistema de 24 satélites lanzados a la órbita terrestre baja, cada satélite determina con alta precisión su ubicación en el espacio utilizando las estrellas y transmite cada segundo, en un sistema de alta precisión de un solo tiempo para todos los satélites tus coordenadas.
Un receptor situado en tierra recibe información de varios satélites y mide el retraso en la llegada de la señal.
El receptor incluye una computadora que resuelve espacialmente la tarea de determinar la ubicación del propio receptor en el espacio.
Es necesario señalar dos diferencias principales entre los sistemas.
Si el sistema Navstar utiliza separación de señales por código, el sistema Glonas utiliza separación de frecuencia, lo que conduce a un procesamiento más complejo de las señales recibidas y, como consecuencia, a un aumento en el tamaño, el consumo de energía y el coste de los receptores.
La segunda diferencia es esta. que los satélites del sistema GLONAS tienen un período de revolución alrededor de la Tierra ligeramente superior a 24 horas, mientras que en el sistema Navstar el período de revolución de los satélites alrededor de la Tierra es exactamente de 24 horas.
Así, para un observador en la Tierra, la posición de la constelación de satélites del sistema Navstar para cada momento del día se conoce de antemano y se repite al día siguiente.
Esto significa que es posible seleccionar durante el día para cada punto de observación, los mejores y más precisos periodos de observación.
En el sistema GLONAS, el período de revolución de los satélites alrededor de la Tierra es de poco más de un día, por lo que la repetición de la posición de una constelación de satélites es mucho más de un día, lo que permite lograr una mayor precisión media en la determinación. coordenadas.
La idea de crear el sistema
Los sistemas de localización se utilizan ampliamente para la navegación de embarcaciones marítimas, vehículos terrestres, durante trabajos topográficos, etc. .
La gran mayoría de sistemas de localización no tienen canales para transmitir información de coordenadas al centro y se utilizan como navegación.
La idea de construir un sistema de monitoreo multifuncional «Almaz» con un centro de control central para recopilar información surgió gracias al rápido desarrollo de los sistemas de comunicación celular en los últimos años.
Desde el receptor del sistema de posicionamiento global, al recibir información de los satélites, calcula las coordenadas de su ubicación en el espacio; al construir sistemas de despacho, surge la tarea de entregar información sobre la ubicación de un objeto equipado con dicho receptor al centro de despacho.
En otras palabras, la esencia del problema es la elección de una red de transporte para entregar esta información al centro de despacho.
La información sobre la ubicación de un objeto remoto se puede transmitir por radio canales de un sistema de comunicación troncal, a través de canales de radiocomunicación VHF, utilizando redes de dispositivos receptores ubicados por toda la ciudad, unidos por un subsistema de recopilación de información, etc.
Al elegir los canales de transmisión de información, es importante garantizar la continuidad de la entrega de información en todo el territorio atendido, mientras que el canal seleccionado debe ser bastante económico.
En nuestra opinión, este criterio es el mejor. se cumple mediante el uso de canales económicos de mensajes de corto alcance del sistema de comunicación celular del estándar GSM 900/DCS 1800.
La investigación que llevamos a cabo demuestra la exactitud de la elección que hicimos .
Las pruebas de transmisión de información a través de canales analógicos de la empresa «Moscú Cellular Communications» mostraron una baja confiabilidad en la transmisión de información, lo que conduce a frecuentes interrupciones en la comunicación entre módems debido a que se excede el umbral de error permitido.
Restauración el canal de comunicación requiere mucho tiempo de marcación, por lo que no se logra la continuidad de la entrega de información.
Pruebas similares realizadas en los canales de comunicación de los estándares Beeline AMS y DAMS dieron aproximadamente los mismos resultados.
La confiabilidad de la transmisión de información a través de estos canales es algo mayor, pero esto no cambió significativamente la situación; las interrupciones en la comunicación siguieron siendo inaceptablemente frecuentes.
Fiabilidad de la transmisión de información al realizar pruebas en canales de voz y canales de mensajes cortos celulares digitales El estándar de comunicación GSM 900/DCS 1800 de MTS resultó ser aproximadamente dos órdenes de magnitud mayor en comparación con los canales analógicos.
Durante las pruebas, prácticamente no hubo interrupciones en la transmisión de información.
Además, el uso de sistemas de comunicación celular analógicos implica la transmisión de información a través de canales de comunicación de voz, que son más costosos en comparación con los canales de mensajes cortos de los sistemas de comunicación celular del estándar GSM 900/DCS 1800.
Estructural diagrama del sistema Almaz
El sistema Almaz es una red de dispositivos terminales remotos ubicados en objetos móviles y estacionarios y un centro de despacho y monitoreo.
La información de terminales remotos se recibe a través de canales de mensajes cortos o canales de comunicación de voz del estándar GSM 900/DCS 1800 al centro de despacho y monitoreo para su acumulación y posterior procesamiento. El diagrama de bloques del sistema se presenta en la Figura 1.
Los dispositivos terminales instalados en objetos en movimiento incluyen un receptor GPS con ayuda del cual se determina su ubicación.
La información sobre la ubicación del objeto se transmite al centro en forma de mensajes cortos mediante un módem GSM.
El dispositivo terminal procesa las señales del sistema de seguridad del objeto a través de 8 o 16 entradas y, en caso de amenaza, transmite previamente al programado un breve mensaje al centro o a un número de teléfono también programado previamente.
Usando dos entradas, el dispositivo terminal puede procesar un valor analógico (voltaje) proveniente de cualquier sensor y transmitir información sobre el alcance de un valor umbral preestablecido o sobre este valor superando un intervalo específico.
Los dispositivos terminales para objetos estacionarios se diferencian de los dispositivos terminales para objetos en movimiento principalmente solo por la ausencia de receptores GPS en su composición y realizan todas las demás funciones enumeradas anteriormente.
El centro recibe información de una variedad de sensores ubicados en objetos móviles y estacionarios y la acumula en las bases de datos apropiadas desde su software matemático. Los datos sobre la ubicación de los objetos en movimiento se muestran en un mapa electrónico en forma de punto o trayectoria de una ruta de movimiento.
El resto de los datos se archivan y se someten a procesamiento estadístico. . Las rutas de desplazamiento de los objetos en movimiento también quedan acumuladas en las correspondientes bases de datos del centro.
El centro puede transmitir comandos al dispositivo terminal. De acuerdo con los comandos recibidos, el dispositivo terminal puede controlar actuadores de sistemas de vehículos o redes de servicios públicos de un objeto estacionario.
Por ejemplo, cerrar la cerradura central de un automóvil, encender el calefacción en una casa de campo, etc.
El dispositivo terminal puede controlar actuadores a través de 8 o 16 líneas.
Equipo terminal
El diagrama funcional del dispositivo terminal se muestra en la Figura 2.
— La línea de puntos muestra las unidades de hardware y software que se pueden incluir adicionalmente en el terminal
El dispositivo terminal incluye un módem GSM de modo dual para proporcionar comunicación bidireccional entre el terminal y el centro. , un receptor GPS para determinar las coordenadas actuales del objeto móvil, un dispositivo de interfaz con sensores de seguridad para monitorear el sistema de seguridad del objeto y una unidad de interfaz con actuadores.
El controlador terminal opera de acuerdo con un programa grabado en su memoria y controla todos los dispositivos, procesa comandos recibidos del centro, genera acciones de control en los actuadores y genera mensajes cortos para su transmisión al centro.
Como mínimo En el conjunto básico, el terminal puede procesar hasta 8 entradas de “contacto seco” del sistema de seguridad y generar un mensaje de alarma correspondiente para cada alarma, cuyo texto lo determina el cliente.
Los mensajes de alarma se pueden transmitir, además del centro, a varios (hasta 8) números de teléfono móvil; la secuencia de transmisión de los mensajes de alarma a las direcciones se programa durante la instalación y se puede cambiar de forma remota; comando desde el centro.
El terminal procesa voltajes analógicos usando dos entradas. El terminal puede enviar un mensaje acerca de que el voltaje en esta entrada excede o disminuye en relación con el valor programado.
Se puede programar un intervalo de voltajes permitidos y el terminal enviará un mensaje sobre la salida del valor de voltaje controlado del intervalo especificado.
Valores umbrales y límites de voltaje permitidos Los intervalos en las entradas analógicas del terminal se programan antes de su instalación y pueden cambiarse mediante comando de forma remota.
Habiendo recibido la orden correspondiente desde el centro o desde un teléfono móvil, el terminal puede generar un impacto en el dispositivo ejecutivo correspondiente de cualquier sistema del objeto, por ejemplo, cerrar la puerta de un automóvil mediante una cerradura central o encender la calefacción en un casa de campo.
Cuando se instala en un automóvil, el terminal se alimenta de la red de a bordo; cuando se instala en un objeto estacionario, la energía se suministra desde la red de CA.
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El terminal puede equiparse con unidades de hardware y software adicionales que amplían sus capacidades. Los bloques de interfaz adicionales le permiten aumentar el número de entradas para procesar sensores de seguridad y salidas para controlar los actuadores de los sistemas del objeto controlado.
El terminal de voz le permite organizar la comunicación de voz entre los centro y el objeto. Con un micrófono oculto se puede controlar la situación acústica del lugar. La fuente de alimentación de respaldo garantiza el funcionamiento del terminal en caso de una pérdida de red o de energía a bordo.
El kit terminal incluye dos antenas remotas para comunicaciones celulares y para un receptor GPS.
Equipo central
El complejo de software y hardware del Centro de Monitoreo y Control (PTK TsMU) es un complejo de información, software, hardware y herramientas tecnológicas que aseguran la recopilación, análisis y acumulación de información sobre cambios en el estado de los objetos controlados, el desarrollo y transmisión de acciones de control correspondientes a la situación que ha surgido.
Durante el diseño del hardware y el sistema de control del centro de control, se eligieron las siguientes disposiciones como básicas.
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- El necesidad de aprovechar al máximo los beneficios que brindan las herramientas implementadas por MTS en su red a partir de la implementación de equipos y software que implementan el servicio de “transmisión de mensajes cortos” en sistemas GSM. li>
La comunicación con objetos en movimiento, combinada con la posibilidad de transmisión simultánea de datos e información de voz, aumentando la velocidad y probabilidad de entrega de datos y la confiabilidad de su transmisión, permite una mayor eficiencia y calidad de control en un entorno que cambia rápidamente.
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- El paquete de hardware y software de CMU debe proporcionar soporte para la operatividad de sistemas para diversos fines funcionales, proporcionando control y gestión de objetos (tanto móviles como estacionarios), que se basan en el uso de comunicaciones móviles.
Además de las tareas principales (monitorear la ubicación de objetos en movimiento, procesar datos de sensores y controlar actuadores de un objeto en movimiento), otras se pueden resolver en el software MCC, por ejemplo, proporcionar a los objetos varios tipos de información de referencia, notificar sobre la necesidad de cambiar la ruta, organizar la interacción entre los objetos de un grupo, seguimiento ambiental, etc.
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- El hardware y software del MCC deben tener la propiedad de escalabilidad, es decir. representan una gama de modelos únicos de complejos unificados y funcionalmente completos de diferente capacidad (número de objetos atendidos simultáneamente), costo, que difieren en el conjunto de funciones realizadas y otras características relacionadas con las características de una aplicación en particular.
El software y hardware del complejo de hardware y software de CMU es un conjunto de estaciones de trabajo automatizadas (AWS), medios para organizar y mantener conjuntos de información, medios para mostrar información para uso colectivo e individual, unidos como parte de una red informática local o distribuida.
La base técnica de las estaciones de trabajo automatizadas son ordenadores personales del tipo IVM RS, equipados con equipos periféricos y, si es necesario, medios para recopilar y transmitir información.
Módems móviles SIMENS GSM Module M20 Terminal se utilizan para recibir y transmitir mensajes.
La base de software consta de paquetes de software de aplicación listos para usar (comprados) y software desarrollado para funcionar en el entorno Windows-98/NT.
Para el desarrollo del software se utilizaron Borland C++ Builder 4.0, MS Visual FoxPro 6.0/6.3, MapBasic 4.5/5.0. Para visualizar y procesar información geográfica se utiliza el paquete MapInfo Professional 4.5/5.0.
El hardware y software de la CMU incluye los siguientes subsistemas:
El subsistema de intercambio de información con los objetos de control a través de un canal de radio y a través de la estación central de señales digitales garantiza la recepción de paquetes de datos de los objetos de control y los usuarios, la decodificación y verificación, así como la transmisión a los objetos de control y los usuarios.
Paquetes de datos o mensajes de voz
El subsistema de análisis, acumulación y procesamiento de datos almacena paquetes de datos en el archivo, realiza análisis semántico de los mensajes recibidos y garantiza la implementación de acciones especificadas para una situación determinada.
El subsistema de visualización proporciona la visualización de información sobre la ubicación, rutas de movimiento de objetos en un mapa electrónico (detallado y general) y en forma de texto, así como notificaciones de voz y (o) texto sobre cambios en el estado de un objeto ( grupo de objetos).
En la Fig. La Figura 3 muestra pantallas que muestran la ubicación de los objetos en un mapa electrónico (“Mapa general”, “Ventana adicional”, ventana principal) y en forma de texto (“Ubicación de los objetos”).
El subsistema de recuperación de información garantiza que se determine la ubicación de los objetos y que se proporcione al usuario, en forma de texto o en un EC, información (certificados) sobre el movimiento y el estado de la instalación en función de los datos acumulados en la base de datos «Archivo».
El subsistema de planificación de rutas genera una descripción de la ruta para cada uno de los objetos de control, que incluye las coordenadas de zonas o tramos de la ruta, una descripción de los territorios (zonas) en la ruta que requieran una reacción especial, así como un cronograma de desplazamiento a lo largo de la ruta.
El subsistema de información y referencia proporciona información sobre objetos de control (grupos de objetos), usuarios, situaciones, rutas y ubicaciones de movimiento durante el período de tiempo requerido, funcionamiento del sistema, acceso de los usuarios a procedimientos y datos, etc.
El subsistema para configurar parámetros operativos brinda la capacidad de establecer la configuración de la computadora, la ubicación de programas y archivos de información, parámetros para la interacción de información con objetos y usuarios a través de canales de comunicación, parámetros de control para procedimientos del sistema, etc.
El subsistema de monitoreo y diagnóstico asegura la detección de fallas y fallas en el funcionamiento de los equipos, registrando eventos de este tipo en los archivos correspondientes e implementa las acciones necesarias para eliminar las consecuencias de las fallas.
El subsistema de soporte tecnológico está diseñado para llevar a cabo medidas que garanticen la protección de la información, realizar operaciones tecnológicas para actualizar, configurar, copiar y restaurar la base de datos de MCC PTC.
El sistema utiliza mapas electrónicos (EC) de una ciudad a escala 1:10.000, preparados para la percepción visual y que contienen información toponímica y de dirección, así como EC de descripción general que coinciden en coordenadas geográficas o métricas de los geoobjetos con los EC principales.
El EC incluye capas que contienen rutas de objetos, zonas críticas para identificar situaciones especiales, información que identifica áreas de la ciudad.