Sistemas y complejos de medios técnicos para la localización de objetos en movimiento.

Sistemas y complejos de medios técnicos para posicionamiento de objetos de vehículos móviles.

Petrov Nikolay Nikolaevich, Candidato de Ciencias Técnicas

SISTEMAS Y COMPLEJOS DE MEDIOS TÉCNICOS PARA LA UBICACIÓN DE OBJETOS MÓVILES

Esta revisión examina los sistemas y complejos de medios técnicos para localizar objetos en movimiento en relación con la solución de problemas que surgen en la práctica de los organismos encargados de hacer cumplir la ley estatales y municipales, así como en las estructuras de seguridad privada. Se da una clasificación de los sistemas de posicionamiento y se describe el estado de desarrollo de varias clases de sistemas en el mundo. Se proporciona información general sobre los sistemas de determinación de ubicación presentados en el mercado nacional de sistemas de seguridad.

1. Clasificación de los sistemas de posicionamiento.

Tareas de determinación de la ubicación de automóviles, otros vehículos, carga valiosa, etc. extremadamente relevante tanto para las agencias gubernamentales encargadas de hacer cumplir la ley como para las estructuras de seguridad privadas. Estos problemas deben resolverse en el proceso de gestión de los servicios de patrulla y seguimiento del movimiento de objetos en movimiento, garantía de la seguridad de los vehículos y búsqueda de los mismos en caso de robo, escolta de vehículos y cargas valiosas, etc. Las tareas más urgentes son la localización automatizada de objetos en movimiento como parte de sistemas de seguridad integrados.

La clasificación de los sistemas y métodos de posicionamiento presentados en este artículo se basa en el enfoque recomendado por el Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicaciones (CICR) de la Unión Internacional de Telecomunicaciones en el Informe 904-1 de la XVI Asamblea Plenaria (Dubrovnik, 1986). Según la definición dada en este documento, en los sistemas automáticos de localización de vehículos (en adelante, siguiendo la abreviatura inglesa, — AVL — Sistemas Automáticos de Localización de Vehículos), se determina la ubicación de un vehículo dentro de un grupo de vehículos similares. automáticamente a medida que se mueve dentro de un área geográfica determinada.

Un sistema AVL generalmente consta de un subsistema de localización, un subsistema de transmisión de datos y un subsistema de control y procesamiento de datos.

Según su finalidad, los sistemas AVL se pueden dividir en:

• sistemas de despacho, en el que el control centralizado en un área determinada se lleva a cabo sobre la ubicación y el movimiento de objetos en movimiento en tiempo real por uno o más despachadores de sistemas ubicados en centros de despacho equipados estacionarios; pueden ser sistemas para el control operativo del movimiento de vehículos patrulla, seguimiento de objetos en movimiento, sistemas de búsqueda de vehículos robados;
• sistemas de seguimiento remoto , en el que el control remoto del movimiento de un objeto en movimiento se realiza mediante un automóvil u otro vehículo especialmente equipado; En la mayoría de los casos, estos sistemas se utilizan para escoltar cargas valiosas o controlar el movimiento de vehículos;
• sistemas de restauración de rutasque resuelven el problema de determinar la ruta o ubicación de un vehículo en modo posprocesamiento a partir de datos obtenidos de una forma u otra; Estos sistemas se utilizan para controlar el movimiento de vehículos, así como para obtener datos estadísticos sobre rutas.

Las implementaciones específicas de sistemas AVL a menudo incluyen medios técnicos que proporcionan varias formas de determinar la ubicación.

Dependiendo del tamaño del área geográfica en la que opera el sistema AVL, puede ser:

• local, es decir. . diseñado para un rango de acción corto, típico principalmente de sistemas de seguimiento remoto;
• zonal, limitado, como una regla, fronteras de una localidad, región, región;
• global, cuyo área de cobertura cubre los territorios de varios estados, un continente, el territorio de todo el mundo.

Desde el punto de vista de la implementación de funciones de determinación de ubicación, los sistemas AVL se caracterizan por parámetros técnicos como la precisión de la ubicación y la frecuencia de actualización de los datos. Evidentemente, estos parámetros dependen del área de cobertura del sistema AVL. Cuanto menor sea el área de cobertura, mayor debe ser la precisión de la ubicación. Así, para los sistemas zonales que operan en la ciudad, se considera suficiente una precisión de ubicación (también llamada zona de incertidumbre de posición) de 100 a 200 m. Algunos sistemas especiales requieren una precisión de unidades de metros, para sistemas globales una precisión de unidades de metros; kilómetros es suficiente.

Para los sistemas de despacho zonal, recibir datos sobre la ubicación de un objeto en movimiento hasta una vez por minuto puede considerarse ideal. Los sistemas de seguimiento remoto requieren una mayor frecuencia de actualizaciones de la información.

Los métodos de posicionamiento utilizados en los sistemas AVL, según la clasificación del CCIR, se pueden dividir en tres categorías principales: métodos de aproximación (que en la literatura nacional también se denominan métodos zonales), métodos de navegación a estima y métodos de posicionamiento por radiofrecuencia.

A continuación se consideran las características de los equipos y sistemas de posicionamiento que realmente se pueden utilizar en las condiciones modernas.

1.1 Sistemas basados ​​en métodos de aproximación

Con la ayuda de un número suficientemente grande de señales de tráfico o puntos de control (CP), cuya ubicación exacta se conoce en el sistema, se crea una red de zonas de control en toda la ciudad. La ubicación del vehículo se determina cuando pasa el punto de control. El código CP individual se transmite al equipo de a bordo, el cual, a través del subsistema de transmisión de datos, transmite esta información, así como su código de identificación, al subsistema de control y procesamiento de datos. Así, se implementa el método de aproximación directa. Sin embargo, en la práctica, se utiliza con mayor frecuencia el método de aproximación inversa — La detección e identificación de vehículos se realiza mediante radiobalizas activas, pasivas o semiactivas de baja potencia instaladas en ellos, transmitiendo su código individual al receptor CP, o utilizando equipos ópticos para leer y reconocer las características de un objeto, para ejemplo, placas de matrícula. La información del panel de control se transmite al subsistema de control y procesamiento de datos.

Obviamente, para los sistemas zonales, la precisión de la ubicación y la frecuencia de actualización de los datos dependen directamente de la densidad de ubicación de los puntos de control en todo el territorio del sistema. Los métodos de aproximación requieren una infraestructura de comunicación desarrollada para organizar un subsistema de transmisión de datos desde una gran cantidad de puntos de control hasta un centro de comando y control, y en el caso de utilizar métodos de lectura óptica, también requieren equipos complejos en el punto de control, y por lo tanto son muy caro cuando se construyen sistemas que cubren grandes áreas. Al mismo tiempo, los métodos de aproximación inversa permiten minimizar el volumen de equipos a bordo — radiobaliza, o prescindir completamente del equipo instalado en el vehículo. La principal aplicación de estos sistemas — Prestación integral de seguridad vehicular, búsqueda de vehículos en caso de robo. Un ejemplo de este tipo de sistema es el sistema «KORZ-GAI», que registra la aproximación de un vehículo equipado robado a un puesto de vigilancia de la policía de tránsito. En Moscú, se planeó equipar todos los puestos que salían de la ciudad con equipo similar. Actualmente se desconoce la existencia de otros sistemas similares en el territorio de Rusia, aunque en muchos países extranjeros los sistemas zonales funcionan desde hace mucho tiempo, tanto para las necesidades de despacho del transporte público que circula por rutas regulares como para la necesidades de los organismos encargados de hacer cumplir la ley.

La red de señales de tráfico más desarrollada, con la ayuda de la cual se implementan sistemas de aproximación tanto directa (7 ciudades según datos de 1980) como inversa (16 ciudades), se encuentra en Japón. Las señales de tráfico en Japón forman una red nacional. En Europa, en los años 70 y 80, se introdujeron activamente los sistemas de detección, identificación y localización selectiva de vehículos desarrollados por Philips y Cotag International Ltd (Gran Bretaña). Las señales de tráfico en forma de bucles electromagnéticos se colocan directamente en la superficie de la carretera. Se instala un transpondedor de radio de pulso semiactivo en el vehículo, que se activa cuando se expone al campo electromagnético del bucle. Actualmente, ANANDA Holding AG está activa en países europeos. Desde 1992, los sistemas INMED/VOLBACK se han desplegado en Francia, y luego en 12 países europeos y en México, para localizar vehículos robados. Las antenas receptoras de los puntos de control están integradas en la superficie de la carretera, postes y otros elementos estructurales de la carretera. El transmisor del vehículo mide aproximadamente 5x4x2 cm. Los puntos de control están conectados a una única red paneuropea. En Francia, 1.500 puntos de control forman 400 zonas. Según los expertos franceses, la eficacia de la devolución de vehículos robados equipados con transmisores del sistema INMED/VOLBACK es de más del 85% frente al 60% de los vehículos no equipados. El número total de vehículos equipados en Europa, según ANANDA Holding AG, debería ser de al menos 500 mil vehículos.

La segunda generación de sistemas basados ​​en lectura óptica y reconocimiento de matrículas se está introduciendo en Japón y el Reino Unido.

La ubicación del vehículo se determina midiendo la diferencia en las distancias del vehículo desde tres o más posiciones relativas.

Este grupo de métodos se puede dividir condicionalmente en dos subgrupos: métodos que implementan el cálculo de coordenadas basándose en los resultados de recibir señales de radio especiales a bordo de un objeto móvil (métodos de navegación por radio directa o inversa), y métodos que generalmente se denominan en este artículo métodos de radiogoniometría, cuando la ubicación absoluta o relativa de un objeto móvil se determina cuando la señal de radio que emite es recibida por una red de puntos receptores fijos o móviles.

Utilizando una red de radiogoniómetros distribuidos por la ciudad o utilizando equipos móviles de radiogoniometría, es posible realizar un seguimiento la ubicación de objetos equipados con transmisores de radio y balizas.

Un ejemplo de un sistema AVL basado en métodos de radiogoniometría es el sistema GIPS (nuevo nombre: «SKIF»), ofrecido por Pyramid LLP. El principio de funcionamiento del sistema — recibir una señal emitida por una radiobaliza de pequeño tamaño sobre un objeto en movimiento mediante una red de centros receptores de radio estacionarios y calcular el área de incertidumbre de la posición del vehículo mediante el método de triangulación. Aplicación de señales de banda ancha con base 103 — 108 proporciona una velocidad de actualización de información en el sistema de hasta 5000 objetos por segundo con alta inmunidad al ruido. La precisión de la ubicación depende de la densidad de la red de recepción de radio estacionaria en la ciudad y puede alcanzar varios metros en el modo de seguimiento continuo y corrección de datos mediante un mapa electrónico.

MegaPage ofrece un sistema similar que utiliza buscapersonas bidireccionales y una red de estaciones transceptoras”. El transmisor de banda ancha instalado en el vehículo se activa mediante una señal de un receptor de buscapersonas estándar o mediante una señal del sistema de alarma antirrobo. La ubicación del transmisor se determina mediante una red de estaciones base del sistema de búsqueda.

Un ejemplo de un sistema basado en radiogoniómetros móviles es el conocido programa de televisión — Programa el sistema “Lo Jack”. Los radiogoniómetros de este sistema están equipados con vehículos del batallón especial de la policía de tránsito y piquetes de la policía de tránsito a la salida de la ciudad.

Se implementan sobre la base de sistemas de navegación terrestres de fase de pulso (como “Loran-S” — “Chaika”) y sistemas de navegación por satélite en órbita media (MRNS) GPS NAVSTAR — GLONASS. Las mejores características de precisión y rendimiento las tienen actualmente los sistemas de navegación por satélite, en los que la precisión de la ubicación en el modo estándar se logra en el modo estándar no peor que 50-100 m, y con el uso de métodos especiales de procesamiento de señales de información en el modo de fase. determinación o navegación diferencial — hasta unidades de metros.

La ventaja de estos métodos es la determinación de la ubicación global, que permite su uso en casi cualquier territorio y rutas de cualquier longitud, buena precisión, la capacidad de determinar la posición de un objeto directamente en el mapa del terreno, la capacidad de determinar no solo coordenadas , pero también la altura, velocidad y dirección del movimiento del objeto, alto grado compatibilidad con sistemas automatizados de procesamiento de información. No es casualidad que estos sistemas tengan la más amplia gama de aplicaciones. Se trata de sistemas de despacho de transporte urbano y especial, que garantizan la seguridad del transporte y de los bienes materiales, que funcionan en tiempo real en una ciudad con decenas y cientos de objetos en movimiento. Se trata de sistemas de seguimiento de las rutas de transporte utilizadas en el transporte interurbano e internacional de larga distancia (con la transmisión de información sobre la ruta mediante sistemas de comunicación global como Inmarsat o con la acumulación pasiva de información sobre la ruta con su posterior procesamiento).

La alta tecnología de los equipos de navegación fabricados también ha determinado un gran número de ofertas de sistemas prefabricados de muchas empresas nacionales. El líder indiscutible es la empresa más antigua en este sector del mercado, PRIN, que ofrece la más amplia gama de equipos de navegación y sistemas de posicionamiento basados ​​en ellos. Pero esto no significa en absoluto que las soluciones ofrecidas por esta empresa no sean criticables y sean un estándar de facto. Cabe señalar de inmediato que las soluciones técnicas ofrecidas por varias empresas son bastante similares en su rendimiento y difieren en detalles, lo que, sin embargo, puede ser importante para un usuario particular del sistema. Normalmente, el equipamiento del sistema incluye un ordenador de navegación a bordo, una radio VHF o un teléfono móvil.

En el centro de despacho se instala una computadora con tarjeta electrónica y software del sistema de despacho. Un análisis detallado de los proyectos propuestos está fuera del alcance de este artículo y se presentará en números posteriores. Aquí solo enumeraremos los sistemas más completos desde el punto de vista del usuario final, diseñados para el despacho y monitoreo de vehículos en la ciudad; . Estos son el sistema “Magellan” de la empresa Transnetservice, el sistema Unicom-AVL de la empresa Unicom, el sistema Granit de la “Red” STC, el sistema KORD de la empresa KORD, el sistema GrantGuard del grupo GRANT-Vympel de empresas, sistemas de la empresa Termotech” y otros. La implementación generalizada de estos sistemas se ve obstaculizada por el desarrollo insuficiente de la infraestructura de comunicaciones móviles en Rusia para organizar un canal confiable de transmisión de información entre los equipos centrales y de a bordo en las grandes ciudades. Se puede esperar un cierto avance en esta área con la expansión del área de cobertura y la capacidad de los centros de conmutación de datos de los sistemas de comunicaciones celulares digitales implementados de estándares GSM, la introducción de sistemas de comunicaciones móviles digitales de otros estándares y su integración con las redes europeas. .

3. Métodos de navegación a estima

Estos métodos para determinar la ubicación de vehículos se basan en medir los parámetros de movimiento del vehículo utilizando sensores de aceleración y velocidad angular junto con sensores de distancia y sensores de dirección, y calcular, basándose en estos datos, la ubicación actual de un objeto en movimiento con respecto a un punto de partida conocido. punto. En general, estos métodos se pueden utilizar en los mismos sistemas que los métodos basados ​​en la radionavegación. La principal ventaja de estos métodos en comparación con los métodos de navegación por radio — independencia de las condiciones para la recepción de señales de navegación por parte de los equipos de a bordo. No es ningún secreto que en el territorio de una ciudad moderna con densos edificios altos puede haber áreas donde sea difícil recibir señales de sistemas de navegación terrestres e incluso por satélite. En tales zonas, los equipos de navegación a bordo no pueden calcular las coordenadas de un objeto en movimiento. Se deben colocar antenas receptoras para sistemas de radionavegación en los vehículos para garantizar las mejores condiciones para recibir las señales de navegación. Esto los hace vulnerables a los atacantes si se utilizan para proteger vehículos o la carga que transportan. Los métodos existentes para camuflar antenas receptoras son bastante complejos y costosos.

Los métodos de navegación a estima y de navegación inercial no presentan estos inconvenientes, ya que el equipo es completamente autónomo y puede integrarse en los elementos estructurales de un vehículo para dificultar su detección y protegerlos de una inutilización intencionada. Las desventajas de los métodos de navegación a estima pueden considerarse la necesidad de corregir los errores acumulados en la medición de los parámetros de movimiento, en general, las dimensiones bastante grandes de los equipos a bordo, la falta de una base elemental accesible de pequeño tamaño para crear equipos a bordo ( acelerómetros, calculadoras autónomas de la distancia recorrida, sensores de dirección), la complejidad de procesar los parámetros de movimiento para calcular las coordenadas en la computadora de a bordo. La dirección más prometedora para el uso de tales métodos puede considerarse su uso conjunto con métodos de radionavegación, lo que compensará las desventajas inherentes tanto a uno como a otro método. Avtonavigator JSC ofrece un sistema de posicionamiento que utiliza este método”. El equipamiento a bordo del sistema utiliza: un sensor de trayectoria conectado al velocímetro del vehículo, un sensor de dirección basado en fluxgates que miden la desviación del eje del vehículo respecto al meridiano magnético terrestre y un sensor de aceleración (acelerómetro) que elimina Errores en el sensor fluxgate que surgen debido a la ubicación no horizontal del objeto con respecto a la superficie de la Tierra. La corrección de los errores de navegación a estima se realiza mediante un mapa vectorial digital de polilíneas de la red de transporte de la ciudad, que permite alcanzar una precisión de localización de hasta varios metros. Es posible utilizar elementos del equipo de a bordo junto con el receptor SRNS.

Conclusión

Incluso una breve revisión de los métodos y equipos de determinación de la ubicación nos permite concluir que no existe un sistema universal que pueda satisfacer todos los requisitos del usuario final. La tarea de crear sistemas de posicionamiento eficientes resulta ser mucho más amplia que elegir un método específico. Se pueden identificar los siguientes problemas en todo el sistema que los clientes y desarrolladores de dichos sistemas deben tener en cuenta.

De gran importancia es la presencia en el territorio propuesto de implementar un sistema de infraestructura adecuada para crear un subsistema de transmisión de datos. Por lo tanto, la presencia de un sistema para calcular y transmitir información de corrección para operar equipos de navegación en modo diferencial (similar, por ejemplo, al sistema de radiobaliza de la Guardia Costera de EE. UU.) aumentará significativamente la precisión de la determinación de la ubicación utilizando SRNS sin significativamente complicando el equipamiento a bordo. La presencia de sistemas de comunicación móviles con estructura celular y microcelular permitirá reducir la potencia del transmisor a bordo, lo que reduce el tamaño del equipo, simplifica los problemas de suministro de energía (especialmente en modos de instalación encubierta) y dificulta atacantes para detectar equipos a bordo. A su vez, la estructura microcelular de los sistemas de comunicación puede convertirse en la base para la construcción de sistemas de posicionamiento zonal o permitirá resolver problemas de determinación de la ubicación utilizando métodos de radiogoniometría.

Por otra parte, están las cuestiones de la creación de mapas electrónicos destinados a su uso con sistemas AVL y su actualización. A menudo, los sistemas de información geográfica utilizados para resolver problemas de determinación de ubicación, además de las funciones de visualización habituales, deben realizar las funciones de corrección de datos, recálculo de datos obtenidos en diferentes sistemas de coordenadas y vinculación lógica de las trayectorias de movimiento de objetos móviles a elementos de la red de transporte, teniendo en cuenta el modelo de movimiento del objeto móvil. Desde este punto de vista, tendrán ventajas aquellos sistemas que organicen la corrección operativa de la situación del tráfico, incluso teniendo en cuenta la información sobre los atascos en determinados tramos de las rutas de transporte.

Las empresas que asumen la responsabilidad de la seguridad de personas o bienes, utilizando sistemas de localización, deben resolver el tema de la información y la interacción legal con las fuerzas del orden que garantizan la seguridad física o la devolución de activos materiales (un buen ejemplo &#8212 ; batallón especial de policía de tránsito que trabaja con el sistema LODJEC.» Equipar a los equipos móviles con medios de acceso a bases de datos de información, medios de determinación automatizada de la ubicación y designación de objetivos puede aumentar significativamente la eficiencia de su trabajo.

Resolver todos estos problemas permitirá crear un sistema AVL que mejor satisface las necesidades del cliente y es capaz de devolver los fondos invertidos en el desarrollo e implementación del sistema en el menor tiempo posible.