МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ДИСПЕТЧИРОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА ПОДВИЖНЫХ И СТАЦИОНАРНЫХ ОБЪЕКТОВ “АЛМАЗ”
ВВЕДЕНИЕ
В основе любого комплекса технических средств местоопределения подвижных объектов лежит, прежде всего, собственно система местоопределения подвижных объектов.
Существует множество различных способов и систем местоопределения.
Достаточно полная класификация известных систем и способов приведена в статье “Системы и комплексы технических средств местоопределения подвижных объектов” (“Специальная техника”, №3 1998 г.)
Среди извесных систем местоопределения подвижных объектов наибольший интерес представляет американская глобальная система позиционирования (GPS) “Навстар” потому, что она развернута полностью, функционирует в течение многих лет и поддерживается в настоящее время в полном объеме.
Приемники GPS для гражданского применения продаются по всему миру в самых различных видах, в виде навигаторов для индивидуального применения, в виде часов и т. п.
Российским аналогом этой системы является система “Глонас”.
Обе системы созданы для военного применения.
Однако если Американская система GPS развернута давно и исправно поддерживается в течение ряда лет, Российская система “Глонас” развернута полностью сравнительно недавно.
Благодаря реформам, проводимым в стране, а главное в Российских вооруженных силах, судьба системы постоянно находится под вопросом, ее эксплуатация требуют значительных затрат.
Тем не менее, в настоящее время приемники системы Глонас для гражданского применения освоены в серийном производстве и представлены на Российском рынке обладая, правда, приблизительно в два раза большими габаритами и ценой по сравнению с приемниками GPS.
Системы аналогичны по построению.
Как “Навстар” так и “Глонас” представляют собой систему из 24-х спутников выведенных на околоземную орбиту, каждый спутник определяет с высокой точностью свое местоположение в пространстве по звездам и каждую секунду, в высокоточной системе единого для всех спутников времени, передает в эфир свои координаты.
Приемник находящийся на земле принимает информацию от нескольких спутников и измеряет задержку поступления сигнала.
В состав приемника входит вычислитель который решает пространственную задачу по определению местоположения самого приемника в пространстве.
Необходимо отметить два основных отличия систем.
Если в системе “Навстар” применено кодовое разделение сигналов, то в системе “Глонас” частотное, что приводит к более сложной обработке принимаемых сигналов и, как следствие, к увеличению габаритов, энергопотребления и стоимости приемников.
Второе отличие заключается в следующем. что спутники системы “Глонас”имеют период обращения вокруг земли несколько больший чем 24 часа, тогда как в системе “Навстар” период обращения спутников вокруг Земли равен точно 24-м часам.
Таким образом, для наблюдателя на Земле положение созвездия спутников системы “Навстар” для каждого момента времени в течении суток заранее известно и повторяется в последующие сутки.
Это означает, что можно выделить в течении суток для каждой точки наблюдения лучшие и хдшие по точности периоды наблюдения.
В системе “Глонас” период обращения спутников вокруг Земли несколько больше суток, поэтому повторение положения созвездия спутников значительно больше суток, что позволяет достигать большей средней точности определения координат.
Идея создания системы
Системы местоопределения широко применяются для навигации морских судов, сухопутных транспортных средств, при проведении изыскательских работ и т. п.
Подавляющее большинство систем местоопределения не обладают каналами передачи в центр информации о координатах и используются как навигационные.
Идея построения многофункциональной мониторинговой системы “Алмаз” с центральным диспетчерским пунктом сбора информации возникла благодаря бурному развитию в последние годы систем сотовой связи.
Поскольку приемник глобальной системы местоопределения принимая информацию от спутников вычисляет координаты своего местоположения в пространстве, при построении диспетчерских систем встает задача доставки информации о местоположении объекта оснащенного таким приемником в диспетчерский центр.
Другими словами суть проблемы состоит в выборе транспортной сети для доставки этой информации в диспетчерский центр.
Информация о местоположении удаленного объекта может быть передана по радиоканалам транкинговой системы связи, по каналам УКВ радиосвязи, с помощью сети приемных устройств размещенных по территории города объединенных подсистемой сбора информации и т. п.
При выборе каналов передачи информации важно обеспечить непрерывность доставки информации по всей обслуживаемой территории при этом выбранный канал должен быть достаточно дешевым.
В наибольшей степени этому критерию, по нашему мнению, отвечает использование недорогих каналов коротких сообщений системы сотовой связи стандарта GSM 900/DCS 1800.
Проведенные нами исследования доказывают правильность сделанного выбора.
Испытания по передаче информации по аналоговым каналам компании “Московская сотовая связь” показали низкую достоверность передачи информации, что приводит к частым разрывам связи между модемами из-за превышения допустимого порога ошибок.
Восстановление канала связи требует затрат времени на дозвон поэтому не достигается непрерывность доставки информации.
Аналогичные испытания проведенные на каналах связи стандартов AMS и DAMS компании “Билайн” дали приблизительно такие же результатам.
Достоверность передачи информации по этим каналам несколько выше, но это существенно не изменило ситуацию, перерывы в связи оставались недопустимо частыми.
Достоверность передачи информации при проведении испытаний на голосовых каналах и каналах коротких сообщений цифровой сотовой связи стандарта GSM 900/DCS 1800 компании МТС оказалась приблизительно на два порядка выше по сравнению с аналоговыми каналами.
Во время проведения испытаний практически не наблюдалось перерывов в передаче информации.
Кроме того, использование аналоговых сотовых систем связи предполагает передачу информации по каналам голосовой связи более дорогим по сравнению с каналами коротких сообщений систем сотовой связи стандарта GSM 900/DCS 1800.
Структурная схема системы “Алмаз”
Система “Алмаз” представляет собой сеть удаленных терминальных устройств расположенных на подвижных и стационарных объектах и центра диспетчирования и мониторинга.
Информация от удаленных терминалов поступает по каналам коротких сообщений или по каналам голосовой связи стандарта GSM 900/DCS 1800 в центр диспетчирования и мониторинга для накопления и последующей обработки. Структурная схема системы представлена на рисунке 1.
В состав терминальных устройств устанавливаемых на подвижных объектах входит приемник GPS c помощью которого определяется его местоположение.
Информация о местоположении объекта передается в центр в виде коротких сообщений с помощью GSM модема.
Терминальное устройство обрабатывает сигналы от охранной системы объекта по 8-ми или 16 входам и в случае возникновения угрозы передает запрограммированное заранее короткое сообщение в центр или на телефонный номер так же запрограммированный заранее.
По двум входам терминальное устройство может обрабатывать аналоговую величину (напряжение) поступающую от какого-либо датчика и передать информацию о достижении заранее установленной пороговой величины или о выходе этой величины за пределы заданного интервала.
Терминальные устройства для стационарных объектов отличаются от терминальных устройств для подвижных объектов в основном только отсутствием в их составе GPS приемников и выполняют все остальные перечисленные вышефункции.
Центр принимает информацию от множества датчиков расположенных на подвижных и стационарных объектах и накапливает в соответствующих базах данных из состава своего математико-программного обеспечения. Данные о местоположение подвижных объектов отображаются на электронной карте в виде точки или траектории маршрута движения.
Остальные данные архивируются и подвергаются статистической обработке. Маршруты движения подвижных объектов также накапливаются в соответствующих базах данных центра.
Центр может передавать команды на терминальное устройство. В соответствии с принимаемыми командами терминальное устройство может управлять исполнительными устройствами систем автомобиля или инженерных сетей стационарного объекта.
Например, закрыть центральный замок автомобиля, включить отопление в загородном доме и т. п.
Терминальное устройство может управлять исполнительными устройствами по 8-ми или 16-ти линиям.
Терминальная аппаратура
Функциональная схема терминального устройства представлена на рисунке 2.
— пунктиром показаны программно-аппаратные блоки, которые можно дополнительно включить в состав терминала
В состав терминального устройства входит двухмодовый GSM модем для обеспечения двухсторонней связи между терминалом и центром, GPS приемник для определения текущих координат подвижного объекта, устройство сопряжения с охранными датчиками для контроля за системой охраны объекта и блок сопряжения с исполнительными устройствами.
Контроллер терминала работает по программе записанной в его память и осуществляет управление всеми устройствами, обрабатывает поступающие от центра команды, формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства, формирует короткие сообщения для передачи на центр.
В минимальном базовом комплекте терминал может обрабатывать до 8-ми входов типа “сухой контакт” от охранной системы и формировать по каждому ее срабатыванию соответствующее тревожное сообщение, текст которого определяет заказчик.
Тревожные сообщения могут быть переданы кроме центра еще на несколько (до8-ми) номеров мобильной связи, последовательность передачи тревожных сообщений по адресам программируется при установке и может изменяться дистанционно по команде из центра.
По двум входам терминал обрабатывает аналоговые напряжения. Терминал может передать сообщение о превышении или снижении напряжения на этом входе относительно запрограммированного значения.
Может быть запрограммирован интервал допустимых напряжений, и терминал передаст сообщение о выходе значения контролируемого напряжения из заданного интервала.
Пороговые значения и граниницы допустимых интервалов напряжений на аналоговых входах терминала программируются перед его установкой и могут, изменятся по команде дистанционно.
Получив соответствующую команду из центра или от мобильного телефона терминал может, формировать воздействие на соответствующее исполлнительное устройство кокой-либо системы объекта, например, заблокировать с помощью центрального замка двери автомашины или включить отопление в загородном доме.
При установке на автомобиле терминал питается от бортсети, при установке на стационарном объекте питание производится от сети переменного тока.
Терминал может быть оснащен дополнительными аппаратно-программными ьлоками расширяющими его возможности. Дополнительные блоки сопряжения позволяют увеличить количество входов обработки охранных датчиков и выходов управления исполнительными устройствами систем контролируемого объекта.
Речевой терминал позволяет организовывать голосовую связь между центром и объектом. С помощью скрытого микрофона можно контролировать акустическую обстановку на объекте. Блок резервного питания обеспечивает функционирование терминала при пропадании сетевого или бортового питания.
В комплект терминала входят две вынесенные антенны для сотовой связи и для приемника GPS.
Центровое оборудование
Программно-технический комплекс Центра мониторинга и управления (ПТК ЦМУ) представляет собой комплекс информационных, программно-технических и технологических средств, обеспечивающих сбор, анализ и накопление сведений об изменении состояния контролируемых объектов, выработку и передачу управляющих воздействий, соответствующих возникшей ситуации.
В ходе проектирования ПТК ЦУП в качестве базовых были выбраны следующие положения.
-
- Необходимость максимального использования преимуществ, которые предоставляют средства, реализованные компанией “МТС” в своей сети на основе внедрения оборудования и программного обеспечения, реализующего в системах GSM услугу “передача коротких сообщений”.
Связь с подвижными объектами в сочетании с возможностью одновременной передачи данных и речевой информации, увеличением скорости и вероятности доставки данных, достоверности их передачи позволяет повысить оперативность и качество управления в условиях быстро изменяющейся обстановки.
-
- ПТК ЦМУ должен обеспечивать поддержку работоспособности систем различного функционального назначения, обеспечивающих контроль и управление объектами (как подвижными, так и стационарными), которые базируются на использовании средств подвижной связи.
Помимо основных задач – контроля местоположения подвижных объектов, обработки данных от датчиков и управления исполнительными устройствами подвижного объекта – в ПТК ЦУП могут решаться и другие, например, предоставление объектам различного рода справочной информации, оповещение о необходимости изменения маршрута, организация взаимодействия между объектами в группе, мониторинг состояния окружающей среды и др.
-
- ПТК ЦУП должен обладать свойством масштабируемости, т.е. представлять собой единый модельный ряд унифицированных функционально законченных комплексов различной мощности (количеством одновременно обслуживаемых объектов), стоимости, отличающихся набором выполняемых функций и другими характеристиками, связанными с особенностями конкретного применения.
Программно-техническое обеспечение ПТК ЦМУ представляет собой совокупность автоматизированных рабочих мест (АРМ), средств организации и ведения массивов информации, средств отображения информации коллективного и индивидуального пользования, объединенных в составе локальной или распределенной вычислительной сети.
Технической базой АРМов являются ПЭВМ типа IВМ РС, укомплектованные периферийным оборудованием и, при необходимости, средствами сбора и передачи информации.
Для приема и передачи сообщений используются сотовые модемы SIMENS GSM Module M20 Terminal.
Программной базой являются готовые (закупаемые) пакеты прикладных программ и разработанные программные средства для функционирования в среде Windows-98/NT.
Для разработки программного обеспечения использовались Borland C++ Builder 4.0, MS Visual FoxPro 6.0/6.3, MapBasic 4.5/5.0. Для отображения и обработки геоинформации используется пакет MapInfo Professional 4.5/5.0.
В состав ПТК ЦМУ входят следующие подсистемы:
Подсистема обмена информацией с объектами контроля по радиоканалу и через ЦКС обеспечивает прием пакетов данных от объектов контроля и пользователей, декодирование и проверку, а также передачу объектам контроля и пользователям.
Пакетов данных или речевых сообщений
Подсистема анализа, накопления и обработки данных сохраняет пакеты данных в архиве, выполняет семантический анализ принятых сообщений и обеспечивает реализацию действий, заданных для данной ситуации.
Подсистема отображения обеспечивает вывод информации о местоположении, маршрутах движения объектов на электронной карте (детальной и обзорной) и в текстовом виде, а также голосовое и (или) текстовое оповещение об изменении состояния объекта (группы объектов).
На рис. 3 представлены экранные формы, с помощью которых отображается местоположение объектов на электронной карте (“Обзорная карта”, “Дополнительное окно”, основное окно) и в текстовом виде (“Местоположение объектов”).
Подсистема поиска информации обеспечивает определение района местонахождения объектов и предоставление пользователю, в текстовом виде или на ЭК, информации (справок) о передвижении и состоянии ОК на основании данных, накапливаемых в базе данных “Архив”.
Подсистема планирования маршрутов формирует описание маршрута для каждого из объектов контроля, которое включает координаты зон или отрезков маршрута, описание территорий (зон) на маршруте, требующих особой реакции, а также временной график передвижения по маршруту.
Информационно-справочная подсистема обеспечивает получение справок об объектах (группах объектов) контроля, пользователях, ситуациях, маршрутах движения и местоположении за требуемый промежуток времени, функционировании системы, доступе пользователей к процедурам и данным и т.д.
Подсистема установки параметров функционирования предоставляет возможность задавать конфигурацию СВТ, размещение программных и информационных файлов, параметры для информационного взаимодействия с объектами и пользователями через каналы связи, управляющие параметры для процедур системы и др.
Подсистема контроля и диагностики обеспечивает обнаружение сбоев и отказов в работе оборудования, фиксацию событий данного типа в соответствующих файлах, реализует необходимые действия для устранения последствий возникновения неисправностей.
Подсистема технологического обеспечения предназначена для осуществления мероприятий по обеспечению защиты информации, выполнения технологических операций по актуализации, настройке, копированию и восстановлению базы данных ПТК ЦУП.
В системе используются электронные карты (ЭК) города масштаба 1:10 000, подготовленные для визуального восприятия и имеющие топонимическую и адресную информацию, а также обзорные ЭК, совпадающие по географическим или метрическим координатам геообъектов с основными ЭК.
В состав ЭК включены слои, содержащие маршруты объектов, критические зоны для определения особых ситуаций, информацию, идентифицирующую территории города.