Системы и комплексы технических средств местоопределения подвижных объектов..

Системы и комплексы технических средств местоопределения подвижных объектов..

Петров Николай Николаевич, кандидат технических наук

СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

В настоящем обзоре рассматриваются системы и комплексы технических средств местоопределения подвижных объектов применительно к решению задач, появляющихся в практике работы государственных и муниципальных правоохранительных органов, а также частных структур безопасности. Дана классификация систем местоопределения и описано состояние развития различных классов систем в мире. Приведены общие сведения о системах местоопределения, представленных на отечественном рынке систем безопасности.

1. Классификация систем местоопределения.

Задачи определения местонахождения автомашин, других транспортных средств, ценных грузов и т.п. 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 транспортных средств и ценных грузов и т.д. Наиболее актуальными являются задачи автоматизированного местоопределения подвижных объектов в составе систем комплексного обеспечения безопасности.

В основу приведенной в данной статье классификации систем и способов местоопределения положен подход, рекомендованный Международным консультативным комитетом по радио (МККР) Международного Союза Электросвязи в Отчете 904-1 XVI Пленарной ассамблеи (Дубровник, 1986 г.). Согласно определению, данному в этом документе, в системах автоматического (автоматизированного) определения местоположения транспортного средства (в дальнейшем, следуя англоязычной аббревиатуре, — AVL — Automatic Vehicle Location systems) местоположение подвижного средства в группе ему подобных определяется автоматически по мере перемещения его в пределах данной географической зоны.

Система AVL обычно состоит из подсистемы определения местоположения, 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 подвижных объектов в реальном масштабе времени одним или несколькими диспетчерами системы, находящимися на стационарных оборудованных 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 транспортного средства; чаще всего такие системы используются при сопровождении ценных грузов или контроле перемещения транспортных средств;
• системы восстановления маршрута, решающие задачу определения маршрута или мест пребывания транспортного средства в режиме постобработки на основе полученных тем или иным способом данных; подобные системы применяются при контроле перемещения транспортных средств, а также с целью получения статистических данных о маршрутах.

Конкретные реализации AVL систем часто включают в свой состав 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, границами населенного пункта, области, региона;
• глобальной, для которой зона действия составляет территории нескольких государств, материк, территорию всего земного шара.

С точки зрения реализации функций местоопределения 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 местоопределения. Так, для зональных систем, действующих на территории города, считается достаточной точность местоопределения (называемая также зоной неопределенности положения) от 100 до 200 м. Некоторые специальные системы требуют точности единиц метров, для глобальных систем бывает достаточно точности единиц километров.

Для зональных диспетчерских систем идеальной может считаться получение данных о местоположении подвижного объекта до одного раза в минуту. Системы дистанционного сопровождения требуют большей частоты обновления информации.

Методы определения местоположения, используемые в AVL системах, по классификации МККР можно разбить на три основных категории: методы приближения (которые в отечественной литературе также называются зоновыми методами), методы навигационного счисления и методы определения местоположения по радиочастоте.

Ниже рассмотрены особенности аппаратуры и систем местоопределения, которые реально могут использоваться в современных условиях.

1.1 Системы на базе методов приближения

С помощью достаточно большого количества дорожных указателей или контрольных пунктов (КП), точное местоположение которых известно в системе, на территории города создается сеть контрольных зон. Местоположение транспортного средства определяется по мере прохождения им КП. 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. Таким образом, реализуется метод прямого приближения. Однако на практике чаще используется инверсный метод приближения — обнаружение и идентификация транспортных средств 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 зоновых систем точность местоопределения и периодичность обновления данных напрямую зависит от плотности расположения КП по территории действия системы. Методы приближения требую 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 дорогим при построении систем, охватывающих большие территории. В то же время, инверсные методы приближения позволяют минимизировать объемы бортовой аппаратуры — радиомаяка, либо вовсе обойтись без устанавливаемой на автомашину аппаратуры. Основное применение данных систем — комплексное обеспечение охраны автомашин, обеспечение поиска автомашин при угоне. Примером подобной системы является система “КОРЗ-ГАИ”, обеспечивающая фиксацию приближения угнанной оборудованной автомашины к посту–пикету ГАИ. В г. Москве предполагалось оснащение подобной аппаратурой всех постов на выезде из города. В настоящее время неизвестно о существовании других подобных систем на территории России, хотя во многих зарубежных странах зоновые системы функционируют уже длительное время, как для нужд диспетчеризации общественного транспорта, движущегося по постоянным маршрутам, так и для нужд правоохранительных органов.

Наиболее развита сеть дорожных указателей, с помощью которых реализуются системы как прямого (7 городов по данным на 1980 г), так и инверсного приближения (16 городов), в Японии. Дорожные указатели в Японии образуют общенациональную сеть. В Европе в 70-80 годах активно внедрялись системы избирательного обнаружения, идентификации и определения местонахождения транспортных средств, разработанных фирмами Philips и Cotag International Ltd (Великобритания). Дорожные указатели в виде электромагнитных петель размещаются непосредственно в дорожном покрытии. На транспортном средстве устанавливается полуактивный импульсный радиоответчик, включаемый при воздействии на него электромагнитного поля петли. В настоящее время в европейских странах активно действует компания ANANDA Holding AG. Начиная с 1992 года во Франции, а затем в 12 странах Европы и в Мексике разворачиваются системы INMED/VOLBACK, предназначенные для обнаружения местонахождения похищенных автомашин. Приемные антенны контрольных пунктов встраиваются в дорожное покрытие, столбы и прочие элементы оформления проезжих частей. Передатчик на автомашине имеет размеры около 5х4х2 см. Контрольные пункты связаны в единую общеевропейскую сеть. Во Франции 1500 КП образуют 400 зон. По оценке французских специалистов эффективность возврата угнанных автомашин, оборудованных передатчиками системы INMED/VOLBACK, составляет более 85% против 60% для необорудованных автомашин. Общая численность оборудованного автотранспорта в Европе по оценке ANANDA Holding AG должна составить не менее 500 тысяч автомашин.

В Японии и Великобритании внедряется уже второе поколение систем, основанных на оптическом считывании и распознавании автомобильных номеров.

Местоположение транспортного средства определяется путем измерения разности расстояний транспортного средства от трех или более относительных позиций.

Данную группу методов можно условно разбить на две подгруппы: методы, реализующие вычисление координат по результатам приема специальных радиосигналов на борту подвижного объекта (методы прямой или инверсной радионавигации), и методы, которые обобщенно названы в настоящей статье методами радиопеленгации, когда абсолютное или относительное местоположение подвижного объекта определяется при приеме излучаемого им радиосигнала сетью стационарных или мобильных приемных пунктов.

С помощью распределенной по территории города сети пеленгаторов или с помощью мобильных средств пеленгации возможно отслеживание местоположения объектов, оборудованных радиопередатчиками–маяками.

Примером AVL системы, основанной на методах радиопеленгации, можно считать систему ГИПС” (новое название — “СКИФ”), предлагаемую ТОО “Пирамида”. Принцип работы системы — прием сигнала, излучаемого малогабаритным радиомаяком на подвижном объекте, сетью стационарных радиоприемных центров, и вычисление области неопределенности положения автомашины методом триангуляции. Применение широкополосных сигналов с базой 103 — 108 обеспечивает частоту обновления информации в системе до 5000 объектов в секунду при высокой помехозащищенности. Точность местоопределения зависит от плотности размещения стационарной радиоприемной сети на территории города и может составлять единицы метров в режиме непрерывного слежения и корректировки данных по электронной карте.

Подобную систему с применением пейджеров двухсторонней связи и сети приемопередающих станций предлагает фирма МегаПейдж”. Широкополосный передатчик, установленный на автомашине, включается по сигналу стандартного пейджингового приемника, либо по сигналу системы противоугонной сигнализации. Определение местоположения передатчика осуществляется с помощью сети базовых станций пейджинговой системы.

Примером системы на базе мобильных пеленгаторов является хорошо известная по телевизионным шоу — программам система “ЛОДЖЕК (Lo Jack). Пеленгаторами данной системы оборудованы автомашины спецбатальона дорожно-постовой службы ГАИ и посты–пикеты ГАИ на выезде из города.

Реализуются на основе импульсно–фазовых наземных навигационных систем (типа “Лоран-С” — “Чайка”) и спутниковых среднеорбитальных навигационных систем (СРНС) GPS NAVSTAR — ГЛОНАСС. Наилучшие точностные и эксплуатационные характеристики в настоящее время имеют спутниковые навигационные системы, в которых достигается точность местоопределения в стандартном режиме не хуже 50-100 м, а с применением специальных методов обработки информационных сигналов в режиме фазовых определений или дифференциальной навигации — до единиц метров.

Достоинством данных методов являются глобальность местоопределения, что позволяет применять его практически на любых территориях и трассах любой протяженности, хорошая точность, возможность определить положение объекта прямо на карте местности, способность определить не только координаты, но и высоту, скорость и направление движения объекта, высокая степень совместимости с автоматизированными системами обработки информации. Не случайно у подобных систем самая широкая область применения. Это системы диспетчеризации городского и специального транспорта, обеспечения безопасности транспорта и материальных ценностей, работающие в реальном масштабе времени на территории города с десятками и сотнями подвижных объектов. Это системы контроля маршрутов транспорта, осуществляющего дальние междугородные и международные перевозки (с передачей информации о маршруте с помощью глобальных систем связи типа “Инмарсат” или с пассивным накоплением информации о маршруте с последующей обработкой).

Высокая технологичность выпускаемого навигационного оборудования определила и большое число предложений готовых систем со стороны многих отечественных фирм. Безусловным лидером является старейшая в данной области рынка фирма “ПРИН”, предлагающая самый широкий спектр навигационного оборудования и систем местоопределения на их основе. Но это вовсе не означает, что решения, предлагаемые этой фирмой, не подлежат критике и являются эталоном de facto. Следует сразу отметить, что 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.

В диспетчерском центре устанавливается компьютер с электронной картой и программным обеспечением системы диспетчеризации. Подробный анализ предлагаемых проектов выходит за рамки настоящей статьи и будет представлен в следующих номерах, здесь мы только перечислим наиболее законченные с точки зрения конечного пользователя системы, предназначенные для диспетчеризации и мониторинга автотранспорта на территории города. Это система “Магеллан” фирмы Транснетсервис”, система “Юником-AVL” фирмы Юником”, система “Гранит” НТЦ “Сеть”, система “КОРД” фирмы “КОРД”, система “GrantGuard группы компаний “ГРАНТ-Вымпел”, системы фирмы Термотех” и другие. Широкое внедрение этих систем сдерживается недостаточным развитием в России инфраструктуры подвижной связи для организации надежного канала передачи информации между бортовым и центровым оборудованием на территории крупных городов. Определенный прорыв в этой области можно ожидать с расширением площади покрытия и мощности центров коммутации данных внедряемых систем цифровой сотовой связи стандартов GSM, внедрением цифровых систем мобильной связи других стандартов, интеграции их с европейскими сетями.

3. Методы навигационного счисления

Данные методы определения местоположения транспортных средств основаны на измерении параметров движения автомашины с помощью датчиков ускорений, угловых скоростей в совокупности с датчиками пройденного пути и датчиками направления, и вычислении на основе этих данных текущего местоположения подвижного объекта относительно известной начальной точки. В целом данные методы могут использоваться в тех же системах, что и методы, основанные на радионавигации. Основное преимущество данных методов по сравнению с методами радионавигации — независимость от условий приема навигационных сигналов бортовой аппаратурой. Не секрет, что на территории современного города с плотной застройкой высокими зданиями могут встречаться участки, где затруднен прием сигналов от наземных и даже спутниковых навигационных систем. На таких участках бортовая навигационная аппаратура не в состоянии вычислить координаты подвижного объекта. Приемные антенны радионавигационных систем должны размещаться на автомашинах с учетом обеспечения наилучших условий приема навигационных сигналов. Это делает их уязвимыми для злоумышленников в случае применения для нужд охраны автомашин или перевозимых ими грузов. Существующие методы камуфлирования приемных антенн достаточно сложны и дороги.

Методы счисления пути и инерциальной навигации свободны от этих недостатков, поскольку аппаратура полностью автономна и может быть интегрирована в конструктивные элементы автомашины с целью затруднения их обнаружения и защиты от умышленного вывода из строя. Недостатками методов навигационного счисления можно считать необходимость коррекции накапливаемых ошибок измерения параметров движения, в целом 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 совместное их использование с радионавигационными методами, что позволит скомпенсировать недостатки, присущие как одному, так и другому методу. Систему местоопределения с использованием данного метода предлагает ЗАО Автонавигатор”. В бортовом оборудовании системы 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 полилиний транспортной сети города, что позволяет достичь точности местоопределения до единиц метров. Имеется возможность использования элементов бортового оборудования совместно с приемником СРНС.

Заключение

Даже краткий обзор методов и аппаратуры местоопределения позволяет сделать вывод, что не существует универсальной системы, способной удовлетворить все требования конечного пользователя. Задача создания эффективно работающих систем местоопределения оказывается гораздо шире выбора конкретного метода. Можно выделить следующие проблемы общесистемного плана, которые необходимо учитывать заказчикам и разработчикам подобных систем.

Большое значение имеет наличие на предполагаемой территории разворачивания системы соответствующей инфраструктуры для создания подсистемы передачи данных. Так, наличие системы вычисления и широковещательной передачи корректирующей информации для работы навигационной аппаратуры в дифференциальном режиме (аналогичной, например, радиомаяковой системе Службы береговой охраны США) позволит значительно повысить точность местоопределения с использованием СРНС без значительного усложнения бортового оборудования. Наличие систем мобильной связи с сотовой и микросотовой структурой позволит уменьшить мощность бортового передатчика, что сокращает габариты оборудования, упрощает вопросы энергообеспечения (особенно в режимах скрытной установки), затрудняет обнаружение бортового оборудования злоумышленниками. В свою очередь микросотовая структура систем связи может стать основой для построения зоновых систем местоопределения или позволит решать вопросы местоопределения “радиопеленгационными методами.

Отдельно стоят вопросы создания электронных карт, предназначенных для эксплуатации с AVL системами, их актуализации. Зачастую геоинформационные системы, применяемые для решения задач местоопределения, кроме обычных функций отображения должны выполнять функции корректировки данных, пересчета данных, полученных в различных системах координат, логической привязки траекторий движения мобильных объектов к элементам транспортной сети с учетом модели движения мобильного объекта. С этой точки зрения преимущества будут иметь те системы, в которых организована оперативная коррекция дорожной обстановки, вплоть до учета информации о пробках на отдельных участках транспортных магистралей.

Компании, берущие на себя ответственность за безопасность личности или имущества, используя при этом системы местоопределения, должны решить вопрос информационного и юридического взаимодействия с силовыми структурами, которые обеспечивают физическую безопасность или возврат материальных ценностей (хороший пример — спецбатальон ГАИ, работающий с системой ЛОДЖЕК”). Оборудование мобильных бригад средствами доступа в информационные базы, средствами автоматизированного местоопределения и целеуказания может значительно повысить эффективность их работы.

Решение всех этих проблем позволит создать AVL–систему, наиболее удовлетворяющую потребностям заказчика и способную в кратчайшие сроки вернуть средства, затраченные на разработку и внедрение системы.