Системы и комплексы технических средств местоопределения подвижных объектов

Задачи определения местонахождения автомашин, других транспортных средств, ценных грузов и т.п. крайне актуальны во всем мире. Они позволяют управлять маршрутами автотранспортных средств, обеспечивать безопасность автомашин и осуществлять их поиск в случае угона и т.д.

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.

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 требуют 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.

Методы местоопределения по радиочастоте.

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.

Методы радиопеленгации

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

Методы радионавигации

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 в режиме реального времени или с пассивным накоплением информации о маршруте с последующей обработкой).

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.

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. 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.

Чертова Екатерина Статья подготовлена по материалам журнала «Специальная Техника».