УДК 621.396.98: 527/621.396

Агафонов Н.Б., Бедрин И.Б., Кустов О.В., Моисеенко Д.И.

(ДГУП Научно-производственный центр спутниковых координатно-временных технологий "Котлин", 
ФГУП "Российский институт радионавигации и времени", Санкт-Петербург)

СИСТЕМА ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ И КОНТРОЛЯ МОБИЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ.

Рассматривается структура и основные характеристики мониторинговой части системы диспетчеризации и контроля мобильных объектов, разработанной Научно-производственным центром спутниковых координатно-временных технологий "Котлин" (НПЦ СКВТ "Котлин"). Описываются составные части системы, принципы их функционирования и стыковки.

Введение

С развитием средств навигации: инерциальных, радиоэлектронных, а также по мере возрастания роли и объема наземных транспортных перевозок, современное навигационное оборудование стало появляться и на автомобильном транспорте. От того, насколько хорошо водитель ориентируется на незнакомой дороге или в незнакомом городе, часто зависит его жизнь и безопасность окружающих. Не менее важны для безопасности и правильная организация грузоперевозок, оптимальное управление транспортными потоками, обеспечение непрерывного слежения и контроля за передвижением пассажирского транспорта, ценных или особо опасных грузов. Возможность информационной поддержки водителей также способствует наметившемуся признанию систем диспетчеризации и контроля мобильных объектов (МО) [1].
В условиях России, с ее огромными пространствами и большим количеством транспорта актуальность подобных систем особенно высока. Политические и социально-экономические особенности России делают предпочтительным применение именно отечественных систем.

Построение системы

В 1999 - 2000 гг. группой организаций, занимающихся навигационной, телекоммуникационной тематиками и вопросами информационной безопасности, были проведены совместные работы по оценке доступности получения координатно-временной информации транспортными средствами в Санкт-Петербурге и Ленинградской области и достоверности ее передачи по каналам сотовой связи стандарта GSM [2]. На основе результатов, полученных в ходе этих работ, НПЦ СКВТ "Котлин" была разработана система диспетчеризации и контроля МО, о которой и пойдет дальше речь [3].

Система строится следующим образом. Необходимая навигационная информация определяется на каждом МО по сигналам общедоступных спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Обмен информацией между МО и диспетчерским пунктом производится по каналам сотовой связи стандарта GSM. Обработка информации на диспетчерском пункте производится с применением широко распространенных компьютерных средств. Принципы, заложенные в систему, позволяют гибко подходить к вопросу выбора канала связи. В системе, помимо сотового канала связи, могут использоваться спутниковые каналы связи Inmarsat-C, Iridium, Globalstar и др. Кроме того, возможность использования в системе транкинговой связи будет, вероятно, интересна для ведомственных пользователей, которые уже имеют собственную транкинговую сеть. Вариант построения системы с использованием канала GSM прошел полную стадию разработки, включая проведение лабораторных и натурных испытаний.

Построение первого варианта с использованием именно канала GSM диктуется следующими условиями. Стандарт GSM - наиболее динамично развивающийся в мире стандарт сотовой связи. Сетью GSM покрыта территория практически всех европейских государств. В России стандарт GSM принят в качестве федерального стандарта сотовой связи и также активно развивается. В Северо-Западном регионе сетью GSM покрыта полностью территория Санкт-Петербурга и основные транспортные магистрали. Цены на услуги этой связи значительно ниже чем у спутниковой связи и постоянно снижаются. Зона действия сотовой связи [4] позволяет использовать систему для обеспечения безопасности перевозок по транспортному коридору Москва - Санкт-Петербург - Выборг - Государственная граница. Об актуальности построения здесь такой системы уже давно говорится на региональном и федеральном уровнях.
Следует сказать, что в систему не закладывались специализированные функции, ограничивающие области ее применения. Наоборот, закладывалась универсальность, с целью удовлетворить большему числу требований потенциальных пользователей.

Диспетчерский пункт

Аппаратура диспетчерского пункта включает в себя IBM - совместимый компьютер, сотовый телефон (приемопередатчик) и принтер для распечатки отчетных форм. Для увеличения надежности работы диспетчерского пункта используется источник бесперебойного питания.
Программное обеспечение диспетчерского пункта состоит из программы мониторинга транспорта на картах "TranMaster", разработки "Фирма ИНГИТ" (г. Санкт-Петербург) и драйверов, обеспечивающих стыковку компьютера со связным оборудованием. Программа "TranMaster" обеспечивает слежение и отображение МО на электронных картах требуемого масштаба и с необходимой периодичностью. На рис. 1 представлен пример отображения маршрута МО на мониторе диспетчерского пункта. 

Производится протоколирование всех событий с возможностью, затем, воспроизвести полную картину за интересуемый период времени. Программа снабжена широким набором инструментов и удобным пользовательским интерфейсом. При укрупнении масштаба карты появляется информация о названиях улиц и нумерация домов. Имеется обширная база данных по населенным пунктам России. Для удобства работы диспетчера может быть использовано звуковое сопровождение особо важных событий. Многооконный режим позволяет работать с несколькими электронными картами одновременно. 

Рис. 1.

Оборудование МО

Все терминалы, устанавливаемые на МО, построены на базе навигационного модуля К-161, разработанного ЗАО "Фирма "Котлин"". Внешний вид модуля представлен на рис. 2. Это миниатюрный 16-канальный совмещенный (ГЛОНАСС/GPS) модуль, позволяющий также работать с использованием дифференциальных поправок в формате RTCM. 16 независимых каналов и использование обеих навигационных систем позволяет достаточно устойчиво работать модулю даже в условиях плотной городской застройки, так называемых городских каньонах.

Рис. 2.

Необходимость использовать навигационный приемник, работающий по обеим системам диктуется следующими условиями. Первое - это значительное повышение доступности сигналов навигационных спутников при работе по обеим системам. Показательным является результат наблюдений количества наблюдаемых спутников в г. Нью-Йорк в июле 1995 г. (см. табл. 1), когда система ГЛОНАСС была полностью развёрнута (24 спутника). Учитывая, что для местоопределения мобильного объекта необходимо не менее 3 видимых спутников, вероятность определения координат составляет величину не более 0,555 в случае использования только системы GPS. Если используются две системы одновременно, то вероятность определения местонахождения равна 0,985, что представляется вполне приемлемой для рассматриваемой системы. 
По мнению некоторых исследователей в крупных европейских городах доступность GPS не превышает 0,6 ... 0,7 [2].

Таблица 1
Вероятностное распределение количества видимых спутников в условиях современного города (Нью-Йорк, июль 1995 г.)

Второе - это постановление правительства Российской Федерации 896 от 3 августа 1999 г., которое содержит пункт:

"1. Установить, что при создании и модернизации систем контроля и управления движением на воздушном, водном транспорте и автомобильном транспорте, используемом для перевозок пассажиров и опасных грузов, спутниковая навигационная аппаратура, которой оснащаются наземные объекты и транспортные средства, должна работать на сигналах навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США), соответствовать рекомендациям Международной организации гражданской авиации, Международной морской организации и иметь российский сертификат соответствия".

Приведённый пункт постановления предписывает на территории Российской Федерации использовать на первичной основе сигналы системы ГЛОНАСС, а в качестве дополнительных сигналы системы GPS.

На рис. 3 представлен внешний вид навигационного терминала НТ-101, разработки НПЦ СКВТ "Котлин". Питание терминала осуществляется постоянным током 10...30 В. Терминал выдает навигационную информацию в формате NMEA-0183 и может быть легко состыкован со связным оборудованием. Кроме того, к терминалу может быть подключено устройство отображения навигационной информации для упрощения ориентации экипажа на местности.

Навигационный морской терминал МТ-201 отличается от НТ-101 наличием в своем составе средневолнового приемника дифференциальных поправок. Кроме того, он изготовлен в соответствии с требованиями Морского Регистра. Терминал комплектуется специальной морской антенной и может быть установлен на любое судно.

Рис. 3.

Навигационно-связной терминал НСТ-101G (см. рис. 4) уже имеет в своем составе каналообразующее оборудование стандарта GSM. В нем используется кардфон разработки фирмы Nokia, который и обеспечивает прием и передачу всей информации. Кроме того, в состав терминала входит "GSM Исполнитель GC-100", разработки НИИ "Прогноз" (Санкт-Петербург). Исполнитель обеспечивает управление кардфоном, обработку принятых сообщений и формирование сообщений на отсылку при срабатывании датчиков. Питание терминала также осуществляется постоянным током 10...30 В. К терминалу может быть подключено до 16 бинарных датчиков, начиная от аварийной кнопки, которую водитель может нажать при нештатной ситуации для вызова помощи, и заканчивая датчиками пожара, задымления, опрокидывания, открытия контейнера с грузом и т.д. Кроме того, к терминалу может быть подключено до 16 исполнительных устройств, срабатывающих по команде из диспетчерского пункта. Это может быть, например, команда заблокировать замки контейнера, заглушить двигатель и т.д.

Рис. 4.

Следует сказать, что все терминалы работают автоматически, не требуют никакого участия со стороны экипажа МО.

Заключение

В заключении приведем результаты опытной эксплуатации описываемой системы:

- полностью подтверждены технические характеристики по точности и доступности координатно-временной информации и достоверности передачи данных по сотовой радиосети стандарта GSM;

- средняя ошибка местоопределения на участке транспортного коридора 9 Выборг - Санкт-Петербург - Любань составляла 40 метров (с S/A кодом по системе GPS);

- радиосеть стандарта GSM обеспечивала надежную передачу навигационной и информационно-управляющей информации на всех маршрутах по Санкт-Петербургу и указанному транспортному коридору.

На рис. 5 представлена траектория движения МО по маршруту Выборг - Санкт-Петербург - Любань. На координатных осях отложены широта и долгота.

Рис. 5.

Следует отметить, что ведется непрерывная модернизация системы. Появление новых навигационных и телекоммуникационных технологий, а также аппаратных средств позволяет улучшать характеристики системы. Например, переход к пакетной коммутации в связи (технология GPRS), что происходит сейчас в сетях GSM, позволяет повысить оперативность обмена информацией и снизить финансовые расходы владельца системы на услуги связи [5].

Дополнительная информация может быть получена на сайте Российского института радионавигации и времени www.rirt.ru. По всем вопросам можно обращаться по E-mail: cotlin@infopro.spb.su, office@rirt.ru. 

Литература
1. А.Б. Внуков, В.В. Кульнев Спутниковые системы навигации и слежения за наземным транспортом, Системы безопасности связи и телекоммуникаций 34, 2000, стр. 30-33.
2. ФГУП РИРВ, ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, ОАО "Телекоминвест", ЗАО "Северо-Западный GSM", ЗАО "Фирма "Котлин"", СДЦ Научно-технический отчет "Экспериментальная навигационно-телекоммуникационная система", С-Петербург, 1999, 155 с.
3. О.В. Кустов, Писарев С.Б. "Передача координатно-временной информации по системам сотовой связи", Радиотехника, 11, 1999.
4. www.nwgsm.com
5. С.И. Сергеев "GPRS путь к мобильному интернету", Технологии и средства связи, 3, 2000, стр. 64-68.

Статья публикуется на "Сотовик" с любезного разрешения авторов. Воспроизведение без разрешения авторов запрещено.