Усі Лекції і методички із ВНС
.pdfСуществуют частные глобальные системы дифференциальной коррекции, например, StarFire navigation system (коммерческая система компании John Deere); Starfix DGPS System и OmniSTAR (коммерческая система голландской компании Fugro N.V.).
Отдельное место в числе глобальных систем дифференциальной коррекции занимает «сервис РРР» (англ., Precise Point Positioning – высокоточное абсолютное позиционирование). Технология PPP способна обеспечить точности позиционирования на уровне от дециметра до сантиметра и более (для режима статики) при сочетании точных спутниковых орбит и часов с двухчастотным приемником сигналов ГНСС (за счет учета эффекта влияния ионосферы первого порядка).
К основным преимуществам технологии PPP по отношению к другим методам дифференциального позиционирования следует отнести то, что для реализации PPP необходим только один приемник и не требуются специальные базовые станции в непосредственной близости от пользователя.
Следует специально выделить ФД, отличающиеся от традиционно применяемых потребителями – псевдоспутниковые и ассистирующие функциональные дополнения.
Псевдоспутниковые ФД представляют собой один или несколько псевдоспутников (навигационных спутников, размещенных на земле), формирующих навигационные сигналы в формате ГНСС. Они дополняют глобальное радионавигационное поле ГНСС в заданном районе и обычно имеют локальную рабочую зону. Ее размер определяется мощностью передатчика псевдоспутников и дальностью прямой видимости.
Ассистирующие ФД - системы, реализующие режим "assisted GNSS" и формирующие не корректирующие поправки, а дополнительную вспомогательную информацию для ускорения вхождения в связь с навигационным космическим аппаратом и повышения надежности местоопределений потребителей.
ВРоссийской Федерации перспективные направления развития дифференциальных систем определяются радионавигационным планом Российской Федерации и Федеральной целевой программой «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы».
Внастоящее время Госкорпорация «РОСКОСМОС» ведёт работы по созданию глобальной системы высокоточного определения навигационной и эфемеридно-временной информации в реальном времени для гражданских потребителей. Проект предполагает развёртывание глобальной сети станций сбора измерений и создание на базе навигационных радиосигналов ГЛОНАСС и дополнительной корректирующей информации системы предоставления услуг высокоточных навигационных определений. Работы ведёт АО «Научнопроизводственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения».
Высокоточную информацию на безвозмездной основе по сети Интернет в обеспечение широкого использования спутниковой навигации в Российской Федерации предоставляют научные центры:
ИАЦ КВНО АО "ЦНИИмаш" является ассоциированным центром анализа Международной службы IGS
(International GNSS service), ассоциированным центром анализа Международной службы лазерной дальнометрии (ILRS), официальным центром анализа Международной службы вращения Земли (IERS). Продукты центра – высокоточная эфемеридно-временная информация для ГЛОНАСС и GPS, параметры вращения Земли. ftp://ftp.glonass-iac.ru/MCC/PRODUCTS/
АО «Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения» Система апостериорного высокоточного определения эфемерид и временных поправок системы ГЛОНАСС (СВОЭВП).
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОТОЧНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ ДАННЫХ
ПЕРСОНАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ
Пространственно-ориентированный доступ к информационным ресурсам
ПОИСК И СПАСЕНИЕ
Поисково-спасательные операции
ГЕОДЕЗИЯ И КАРТОГРАФИЯ
Уравнивание геодезических сетей
Кадастровые работы, межевание
Актуализация карт и планов
СТРОИТЕЛЬСТВО
Дорожные строительные работы
Прокладка коммуникаций, трубопроводов и др.
Строительство и ремонт железнодорожных путей
НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ
Контроль перевозок особо-опасных грузов
Интеллектуальные транспортные системы
Оперативный мониторинг состояния железнодорожных путей
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
Высокоточное земледелие
Обслуживание сельскохозяйственной техники
АВИАЦИЯ
Заход и посадка по категориям ИКАО
Навигация беспилотных летательных аппаратов
КОСМОС
Отслеживания средств выведения
Высокоточное определение орбит космических аппаратов
ВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ
Подход и маневрирование в портах, на внутренних водных путях
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Мониторинг деформаций Земли
Мониторинг параметров вращения Земли
Мониторинг состава и состояния тропосферы и ионосферы
Мониторинг водных и лесных ресурсов
Добыча полезных ископаемых
СВЯЗЬ И СИНХРОНИЗАЦИЯ
Синхронизация работы линий электропередач
Синхронизация средств связи и телекоммуникаций
Синхронизация времени разнесённых в пространстве потребителей
Всемирное скоординированное время (UTC)
СУЧАСНІ СИСТЕМИ НАВІГАЦІЇ І СТЕЖЕННЯ ЗА НАЗЕМНИМИ ТРАНСПОРТНИМИ ЗАСОБАМИ НА БАЗІ СУПУТНИКОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Автомобільні навігаційні системи в даний час представляють досить досконалі в технічному відношенні пристрої, які істотно підвищують безпеку і комфортність руху.
Принципи побудови систем навігації та спостереження за наземними транспортними засобами
Знання свого місця розташування завжди було необхідною умовою будь-якої діяльності людини, пов'язаної з переміщенням (доставкою) вантажів, подорожами, військовими діями. З цих потреб і виросла наука «навігація» і з'явилися різні навігаційні прилади та засоби - секстан, компас, карта і ін. При цьому найдосконаліші і технічно складні засоби навігації найбільшого поширення мали на море і в авіації. Наземним подорожнім в основному були доступні карти, компаси, а також одометри.
У міру розвитку нових засобів навігації - інерціаль-них, радіотехнічних, а також зростання ролі і обсягу наземних транспортних перевезень в повсякденному житті, сучасне навігаційне обладнання поступово стало з'являтися і на наземному транспорті. До цього ж підштовхнула необхідність автоматизації управління транспортними підприємствами, контролю праці та відпочинку водіїв, організації забезпечення безпеки перевезень та охорони вантажів і автомобілів. Велике число транспортних засобів на дорогах, щільні транспортні потоки перетворюють водіння автомобіля в тяжку роботу. Від того, наскільки добре водій орієнтується на незнайомій дорозі або в незнайомому місті, залежить не тільки швидкість доставки вантажу, а й життя і безпеку оточуючих. Не менш важлива для транспортних підприємств і правильна організація вантажоперевезень, оптимальне керування транспортними потоками, забезпечення безперервного спостереження і контролю за пересуванням транспорту, за перевезенням цінних або особливо небезпечних вантажів. Тому можливість інформаційної підтримки водіїв, диспетчерів також сприяє визнанню систем навігації та спостереження на наземному транспорті.
Технологія позиціонування є фундаментом побудови систем навігації транспортних засобів і систем стеження за ними. Для наземного транспорту найбільш вживаними є наступні методи визначення місцезнаходження:
-маркерні (зонові) методи;
-одометричні методи (методи числення шляху);
-інерційні методи;
-радіомаякові і радіопеленгаційні методи;
-методи супутникої навігації.
В останні роки для визначення місця розташування наземних транспортних засобів все більш широке поширення набувають методи космічної навігації, засновані на використанні інформації космічних навігаційних і навігаційно-зв'язкових систем. Космічні системи навігації та зв'язку втілюють в себе останні досягнення науки і техніки і мають глобальну зону дії, забезпечують оперативність і високу точність визначення координат безпосередньо на транспортному засобі. В космічних навігаційних системах в якості орієнтирів виступають космічні апарати, щодо яких за допомогою спеціальної навігаційної апаратури проводяться вимірювання навігаційних параметрів.
Найбільше застосування отримали космічні навігаційні системи GPS (США) і ГЛОНАСС (РФ). В даний час готується до розгортання і європейська космічна навігаційна система GALLILEO. Системи ГЛОНАСС і GPS забезпечують безкоштовну глобальну всепогодную цілодобову навігацію. Кожна з систем включає в себе орбітальне угруповання (сузір'я) навігаційних супутників з висотою орбіти близько 20 тис. Км. На відміну від системи GPS, що має
повну орбітальне угруповання (24 супутника), в складі вітчизняної системи ГЛОНАСС тільки 14 робочих супутників. Це обмежує можливості російської системи. Супутники безперервно випромінюють навігаційні радіосигнали. На транспортному засобі, де встановлюється навігаційний приймач, приймаються сигнали одночасно з декількох супутників кожної навігаційної системи.
При наявності в зоні видимості одночасно чотирьох супутників в приймальнику визначаються координати, висота, швидкість, курс транспортного засобу і поточний час. В якості додаткової інформації можуть розраховуватися і надаватися користувачеві напрямок на чергову точку маршруту, пройдене і відстань, що залишилася до різних точок маршруту, час прибуття до мети, відхилення від заданого маршруту та ін. Вихідні дані при необхідності можуть відображатися на екрані приладу у вигляді точки на карті або плані місцевості і паралельно видаватися через пристрій сполучення в канал зв'язку з диспетчерським центром.
Точність визначення місцезнаходження звичайних приймачів будь-який з систем становить 10-30 м. Переважний вибір GPS-приймачів пов'язаний, в першу чергу, з їх невисокою вартістю.
Слід зазначити, що крім космічних навігаційних систем GPS і ГЛОНАСС для визначення місця розташування досить широке застосування на наземному транспорті знаходить і навігаційно-зв'язкова система Euteltracs, в якій местоопределение здійснюється за вимірюваннями щодо геостаціонарних супутників зв'язку.
Більшість сучасних систем навігації автомобіля включає електронний дисплей з картоюсхемою автомобільних доріг з піктограмами, що вказують поточне розташування автомобіля і адресата. Найбільш передові системи також обчислюють оптимальні маршрути і використовують спрощену графіку і / або синтезатор голосу, щоб забезпечити видачу підказок в реальному масштабі часу, поступово видаючи необхідні команди управління для досягнення адресата.
Структура і склад систем стеження
На основі систем визначення місцезнаходження транспортних засобів будуються системи стеження (моніторингу). Для цього навігаційні дані від автомобільної навігаційної системи передаються по каналу зв'язку в диспетчерський центр в реальному масштабі часу або після завершення рейсу. Отримані дані в диспетчерському центрі відображаються на електронній карті місцевості, заносяться в бази даних і використовуються для управління перевезеннями.
Об'єднання навігаційно-зв'язкового обладнання транспортних засобів, каналу зв'язку та обміну даними, а також обладнання диспетчерського центру і утворює систему стеження за транспортними засобами (в англомовній абревіатурі AVL - Automatic Vehicle Location Systems). У AVL системах на основі супутникових технологій на транспортному засобі встановлюється бортовий комплект у складі - навігаційного приймача GPS (ГЛОНАСС, GALLILEO), блоку управління (контролера), модему, засоби зв'язку і передачі даних (в найпростішому випадку, радіостанції).
Отримані від супутникового навігаційного приймача дані про поточні значення довготи, широти, висоти, швидкості і напрямку руху автомобіля автоматично або за запитом центру стеження (диспетчерського центру) по каналу зв'язку (виділеному УКВ або КВ-радіоканалу, транкінгового або стільникового системі зв'язку) передаються в диспетчерський центр.
У центрі стеження (диспетчерському центрі) високоточна інформація про швидкість і місцезнаходження транспортного засобу відображається на електронній карті. При цьому є можливість в широкому діапазоні змінювати масштаби карт, відображати поточний стан всього
парку і окремих об'єктів, бачити весь пройдений маршрут в динаміці, з зазначенням часу і швидкості, відображати об'єкти в різних кольорах, масштабувати об'єкти і т.д. Це дозволяє диспетчеру завжди знати поточне місце розташування всіх транспортних засобів, прогнозувати час прибуття в пункт призначення, при необхідності коригувати маршрут руху транспортних засобів і мати двосторонній зв'язок з водієм в будь-який час.
Отримана в процесі стеження інформація про місцезнаходження, швидкості і стан транспортного засобу аналізу зберігається в базі даних і може також бути використана для післярейсового аналізу.
Системи спостереження за транспортними засобами за зоною дії умовно можна розділити на системи:
-локального покриття (до 50 км);
-регіонального покриття (кілька сотень км);
-глобального покриття.
Розміри зони дії систем стеження визначаються як зоною дії підсистеми навігації, так і зоною дії систем зв'язку. У системах стеження на основі супутникових навігаційних технологій зона дії систем стеження цілком визначається дальністю дії використовуваних систем зв'язку.
Для побудови локальних систем стеження можуть використовуватися стандартні (Conventional) системи радіозв'язку з використанням ретранслятора або без нього. Якщо система використовує прямий радіоканал на виділеній частоті, то радіус зони охоплення може становити близько 5-30 км в залежності від використовуваної частоти і потужності передавача, висоти підйому антени передавача і інших умов.
Для побудови локальних і регіональних систем стеження також використовуються транкінгові і стільникові системи зв'язку. У цьому випадку робоча область системи стеження збігається з зоною дії відповідної мережі зв'язку.
Широкі перспективи в створенні систем стеження відкриває використання стільникових мереж зв'язку в режимі передачі даних. Однак нерозвиненість мереж, що підтримують режим GPRS, є істотним обмеженням використання таких систем.
Системи спостереження з глобальним покриттям
Системи спостереження з глобальним покриттям використовуються для контролю за транспортними засобами при міжміських і міжнародних перевезеннях. Для цих систем можуть бути використані канали супутникових систем рухомого зв'язку на базі геостаціонарних супутників або на базі низькоорбітальних супутників.
В даний час основна маса систем стеження для далеких перевезень використовує системи на базі геостаціонарних супутників зв'язку - система Inmarsat, система EutelTracs.
Міжнародна система супутникового зв'язку Inmarsat розроблялася як супутникова система зв'язку для військово-морського флоту і морських перевезень, проте остання реалізація системи Inmarsat розрахована також і на сухопутні транспортні засоби. Зона обслуговування системи Inmarsat охоплює майже всю поверхню земної кулі, за винятком околополюсное простору.
Для контролю за місцем розташування транспортних засобів і зв'язку з ними при їх знаходженні в будь-якій точці світу, на транспортний засіб встановлюється супутникова станція Inmarsat з вбудованим приймачем GPS. По заданому інтервалу, або за запитом з диспетчерського центру, інформація з навігаційного приймача GPS (географічні координати, швидкість) в
цифровому вигляді надходить до диспетчерського центру. Точність визначення місцезнаходження транспортного засобу, як правило, не нижче 100 метрів. У диспетчерському центрі відбувається обробка надходить від транспортних засобів інформації. Їх розташування відображається на цифрових електронних картах з одночасним занесенням прийнятої інформації в базу даних.
Можливий обмін текстовою інформацією між диспетчерським центром та рухомим об'єктом, а також між рухомим об'єктом і мережами Телекс, Факс, X.25, X.400, Email, іншими станціями системи Inmarsat. Також між транспортним засобом і диспетчерським центром можливий обмін короткими текстовими повідомленнями, які в автомобілі висвічуються на індикаторі бортового комп'ютера.
Комбінована система визначення координат і зв'язку EutelTracs була створена в 1992 р на основі супутників зв'язку EutelSat і в даний час використовується в Європі, Північній Африці і на Близькому Сході. Система Euteltracs розроблялася спеціально для наземного транспорту.
До складу мережі EutelTracs входить центральна станція і станція маршрутизації ( «поштову скриньку» системи, розташований у Франції), а також кілька супутникових диспетчерських пунктів і мобільні термінали. Зв'язок з абонентами встановлюється за допомогою супутникових диспетчерських пунктів. Станція маршрутизації виконує обробку повідомлень і видає дозвіл на встановлення з'єднання. Диспетчерські пункти можуть бути пов'язані зі станцією маршрутизації по телефонних лініях загального користування (PSTN) або каналам мережі передачі даних (PSDN). Позиціонування транспортного здійснюється або за вимірюваннями щодо супутників зв'язку EutelTracs, або за допомогою приймача GPS. Точність визначення координат близько 100 м.
Для організації системи стеження на кожній автомашині встановлюється малогабаритний мобільний зв'язковою термінал (МСТ), що складається з трьох блоків: пульта водія, зв'язкового блоку і антени. Робоче місце диспетчера є стандартний персональний комп'ютер і модем, що забезпечує зв'язок з російським регіональним центром системи в Москві. Отримання, реєстрація та зберігання інформації ведеться автоматично навіть за відсутності диспетчера на основі принципу «електронної поштової скриньки».
При додатковому оснащенні мобільних терміналів системами телеметрії може вестися дистанційний контроль параметрів транспортних засобів і вантажів. При виникненні на трасі надзвичайної ситуації, коли терміново потрібна допомога (аварія або поломка транспортного засобу, напад або раптова хвороба), водій має можливість послати сигнал лиха одним натисканням кнопки.
Другим напрямком створення систем стеження для далеких перевезень є використання каналів низькоорбітальних систем рухомого супутникового зв'язку. Основна відмінність даних систем від геостаціонарних полягає в тому, що їх орбітальні угруповання включають низькоорбітальні супутники з невеликою висотою орбіти (близько тисячі кілометрів). Це дозволяє створити більш дешеві і малогабаритні абонентські супутникові термінали.
В даний час в Росії представлена низькоорбітальна система зв'язку - Globalstar.
До складу системи супутникового зв'язку Globalstar входять 48 космічних супутників зв'язку, наземний сегмент, призначене для користувача устаткування. Система забезпечує персональний зв'язок в межах 70 ° пд.ш. - 70 ° пн.ш.
Загальний недолік, який об'єднує системи, що використовують супутникові канали для передачі даних типу Inmarsat, EutelTracs або Globalstar - це досить висока вартість бортового обладнання (понад тисячу дол. США) і порівняно дорога абонентська плата за трафік.
Окремо слід відзначити пристрої для реалізації післярейсового контролю за маршрутом транспортних засобів. За аналогією з авіацією ці пристрої також названі «чорним ящиком».
Цей різновид систем стеження є найбільш дешевою в реалізації, оскільки відсутні досить дороге чіткий устаткування і оплата трафіку. Використання «чорного ящика» дозволяє транспортним підприємствам і компаніям складати оптимальні завдання на вантажоперевезення; виявляти порушення водієм подорожнього завдання; вирішувати спірні питання про режими перевезення вантажів (наприклад, швидкопсувних вантажів). При масовому використанні бортових пристроїв реєстрації на автотранспортних засобах отримані дані про маршрути і режимах руху можуть знайти застосування для розбору причин дорожньо-транспортних пригод.
«Чорний ящик» стаціонарно встановлюється на транспортний засіб, і включається при початку руху (зупинити роботу «чорного ящика» водій не може). «Чорний ящик» може також встановлюватися приховано. Після повернення транспортного засобу інформація про пройдений маршрут зчитується за допомогою переносного комп'ютера або спеціального пристрою зчитування. Інформація про пройдений маршрут відображається на тлі електронної карти місцевості. Програмне забезпечення дозволяє також проаналізувати проходження маршруту:
-місця / час зупинок;
-показники датчиків (наприклад, відкриття дверей фургона або температура в рефрижераторі);
-догляд з маршруту, запис маршрутів в базу даних, порівняння різних пройдених маршрутів
іт.д.
-створювати необхідні звітні форми.
На закінчення слід зазначити, що використання супутникових систем стеження за транспортними засобами дозволяє кардинально оптимізувати систему управління вантажоперевезеннями, підвищити безпеку пасажирських і вантажних перевезень. Подібна оптимізація дозволяє, як показують дослідження, підвищити ефективність роботи підприємства на 20%
А.Б.Внуков, генеральний директор ТОВ «Геопарк»
Журнал "Горная Промышленность" №6 2006