реферат. Реферат По дисциплина Транспортная телематика в дорожной отрасли
 Скачать 41.98 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ Кафедра «Дорожно-строительные машины» Реферат По дисциплина «Транспортная телематика в дорожной отрасли» Тема: «Методы и системы определения местоположения транспортных средств» Выполнил студент 2 курса гр. 7СМ-38: Батыршин Б.Т. Проверил: доцент, кандидат технических наук: Загидуллин Р.Р. КАЗАНЬ 2018 Введение………………………………………………….………………3 1.Прямое определение местоположения………………………………….4 2. Косвенное определение местоположения……………………………...4 3. Спутниковая навигация…………………………………………………4 4. Наземные передатчики………………………………………………….6 5. Определение местоположения подвижного объекта с помощью наземных передатчиков………………………………………………………….6 6. Определение местоположения подвижного объекта с помощью системы контрольных пунктов…………………………………………………..7 7. Структура и состав систем слежения…………………………………10 8. Системы слежения с глобальным покрытием………………………..13 Заключение………………………………………………………………..16 Список литературы……………………………………………………….17 Введение Чтобы определить координаты и параметры движения перемещения наземных объектов в последнее время широко используется навигационная система. Состав системы навигации определяется необходимостью определения координат текущего местоположения движущегося объекта способом исчисления и коррекции численных координат. Для того чтобы исправить координаты в спутниковых навигационных системах широко приняты орбитальные спутниковые системы: ГЛОНАСС и NAVSTAR, или по другому GPS. Основные преимущества данных навигационных систем являются: неограниченная дальность действия; точность навигационных определений; измерения углов ориентации; высокая точность определения местоположения; неограниченность числа обслуживаемых объектов. Системы определения местоположения объекта делятся на следующие категории: системы локального определения местоположения; системы дистанционного определения местоположения. Для определения местоположения используются, в основном, четыре технических метода: прямое определение местоположения, косвенное определение местоположения, спутниковые системы и наземные передатчики. Из них наиболее распространенным стало косвенное определение местоположения в сочетании со спутниковыми системами. Существенное преимущество систем заключается в том, что они не нуждаются в создании центральных пунктов или сложной инфраструктуры связи. 1.Прямое определение местоположения Казалось бы, что метод прямого определения местоположения самый простой из вышеперечисленных, так как местоположение определяется в момент прохождения объекта через сигнал, образованное, например, радиомаяком. В таких случаях часто говорят о датчике положения, сигнал которого может быть передан не только с помощью радиоволн, но и с помощью световых или инфракрасных лучей. Необходимым условием является наличие устройства на месте, способного поддерживать связь с радиомаяком. Кроме того, достаточно плотная сеть радиомаяков может покрывать большую область. Техническая сложность и высокая стоимость создания сети маяков являются основными недостатками данного метода. 2. Косвенное определение местоположения Этот метод является одним из самых простых, и он основывается на принципе, который вычисляет положение движущегося объекта в двумерном пространстве, зная его начальное положение. Данный метод заключается в сумме приращений траектории и направленных углов по отношению к опорной точке, то есть определяются положения относительно исходной точки. Основными недостатками этого метода являются накопление ошибок для каждого измерения и соответственно неточность определения местоположения объекта. 3. Спутниковая навигация Современные этапы развития различных методов определения координат объектов связан с созданием спутниковой навигации. Навигационные спутниковые системы первого поколения – это американские системы Transit и советская система Цикада. Система Transit, изначально создана для управления подводными лодками была введена в эксплуатацию в 1964 г. и состояла из семи спутников на низкой орбите. С 1967 года она стала доступна для гражданских пользователей. В 2000 г. поддержка системы была прекращена и завершилась ее эксплуатация. 15 Создание системы Цикада было начато в 1967 года, когда был выведен на орбиту первый навигационный спутник. Полностью система введена в эксплуатацию в 1979 году, и состоит она из четырех космических аппаратов. В настоящее время «Цикада» имеет ограниченное применение в навигации. В этих двух системах координаты определялись на основе частоты доплеровского смещения каждого спутника, который определяет положение наблюдателя относительно спутника. Высота орбит спутников и в той и в другой системе 1000 км. Точность навигации составляет около 100 м. Несмотря на то, что эти системы удовлетворяли основные потребности в навигации судов, они имели и существенные недостатки, такие как низкая скорость, отсутствие постоянной доступности, возможность настраиваться только на объекты, которые медленно движутся и др. Спутниковые системы второго поколения – это уже работающие, или введённые в эксплуатацию основные системы, такие как американская NAVSTAR (GPS), российская ГЛОНАСС, европейская ГАЛИЛЕО, китайская БЕЙДОУ, индийская IRNSS. GPS является спутниковой навигационной системой, обеспечивая точное определение координат объектов в любое время и точке на земной поверхности. Сегодня в научных и других специальных источниках, а так же во многих официальных документах, GPS относят исключительно к американской системе NAVSTAR, хотя вначале подразумевалось, что это потребует все глобальные спутниковые систем, которые определяют местоположение объекта. Из данных, которые были получены с наземного оборудования, используемого класса точности, определяют координаты объектов при помощи GPS и ГЛОНАСС варьируется от 10 м до единиц миллиметров (точность определения абсолютных координат в Земле), и время измерения в большинстве случаев колеблется от нескольких секунд до нескольких минут. В настоящее время методы спутниковой навигации являются самыми точными из 16 всех доступных для определения координат с поверхности и околоземных объектов. 4. Наземные передатчики. Теоретически, системы позиционирования могут определять местоположение объекта (координаты абонента) с точностью до нескольких десятков метров и являются настоящей альтернативой системам глобального спутникового позиционирования, но только на территории обслуживания мобильной связи. Задача нахождения координат мобильных телефонов будет автоматически определять их местоположения в сети мобильной связи. В этом случае под термином «местоположение» следует понимать не нахождение географических координат (широты и долготы), что также в принципе возможно, и однозначной идентификации позиции местонахождения владельца мобильного телефона на местности[2]. К недостаткам такой системы местоположения можно отнести: низкую точность в определении местоположения (по сравнению с предыдущими системами); привязка к конкретному поставщику услуг сотовой связи; неравномерное качество обслуживания (в зависимости от действия полосы сигнала). 5. Определение местоположения подвижного объекта с помощью наземных передатчиков. Теоретически системы определения местоположения (ОМП) позволяют определить координаты абонента с точностью до нескольких десятков метров и являются реальной альтернативой системам глобального спутникового позиционирования, но лишь на территории обслуживания сотовых сетей. Задача позиционирования мобильных телефонов предполагает автоматическое определение их местоположения в пределах сотовых сетей. При этом под термином «местоположение» следует понимать не нахождение географических координат – широты и долготы, что в принципе также возможно, а однозначную идентификацию положения владельца мобильного телефона на местности (электронной карте). Согласно принятой классификации, СМП делятся на два основных типа: системы, для функционирования которых необходима доработка или замена абонентских устройств, и, работающие с обычными мобильными терминалами (системы позиционирования внутри сотовой сети). В первом случае потребуется либо новая SIM-карта, либо новый аппарат, а возможно, и то и другое. Во втором случае никаких изменений в аппаратной части мобильного терминала не требуется, а необходимо только изменение программной части, таким образом, все затраты на развертывание системы несет оператор сети. Для определения положения мобильного аппарата могут быть использованы три основных параметра радиосигналов: направление прихода, амплитуда и время задержки. Амплитуда принимаемых сигналов способна характеризовать расстояние между передатчиком и приемником. Однако на практике уровень сигналов мобильного телефона в месте приема зависит от столь большого числа причин, что в большинстве случаев не может обеспечить требуемую точность определения места и используется в качестве вспомогательного параметра. Направление прихода сигналов может автоматически определяться, по различию фаз сигналов на элементах антенны. Можно также использовать несколько базовых станций, расположенных по соседству. Использования секторных антенн, вместо всенаправленных, позволяет определить направление прихода сигналов с большей точностью. Пересечение пеленгов из двух или большего числа мест обеспечивает с определенной точностью определение положения мобильного телефона. 6. Определение местоположения подвижного объекта с помощью системы контрольных пунктов. 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 ГАИ. Наиболее развита сеть дорожных указателей, с помощью которых реализуются системы как прямого, так и инверсного приближения в Японии. Дорожные указатели в Японии образуют общенациональную сеть. В Европе в 70-80гг. 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 ТС 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 1992г. 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. 7. Структура и состав систем слежения На основе систем определения местоположения транспортных средств строятся системы слежения (мониторинга). Для этого навигационные данные от автомобильной навигационной системы передаются по каналу связи в диспетчерский центр в реальном масштабе времени или после завершения рейса. Полученные данные в диспетчерском центре отображаются на электронной карте местности, заносятся в базы данных и используются для управления перевозками. Объединение навигационно-связного оборудования транспортных средств, канала связи и обмена данными, а также оборудования диспетчерского центра и образует систему слежения за транспортными средствами (в англоязычной аббревиатуре AVL - Automatic Vehicle Location Systems). В AVL системах на основе спутниковых технологий на транспортном средстве устанавливается бортовой комплект в составе - навигационного приемника GPS (ГЛОНАСС, GALLILEO), блока управления (контроллера), модема, средства связи и передачи данных (в простейшем случае, радиостанции). Полученные от спутникового навигационного приемника данные о текущих значениях долготы, широты, высоты, скорости и направления движения автомобиля автоматически или по запросу центра слежения (диспетчерского центра) по каналу связи (выделенному УКВ или КВ-радиоканалу, транкинговой или сотовой системе связи) передаются в диспетчерский центр. В центре слежения (диспетчерском центре) высокоточная информация о скорости и местоположении транспортного средства отображается на электронной карте. При этом имеется возможность в широком диапазоне менять масштабы карт, отображать текущее положение всего парка и отдельных объектов, видеть весь пройденный маршрут в динамике, с указанием времени и скорости, отображать объекты в различных цветах, масштабировать объекты и т.д. Это позволяет диспетчеру всегда знать текущее местоположение всех транспортных средств, прогнозировать время прибытия в пункт назначения, при необходимости корректировать маршрут движения транспортных средств и иметь двухстороннюю связь с водителем в любое время. Получаемая в процессе слежения информация о местоположении, скорости и состоянии транспортного средства анализа сохраняется в базе данных и может также быть использована для послерейсового анализа. Системы слежения за транспортными средствами по зоне действия условно можно разделить на системы: - локального покрытия (до 50 км); - регионального покрытия (несколько сотен км); - глобального покрытия. Размеры зоны действия систем слежения определяются как зоной действия подсистемы навигации, так и зоной действия систем связи. В системах слежения на основе спутниковых навигационных технологий зона действия систем слежения целиком определяется дальностью действия используемых систем связи. Для построения локальных систем слежения могут использоваться стандартные (Conventional) системы радиосвязи с использованием ретранслятора или без него. Если система использует прямой радиоканал на выделенной частоте, то радиус зоны охвата может составлять около 5-30 км в зависимости от используемой частоты и мощности передатчика, высоты подъема антенны передатчика и других условий. Для построения локальных и региональных систем слежения также используются транкинговые и сотовые системы связи. В этом случае рабочая область системы слежения совпадает с зоной действия соответствующей сети связи. Широкие перспективы в создании систем слежения открывает использование сотовых сетей связи в режиме передачи данных. Однако неразвитость сетей, поддерживающих режим GPRS, является существенным ограничением использования таких систем. 8. Системы слежения с глобальным покрытием Системы слежения с глобальным покрытием используются для контроля за транспортными средствами при междугородних и международных перевозках. Для этих систем могут быть использованы каналы спутниковых систем подвижной связи на базе геостационарных спутников или на базе низкоорбитальных спутников. В настоящее время основная масса систем слежения для дальних перевозок использует системы на базе геостационарных спутников связи - система Inmarsat, система EutelTracs. Международная система спутниковой связи Inmarsat разрабатывалась как спутниковая система связи для военно-морского флота и морских перевозок, однако последняя реализация системы Inmarsat рассчитана также и на сухопутные транспортные средства. Зона обслуживания системы Inmarsat охватывает почти всю поверхность земного шара, за исключением околополюсного пространства. Для контроля за местоположением транспортных средств и связи с ними при их нахождении в любой точке мира, на транспортное средство устанавливается спутниковая станция Inmarsat со встроенным приемником GPS. По заданному интервалу, или по запросу из диспетчерского центра, информация с навигационного приемника GPS (географические координаты, скорость) в цифровом виде поступает в диспетчерский центр. Точность определения местоположения транспортного средства, как правило, не ниже 100 метров. В диспетчерском центре происходит обработка поступающей от транспортных средств информации. Их местоположение отображается на цифровых электронных картах с одновременным занесением принятой информации в базу данных. Возможен обмен текстовой информацией между диспетчерским центром и подвижным объектом, а также между подвижным объектом и сетями Телекс, Факс, X.25, X.400, Email, другими станциями системы Inmarsat. Также между транспортным средством и диспетчерским центром возможен обмен короткими текстовыми сообщениями, которые в автомобиле высвечиваются на индикаторе бортового компьютера. Комбинированная система определения координат и связи EutelTracs была создана в 1992 г. на основе спутников связи EutelSat и в настоящее время используется в Европе, Северной Африке и на Ближнем Востоке. Система Euteltracs разрабатывалась специально для наземного транспорта. В состав сети EutelTracs входит центральная станция и станция маршрутизации («почтовый ящик» системы, расположенный во Франции), а также несколько спутниковых диспетчерских пунктов и мобильные терминалы. Связь с абонентами устанавливается с помощью спутниковых диспетчерских пунктов. Станция маршрутизации выполняет обработку сообщений и выдает разрешение на установление соединения. Диспетчерские пункты могут быть связаны со станцией маршрутизации по телефонным линиям общего пользования (PSTN) или каналам сети передачи данных (PSDN). Определение местоположения транспортного осуществляется либо по измерениям относительно спутников связи EutelTracs, либо с помощью приемника GPS. Точность определения координат порядка 100 м. Для организации системы слежения на каждой автомашине устанавливается малогабаритный мобильный связной терминал (МСТ), состоящий из трех блоков: пульта водителя, связного блока и антенны. Рабочее место диспетчера представляет собой стандартный персональный компьютер и модем, обеспечивающий связь с российским региональным центром системы в Москве. Получение, регистрация и хранение информации ведется автоматически даже в отсутствие диспетчера на основе принципа «электронного почтового ящика». При дополнительном оснащении мобильных терминалов системами телеметрии может вестись дистанционный контроль параметров транспортных средств и грузов. При возникновении на трассе чрезвычайной ситуации, когда срочно требуется помощь (авария или поломка транспортного средства, нападение или внезапная болезнь), водитель имеет возможность послать сигнал бедствия одним нажатием кнопки. Вторым направлением создания систем слежения для дальних перевозок является использование каналов низкоорбитальных систем подвижной спутниковой связи. Основное отличие данных систем от геостационарных состоит в том, что их орбитальные группировки включают низкоорбитальные спутники с небольшой высотой орбиты (около тысячи километров). Это позволяет создать более дешевые и малогабаритные абонентские спутниковые терминалы. В настоящее время в России представлена низкоорбитальная система связи - Globalstar. В состав системы спутниковой связи Globalstar входят 48 космических спутников связи, наземный сегмент, пользовательское оборудование. Система обеспечивает персональную связь в пределах 70° ю.ш. - 70° с.ш Общий недостаток, объединяющий системы, использующие спутниковые каналы для передачи данных типа Inmarsat, EutelTracs или Globalstar - это достаточно высокая стоимость бортового оборудования (свыше тысячи долл. США) и сравнительно дорогая абонентская плата за трафик. Отдельно следует отметить устройства для реализации послерейсового контроля за маршрутом транспортных средств. По аналогии с авиацией эти устройства также названы «черным ящиком». Эта разновидность систем слежения является наиболее дешевой в реализации, поскольку отсутствуют достаточно дорогое связное оборудование и оплата трафика. Использование «черного ящика» позволяет транспортным предприятиям и компаниям составлять оптимальные задания на грузоперевозки; выявлять нарушения водителем путевого задания; решать спорные вопросы о режимах перевозки грузов (например, скоропортящихся грузов). При массовом использовании бортовых устройств регистрации на автотранспортных средствах полученные данные о маршрутах и режимах движения могут найти применение для разбора причин дорожно-транспортных происшествий. «Черный ящик» стационарно устанавливается на транспортное средство, и включается при начале движения (остановить работу «черного ящика» водитель не может). «Черный ящик» может также устанавливаться скрытно. По возвращении транспортного средства информация о пройденном маршруте считывается при помощи переносного компьютера или специального устройства считывания. Информация о пройденном маршруте отображается на фоне электронной карты местности. Программное обеспечение позволяет также проанализировать прохождение маршрута: - места/время остановок; - показания датчиков (например, открытие дверей фургона или температура в рефрижераторе); - уход с маршрута, запись маршрутов в базу данных, сравнение различных пройденных маршрутов и т.д. - создавать необходимые отчетные формы. Заключение Следует отметить, что использование спутниковых систем слежения за транспортными средствами позволяет кардинально оптимизировать систему управления грузоперевозками, повысить безопасность пассажирских и грузовых перевозок. Подобная оптимизация позволяет, как показывают исследования, повысить эффективность работы предприятия на 20%. Задача определения местоположения транспортного средства заключается в определении его координат на поверхности Земли. Системы определения местоположения подразделяются на системы локального определения местоположения и системы дистанционного определения местоположения. В случае локального определения местоположения объект сам определяет свое положение. В качестве примера можно привести систему GPS. Дистанционное определение местоположения осуществляется из центрального пункта, который определяет местоположение отдельных объектов. В таком режиме работают, например, радиолокаторные системы. Известно, что использование датчиков только одного типа не позволяет, как правило, определить местоположение объекта с высокой точностью и достаточной надежностью. Поэтому часто комбинируются данные различных датчиков с помощью различных методов и алгоритмов. Список использованной литературы 1. Т.В. Овсянникова О методах определения местоположения подвижных наземных объектов, Вестник Днепропетровского университета. Физика. Радиоэлектроника. 2007, вып. 14, №12/1. 2. А.А. Остапец Определение местоположения телефона по данным сенсоров, Факультет вычислительной математики и кибернетики МГУ, Москва, Ленинские горы, МГУ, 2-й учебный корпус, – 14 с. 3. Д. Блум Изучаем Arduino. Инструменты и методы технического волшебства. – СПб.: БХВ-Петербург, 2015. – 336 с.: ил |