СПОСОБ НАВИГАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫМИ СРЕДСТВАМИ
METHOD OF NAVIGATION CONTROL OVER MOVING MEANS

Изобретение относится к контролю движения подвижных средств (ПС). Технический результат - повышение оперативности принятия решений на центральном пункте управления (ЦПУ) при временной потере информации, повышение надежности и безопасности управления ПС в опасных зонах. Способ заключается, в частности, в том, что на ПС принимают навигационные сигналы от спутников ГЛОНАСС, формируют пакет информации с включением в него характеристик ПС, отдельных его подсистем и передают его на ЦПУ, где информацию принимают, производят ее обработку и отображение на электронной карте местности, определяют опасные зоны на маршрутах движения подвижных средств, сравнивают текущие характеристики движения подвижных средств и функционирования их подсистем с допустимыми, в случае предвидения потенциальной опасности предупреждают экипаж ПС и запоминают характеристики его движения, функционирования его подсистем, характеристик опасной зоны и внешних условий.
При приеме пакета информации от ЦПУ на ПС оценивают содержание пакета, при совпадении кода содержания с собственным кодом расшифровывают остальные данные пакета, выполняют указанные в них команды. При этом в случае выхода из зоны радиовидимости на ПС накапливают пакеты в его энергонезависимой памяти, а при входе в зону радиовидимости эти пакеты отправляют на ЦПУ.
Способ навигационного контроля и управления подвижными средствами относится к области контроля и управления движением различных подвижных средств, преимущественно колесных и гусеничных, и может быть использован для централизованного контроля и управления любыми подвижными средствами (одиночными и групповыми) как на ограниченной территории, например, в рамках одного города, региона, страны, так и на территории различных континентов.
Известен способ навигационного контроля и управления подвижными средствами, реализованный в системе безопасности, управления и навигации для автомобилей, включающий формирование цифровых сигналов текущего положения, скорости и ускорения автомобиля, индикацию аварийной ситуации, прием сигналов спутниковой системы радионавигации (GPS) и сигналов, несущих информацию о транспортном потоке и аварийных сигналах (патент США №5504482, кл. G08G 1/123, опубл. 1997).
Недостатком способа является его ограничение навигацией подвижного средства (автомобиля), при этом не обеспечивается высокоточное определение координат в дифференциальном режиме, а также контроль функционирования подсистем подвижного средства, сбор и хранение информации о них.
Известен способ навигационного контроля и управления подвижными средствами, реализованный в системе охраны, навигации и мониторинга стационарных и подвижных средств, включающий установку на каждом средстве охранных датчиков, навигационного узла и подключенного к ним процессора обработки полученной информации, а также пункт управления, связанный радиоканалом с процессорами подвижных средств и выполненный с возможностью получения от них информационных сигналов о местоположении и перемещении подвижных средств с возможностью централизованного управления движением их группы, сбора и хранения данных о их движении в течение заданного интервала времени (RU 2122239 C1, G08B 25/10, 20.11.98).
Его недостатком является низкая эффективность контроля и управления, обусловленная ограничениями по дальности радиосвязи. Кроме того, способ не обеспечивает дистанционное управление подсистемами ПС и взаимодействие с другими пунктами управления.
Известен способ контроля движения подвижных средств, реализованный в патенте РФ 2158963, G08G 5/06, 21.12.1999, заключающийся в том, что на соответствующем подвижном средстве принимают радиосигналы от спутников глобальной системы, например от системы GPS, определяют координаты нахождения подвижного средства (ПС) в реальном масштабе времени, формируют пакет информации с дополнительным включением в него кода номера и состояния отдельных подсистем ПС, передают данный пакет на центральный пункт управления (ЦПУ) через выделенный цифровой канал, где этот пакет обрабатывают и осуществляют управление подсистемами ПС через упомянутый выделенный цифровой канал.
Недостатком данного способа является то, что при выходе ПС из зоны радиовидимости выделенного цифрового канала на ЦПУ происходит потеря информации о координатах нахождения и о работе подсистем управления ТС, то есть снижается оперативность управления ПС с ЦПУ. Кроме того, при приеме информации с ЦПУ на ПС отсутствует защита от несанкционированного доступа, а контроль нештатных ситуаций проводится ограничено (аварии, пожары, террористические нападения) и на ограниченной территории.
Известен способ контроля за транспортировкой грузов, описанный в патенте РФ 2157565, МПК G08G 1/123, 10.06.1999, заключающийся в том, что на подвижном средстве принимают навигационные сигналы от спутников глобальной системы радионавигации, например от системы GPS, определяют координаты нахождения, время и скорость движения ПС, формируют пакет информации с включением его кода номера и состояния подсистем ПС, преобразуют указанный пакет информации в электрический сигнал для передачи по каналу сотовой системы связи, передают этот сигнал в реальном масштабе времени через систему сотовой связи (GSM) на ЦПУ, где информацию принимают периодически от данного и других ПС, производят ее обработку, хранение и отображение на электронной карте местности, а при возникновении нештатной ситуации формируют и передают соответствующее сообщение в виде пакета информации на соответствующее ПС через GSM, при приеме которой на ПС включают/отключают отдельные подсистемы контроля и управления ПС или устанавливают двухстороннюю речевую связь через GSM. Этот способ имеет следующие недостатки:
- при выходе транспортного средства, например автомобиля, из зоны радиовидимости системы GSM на ЦПУ происходит потеря информации о месте нахождения ПС, что приводит к искажению данных и искаженному управлению соответствующим ПС при его вхождении вновь в зону радиовидимости, то есть снижается оперативность управления ПС с ЦПУ;
- на ПС при приеме информации с ЦПУ отсутствует защита от несанкционированного доступа, например, третьими лицами, что может привести к неправильным действиям отдельных подсистем ПС;
- ограниченность контролируемых параметров подсистем подвижного средства, вызывающих опасность расширения нештатных ситуаций.
Известен также способ навигационного контроля и управления подвижными средствами (Ru 2217797 С2, G08G 1/123, 20.07.2001), который является наиболее близким по технической сути к заявляемому и принимается за его прототип. Одновременно он является и базовым объектом предлагаемого способа. Способ заключается в том, что на подвижном средстве принимают навигационные сигналы от спутников глобальной системы радионавигации с заданной частотой, определяют координаты нахождения, время и скорость подвижного средства, формируют пакет информации с включением в него дополнительно кода номера и состояния отдельных подсистем подвижного средства, преобразуют указанный пакет информации в сигнал для передачи по каналу сотовой системы связи, передают этот сигнал в реальном масштабе времени через систему сотовой связи на центральный диспетчерский пункт, где информацию периодически принимают от данного и других подвижных средств, производят ее обработку, хранение и отображение на электронной карте местности, а при возникновении нештатной ситуации передают соответствующее сообщение в виде пакета информации на соответствующее подвижное средство через сотовую систему связи, при приеме которого на подвижном средстве управляют соответствующими подсистемами и при необходимости устанавливают двухстороннюю речевую связь, определяют периоды выхода подвижного средства из зоны видимости сотовой системы связи и в эти периоды на подвижном средстве запоминают и накапливают пакеты информации, а при входе в зону видимости накопленные пакеты информации передают описанным образом на центральный пункт управления, где их обрабатывают, принимают решение и передают на соответствующее подвижное средство.
Этот способ предусматривает устранение части недостатков предыдущего способа. Однако ограниченность контролируемых параметров подсистем подвижного средства, вызывающих опасность расширения нештатных ситуаций, продолжают оставаться. В частности, появление на маршрутах движения подвижных средств опасных зон: труднопроходимых участков местности, экологически загрязненных участков, естественных и искусственных заграждений и препятствий и др.
Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении оперативности принятия решений на ЦПУ по управлению ПС при временной потере информации, повышении надежности и безопасности управления ПС в опасных зонах.
Это достигается тем, что в способе контроля и управления подвижными средствами, заключающемся в том, что на подвижном средстве принимают навигационные сигналы от спутников глобальной системы радионавигации с заданной частотой, определяют координаты нахождения, время и скорость подвижного средства, формируют пакет информации с включением в него дополнительно кода номера и состояния отдельных подсистем подвижного средства, преобразуют указанный пакет информации в сигнал для передачи по каналу сотовой системы связи, передают этот сигнал в реальном масштабе времени через систему сотовой связи на центральный диспетчерский пункт, где информацию периодически принимают от данного и других транспортных средств, производят ее обработку, хранение и отображение на электронной карте местности, а при возникновении нештатной ситуации передают соответствующее сообщение в виде пакета информации на соответствующее подвижное средство через сотовую систему связи, при приеме которого на подвижном средстве управляют соответствующими подсистемами и при необходимости устанавливают двухстороннюю речевую связь, определяют периоды выхода подвижного средства из зоны видимости сотовой системы связи и в эти периоды на подвижном средстве запоминают и накапливают пакеты информации, а при входе в зону видимости накопленные пакеты информации передают описанным образом на центральный пункт управления, где их обрабатывают, принимают решения и отправляют на соответсвующее подвижное средство, дополнительно на подвижном средстве определяют и включают в формируемый пакет информации значения угловых колебаний и скоростей, линейных ускорений подвижного средства в трех плоскостях, а на центральном пункте управления определяют координаты опасных зон на маршрутах движения подвижных средств с точки зрения их преодоления, отображают их на электронной карте местности с нормативными ограничениями характеристик подвижных средств при их преодолении, сравнивают текущие характеристики движения подвижного средства и функционирования его подсистем с допустимыми в процессе его подхода и преодоления опасной зоны, в случае предвидения потенциальной опасности принимают решение на досрочное предупреждение об этом экипажа подвижного средства и запоминание всех характеристик его движения, функционирования его подсистем, характеристик опасной зоны и внешних условий, необходимых для последующего анализа и уточнения прогнозов.
Реализация предложенного способа с учетом функционирования прототипа происходит следующим образом. После установки аппаратуры на подвижном средстве и включения питания с навигационных спутников принимают сигналы на первую антенну GPS, преобразовывают принятые сигналы в цифровую форму во втором GPS приемнике, в процессоре которого осуществляют обработку полученных сигналов и получают координаты нахождения ПС (долгота, широта), его скорость и время по Гринвичу.
Координаты нахождения ПС определяют по сигналам с двух и более спутников, захваченных первой GPS антенной, используя эффект Доплера. Чем больше захваченных спутников, тем более точно определяют координаты. Вычисленные данные процессором GPS приемника периодически считываются контроллером автономной системы ПС по линии с первым интерфейсом. В эти данные включают и количество захваченных GPS антенной спутников. Последовательно с чтением информации со второго процессора GPS приемника считывается информация с бортовых подсистем и датчиков через параллельный интерфейс. По полученным данным по специальной программе формируют пакет информации для передачи на ЦПУ. Эту информацию дополняют сведениями об угловых отклонениях и скоростях, линейных ускорениях корпуса подвижного средства в трех плоскостях, других характеристик подсистем подвижного средства. Затем осуществляют прием информации со второй антенны GSM, преобразовывают ее в цифровую форму во втором GSM-приемнике и передают по второму интерфейсу в контроллер.
Структура пакета принимаемой с GSM антенны информации расшифровывается контроллером и производится оценка уровня входного сигнала и сравнение с заданным, значение которого заранее записывается в память контроллера. При превышении заданного уровня над снимаемым с антенны GSM определяют момент выхода ПС из зоны радиовидимости системы GSM и записывают сформированный в контроллере пакет информации в энергонезависимую память через соответствующий интерфейс. При превышении уровня сигнала, снимаемого с GSM антенны, над заданным фиксируют момент нахождения ТС в зоне радиовидимости сети GSM. Затем выделяют из принятого пакета из сети GSM информацию для вычисления верификационного кода. По этим символам вычисляют код и сравнивают с кодом ПС, записанным в памяти контроллера. Если коды совпадают, то в контроллере производят расшифровку остальных данных принятого пакета, обрабатывают их и окончательно формируют пакет для передачи в сеть GSM с кодом ПС. С целью экономии питания и памяти во время стоянки (сна) ПС контроллером формируют периодически команды для отключения сигналов приема с GPS антенны.
После чтения информации с процессора обработки GPS приемника выделяют значение двух соседних координат местонахождения ПС, производят оценку разности значений двух соседних координат на равенство нулю и, если координаты равны (ПС стоит на месте), то передают команду на отключение приема сигналов с GPS антенны на процессор GPS приемника и включают задержку на заданное время. При истечении заданного времени с контроллера на GPS-приемник посылают команду на включение сигналов приема с GPS антенны, который и обеспечивает прием и формирование новых значений координат. Если координаты не изменились, то вновь выполняется указанный алгоритм. Если координаты изменились (ПС в движении), то в указанном алгоритме выполняются соответствующие операции (см. прототип и т.д.). Контроллер имеет выход для подключения к бортовой ЭВМ через соответствующий интерфейс GSM - телефона.
Описанная система реализована с использованием стандартных элементов и специально разработанного программного обеспечения (см. прототип). В качестве контроллера используется микроконтроллер DS87C530 ф. Dallas (США), в качестве GPS-приемника вместе с антенной используется GPS-приемник ф. TRIMBLE (США), в качестве энергонезависимой памяти модуль АТ24С256 ф. ATMEL (США), в качестве GSM-телефона телефон фирмы NOKIA (Финляндия) модели 5110.
Выделение моментов выхода ТС из зоны видимости сети GSM и накопление данных в энергонезависимой памяти с последующей передачей их на ЦПУ позволяет повысить оперативность принятия решений на ЦПУ, а снабжение пакета передаваемой от ЦПУ информации кодами символов "свой-чужой", снижает вероятность несанкционированного доступа к системам управления ПС. Кроме того, периодическое отключение на заданное время сигналов с GPS антенны во время стоянки ТС освобождает внутреннюю память от избыточной информации.
Дополнительное определение на подвижном средстве и включение в формируемый пакет информации о значениях угловых колебаний и скоростей, линейных ускорений подвижного средства в трех плоскостях, других характеристик подсистем подвижного средства, а на центральном пункте управления определение координат и областей опасных зон на маршрутах движения подвижных средств с точки зрения их преодоления, отображение их на электронной карте местности с нормативными ограничениями характеристик подвижных средств при их преодолении опасных зон, учет внешних условий в опасных зонах и их совместная оценка (сравнение текущих характеристик (особенно динамических) движения подвижного средства, функциональных характеристик его подсистем с допустимыми в процессе его подхода и преодоления опасной зоны с учетом ее текущих характеристик) позволяют заранее предвидеть и прогнозировать возникновение нештатных ситуации, а следовательно, их избегать.
Например, если значение продольного ускорения подвижного средства на его маршруте движения велико, а опасной зоной является препятствие (ров, эскарп, контрэскарп), то результатом ее преодоления с высокой вероятностью будет поломка подвижного средства. Своевременные оценка создавшейся ситуации на ЦПУ, передача предупредительных сигналов на ПС и уменьшение продольного ускорения позволят избежать поломки. Оценка, выполненная по совокупности возможных ситуаций, позволяет прогнозировать вероятность снижения подобных ситуаций на 15-20% при условии использования предлагаемого способа.