Обзор автоматизированных систем позиционирования объектов

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №03-1/2017 ISSN 2410-6070_

УДК 004.31

Т.А.Онуфриева

к.т.н., доцент кафедры «Компьютерные системы и сети» Калужский филиал МГТУ им.Н.Э.Баумана

Л.А.Щавелев

студент 4 курса кафедры «Компьютерные системы и сети» Калужский филиал МГТУ им.Н.Э.Баумана

ОБЗОР АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ

Аннотация

В статье рассматриваются основные положения, учитываемые при разработке систем позиционирования объектов. Указаны основные параметры систем и технологии позиционирования.

Ключевые слова

Позиционирование, радиочастотные технологии, спутниковая навигация, радиочастотные метки

Использование систем позиционирования объектов - одно из наиболее актуальных направлений в развитии технологических и бизнес процессов разной деятельности.

Для различных отраслей деятельности требуется разная точность определения позиции объекта в пространстве и во времени. Для определения местонахождения объекта в режиме реального времени необходимо установить промежуток времени между замерами, который должен быть таким, чтобы объект, двигаясь с характерной для него скоростью, успевал проходить расстояние не больше удвоенной точности позиционирования.

Позиционирование - это автоматизированное определение местоположения объектов, предполагающее: определение координат объекта, формирование сообщений, содержащих координатную информацию, организация обмена служебными сообщениями, документирование информации о перемещении объектов, визуализация информации.

При классификации систем позиционирования необходимо учесть следующие признаки: назначение, параметры зоны обслуживания, используемые технологии, способы создания координатной информации.

Основные используемые для позиционирования технологии: радиочастотные, спутниковая навигация (GPS, ГЛОНАСС), радиочастотные метки - RFID

Радиочастотные технологии, в свою очередь, делятся на стандартные технологии передачи данных (Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee), так или иначе приспособленные для измерения расстояний, и на те, которые, исходя из физических свойств модуляции, наиболее подходят для измерения расстояний (CSS/ISO24730-5, UWB, ISO24730-2, NFER и другие).[1]

Специально для целей навигации, в частности позиционирования, созданы и широко используются спутниковые радионавигационные системы GPS, ГЛОНАСС и другие. Для существующих спутников GPS характерна погрешность позиционирования 6 метров. Запускаемые в настоящее время спутники следующего поколения будут способны определять местоположение, как ожидается, с точностью не менее 60-90 см.

Общим недостатком использования всех радионавигационных систем является то, что сигнал, при определённых условиях, может не доходить до приемника или приходить с искажениями или задержками. Рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн. Исходя из этого, уровень приема сигнала от спутников может сильно ухудшиться из-за большой облачности или под плотной листвой деревьев. Так же многие наземные радиоисточники создают помехи и могут исказить приём сигнала. Невысокий наклон орбит GPS (примерно 55 градусов) серьезно ухудшает точность в приполярных районах Земли, так как спутники GPS поднимаются относительно невысоко над горизонтом. Нельзя не отметить то, что благодаря более высокому наклону орбит спутников ГЛОНАСС (около 65 градусов) эта система хорошо работает на

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №03-1/2017 ISSN 2410-6070_

всей территории России.[2]

К основным недостаткам можно отнести и высокую стоимость таких систем позиционирования объекта.

Одной из первых технологий позиционирования является позиционирование в сотовых сетях. Это обусловлено тем, что миллиарды абонентов во всем мире пользуются сотовыми сетями. Так же, нельзя не отметить простоту изначально применяемого метода Cell Of Origin - определение местоположения соты, к которой подключен абонент. При использовании такого метода, точность позиционирования определяется радиусом действия соты. Для «пикосот» это 100-150 метров, для большей части базовых станций - километр и более.[3]

Для определения местоположения с большей точностью, используются данные от нескольких базовых станций. Существует несколько таких методов.

Метод Angle of arrival (направление на абонента)- позволяет вычислить приблизительное местонахождение по направлению на абонента в пределах площади, образованной пересечением секторов обслуживания антенных решеток. Базовая станция оснащена несколькими решетками (от трёх до шести). Каждая антенная решётка обслуживает свой сектор. При этом, чем больше секторов, тем меньше угол каждого из них, и, следовательно, площадь пересечения секторов соседних сот уменьшается. В результате, точность определения координат увеличивается и обычно составляет от 100 до 200 метров.

Метод Time of arrival (время прибытия) основывается на измерении времени прохождения сигнала от абонента до трех ближайших базовых станций. Для достижения требуемой точности измерения, необходимо синхронизировать станции по времени с помощью атомных часов либо посредством сигналов со спутника. Данные обрабатываются, после чего вычисляется местонахождение абонента с точностью около 100м.[4]

Гибридный метод позиционирования основывается на использовании мобильного телефона, оснащённого приемником GPS. Технология опирается на систему GPS, которая обеспечивает точность 1550 м. В городских условиях ее применение затруднено по причине многолучевого распространения сигнала.[1]

В технологии радиочастотной идентификации используются RFID-метки, которые, как и штрих-коды, в большинстве случаев представляют собой самоклеящиеся этикетки. Главным отличием является то, что на штрих-коде информация хранится в графическом виде, в то время как на метки данные наносятся и считываются под воздействием радиоволн.[5]

По способу применения выделяют два вида радиочастотной идентификации: пассивная и активная.

Работа пассивных RFID-меток заключается в том, что считыватель непрерывно генерирует радиоизлучение заданной частоты с определенной периодичностью или по команде. Чип метки, при попадании в зону считывания, использует это излучение в качестве источника электропитания и передаёт на считыватель идентификационный код.

Активные RFID-метки используются для отслеживания предметов на относительно больших расстояниях. Рабочие частоты активных RFID - 455МГц, 2,4ГГц или 5,8ГГц. Радиус действия таких меток доходит до ста метров. Питаются активные метки от встроенного аккумулятора.

Существует два типа активных меток: радиомаяки и транспондеры. Радиомаяки используется в системах позиционирования реального времени. Радиомаяк отправляет пакеты с уникальным идентификатором. Пакеты принимаются минимум тремя приемниками, расположенными в периметре контролируемой зоны.

Расстояние от маячка до приемника с фиксированными координатами определяются по углу направления на маячок Angle of arrival (AoA), по времени прихода сигнала Time of arrival (ToA) или по времени распространения сигнала от маячка до приемника Time-of-flight (ToF).[5]

В настоящее время существует большое количество технологий, решающих задачи позиционирования объектов на местности. Технологии базируются на разных методах, обеспечивают различные возможности: позиционирование на местности ив закрытом пространстве, точность позиционирования, масштабируемость

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №03-1/2017 ISSN 2410-6070_

системы позиционирования, по степени информативности позиций.

При принятии решения о разработке системы позиционирования необходимо изучить особенности и оценить возможности каждой технологии применительно к существующим задачам. Список использованной литературы:

1. Громыко В.Д.Основы обработки и передачи информации.- М.:Воениздат,1978.-350с.

2. Урличич Ю.М. ГЛОНАСС - российская национальная система. Состояние, перспективы развития и применения системы ГЛОНАСС, интернет-ресурс: http://elibrary.ru/item.asp?id=12229664

3. Мельник И.Е. RFID-технология, интернет-ресурс: http://www.rst-invent.ru/about/technology/

4. Татарников О.А. WEB Locator в сетях GSM, интернет-ресурс: http://compress.ru/Archive/CP/2005/2/38/

5. Емельянов Е.В. Технология позиционирования в реальном времени, интернет-ресурс: http://www.rtlsnet.ru/technology/view/4/

© Онуфриева Т.А., Щавелев Л.А., 2017

УДК 692.44

Е. И. Попова, студент ИСИ, СПбПУ, г. Санкт-Петербург, РФ А. И. Сорвачёв, студент ИСИ, СПбПУ, г. Санкт-Петербург, РФ О. Д. Чуприна, студент ИСИ, СПбПУ, г. Санкт-Петербург, РФ С. Ю. Лукичев, магистрант ИСИ, СПбПУ, г. Санкт-Петербург, РФ Н. Н. Бащенко, студент ИСИ, СПбПУ, г. Санкт-Петербург, РФ

ПОВЕРХНОСТЬ КУПОЛА КАК ЭЛЕМЕНТ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Аннотация

Купольные конструкции - относительно новое слово в строительстве, однако, быстро завоевывающее популярность. Подобные постройки только начинают распространяться в России, когда в Японии и странах Европы уже давно признаны их преимущества. Мало кто знает, что, помимо оригинальной формы, купол -это энергоэффективная строительная система, которую используют в различных назначениях: от жилых домов, кафе и офисов до зимних садов, галерей и даже производственных цехов. Как раз об этом преимуществе купольных конструкций пойдет речь в данной статье - об их энергоэффективности.

Ключевые слова

Строительство, энергоэффективность, купол, купольное покрытие, зеленое строительство,

экономическая эффективность.

Главная причина энергоэффективности купола - это его форма. Благодаря геометрии сферы, свойства некоторых видов энергии в купольном сооружении оптимальны для их экономии [1-3]. Для начала проведем сравнение купольной постройки с домом прямоугольной формы по некоторым их геометрическим параметрам: жилая площадь дома, высота здания, площадь боковой поверхности и объём.

Сравнительные расчеты произведены для купольного дома с покрываемой площадь круга радиуса R=6м и дома прямоугольной формы с покрываемой площадью прямоугольника с размерами а=8м и Ь=14м.