СПУТНИКОВЫЙ ТЕЛЕМАТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ГЛОНАСС/GPS С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАНАЛОВ СВЯЗИ Inmarsat D+/GPRS

Полезная модель относится к области навигации, а именно к системам определения местоположения подвижных объектов (транспортных средств) по сигналам космических навигационных систем и их мониторинга с целью контроля и слежения за их перемещением с использованием каналов связи Inmarsat D+/GPRS. В качестве областей применения спутникового телематического комплекса могут быть области диспетчеризации общественного или специального автотранспорта, системы охраны личного транспорта, системы поиска угнанных автомобилей и др.
Из уровня техники известна система мониторинга, информационного обслуживания и охраны транспортных средств от несанкционированного воздействия (см. патент Российской Федерации на изобретение RU №2155684, опубл. 05.04.2000), содержащая телефонную сеть связи и передачи данных, подключенную к пейджинговой сети связи, содержащей операторский блок передачи данных и установленные на транспортных средствах абонентские приемники, выполненные с возможностью активации иммобилайзеров и запуска передатчиков маячкового типа при срабатывании датчиков несанкционированного воздействия на объект или при приеме по пейджинговой сети связи блокирующего и маячкового кодов соответственно. Также территориально распределенные на улично-дорожной сети стационарные приемопередатчики, выполненные с возможностью приема сигналов тревоги от передатчиков маячкового типа и с возможностью передачи сообщений, по крайней мере, на одну из базовых станций, связанных с информационным центром. Информационный центр содержит последовательно включенные блок приема и блок первичной обработки, выходы которого подключены соответственно к блоку регистрации и к блоку отображения, при этом стационарные приемопередатчики выполнены с возможностью пеленгации передатчиков маячкового типа и измерения мощностей принимаемых от них сигналов, а информационный центр содержит блок приема и обработки сообщений из внешних источников, блок передачи информационных сообщений, блок вторичной обработки, подключенный к выходам блока первичной обработки, блока регистрации, блока отображения и блока приема и обработки сообщений из внешних источников и выполненный с возможностью определения координат транспортных средств по совокупности данных о местоположении стационарных приемопередатчиков, принявших от передатчиков маячкового типа сигналы тревоги, а также с возможностью определения и учета количества включений передатчика маячкового типа для осуществления финансовых расчетов с владельцем транспортного средства. Блок передачи информационных сообщений через формирователь голосовых сообщений подключен к территориально распределенной сети центров оперативного реагирования. При этом владельцы транспортных средств снабжены транспондерными карточками (ТК), на которых в определенных полях нанесены секретные коды: блокирующий, маячковый и расчетный, а в цифровой памяти ТК зафиксирован идентификационный код абонента системы. На каждом транспортном средстве в узле управления иммобилайзером установлены блок дистанционного считывания идентификационного кода с ТК и блок ручного ввода разблокирующего кода, связанные с соответствующими входами узла управления иммобилайзером, а также индикатор режимов работы охранных датчиков, связанный с соответствующим его выходом.
Недостатком указанной системы является невысокая точность определения координат контролируемых подвижных объектов, существенно ограничивающая область практического применения системы.
Этот недостаток устраняется в системах и комплексах, использующих аппаратуру совмещенного приема сигналов спутниковых радионавигационных систем: американской - GPS и российской - ГЛОНАСС.
Из уровня техники известна система безопасности, управления и навигации для автомобилей (см. патент США на изобретение US №5504482, опубл. 02.04.1996), содержащая запоминающее устройство для хранения дорожных карт в цифровой форме, устройство для ввода пункта назначения, устройство для формирования цифровых сигналов скорости и ускорения автомобиля для индикации аварийной ситуации и антенну для приема сигналов спутниковой радионавигационной системы GPS и сигналов, несущих информацию о транспортном потоке и передачи аварийных сигналов. Принятые сигналы преобразуют в цифровую форму. Устройство обработки определяет текущее местоположение автомобиля на основе сигналов GPS и сигналов, несущих информацию о скорости и ускорении, определяет первый маршрут между текущим местоположением и пунктом назначения и второй маршрут при высокой плотности транспортного потока на первом маршруте, передает аварийные сигналы, кодированные с учетом текущего местоположения, если ускорение автомобиля выходит за заданные пределы, и управляет автомобилем с помощью электронных средств.
Работа этой системы ограничена навигацией мобильного объекта, при этом система не позволяет производить высокоточное определение координат, контроль исправности технических средств системы, сбор и хранение информации о маршруте движения потребителя (ведение журнала событий).
Из уровня техники известа система для определения местоположения подвижных объектов (см. патент Российской Федерации на полезную модель RU №63094, опубл. 27.12.2006). Система содержит GSM-модем, GSM-антенну, SIM-карту оператора сотовой связи, GPS-приемник, GPS-антенну, контроллер с энергонезависимой памятью, порт программирования контроллера, блок питания, интегральный акселерометр, детектор движения, выключаемый стабилизатор напряжения питания акселерометра, выключаемый стабилизатор напряжения питания GPS-приемника, выключаемый стабилизатор напряжения питания GSM-модема, светочувствительный элемент и светодиодный индикатор состояния и химический источник тока. При этом первый, второй и третий выходы контроллера подключены к управляющим входам стабилизатора напряжения питания акселерометра, стабилизатора напряжения питания GPS-приемника и стабилизатора напряжения питания GSM-модема соответственно. Четвертый выход контроллера подключен к индикатору состояния модуля. Химический источник тока подключен к контроллеру и ко входам всех трех стабилизаторов напряжения. Выход стабилизатора напряжения питания акселерометра подключен к интегральному акселерометру, первый и второй информационные выходы которого подключены к первому и второму входам детектора движения. Выход детектора подключен к первому входу контроллера. Выход стабилизатора напряжения питания GPS-приемника подключен к GPS-приемнику, последовательный порт которого подключен к первому последовательному порту контроллера. Выход стабилизатора напряжения питания GSM-модема подключен к GSM-модему, последовательный порт которого подключен ко второму последовательному порту контроллера. К радиочастотному входу GPS-приемника подключена GPS-антенна, а к GSM-модему подключена GSM-антенна. SIM-карта подключена ко второму последовательному порту GSM-модема. Ко второму входу контроллера подключен светочувствительный элемент.
Недостатками известной системы являются:
- отсутствие возможности периодического самотестирования навигационной аппаратуры, установленной на подвижном объекте, получение достоверных сведений о работоспособности прибора с записью результатов тестирования в журнал событий прибора.
- отсутствие возможности проведения пользователем дистанционной технической диагностики навигационной аппаратуры, установленной на подвижном объекте с помощью управляющих команд;
- зависимость навигационной аппаратуры, установленной на подвижном объекте от наличия напряжения бортовой сети транспортного средства.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности навигации и повышение быстродействия процессов реагирования и взаимодействия.
При этом технический результат в части повышения точности навигации достигается за счет использования двухсистемного навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS и дополнительных каналов связи Inmarsat D+/GPRS». При использовании в составе спутникового телематического терминала навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS становится возможным определять местоположение там, где это невозможно в случае использования только одной из систем. В случае, если связь с телематическим сервером по каналу GSM - основной канал установить не удалось, происходит установление связи по резервному каналу связи Inmarsat/D+, который повышает уровень безопасности мониторинга транспортного средства. При отсутствии связи по резервному каналу связи Inmarsat/D+, происходит накопление поступающих от ГЛОНАСС/GPS приемника навигационных параметров во внутренней энергонезависимой FLASH-памяти. При установлении связи с телематическим сервером начинается передача накопленных навигационных параметров о движении подвижного объекта и информации сработавших датчиков подвижного объекта на телематический сервер. Связь с телематическим сервером осуществляется по протоколу TCP/IP, обеспечивающему большую надежность, поскольку по этому протоколу производится проверка на наличие ошибок и обмен подтверждающими сообщениями. Данные пересылаются пакетами (ТСР-сегментами), которые состоят из заголовков TCP и данных. TCP - "надежный" протокол, потому что в нем используются контрольные суммы для проверки целостности данных и отправка подтверждений, чтобы гарантировать, что переданные данные приняты без искажений.
Технический результат «повышение быстродействия процессов реагирования и взаимодействия» достигается за счет использования программного обеспечения CyberFleet и CyberWeb, которое предназначено для контроля и управления в режиме реального времени и функционирования в сети Интернет с целью осуществления мониторинга подвижных объектов.
Технический результат заявленной полезной модели достигается совокупностью существенных признаков, а именно: спутниковый телематический комплекс ГЛОНАСС/GPS с использованием каналов связи Inmarsat D+/GPRS содержит: спутниковый телематический терминал, включающий: антенну ГЛОНАСС/GPS, flash-память, трех-осевой механический акселерометр, навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, консольный порт, резервный источник питания, модуль внешнего электропитания, управляющий микроконтроллер, модуль управления электропитанием спутникового телематического терминала, термодатчик, GSM модем с антенной, модуль для подключения интерфейсных устройств, светодиодные индикаторы и спутниковый модем Inmarsat D+ с антенной, сервер сбора данных, средства обеспечения GPRS-обмена, телематический сервер; ПЭВМ диспетчерского центра, при этом на антенну ГЛОНАСС/GPS поступают сигналы с космических аппаратов навигационных систем ГЛОНАСС/GPS, выход антенны ГЛОНАСС/GPS соединен с входом навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS, вход-выход которого соединен с вторым входом-выходом управляющего микроконтроллера, вход-выход flash-памяти соединен с первым входом-выходом управляющего микроконтроллера, вход-выход консольного порта соединен с третьим входом-выходом управляющего микроконтроллера, выход трех-осевого механического акселерометра соединен с входом управляющего микроконтроллера, выход термодатчика соединен с вторым входом модуля управления электропитанием спутникового телематического терминала, первый вход которого соединен с выходом модуля внешнего электропитания и резервного источника электропитания, выход управляющего микроконтроллера соединен со светодиодными индикаторами, пятый вход-выход управляющего микроконтроллера соединен с входом-выходом модуля подключения интерфейсных устройств, шестой вход-выход управляющего микроконтроллера соединен с входом-выходом спутникового модема Inmarsat D+ с антенной, седьмой вход-выход управляющего микроконтроллера соединен с входом-выходом GSM модема с антенной, выход модуля управления электропитанием спутникового телематического терминала соединен со всеми устройствами, входящими в спутниковый телематический терминал, телематический сервер взамосвязан через сеть Интернет с сервером сбора данных, с ПЭВМ диспетчерского пункта и через средства обеспечения GPRS - обмена с GSM модемом с антенной, спутниковый модем Inmarsat D+ с антенной по каналам связи взаимосвязан через космические аппараты системы Inmarsat D и наземную станцию сопряжения с сервером сбора данных.
Признаки и сущность заявленной полезной модели поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежем, где показано следующее:
На фиг.1 - структурная схема заявленного спутникового телематического комплекса ГЛОНАСС/GPS с использованием каналов связи Inmarsat D+/GPRS, где:
1 - космические аппараты навигационных систем ГЛОНАСС/GPS;
2 - спутниковый телематический терминал;
3 - антенна ГЛОНАСС/GPS;
4 - flash-память;
5 - трех-осевой механический акселерометр;
6 - навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS;
7 - консольный порт;
8 - резервный источник питания;
9 - модуль внешнего электропитания
10 - управляющий микроконтроллер;
11 - модуль управления электропитанием спутникового телематического терминала;
12 - термодатчик;
13 - GSM модем с антенной;
14 - модуль для подключения интерфейсных устройств
15 - светодиодные индикаторы
16 - спутниковый модем Inmarsat D+ с антенной;
17 - космические аппараты системы Inmarsat D+;
18 - наземная станция сопряжения;
19 - сервер сбора данных;
20 - средства обеспечения GPRS-обмена;
21 - сеть Интернет;
22 - телематический сервер;
23 - ПЭВМ диспетчерского центра.
Принцип работы заявленного спутникового телематического комплекса основан на использовании принципа определения местоположения подвижного объекта по сигналам космических навигационных систем (КНС) ГЛОНАСС/GPS и на использовании принципа проведения мониторинга подвижного объекта с использованием телематического сервера с использованием каналов связи Inmarsat D+/GPRS.
При подаче питающего напряжения на спутниковый телематический терминал (2), сигналы, излучаемые КНС, принимаются антенной ГЛОНАСС/GPS (3). С выхода антенны ГЛОНАСС/GPS (3) усиленный и отфильтрованный сигнал поступает на вход навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS (6), в котором происходит прием, преобразование, обработка сигналов навигационных космических аппаратов (НКА) и выдача результатов решения навигационной задачи - навигационных параметров (времени, координат, вектора путевой скорости) подвижного объекта. С выхода навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS (6), используя асинхронный последовательный UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter - универсальный асинхронный приемопередатчик) навигационные параметры, поступают на вход управляющего микроконтроллера(10)и далее:
- через GSM модем с антенной (13) или спутниковый модем Inmarsat D+с антенной (16) на телематический сервер (22);
- в flash-память (4) (при отсутствии связи с телематическим сервером (22).
Использование встроенного в спутниковый телематический терминал (2) трех-осевого механического акселерометра (5) позволяет независимо от сигналов навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS (6) определять наличие или отсутствие движения отслеживаемого объекта. Таким образом, благодаря этому свойству трех-осевого механического акселерометра (5), в случае продолжительной неподвижности отслеживаемого объекта навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS (6) может быть выключен для экономии энергии. Последующее включение навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS (6) произойдет по сигналу от трех-осевого механического акселерометра (5), который появится при возобновлении движения подвижного объекта.
Одновременно с работой навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS (6) при подаче питающего напряжения на спутниковый телематический терминал (2) происходит включение и инициализация GSM модема с антенной (13), включение и инициализация спутникового модема Inmarsat D+с антенной (16) и регистрация в GSM-сети или в сети Inmarsat D+.
Использование GPRS технологии, позволяет осуществлять пакетную передачу данных посредством GSM-связи и значительно снижает денежные затраты на отслеживание мобильного объекта.
Встроенный в GSM модем с антенной (13) стек протоколов ТСРЛР позволяет существенно упростить обмен информацией, осуществляемый GSM модемом с антенной (13) по сети Интернет.
Связь с телематическим сервером (22) осуществляется по протоколу ТСРЛР, который поддерживается всеми современными сетями, обеспечивает большую надежность (производится проверка на наличие ошибок и обмен подтверждающими сообщениями). Данные в протоколе пересылаются пакетами (TCP - сегментами), которые состоят из заголовков TCP и данных TCP.
Контроль наличия ошибок при передаче информации в протоколе достигается за счет использования контрольных сумм для проверки целостности данных и отправки квитанций с информацией о приеме и передачи данных без нарушения их целостности.
Использование в качестве резервного канала связи спутникового канала, работающего в стандарте Inmarsat D+, позволяет осуществлять пакетную передачу данных при пропадании GSM-связи.
В случае если связь с телематическим сервером (22) по каналам GSM и Inmarsat D+установить не удалось, происходит накопление поступающих от навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS (6) навигационных параметров во внутренней flash-памяти (4). При установлении связи с телематическим сервером (22), начинается передача накопленных навигационных параметров о движении подвижного объекта на телематический сервер (22). Так же следует отметить, что запись данных в flash-память (4) может происходить по команде пользователя из диспетчерского центра (23) при установленной связи с телематическим сервером (22).
Передача навигационных параметров о движении подвижного объекта на телематический сервер (22) может происходить в одном из следующих режимов:
- режим «он-лайн» - регулярные отправки навигационных параметров о движении подвижного объекта;
- режим «он-лайн» - отправки навигационных параметров и параметров датчиков по совершении определенного события;
- режим автоматической передачи навигационных параметров о движении подвижного объекта из flash-памяти «черного ящика».
Выбор режима передачи навигационных параметров задается пользователем с помощью подачи на входы спутникового телематического терминала (2) специальных команд управления.
Переданные на телематический сервер (22) при помощи GSM или спутникового каналов связи, навигационные параметры отслеживаемого подвижного объекта, используются картографическим программным обеспечением (ПО) CyberFleet/CyberWeb для отображения местоположения отслеживаемого подвижного объекта на электронной карте (на экране монитора пользователя). Отображение местоположения отслеживаемого подвижного объекта на электронной карте может быть как графическое, так и текстовое (история перемещения подвижного объекта).
Контроль за подвижным объектом со стороны пользователя может осуществляться двумя способами:
а) при помощи портативного коммуникатора подключенного к сети Интернет;
б) при помощи персонального компьютера, подключенного к сети Интернет.
Данные из телематического сервера (22) могут быть получены и отображены двумя способами:
а) через услугу Web-доступа CyberWeb (при использовании портативного коммуникатора);
б) через специальное клиентское программное обеспечение CyberFleet (при использовании персонального компьютера).
Программное обеспечение CyberFleet обеспечивает трехступенчатый уровень защиты и позволяет производить автоматическое обновление используемых программ, используя сеть Интернет (21). Мультиязычный интерфейс программного обеспечения обеспечивает возможность перевода пользователем любого слова в интерфейсе. Инструменты для резервирования и очистки базы данных, используемые в ПО CyberFleet, обеспечивают пользователя широким набором возможностей при работе с программой.
Заявленный спутниковый телематический комплекс обеспечивает точную навигацию и надежное функционирование за счет использования мощного вычислительного ядра, высокоинформативного графического интерфейса и расширенной справочной системы программного обеспечения, встроенной базы навигационных данных.
ПЭВМ диспетчерского центра (23) выполнено с возможностью:
- мониторинга местоположения подвижных объектов в режиме реального времени;
- отображения местоположения, направления движения подвижных объектов на электронной карте и в виде текстового пояснения на экране монитора;
- составления пользователем зон контроля любой конфигурации (многоугольники, коридоры, окружности) в специальном редакторе;
- составления и сохранения заданий на прохождение заданного пользователем количества контрольных зон в заданном порядке с возможностью назначения неограниченного количества временных окон для каждой зоны;
- назначения маршрутных заданий одному или нескольким подвижным объектам вручную или автоматически по заданному графику работы;
- оперативного изменения маршрутных заданий в процессе выполнения;
- протоколирования действий пользователя;
- автоматического контроля выполнения маршрутных заданий с сигнализацией их нарушений;
- ведения журнала нарушений;
- использования глобальных контрольных зон, контролируемых для каждого подвижного объекта, независимо от текущего задания;
- контроля прохождения установленных зон в заданный период времени;
- формирования отчетов о движении;
- автоматического создания резервных копий средствами ПО CyberFleet;
- хранения полученной информации в базе данных;
- работы ПО при отсутствии данных картографии;
- одновременной работы со всеми картографическими файлами, доступными программе;
- обращения пользователя к встроенной в программу базы данных адресов крупных городов России;
- использования стандартных пользовательских профилей:
администратор, пользователь, гость;
- использования уровней прав доступа к функциям: полный доступ, просмотр и изменение, только просмотр;
- настройки прав доступа к любой функции программы или объекту мониторинга отдельно;
- создания произвольных профилей пользователей;
- перевода пользователем любого слова в интерфейсе;
- задания языка интерфейса для каждого пользователя индивидуально;
- использования многоуровневой справочной системы с перекрестными ссылками, встроенной в интерфейс;
- использования контекстной справки во всех интерфейсных окнах;
- приема и обработки данных от телематического сервера. Спутниковый телематический терминал (2) обеспечивает выполнение следующих функций:
- определение координат и параметров движения (скорость, направление вектора скорости, пройденное расстояние и пр.) по сигналам спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS;
- контроль за различными датчиками и определения факта срабатывания одного или нескольких датчиков;
- возможность подключения дополнительных внешних устройств ближней радиосвязи (WiFi), цифровой фотокамеры;
- обмен с информационной шиной транспортного средства (CAN) при помощи специальных адаптеров;
- информационный обмен с персональным компьютером (ПК) через порт USB;
- передачу информации о координатах, параметрах движения и сработавших датчиках на телематический сервер системы мониторинга транспортных средств (СМТС) в автоматическом режиме;
- прием информации от телематического сервера для управления цифровыми выходами.
Светодиодные индикаторы (15) обеспечивают светодиодную индикацию состояния спутникового телематического терминала (2) и отображают следующее:
- наличие питающего напряжения;
- режим инициализации приемника ГЛОНАСС/GPS;
- режим поиска навигационных спутников;
- спутники найдены, данные с приемника ГЛОНАСС/GPS достоверны;
- режим инициализации GSM-модема;
- готовность GSM-модема к работе, проверка;
- режим поиска GSM-сети и регистрация в ней;
- анализ наличия SMS-команд в памяти SIM-карты;
- производится инициализация GPRS-соединения и установка РРР-сессии с GPRS-шлюзом оператора связи;
- установка РРР-сессии завершена;
- модем находится в режиме передачи данных;
- модем работает в режиме передачи голоса.
Таким образом, использование заявленного спутникового телематического комплекса ГЛОНАСС/GPS с использованием каналов связи Inmarsat D+/GPRS позволяет:
- определять координаты и параметры движения подвижного объекта по сигналам спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS (при этом приоритет имеет система ГЛОНАСС);
- отображать местоположение и маршруты движения подвижного объекта за любой промежуток времени на подробной карте города на экране монитора персонального компьютера или портативного коммуникатора, подключенных к сети Интернет;
- контролировать нахождение подвижного объекта в заранее установленной зоне или передвижения по заранее определенному маршруту.