Способ мониторинга внешней электромагнитной обстановки
METHOD FOR MONITORING THE EXTERNAL ELECTROMAGNETIC ENVIRONMENT

Изобретение относится к процессу мониторинга параметров внешней электромагнитной обстановки (ЭМО) в зонах эксплуатации автотранспортных средств (АТС) и выявлению областей с повышенным уровнем электромагнитного излучения. Изобретение может быть использовано для выявления областей со сложной ЭМО, в которых во время эксплуатации АТС наиболее вероятно появление нарушений работоспособности бортового электрооборудования.
Из монографии Маслов О.Н. «Экологический риск и электромагнитная безопасность», Москва.: ИРИАС, 2004. - 330 с. известен способ мониторинга внешней электромагнитной обстановки в зонах действия радиопередатчиков. Мониторинг проводится в следующих случаях: при вводе в эксплуатацию передатчиков, переоформлении или продлении санитарно-эпидемиологического заключения, изменения режима работы передатчика, изменении ситуационного плана прилегающей территории и при аттестации рабочих мест.
Измерение уровня электромагнитного излучения осуществляют подвижным радиоизмерительным комплексом, в состав которого входит по меньшей мере, измерительная антенна и измерительный приемник, в дополнении может быть применен программный компьютерный комплекс для автоматизированного измерения. В процессе мониторинга выявляются области с повышенным уровнем электромагнитного излучения.
Недостатком данного способа является то, что мониторинг проводится по ограниченному числу трасс, как правило предварительно выбираемых до проведения измерений, и проводится эпизодически, с минимальным периодом - один год, что не позволяет контролировать постоянно электромагнитную обстановку, непрерывно набирая статистические данные.
Из монографии Князев А.Д. «Элементы теории и практики обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств», Москва.: Радио и связь, 1984. - 336 с. известен способ мониторинга внешней ЭМО в заданной области для обеспечения нормальной работоспособности работающих радиослужб конкретного назначения, который осуществляется с применением специализированного подвижного измерительного комплекса, в состав которого входит по меньшей мере, измерительная антенна и измерительный приемник. В процессе мониторинга производят как периодическое измерение уровня электромагнитного излучения в отпределенных частотных диапазонах, так и регистрируют случаи систематического и эпизодического проявления действия электромагнитных помех (ЭМП) на работающие радиослужбы.
Недостатками данного способа является то, что применяется ограниченное число подвижных измерительных комплексов (в основном - один или два), что не позволяет производить постоянный контроль динамично меняющейся ЭМО, а также то, что подвижные измерительные комплексы не могут получать данные о нарушениях работоспособности АТС для создания полных карт ЭМО.
За прототип предлагаемого изобретения принят известный из патента RU 2762727, МПК G01M 17/00, (опубликовано: 23.12.2021, Бюл. №36), способ мониторинга внешней ЭМО (нарушений работоспособности систем бортового электрооборудования АТС, возникающих в следствие воздействия внешних ЭМП), в котором на каждом эксплуатируемом АТС, оснащенном бортовым приемным устройством ЭМП, непрерывно производят контроль уровня ЭМП внешней ЭМО и в процессе мониторинга измеренные уровни ЭМП сравнивают с предельно-допустимым уровнем. При превышении предельно-допустимого уровня формируют внеочередной запрос, адресованный контролируемым системам бортового электрооборудования, об отсутствии/наличии у них нарушений работоспособности; при наличии инцидентов (сбоев и отказов) формируют запрос на определение точного времени и координат места расположения АТС для синхронизации текущего статуса диагностики. В случае обнаружения у любой из контролируемых систем нарушений работоспособности выявленному нарушению присваивают статус ошибки, связанной с воздействием ЭМП, и выполняют регистрацию приемным устройством ЭМП полученной на запросы информации о выявленном нарушении, о времени его обнаружения и о координатах места расположения АТС, соответствующего выявленному нарушению. Считывание (сбор статистических данных) и анализ зарегистрированной информации, включая оценку электромагнитных качеств среды, в которой эксплуатируется АТС, производят посредством специализированного сервера ЭМС (ЭМС - электромагнитная совместимость) в процессе технического обслуживания АТС. В решении по RU 2762727 прямое упоминание о наличии такого сервера отсутствует, но факт его наличия вытекает из контекста описания.
Совершенно очевидно, что оценка (мониторинг) электромагнитных качеств среды, в которой эксплуатируется АТС, немыслима без сопоставления с информацией о пространственном размещении неподвижных объектов, содержащихся в анализируемой среде, их электромагнитном статусе (совокупности стабильных значений параметров, характеризующих объект в качестве источника ЭМП) и, как вариант, о степени насыщения инфраструктуры подвижными объектами, излучающими ЭМП. Совершенно очевидно, что сбор контекстуально связанных статистических данных немыслим без соответствующего картографирования состояния (обстановки) среды.
Недостатками способа по RU 2762727 являются - отсутствие возможности передачи данных мониторинга внешней электромагнитной обстановки на специализированный сервер ЭМС сразу же после появления информации в АТС о диагностических ошибках и, как следствие, возможность внесения в базу сервера ЭМС данной информации, с целью ее учета и построения карт ЭМО, только после ее считывания с АТС на станции технического обслуживания, что не позволяет оперативно и точно изменять информацию на картах ЭМО (создавать карты ЭМО).
Задачей заявляемого решения является создание способа, позволяющего динамично, с учетом интенсивности транспортного потока, осуществлять мониторинг электромагнитного поля и построения карт ЭМО с выделением областей, в которых в период эксплуатации АТС наблюдались различного рода нарушения работоспособности бортового электрооборудования.
изм
предел
Указанная задача решается в способе мониторинга внешней ЭМО, в котором на каждом эксплуатируемом АТС, предварительно оснащенном бортовым приемным устройством ЭМП, непрерывно производят контроль уровня ЭМП внешней ЭМО, в процессе мониторинга измеренные уровни ЭМП (Е) сравнивают с предельно-допустимым уровнем (Е). При превышении предельно-допустимого уровня формируют внеочередной запрос, адресованный контролируемым системам бортового электрооборудования, о отсутствии/наличии у них нарушений работоспособности, а также формируют запрос на определение точного времени и координат места расположения АТС для синхронизации текущего статуса диагностики. В случае обнаружения у любой из контролируемых систем нарушений работоспособности выявленному нарушению присваивают статус ошибки, связанной с воздействием ЭМП.
Указанная задача решается тем, что в периоды времени превышения ЭМП предельно-допустимого уровня, производят периодические запросы о отсутствии/наличии нарушений работоспособности, присвоение текущего статуса ошибки, при ее появлении, определение точного времени и координат АТС, выполняют синхронизацию текущего статуса диагностики с точным временем и координатами, а также осуществляют запись массива ЭМС информации, содержащей в себе факт превышения ЭМП, признак нарушения работоспособности, характер нарушения работоспособности (диагностические ошибки), а также координаты и точное время регистрации, соответствующие данным событиям. Затем осуществляют связь АТС с ЭМС сервером посредством бортового радиопередающего модуля GSM и передают на ЭМС сервер массив ЭМС информации. По мере систематического непрерывного накопления статистических данных от группировки АТС посредством ЭМС сервера формируют ЭМС карту ЭМО, на которой выделяют различные области, характеризующие уровни ЭМП, например, область с низким ЭМП, область с повышенным ЭМП, область со сложной ЭМО, характеризующейся высокой вероятностью появления нарушений работоспособности бортового электрооборудования АТС и область с опасной ЭМО, характеризующейся высокой вероятностью появления нарушений работоспособности бортового электрооборудования АТС, отвечающего за безопасность.
Границы каждой области определяют исходя из вероятностных критериев:
1
2
i
i+1
N
Р=Р+Р+P+P+P=1,
i
где P - вероятность, характеризующая наступление соответствующего события;
i=1, 2, … N,
равная
i
P=М/К,
где М - число наступивших событий в данной области за заданный интервал времени;
К - количество находящихся в данной области АТС за заданный интервал времени.
При четырехуровневой вышеприведенной градации (N=4):
1
P - вероятность области с низким ЭМП, характеризует безопасную эксплуатацию АТС;
2
Р - вероятность области с повышенным ЭМП;
3
Р - вероятность области со сложной ЭМО, характеризующейся высокой вероятностью появления нарушений работоспособности бортового электрооборудования АТС;
4
Р - вероятность области с опасной ЭМО, характеризующейся высокой вероятностью появления нарушений работоспособности бортового электрооборудования АТС, отвечающего за безопасность.
Выделение областей на картах ЭМО производят из условия
N
N
i
i
2
2
1
1
A(P)⊂A(P)⊂A(P)⊂A(P),
i
i
i
где A(P) множество точек (координат), принадлежащей области с вероятностью P, характеризующая наступление соответствующего события.
Задача может дополнительно решаться тем, что при поступлении ЭМС информации от АТС на ЭМС сервер - ЭМС сервер выполняет запрос данныех метеосводки с метеорологического сервера на момент времени наступления события и присваивает данному событию статус события природного происхождения с соответствующей пометкой об этом на ЭМС карте.
Изобретение поясняется следующими чертежами, иллюстрирующими принцип построения карт внешней электромагнитной обстановки на основе контроля электромагнитного поля и мониторинга нарушений работоспособности бортовых электротехнических систем:
Фиг. 1, где схематично показан состав глобальной системы построения карт внешней электромагнитной обстановки: 1 - группировка навигационных спутников; 2 - эксплуатируемые АТС (динамически изменяющаяся группировка АТС); 3 - базовая станция GSM; 4 - сервер системы ЭРА ГЛОНАСС; 5 - ЭМС сервер; 6 - метеорологический сервер.
Фиг. 2 иллюстрирует пример построенной ЭМС карты на основе полученных статистических данных АТС: 7 - область с низким уровнем ЭМП; 8 - область с повышенным уровнем ЭМП; 9 - область со сложной ЭМО, характеризующейся высокой вероятностью появления нарушений работоспособности бортового электрооборудования АТС; 10 - область со сложной ЭМО, характеризующейся высокой вероятностью появления нарушений работоспособности бортового электрооборудования АТС, отвечающего за безопасность.
Фиг. 3 иллюстрирует состав бортового комплекса АТС, входящего в глобальную систему построения карт внешней ЭМО: 11 - бортовое приемное устройство ЭМП; 12 - устройство (контроллер) ЭМС; 13 - бортовые устройства/системы электрооборудования; 14 - информационно-диагностическая линия/шина связи; 15 - система ЭРА ГЛОНАСС.
Фиг. 4 иллюстрирует обобщенный алгоритм диагностики нарушений работоспособности АТС при воздействии внешнего электромагнитного поля и передачу данных контроля и диагностики для составления ЭМС карт.
Изобретение может быть реализовано в комплексной системе, содержащей в своем составе динамически изменяющуюся группировку АТС 2, развернутую глобальную спутниковую навигационную систему 1, например, ГЛОНАСС или GPS, GSM покрытие, реализованное сетью взаимосвязанно расположенных между собой базовых станций стандарта GSM 3, сервером/серверами системы ЭРА ГЛОНАСС 4 и сервером ЭМС 5, а также конфигурация может быть дополнительно содержать метеорологический сервер 6. Система ЭРА ГЛОНАСС 4, сервер ЭМС метеорологический сервера 5 и 6 подключены в сеть Internet и связаны между собой любым соответствующим известным стандартом обмена данными. При этом каждое АТС из состава динамически изменяющейся группировку 2 имеет в своем составе известные из уровня техники бортовые устройства/системы электрооборудования 13, объединенные по меньшей мере одной информационно-диагностической линией/шиной связи 14, например, CAN шиной, и систему, включающую модули определения точного времени и координат и приемо-передатчик стандарта GSM 15, например, ЭРА ГЛОНАСС, а также, бортовое приемное устройство ЭМП 11 и систему сбора и управления данными 12 о связанных с воздействием ЭМП нарушениях работоспособности бортового электрооборудования 13, реализованное, например, в виде специализированного устройства (контроллера) ЭМС. Компоненты системы сбора и управления данными 12, могут быть скомпонованы либо в отдельно расположенном на АТС корпусе, либо выполненными интегрированными в корпус какого-либо из устройств любой из бортовых электротехнических систем АТС.
В качестве бортового приемного устройства ЭМП 11 может быть использованы или одна антенна, или набор антенн, или провода бортовой электрической сети АТС. Для реализации изобретения система сбора и управления данными 12 (далее контроллер ЭМС) включает в себя демодулятор (на Фиг. З не показан), дискриминатор (не показан), обеспечивающий отбор электрических импульсов, амплитуды которых превышают заданное нормативной документацией значение, и модуль (не показан) выявления/диагностики и регистрации нарушений работоспособности систем бортового электрооборудования. Контроллер ЭМС выполнен, соответственно, электрически соединенным с CAN шиной 14 АТС 2 с возможностью периодического (частота задана нормативной документацией на АТС) генерирования запросов, адресуемых через CAN шину 14 контролируемым бортовыми устройствами/системами электрооборудования 13 о наличии у устройств/систем 13 нарушений работоспособности, с возможностью регистрации полученных через CAN шину 14 ответов контролируемых устройств/систем 13 о наличии нарушений работоспособности, а также возможностью запроса точного времени и координат на модуль определения точного времени и координат (ЭРА ГЛОНАСС) 15 и передачи ЭМС информации через CAN шину 14 на модуль приемо-передатчика стандарта GSM 15 (ЭРА ГЛОНАСС).
изм
предел
В процессе эксплуатации АТС непрерывно производит измерения уровня ЭМП внешней ЭМО. На вход бортового приемного устройства ЭМП 11 поступает аддитивная смесь сигналов от электрооборудования АТС и внешней среды. После чего, преобразованный сигнал поступает на вход контроллера ЭМС 12, где производится его обработка и сравнение с предельно-допустимым уровнем. Если уровень сигнала ЭМП Е превысит предельно-допустимый уровень Е, то контроллер ЭМС формирует запроса диагностики нарушений работоспособности к бортовым устройствам/системам электрооборудования 13 и формирует запрос к модулю определения точного времени и координат (ЭРА ГЛОНАСС) 15 на получение точного времени и координат регистрации превышения уровня ЭМП от группировки навигационных спутников 1. Если бортовые электротехнические устройства/систем, в ответ на такой запрос выявят/диагностируют хотя бы одно нарушение работоспособности, то контроллер ЭМС такому нарушению присваивает статус ошибки, связанной с воздействием ЭМП.
изм
предел
Полученная на запросы контроллера ЭМС информация о не отсутствии/наличии нарушении (о наличии нарушениях) ранжируется как минимум по трем признакам: «№1 Превышение уровня ЭМП. Нет диагностических ошибок», «№2 Превышение уровня ЭМП. Есть диагностические ошибки, не влияющие на безопасность АТС» и «№3 Превышение уровня ЭМП. Есть диагностические ошибки, влияющие на безопасность АТС». На основании полученных данных формируется массив ЭМС информации, содержащий в себе факт превышения ЭМП, признак нарушения работоспособности, характер нарушения работоспособности (диагностические ошибки), а также координаты и точное время регистрации соответствующие данным событиям. После того, как измеряемый уровень ЭМП Е будет равен или меньше предельно-допустимого Е, то контроллер ЭМС, посредством связи через информационно-диагностическую линию/шину связи 14 (например, CAN шина) передает массив ЭМС информации, через бортовой радиопередающий модуль GSM 15 (ЭРА ГЛОНАСС) и далее через ретрансляторы базовых станций GSM 3 и сервер системы ЭРА ГЛОНАСС 4 на ЭМС сервер. В альтернативном варианте передача ЭМС информации на ЭМС сервер может осуществляться непрерывно, в период времени превышения уровня ЭМП предельно-допустимого значения, начиная с момента регистрации данного события. При поступлении ЭМС информации от АТС на ЭМС сервер обрабатывает ее и производит запрос информации о метеосводках с метеорологического сервера 6 на момент времени наступления события. Если информация с метеорологического сервера показывает в этом месте и времени высокую вероятность создания сложной ЭМО (например, грозовой фронт), то данному массиву ЭМС информации присваивать статус события природного происхождения.
По мере систематического накопления статистических данных, получаемых от динамически изменяющейся группировки АТС, оснащенных бортовыми приемными устройствами ЭМП, ЭМС сервер формирует ЭМС карту, на которой выделяются / обозначаются различные области, характеризующие уровни ЭМП, например, область с низким ЭМП, область с повышенным ЭМП, область со сложной ЭМО, характеризующейся высокой вероятностью появления нарушений работоспособности бортового электрооборудования АТС и область с опасной ЭМО, характеризующейся высокой вероятностью появления нарушений работоспособности бортового электрооборудования АТС, отвечающего за безопасность, а также содержатся пометки, характеризующие влияние на ЭМО факторов природного происхождения.
Заявляемое техническое решение основано на том, что процесс мониторинга ЭМО осуществляется с применением динамически изменяющейся группировки АТС, представляющей собой некоторое множество независимых объектов, контролирующих ЭМО, и охватывает как имеющуюся дорожную сеть, так и области грунтового покрытия, где возможно нахождение АТС. Процесс контроля ЭМО, на основании которого составляются ЭМС карты, осуществляется автоматически за счет эксплуатируемых АТС, в составе которых есть средства измерения и контроля параметров ЭМО и диагностики ошибок, навигационная система, а также бортовой радиопередающий модуль GSM.
Составление ЭМС карт основано на получении и обработке статистической информации о нарушениях под воздействие ЭМП работоспособности бортового электрооборудования АТС, находящегося в процессе эксплуатации, и позволяет обозначить / выделить области с наиболее опасной ЭМО.
Процесс сетевого обмена данными между ЭМС и метеорологическим серверами позволяет с заданной достоверной информацией определить и обозначить на ЭМС карте свойства ЭМО в заданной области, которые могут иметь характер природного или техногенного происхождения.
Изобретение обеспечивает постоянный мониторинг внешней ЭМО с одновременным составлением карт ЭМО, на которых отображаются области, где во время эксплуатации АТС происходили нарушения различного характера работоспособности бортового электрооборудования из-за внешнего электромагнитного воздействия, что позволяет набирать статистические данные по проблемам помехоустойчивости АТС, выявлять области со сложной / опасной ЭМО и определять в этих областях источники электромагнитных помех с последующей их доработкой в соответствие с требованиями по электромагнитной совместимости, а также предупреждать водителей АТС о небезопасных зонах движения.