АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относиться к области радиотехники и может быть использовано для автоматизированного управления и мониторинга безопасностью различных удаленных объектов по метеорным каналам связи.
Одним из основных требований, предъявляемых к такой системе, является обеспечение устойчивой связи с большим количеством персональных абонентов и датчиков, находящихся на больших расстояниях от базового автономного терминала.
Метеорный радиоканал образуется в результате отражения радиоволн метрового диапазона от ионизированных следов, которые хаотически возникают в верхних слоях земной атмосферы на высотах 80-100 км в результате сгорания мелких частиц космического происхождения. Каждый метеорный след, представляющий собой столб ионизированного воздуха радиусом около метра и длинной до нескольких десятков километров, после сгорания метеорной частицы существует от сотых долей секунды до единиц секунд. В течение этого непродолжительного времени он может исполнить роль естественного пассивного ретранслятора радиосигналов и обеспечить направленное зеркальное отражение метровых радиоволн, создавая возможность радиосвязи между удаленными пунктами.
Метеорная связь имеет ряд преимуществ, выгодно отличающих ее от других традиционных видов связи:
- значительная дальность распространения радиоволн (до 2000 км) и отсутствие так называемых мертвых зон, что позволяет охватывать большие территории и ставит метеорную связь в один ряд с другими «загоризонтными» видами связи;
- направленность распространения радиоволн;
- статистическая устойчивость МРК позволяет организовать надежные линии связи в любое время суток и года без необходимости смены рабочих частот;
- относительно малые энергетические затраты в канале обусловленные малым уровнем шумов и малым поглощением в атмосфере;
- устойчивость к естественным и искусственным возмущениям в атмосфере Земли позволяет работать в северных широтах, для которых наиболее характеры различные аномалии ионосферы, парализующие средства более длинноволновых диапазонов. Данное свойство представляет особый интерес в чрезвычайных и критических ситуациях, когда метеорные средства могут оказаться единственными, способными в короткий срок восстановит связь, а значит и управления.
Известно радиопередающее устройство для связи, используемое в транспортном средстве. Патент ФРГ №3537107, Н04В 7/155, 1987 г. Устройство состоит из радиопередатчика, внешней антенны, соединительного фидера, внутренней антенны, усилителя и приемника. На транспортном средстве установлена внешняя антенна, принимающая посылаемые радиопередатчиком сигналы. Соединительный фидер антенны введен в транспортное средство, где принятый сигнал усиливается усилителем и посредством внутренней антенны излучается в пределах транспортного средства.
Недостатком аналога является невозможность установления оповещения и мониторинг безопасностью различных удаленных объектов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является «Система вызова при тревоге и чрезвычайной ситуации». Патент США №6032036, H04Q 7/20 2000 г. Система содержит в своем составе приемные абонентские устройства, устанавливаемые у абонентов и подключаемые с помощью телефонной линии связи к центральному устройству. Каждое приемное абонентское устройство связано при помощи радиосвязи с передатчиками сигналов тревоги. Если один из передатчиков передает сигнал оповещения, происходит вызов соответствующих приемных абонентских устройств в определенной последовательности. Различные функциональные параметры каждого приемного абонентского устройства хранятся в его блоке управления. Эти функциональные параметры могут вводиться, переключаться или видоизменяться дистанционно с центрального устройства в соответствии с процедурой дистанционного управления.
Однако эта система обладает существенными недостатками: к каждому абоненту необходимо прокладывать линии связи, что приводит в большинстве случаев к значительным потребностям в линейных кабелях; данная система не обеспечивает оповещения и мониторинг абонентов на больших расстояниях (1500-2000 км), так как она работает в УКВ диапазоне, дальность которого определяется линией горизонта.
Целью полезной модели является управления безопасностью объектов и увеличения дальности доведения сигналов оповещения и мониторинга за счет использования метеорного канала связи.
Поставленная цель достигается тем, что система, содержащая в своем составе центральный пост связи и периферийные приемо-передающие радиостанции, находящиеся у пользователей и связанные при помощи радиосвязи с передатчиками сигналов оповещения или тревоги, при этом дополнительно введен автономный метеорный терминал, на котором установлен телефонный аппарат оператора, подключенный к АТС, дисплей оператора и наборная клавиатура, соединенные с ПЭВМ оператора, которая через адаптер телефонного канала связана с центральным постом связи и через размещенные на нем пульт управления, и коммутатор линий манипуляции подключена к метеорным приемо-передающим радиостанциям.
Блок-схема системы приведена на фиг. Она содержит базовый автономный метеорный терминал 1, центральный пост связи 2, метеорные радиостанции 3, периферийные метеорные радиостанции 4 и блок питания 13.
Базовый автономный метеорный терминал 1 содержит телефонный аппарат оператора 5, который связан с АТС, дисплей оператора 6 с наборной клавиатурой 7, соединенной с ПЭВМ оператора 8. ПЭВМ оператора 8 соединена с адаптером телеграфного канала 9 и функционирует под управлением программного обеспечения базового автономного метеорного терминала, размещенного в ее памяти и на загрузочных дискетах формата 3,5. Центральный пост связи 2 содержит пульт управления 10 и коммутатор линии манипуляции 11, соединенный с метеорными радиостанциями 3. Базовый автономный метеорный терминал 1 используется для формирования сообщений, предназначенных для передачи по системе управления безопасностью объектов/сопряжения ПЭВМ оператора 8 с телеграфным каналом, а также для автоматического формирования и передачи по телеграфному каналу текстовой информации, размещенной в постоянном запоминающем устройстве адаптера телеграфного канала 9.
Центральный пост связи 2 осуществляет транзитную коммутацию канала передачи данных от базового автономного метеорного терминала 1 на линии манипуляции метеорного радиоцентра и обратного канала от метеорного радиоцентра на канал приема базового автономного метеорного терминала 1.
Предающие центральные метеорные радиостанции 3, находятся на передающих радиоцентрах, осуществляют работу на фиксированной частоте в штатном режиме (например, 60 МГц с полосой 20 КГц и дискретном несущих частот через 25 КГц со скоростью 50 бит/с).
Периферийные метеорные радиостанции 4 размещаются в зонах обслуживания передающих метеорных станций. Каждая периферийная метеорная радиостанция 4 имеет встроенный антенный модуль и внешний переходной блок для подключения антенны различных типов («волновой канал», штырь, диполь, рамка и т.п.). Для восстановления ресурса автономных источников питания периферийных метеорных радиостанций при заряде их в процессе работы, в состав каждой из них входит сетевой адаптер внешнего питания.
Периферийные метеорные радиостанции 4 предназначены для приема, передачи, отображения и хранения текстов оповещения, поступающих абонентам по назначенным им персональным адресам. Каждая метеорная радиостанция состоит из радиопередатчика мощностью порядка 60 Вт, антенны типа «волновой канал», ПЭВМ и блока питания.
Телефонный аппарат 5 служит для приема оператором базового автономного метеорного терминала экстренных сообщений, предназначенных для передачи по метеорной системе. Кроме того, по нему производится, доклады о состоянии технических средств и обеспечивается связь с оператором метеорных радиоцентров.
Персональная ЭВМ оператора 8 служит для формирования сообщений, предназначены для передачи по автоматизированной системе управления безопасностью объектов, регистрации, документирования и хранения сообщений. Она обеспечивает контроль за готовностью канала и автоматическую передачу сформированного пакета по системе. Информационный выход и управляющий вход базового автономного метеорного терминала 1 совместимы с IBM/PC. Адаптер телеграфного канала 9 предназначен для сопряжения ПЭВМ оператора 8 с телеграфным каналом, а также для автоматического формирования и передачи по телеграфному каналу текстовой информацией, хранящейся в ПЗУ. Программное обеспечение терминала 1, необходимо для управления системой, а также для подготовки текстов сообщений, предназначенных для передачи и приема выбранных абонентов, формирования информационных пакетов и управления их передачей и приемов по линиям манипуляцией метеорных радиоцентров. Программное обеспечении функционирует в операционной среде WINDOWS.
Пульт управления 10 служит для включения и отключения канала передачи и приема, данных терминала 1 от линий манипуляции передающими метеорными радиоцентрами с помощью коммутатора линий манипуляции 11.
Источник питания, однофазная сеть 220 В и аккумуляторная батарея 24 В.
Аппаратура системы работает совместно с ПЭВМ 8, совместимой с IBM/PC, на которую возложены функции контроля аппаратуры ввода/вывода текстовой информации и формирования алгоритмов функционирования в линии или системе связи. Пакеты прикладных программ позволяют использовать аппаратуру метеорной связи для широкого круга задач, разрабатываются под универсальную технологию заказчика и могут изменяться в процессе эксплуатации.
В состав системы в зависимости от решения различных задач, могут входить и другие элементы, например, датчик ДРНП» Охта», персональный компьютер диспетчера типа IBM/PC AT и др.
Передатчик работает в непрерывном режиме, что позволяет использовать его в отдельных линиях связи, так и в качестве центральной станции в кустовых системах. В последнем случае вместо антенны типа «волновой канал» должна быть применена специальная антенная система с круговой диаграммой направленности. Периферийная метеорная станция 4, работающая через центр, отличается от базовой типом передатчика и источником питания
В связи с тем, что при работе в кустовой системе связи периферийные метеорные станции 4 постоянно находятся в режиме ожидания и отвечают на запрос центральной станции только в моменты образования случайного метеорного канала, скважность работы передатчика оказывается очень высокой (порядка 60-150), а его средняя мощность равна около 8 Вт. Это обстоятельство позволяет резко уменьшить габаритные размеры самого передатчика и источника питания, а, следовательно, и стоимость периферийной метеорной станции 4.
Автоматизированная система управления безопасностью объектов на базе аппаратуры метеорной техники может быть использована также и для управления международными транспортными перевозками.
Система позволяет реализовать следующие режимы работы:
- передача сообщений из центра управления на заданное транспортное средство;
- определении координат транспортного средства и их сбор центром управления без участия водителей;
- визуальное наблюдение за движением конкретных транспортных средств на электронной карте дисплея ПЭВМ;
- передача сообщений из центра на все транспортные средства одновременно (режим вещания);
- передача сообщений из транспортного средства в центр управления;
- скрытная передача из транспортного средства специального сигнала «ALARM».
В этом случае центральная станция, имеющая антенную систему с круговой диаграммой направленности, излучает зондирующие сигналы. При появлении «полезного» метеора возникает канал связи с одним или с группой транспортных средств, по которому в центр автоматически поступает информация о его (их) координатах с датчика навигационных параметров и набранное водителем на малогабаритном дисплее сообщение для центра. По этому же каналу центр передает управляющую информацию на борт транспортного средства. Прием каждого сообщения подтверждается квитанцией. Местоположение и перемещение транспортного средства отображается на электронной карте дисплея оператора ПЭВМ. ЦС в режиме «вещания» может дать указание (сообщение) на все транспортные средства одновременно. В случае опасности или нападения водитель, нажав специальную кнопку, может сообщить об этом в центр управления.
Автоматизированная система управления предусматривает обслуживание как локальных (областных, региональных) зон, так и создании на базе нескольких кустов объединенной системы, охватывающей зональные территории. Связь между центральными станциями и общим центром управления осуществляться традиционными средствами. Однако между ЦС может быть организована и прямая связь по метеорному радиоканалу со средней скоростью 50-100 бит/с и среднем временем ожидания связи 3 мин.
Автоматизированная систем управления безопасностью объектов может быть использована и для мониторинга (сбора гидрометеорологических данных и параметров состояния окружающей среды).
Система быстро и надежно может сбор данных объемом до 800 битов с большого числа удаленных стационарных и подвижных объектов, снабженных необходимыми датчиками и расположенных на значительных территориях радиусом до 2000 км. В этом случае метеорный модем стыкуется с датчиками параметров через стандартный стык RS-232. Система может функционировать в нескольких режимах.
Режим непрерывного слежения (контроля). В этом случае ЦС постоянно излучает в эфир импульсы общего (тли группового) запроса периферийных станций (ПС), имея в формате сигнала свободное «окно» для приема экстренных сообщений. При возникновении метеорных радиоканалов, имеющих случайное распределение во времени и пространстве, ПС сбрасывает в центр информацию с датчиков об обстановке в районе или состоянии объекта. В случае возникновения аварийной ситуации ПС автоматически вводит в состав своего сигнала признак приоритета, по которому ЦС переходит в режим непосредственного слежения или обмена информацией с аварийным объектом, оставляя лишь свободное «окно» для приема только экстренных сообщений от других ПС. Периферийная радиостанция 4 возвращается в режим непрерывного слежения сразу после приятия решения по аварийному объекту.
Режим периодического опроса, используется в случаях, когда информацию с ПС об окружающей обстановке или состоянии объекта (за исключением аварийных или экстренных сообщений) достаточно снимать не чаще, чем 2-4 раза в сутки. При этом ЦС и ПС постоянно находятся в режиме дежурного прима. Периодически (по заранее составленной программе или по желанию оператора) ЦС переходит в режим опроса, аналогичный режиму непрерывного слежения, после чего снова возвращается в дежурный режим.
В случае возникновения аварии или экстремальной ситуации ПС сама переходит в режим активного излучения и вызова ЦС. ЦС, получивший такой вызов, переходит в режим слежения за данным объектом. Режим периодического проса более экономичен, чем режим непрерывного слежения, выгоден с точки зрения электромагнитной совместимости.
Алгоритмы конкретных режимов работы или их комбинацией закладываются при разработке системы.
С точки зрения надежности и связи метеорные системы имеют значительные преимущества, поскольку вспышки поглощения и ионосферные магнитные бури происходят в верхних слоях атмосферы, находящиеся выше слоя, где возможны отражения (80-100 км).
s
s
Слой E, наоборот, возникает именно в зоне образования метеорных следов и поэтому не приводит к прекращению связи, а влияет лишь на ее качество, поскольку отражение от слоя E имеют свои особенности. Кроме того, хотя метеорный канал и характеризуется целым рядом случайных процессов, он статистически устойчив в течение суток, в течение года.
Известны законы распределения метеорного вещества, суточные и сезонные вариации численности метеоров и зависимости средних характеристик связи от параметров аппаратуры. Поэтому заявляемая метеорная система может обеспечить надежную связь в любое время, в тoм числе и в районах крайнего Севера.
Таким образом, заявляемая система обеспечивает управления безопасностью объектов на больших расстояниях, при этом доводит сигналы оповещения и мониторинга с заданными вероятностно-временными характеристиками за счет использования метеорных каналов связи.