Усі Лекції і методички із ВНС

чергу, на забезпечення голосового спілкування абонентів, а також підтримує обмін текстовими й мультимедійними повідомленнями. Він оснащений модемом і спрощеним інтерфейсом. Передачу всієї інформації здійснює в цифровій формі – стандарт DAMPS, де перша буква абревіатури своєю появою зобов'язана слову Digital, тобто «цифровий».

Раніше існували стандарти першого покоління мобільному зв'язку, які передбачали передачу даних в аналоговій формі. Це в першу чергу:

-NMT (Nordic Mobile Telephony), тобто мобільна телефонія північних країн, яка з'явилася в 1981 р. у Швеції, Норвегії, Фінляндії й ін. країнах Північної Європи, а також і у Саудівській Аравії;

-AMPS (Advanced Mobile Phone Service), тобто стандарт, створений дослідним центром Bell Laboratories в 1983 р. у США.

В 1982 р. Європейська Конференція Адміністрацій Почт і Електрозв'язку (CEPT) створила групу для розробки єдиного стандарту цифрового стільникового зв'язку,

результатом якої став стандарт GSM (Global System for Mobile Communications), який був уперше впроваджений у Німеччині в 1992 р. і яким сьогодні користуються 72% абонентів світу. Розвитком стандарту GSM є деякі «надбудови», що забезпечують швидкісну передачу даних. Це GSM-мережі з підтримкою GPRS (General Packet Radio Service), які одержали назву 2,5G, а також GSM-мережі з підтримкою стандарту EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution), які іноді називають мережами 2,75G. Наприкінці 1990-х рр. у Японії й Південній Кореї з'явилися мережі третього покоління (3G). Основна відмінність стандартів, на яких побудовані мережі 3G, від попередників - розширені можливості швидкісної передачі даних, що дозволяє реалізовувати в таких мережах нові сервіси, зокрема, відеотелефонію.

Системи навігації. Сьогодні спільною працею наукових установ створені Системи Реалізації Навігаційних Обчислень (СРНО). Їхньою основною операцією є визначення просторово-годинних координат, що запропоноване концепцією незалежної навігації, згідно з якою, визначення навігаційних параметрів повинне проводитись безпосередньо в апаратурі споживача. Це системи типу GPS або ГЛОНАСС, де перелік характеристик підсистем, структури й способи функціонування визначають: необхідну якість навігаційного забезпечення; вибрана концепція навігаційних вимірювань.

Такі властивості якості СРНО, як безперервність і висока точність навігації вимагають обов'язкової наявності трьох складових:

1 – система космічних апаратів у вигляді мережі навігаційних супутників;

2 – система контролю й керування у вигляді наземних командно-вимірювальних комплексів;

так і із загальнодоступним цивільним кодом (civilian code), який називають ІЗ/А (Clear Acquisition) - код вільного доступу.

Сучасний рівень електроніки, ПЗ й методів обробки навігаційної інформації на основі автоматичного наземного режиму диференціальної корекції (differential positioning) забезпечує точність координат для споживача: від 2 до 5м у системах цивільних; від 1 до 10 мм у системах військових.

Російськонавігаційна система ГЛОНАСС - аналогічна за своєю побудовою американській, однак має більш високу точність визначення координат споживача. Вона складається з 24 од. супутників, розташованих на орбітах, які нахилено під кутом 64, 80 і розташовані на відстані 19100 км від Землі. Вага супутників «ГЛОНАСС-М» - 1415 кг, а « ГЛОНАСС- К» -850кг.

Європейська система Galileo спочатку призначалась лише для мирних цілей, але прийнята в 2008 р. резолюція Євросоюзу «Значення космосу для безпеки Європи» допускає використання супутникових сигналів для деяких воєнних операцій. Сьогодні це 27од. (+3од. резервних) супутників і три наземні центри керування.

Китайська система космічної радіонавігації Beidou також призначена для військових і мирних цілей, а її відмінною рисою є надання споживачам важливої комерційної послуги - обміну між собою невеликими текстовими повідомленнями. Beidou складається з 30 од. супутників, розташованих на похилих орбітах і 5 од. на орбіті геостаціонарній. Одним з перших глобальних транспортних проектів системи Beidou у мирних цілях був контроль дорожнього руху під час проведення «Олімпіади-2008» у Пекіні, а з 31 червня 2013 р. послуги навігаційної системи Beidou стали відкриті й для звичайних жителів Пекіна в рамках програми «Розумне місто».

Принцип роботи супутникових систем навігації заснований на вимірюванні відстані від антени на об'єкті (координати якого необхідно одержати) до супутників, положення яких відомо з великою точністю. Таблиця положень усіх супутників називається «альманахом», який відомий кожному супутниковому приймачу до початку вимірювань. Приймач зберігає «альманах» у своїй пам'яті із часу свого останнього вимикання і якщо «альманах» не застарів, то миттєво використовує його. Кожний супутник передає у своєму сигналі весь «альманах». Таким чином, знаючи відстані до декількох супутників системи, за допомогою звичайних геометричних побудов, на основі «альманаху», можна обчислити положення об'єкта в просторі. Метод вимірювання відстані від супутника до антени приймача заснований на визначеності швидкості поширення радіохвиль. Для здійснення можливості вимірювання часу розповсюджуваного радіосигналу кожен супутник навігаційної системи випромінює сигнали точного часу, використовуючи точно синхронізований із системним часом атомний годинник. При роботі супутникового приймача його годинник синхронізувався із системним часом, і при подальшому прийманні сигналів обчислюється затримка між часом випромінювання, що міститься в самому

сигналі, і часом приймання сигналу. Володіючи цією інформацією, навігаційний приймач обчислює координати антени. Усі інші параметри руху (швидкість, курс, пройдена відстань) обчислюються на основі вимірювань часу, який об'єкт витратив на переміщення між двома або більшими місцями з певними координатами.

Робота системи навігації в реальності відбувається значно, тому що існують деякі проблеми, що вимагають спеціальних технічних прийомів для їх розв'язання. Основними проблемами є:

-неоднорідність гравітаційного поля Землі, що впливає на орбіти супутників;

-неоднорідність атмосфери, через яку швидкість і напрямок поширення радіохвиль може мінятися в деяких межах;

-відбиття сигналів від наземних об'єктів, що особливо помітно в місті;

-неможливість розмістити на супутниках передавачі великої потужності, через що прийом їх сигналів можливий тільки в прямій видимості у відкритому космічному просторі.

-відсутність атомних годинників у більшості навігаційних приймачів, що звичайно усувається одержанням інформації не менш чим із трьох (2-х мірна навігація при відомій висоті) або чотирьох (3-х мірна навігація) супутників (при наявності сигналу хоча б з одного супутника можливо визначити поточний час із достатньою точністю).

Для обчислення часу необхідна найточніша синхронізація годинника космічного апарата з годинником приймаючого пристрою, тому, що різниця навіть в 0,0000003 секунди згодом викликає помилку рівну 100 метрам. Для цього на кожному супутнику встановлено 4 високоточні атомні годинники.

Тому, іде розвиток систем геостаціонарного доповнення для всіх навігаційногеодезичних систем, тобто систем GPS тощо. Системи доповнення називають широкозонними системами супутникової диференціальної навігації SBAS (Satellite based Аugmentation System). Вони дозволяють розширити зону, яку можна забезпечити диференціальними виправленнями (один геостаціонарний супутник може забезпечити виправленнями територію рівну по площі однієї третини від усієї поверхні Землі). У таких системах реалізований принципово інший метод формування корекцій і передачі цієї інформації всім користувачам через геостаціонарний супутник [46, 166].

Новий підхід SBAS не вимагає якого-небудь додаткового встаткування до супутникового приймача (наприклад, наявність радіомодема). Завдання вирішується шляхом зміни програмного коду. Наприклад, сьогодні створено ПЗ, що здатне до самонавчання – Navsop, яке працює за допомогою звичайного супутникового приймача.

За конструктивним виконанням антени GPS/ Глонасс-Приймачів бувають двох видів: внутрішня (вбудована) антена, що розташована усередині корпуса навігатора; зовнішня антена, яка встановлюється зовні навігатора й з'єднується з ним кабелем.

При цьому, незалежно від конструктивного виконання, антени всіх приймачів різняться за принципом прийому радіосигналів і бувають двох типів: плоска (Patch) антена та спіралеподібна (Helix) антена.

Однак якість прийому навігаційних сигналів залежить не тільки від типу й конструкції антени, але й чипсету приймача. Чипсет (англ. chipset) - набір мікросхем, спроектованих для спільної роботи з метою виконання яких-небудь функцій. Чипсет визначає наступні характеристики приймачів (навігаторів): час пошуку супутників після включення; можливість обчислення координат навігатора по відбитих сигналах від супутників (в умовах високих гір і густої рослинності, туристичні навігатори роблять це гірше автомобільних); можливість використання растрових карт великого розміру з високою деталізацією (потребуючих великих обсягів пам’яті); якість графіки на дисплеї; швидкодія, тобто використання карт пам'яті (для зберігання декількох навігаційних карт і пройдених маршрутів) тощо.

Навігатори. Навігатори або приймачі – це прилади, які одержують сигнали від глобальної системи позиціонування й самі визначає своє поточне місце розташування на Землі. Усі навігатори діляться на два основні типи – кодові (побутові) і фазові (професійні).

Навігатори кодові для визначення своїх координат використовують лише готову інформацію, що утримується в супутниковому сигналі, а фазові для своїх обчислень - характеристики самого радіосигналу, що забезпечує точність вимірювання до декількох міліметрів. Тому фазові навігатори застосовують винятково у військових цілях для виконання завдань геодезії й картографії й через це їх називають професійними.

Навігатори професійні характеризуються: високою якістю виготовлення складових частин (особливо антен); застосовуваним ПЗ; підтримуваними режимами роботи (зокрема, робочими частотами L1 + L2); алгоритмами зменшення впливу інтерференційних залежностей, сонячної активності (впливу іоносфери); підтримуваними системами навігації (зокрема NavSTAR GPS, ГЛОНАСС, Galileo, Beidou); тривалим часом автономної роботи; ціною (вартість досягає декількох десятків тисяч доларів).

Навігатори побутові одержали широке поширення після 1 травня 2000 р., коли в США скасували правила про обов'язкове внесення перешкод для зниження точності даних, переданих супутниками в цивільних цілях. Сьогодні це винятково кодові приймачі, які одержали найменування GPS-навігатори. Побутові GPS-навігатори за «виконанням» поділяються на три основні групи:

1- портативні пристрої (туристичні, транспортні, спортивні);

2- вбудовані в якості функціонального елемента в інші прилади (у мобільні телефони, комунікатори, КПК тощо);

3- GPS-трекеры й GPS-логери (пристрої, що здійснюють запис і передачу координат на серверний центр і використовуються для супутникового моніторингу автомобілів, людей, інших об'єктів).

Пристрої 1-й групи містять свій власний процесор для виконання навігаційних функцій. Пристрої 2-й групи, хоча й оснащені власними GPS-чипсетами, але для виконання своїх завдань користуються навігаційними програмами, призначеними для тієї операційної системи, яка встановлена на основному пристрої. Пристрої 3-й групи, на відміну від перших двох, не мають, як правило, власних дисплеїв для відображення інформації, і служать винятково для збору, передачі й зберігання даних, які потім можуть бути оброблені й використовуються в самих різних цілях, наприклад, для супутникового моніторингу РС.

Побутові GPS-навігатори за «приналежністю» розподіляються на три основні типи: автомобільні; пішохідні; морські.

Найпоширенішими, на сьогоднішній день, є навігатори автомобільні. Їхня важлива особливість - висока чутливість до сильно ослаблених і відбитих супутникових сигналів. Основне призначення - точне визначення власних просторових координат у складних електромагнітних умовах, обумовлених екрануючою поверхнею автомобіля й міськими забудовами. Автомобільні навігатори оснащені докладною картою, за допомогою якої можливо прокласти маршрут, що враховує всі правила руху. Багато моделей дозволяють завантажувати інформацію про пробки й дорожні роботи. Навігатори мають більший і нерідко сенсорний кольоровий дисплей і оптимізовані під використання в автомобілі. У цілому, сучасні GPS/ ГлонассНавігатори являють собою КПК із сенсорним екраном і обов'язковим GPS/ ГлонассМодулем. Ці пристрої можуть бути, як вбудовані в автомобіль на виробництві, так і встановлені після його покупки.

Однак крім автомобільних (відповідно, транспортних) навігаторів водії РС широко використовують навігатори, вбудовані в телефон, планшет, смартфон. Існують спеціалізовані типи, тобто «авто-варіанти» цих пристроїв. Їх відрізняє лише наявність: спеціального автомобільного кріплення, автомобільного зарядного пристрою й меншого акумулятора, через малий час його використання поза автомобілем, що слід визнати перспективним напрямком в інтеграції інформаційних технологій на АТЗК. Наприклад, у смартфонах уже використовується додаткова функція позиціонування по вишках стільникового зв'язку Locata, що дозволяє навігаційному приладу «орієнтуватися» на місцевості, навіть коли супутники не доступні, і мати точність до 2см.

Однак існують факти, а це, насамперед, вимоги безпеки, які націлюють АТЗК на використання лише спеціалізованих автомобільних навігаторів. Так, раптовий дзвінок і відповідне зображення на моніторі смартфона можуть відволікти водія. Смартфон, замість вказівки напрямку руху, може відобразити на дисплеї фотографію абонента, що дзвонить. Але, навіть сучасний рівень розвитку ITS уже вирішує такі завдання - це блокування дзвінків на небезпечних напрямках руху РС, тому всі типи (основні групи) побутових кодових навігаторів можна розглядати на АТЗК як технічний базис сучасних ITS. Функції цих систем на те й спрямовані, щоб забезпечити БДР, де однією з «нових» причин ДТП є дзвінки на мобільний телефон під час руху.

Навігаційні системи на автотранспорті. Навігаційні системи призначені для визначення місцезнаходження ТЗ. Навігаційні системи різняться на космічні (глобальні) і наземні .

У якості навігаційних систем на транспорті в основному використовуються:

-GPS (Global Positioning System - глобальні системи позиціонування), які дозволяють визначати географічні координати й висоту розташування рухомого об'єкта з високою точністю (від 5 до 100 м);

-ГЛОНАСС, аналогічна GPS (частоти й кодування сигналу в обох системах принципово сумісні, тому ряд фірм випускає приймачі, здатні працювати одночасно із супутниками як GPS, так і ГЛОНАСС, що суттєво підвищує точність і надійність вимірювань через збільшення гарантованого числа супутників, використовуваних для навігації);

-Galileo – Європейська система навігації, що також сумісна з GPS.

Крім завдань керування транспортним процесом, використання навігаційних систем

зпогляду загальнодержавних інтересів переслідує наступні основні цілі:

1.Інформаційне забезпечення безпеки перевезень (у першу чергу - небезпечних вантажів) з автоматизованим виявленням місць ДТП і надзвичайних ситуацій і оперативною взаємодією з органами МВС, швидкої медичної допомоги й МНС.

2.Створення систем з автоматичним визначенням місцезнаходження АТЗ, здатних у режимі реального часу вирішувати завдання керування транспортними потоками, автоматично приймати сигнали небезпеки «SOS» від водія транспортного засобу, встановлювати зв'язок з оперативними службами МВС і МНС.

3.Забезпечення керування й передислокації АТЗ на лінії при виконанні заходів щодо ліквідації надзвичайних ситуацій.

Незважаючи на глобальний характер навігації з використанням технології GPS, вона має ряд недоліків, які суттєво впливають на точність одержуваних даних. Основні з них наступні: перешкоди в каналі передачі даних між супутниками й приймачем GPS; стрибкоподібні зміни сукупності супутників, на основі яких проводяться вимірювання; втрата видимості супутників в умовах щільної забудови, у гірських умовах і в зонах полюсів земної кулі; дискретність роботи приймача GPS (наприклад, при швидкості ТЗ 100 км/год звичайний приймач GPS буде проводити вимірювання тільки через кожні 30 м шляху).

Навігаційні системи поділяються на дві групи: навігаційні системи водія й диспетчерські навігаційні системи.

Навігаційні системи водія (НСВ) призначені для вказівок водієві, за допомогою дисплея на приладовій панелі інформації про місцезнаходження ТЗ, прокладання найкоротшої траси маршруту, контролю встановленого графіка руху. Практично всі сучасні НСВ використовують для визначення місцезнаходження АТЗ систему GPS. Найбільша точність НСВ досягається при її комбінації із трасировщиком. У цьому випадку неминучі похибки коректуються за умовою мінімуму середньоквадратичної похибки. Такі системи одержали назву інтегрованих систем GPS - Dead Reckoning/GPS (DRGPS).

Підвищити точність одержання навігаційних даних також дозволяє використання диференціальної GPS - Differential GPS (DGPS). Її принцип засновано на використанні двох приймачів. Один - ведучий - розташований на опорній станції, координати якої визначені з високою точністю. Другий приймач розташовується на ТЗ. Оскільки координати першого приймача відомі, сигнали супутників можуть бути скоректовані для одержання правильного значення. Сигнал корекції передається на приймач ТЗ. Ефективність корекції буде залежати від відстані між ТЗ і опорною станцією, а також від якості використовуваного устаткування.

За типом виконання НСВ можуть бути

-картографічні - показують місце розташування й трасу маршруту на карті, що відображається на відносно великому графічному дисплеї;

-маршрутні - указують водієві напрямок руху відповідно до місцезнаходження ТЗ, виконуються у вигляді стандартної магнітоли з невеликим екраном.

За типом дії НСВ можуть бути:

-пасивні - планують і відслідковують маршрут руху на підставі записаної на картку пам’яті або на лазерний диск цифрової карти;

-керовані - можуть вносити зміни в маршрут на підставі інформації, що одержується від систем керування дорожнім рухом.

Останній тип НСВ є найбільш перспективним, тому що дозволяє уникнути потрапляння АТЗ у зони заторів, але вимагає розвиненої інфраструктури керування рухом із сучасними засобами телематики.

Диспетчерські навігаційні системи (ДНС) призначені для передачі даних про місцезнаходження ТЗ на диспетчерський пункт (АТП). У цьому випадку, у ДНС додатково з'являються блоки передачі координат ТЗ в АТП й відповідне програмне забезпечення диспетчерського пункту. Передача координат може здійснюватись за допомогою космічного, модемного, транкового або стільникового зв'язку.

При використанні космічного зв'язку вибір може бути зроблений між двома принципово різними системами - на базі геостаціонарних супутників Inmarsat і Eutelsat і низькоорбітальних супутників Iridium, Globalstar, Orbocomm (супутникові термінали Magellan) Низькоорбітальні системи найбільш привабливі через меншу вартість устаткування, але на повномасштабний експлуатаційний рівень вони вийдуть тільки через кілька років. Тому диспетчерських систем, побудованих на базі такого зв'язку, найближчим часом очікувати не доводиться.

Серед широко представлених на ринку України є диспетчерські системи, що побудовані з використанням системи зв'язку стандарту Inmarsat-C. Цей стандарт передбачає передачу цифрових повідомлень певної довжини. Передача інформації забезпечується на всій території земної кулі, за винятком приполярних областей. Час доставки повідомлення адресатові не перевищує 5-7 хв. Диспетчерська система, побудована на зв'язку із супутниками Eutelsat, має приблизно такі ж функції, але область зв'язку обмежена територією Європи.

При виборі для передачі координат ТЗ стільникового зв'язку необхідно враховувати зону покриття й завантаженість мереж оператора в даному регіоні.

З метою мінімізації витрат дані про місцезнаходження ТЗ на диспетчерський пункт можливо одержати через Інтернет. У цьому випадку не потрібне оснащення диспетчерського пункту дорогим картографічним програмним забезпеченням. Достатньо доступу в Інтернет за допомогою стандартної програми перегляду.

Сучасна концепція побудови ДНС припускає телекомунікаційне забезпечення за допомогою зовнішніх апаратно-програмних засобів (каналів зв'язку), орендованих у підприємств-операторів. Передача даних за стандартними телефонними каналами у цей час технічно й економічно малоефективна, що змушує розроблювачів інформаційних систем застосовувати засоби зв'язку, що використовують сучасні технології передачі даних. Оператори зв'язку, зі свого боку, пропонують послуги з передачі даних, що дозволяють сучасним навігаційним системам ефективно працювати.

На автомобільному транспорті однією з найпоширеніших є система навігації й телексного зв'язку Euteltracks. Сьогодні цією системою в Європі оснащені більш 200 тис. автомобілів. Саме транспортні компанії стали її основними споживачами.

Система Euteltracks забезпечує двосторонню передачу буквено-цифрових повідомлень. Уся вхідна й вихідна інформація документується. При цьому фіксується позивний передавача, час виходу на зв'язок, текст повідомлення й координати місця, звідки воно було відправлено. Зміна координат об'єкту автоматично уточнюється з точністю до 100 м. Диспетчер може спостерігати за маршрутом руху за електронною картою. У зв'язку із тим, що система не працює в режимі реального часу, вона мало придатна для контролю роботи міських автобусів.

Вимоги до точності визначення місця розташування споживачів у Європі

Штрих-кодова ідентифікація транспортних засобів. Однією з найпоширеніших технологій автоматизованого збору даних (автоматичної ідентифікації - АІ) є штрихове кодування. Саме така ідентифікація здійснює автоматичне розпізнавання, розшифровку, обробку, передачу і запис інформації, в більшості, за допомогою нанесення і зчитування інформації, закодованої в штрих-коді

Штрих-коди дозволяють швидко, просто і найголовніше точно зчитувати і передавати інформацію про ті об’єкти, які потребують стеження і контролю. Етикетки зі штрих-кодами дуже легко приклеюються, практично, до будь-якої поверхні, які потребують ідентифікації.

Штриховий код складається з прямокутних штрихів і пробілів змінної ширини. Кодування в штрихових кодах відбувається шляхом зміни ширини і місцеположення штрихів і пробілів, що представляють числа і, в деяких випадках, знаки. При перерозміщенні світлового джерела через них, фіксуються зміни в кількості відбитого світла, і отримане таким чином зображення перетворюється в алфавітноцифрові символи, які, власне, і закодовані у вигляді штрихового коду. Отриманий код порівнюється в комп'ютері з уже наявними кодами в базі даних, щоб визначити, якій інформації він відповідає. Для підвищення надійності зчитування даних, якщо