СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТОМ

Коммунальное и энергетическое хозяйство больших и малых городов России всегда представляло собой источник постоянной головной боли муниципальных властей. Работа диспетчеров, аварийных бригад, использование транспорта водителями, оперативность и эффективность служб в целом - основная тема совещаний и планерок различных уровней. Наверное, любой руководитель, имеющий в подчинении парк автомобилей, желает улучшить положение своей организации на рынке услуг, повысить эффективность управления и дисциплину, снизить накладные расходы. Инкассация, перевозка ценных и опасных грузов, вывоз мусора, муниципальный транспорт, полиция и автоинспекция, пожарные и скорая помощь - вот далеко не полный список служб, для которых важна оперативность, точность и координация действий. Одним из решений, предлагаемых сегодня для снабжения оперативного управления мобильными средствами является система GPSAVL, использующая готовые недорогие и серийно выпускаемые блоки, а также программное обеспечение.

Прогресс в микроэлектронике и компьютерной технике, спутниковой навигации, космической и наземной радиосвязи сформировал комплексную и вполне определенную прикладную область транспортных диспетчерских информационных технологий. Наиболее активно развивающейся областью применения этих технологий стал автомобильный транспорт чрезвычайных, аварийных, коммунальных, оперативных служб и служб безопасности, подразделения этих служб активно внедряют и используют систему автоматического определения местоположения транспортных средств (Automatic Vehicle Location - AVL).

Первые в России системы GPSAVL для контроля и управления транспортом в пределах Москвы и московских аэропортов были поставлены в 1995 году в "ИНКОМБАНК", в специальные подразделения Министерства по чрезвычайным ситуациям, некоторые коммерческие структуры. Кроме того, Министерства внутренних дел Казахстана с 1996 года также обладает современной системой слежения. Результатом внедрения таких систем является снижение эксплуатационных затрат, повышение безопасности перевозок грузов и дисциплины экипажей. AVL позволяет мобильным подразделениям оперативных служб только за счет эффективного использования уже имеющихся ресурсов стать более "боеспособными" без увеличения количества автотранспорта и личного состава.

Принцип работы системы очень прост. Каждое транспортное средство имеет миниатюрный многоканальный приемник спутниковых навигационных сигналов, которые непрерывно и абсолютно бесплатно сегодня излучаются по всему земному шару системой GPS. После приема от нескольких спутников сигналы обрабатываются и преобразуются в значения долготы, широты, высоты, скорости и направления движения. Полученная информация по радиоканалу передается на диспетчерский центр соответствующей службы и отображается на компьютере в виде значка на электронной карте города, а также в текстовом виде. Диспетчеру может передаваться объективная информация о состоянии автомобиля (включение зажигания, удар, опрокидывание, температура, открытие дверей и т.п.). Водителю диспетчер может отправлять сообщения на автомобильный пейджер, и наоборот.

Комплект транспортного оборудования

Схема бортового автомобильного комплекса, входящего в рассматриваемую GPSAVL - систему, приведенную на рис. 1. Ключевым элементом в системе GPSAVL является радиоконтроллер PSC-200, который содержит процессор ввода-вывода, спецпроцессор, радиомодем, контроллер связи и GPS-приемник. Шестиканальный приемник GPS-сигналов с внешней антенной использует простой ASCII-последовательный протокол и позволяет обеспечить непрерывность работы следящей системы в городских условиях. Такие данные о транспортном средстве, как широта, долгота, высота, скорость, условный номер средства и системное время могут выдаваться приемником, по крайней мере, один раз в секунду. Благодаря точному отсчету времени, доступному всем транспортным средствам, могут быть осуществлены различные стратегии приема сообщений: либо на основании запроса, либо по установленному графику.

Вычисление точного местоположения автомобиля - одна из задач, решаемых GPSAVL-системой. Информация о координатах и состоянии автомобиля должна быстро передаваться в диспетчерский центр. Эффективность передачи определяется двумя элементами: микропроцессорным модемом, специально созданным для работы с мобильной радиостанцией, и спецконтроллером сети передачи данных. Одно из главных преимуществ использования микропроцессорного бортового контроллера - возможность осуществления более сложного протокола сеансов связи. В системе реализован "слотовый" протокол отсчетов, который в четыре раза увеличивает количество автомобилей, передающих сообщения ежесекундно по одному радиоканалу. В течение каждого цикла каждому автомобилю направляется запрос, в котором предлагается либо ответить в определенный интервал времени - "слот", либо промолчать. GPSAVL-система позволяет пользователям получать сообщения от трех-пяти транспортных средств в секунду. Таким образом могут быть достигнуты скорости опроса от 180 до 300 автомашин в минуту по одному выделенному радиоканалу.

В PSC-200 включен интегрированный мобильный радиомодем - специализированное устройство, предназначенное для обеспечения надежной передачи данных через автомобильную радиостанцию. Известно, что основной функцией радиомодема является преобразование информационных данных в сигналы, удобные для передачи по радиоканалу. Для передачи через автомобильную радиостанцию используются специальные процедуры сжатия данных и обнаружения ошибок. Такой подход снижает влияние эффектов, связанных с затуханием радиосигналов, а также не допускает прохождения искаженной информации на диспетчерский центр.

Далее, на радиоконтроллер PSC-200 возложены все необходимые функции управления мобильной радиостанцией: настройка радиоканала, обеспечение модуляции и демодуляции и прочее, благодаря чему она может работать полностью в автономном режиме, не требуя никакого вмешательства оператора или водителя, что, в свою очередь, позволяет разместить оборудование транспортного средства в виде недоступного "черного ящика". Следует упомянуть, что PSC-200 выполняет также ряд весьма ответственных для работы всей системы GPSAVL функций. Так, он управляет двумя RS232, один из которых требуется для подключения к бортовому экрану-индикатору состояния Echo XL или к радиостанции Motorola. В контроллере используется GPS-время для координации "слотовой" системы связи, а также для точной фиксации моментов времени изменения состояния транспортного средства. Другие функции PSC-200 по обработке входных и выходных сигналов связаны с дискретными сигналами, которые подаются на разъем контроллера. Эти сигналы используются для передачи контрольных параметров транспортного средства: состояние аккумуляторной батареи, оценка исправности системы зажигания, показания одометра, электропитание приборов освещения, сирены, положение дверей, люков, вскрытие контейнера и т.п.

Бортовой микропроцессор запрограммирован на выполнение нескольких ключевых функций поддержки. Прежде всего, микропроцессор выключает радиостанцию через 6 минут после выключения зажигания. Радио включается вновь при включении системы зажигания. Эта функция предотвращает чрезмерный разряд батареи, так как нет необходимости в непрерывном опросе припаркованного транспортного средства во время стоянки. Информация о состоянии радиостанции также передается контроллеру диспетчерского центра для отображения на терминале AVLManager диспетчерского центра. Далее, микропроцессор накапливает данные от спидометра для вычисления и передачи информации о пройденном пути. Контроллер автоматически вносит в передаваемое сообщение данные о пройденном расстоянии при каждом изменении состояния (например, при перемещении средства от одного места дислокации к другому). Кроме того, процессор используется совместно с терминалом Echo XL для передачи стандартных сообщений, выбираемых и добавляемых экипажем.

Бортовой терминал состояния Echo XL предназначен для быстрой и простой связи водителей транспортного средства и персонала диспетчерского центра без использования голосовой связи. Диспетчеру может быть сообщено до 8 типов состояния. Каждый из них может иметь до 15 сообщений. Тип состояния и сообщения программируются в соответствии с конкретными должностными инструкциями служб, предписывающими определенные доклады и варианты действий в той или иной ситуации. Терминал имеет большой жидкокристаллический экран. На нем отображается название каждого ключа состояния и используются четкие символы, которые легко читаются практически при любых условиях освещения. Надписи на русском языке крупным шрифтом и раздельно расположенные клавиши уменьшают возможность ошибочных операций. Echo XL размещен в прочном водонепроницаемом пластиковом корпусе, способном сохранять работоспособность терминала при аварийных ситуациях.

В системе GPSAVL могут применяться различные типы и модели радиостанций, включая Midland Radio, Motorola, Standart и др. Система работоспособна в любом диапазоне частот, на который у заказчика имеется лицензия, от низких частот до 900 МГц. Радиосеть может использовать одну или несколько точек ретрансляции, что не сказывается на функционировании системы.

Оборудование диспетчерского центра

GPSAVL-система включает оборудование и программное обеспечение, необходимое для ее автономного функционирования, включая диспетчерский центр (рис. 2).

NCManager - специализированное программное обеспечение управления информационной линией радиосвязи. Ориентированный на ПК программный пакет организует опрос, получение сообщений, контроль линии связи, а также работу с группой удаленных базовых станций или с большим числом передатчиков. Это устраняет необходимость в управлении оборудованием путем последовательной передачи запросов от каждой радиостанции. Программное обеспечение позволяет также отфильтровать многократные повторения одного и того же сообщения от транспортного средства, принимаемого разными радиостанциями.

Существует несколько методов, используемых при управлении информационными потоками в подвижной радиосвязи. Например, метод опроса, использующий комбинацию автоответа и опроса по очереди с целью обеспечить гибкость и оптимизировать работу в разрешенной полосе частот. В этом методе базовая станция передает по радио сообщение-запрос, содержащий поле "разрядной карты". Положение разрядов этой карты сообщает каждому подвижному модему, как и когда передавать сообщение о состоянии и местоположении.

Пакет управления системой слежения и оперативного контроля

Программа AVLmanager осуществляет управление всей системой, служит интерфейсом данных для транспортных средств, дает информацию о местоположении, передает системе отображение карты слежения и обеспечивает функционирование до 8 диспетчерских рабочих мест.

Через терминал "SUPERUSER" AVLManager позволяет полностью конфигурировать каждый сегмент системы. Набор из 60 команд позволяет диспетчеру системы конфигурировать все порты данных, создавать и удалять терминалы, модифицировать информацию в базе данных, менять конфигурацию и изменять параметры сети данных, а также создавать и редактировать форматы экрана. Все команды представляют собой четырехбуквенные мнемограммы с последующими изменяемыми полями.

Некоторые из команд выводят на экран дисплея информацию о системе, полезную для управления каналом связи и конфигурацией системы. Применяя эти команды, пользователь может создавать на дисплее AVL-состояния, выводя 25 параметров, относящихся к конкретной транспортной единице:

Таким образом обеспечивается настройка, позволяющая заказчику и пользователю приспособить систему под конкретные потребности оперативной службы и режима работы.

Программное обеспечение включает Базу данных известных перекрестков, позволяющую пользователю вводить в таблицу описания известных географических мест, таких как пересечения главных улиц, мосты, ориентиры и др. Широта и долгота каждого такого места могут быть введены с помощью измерения по топологической карте или просто путем выезда на автомобиле, оборудованном системой GPSAVL и привязки к каждому пункту с описанием этого места. Программное обеспечение автоматически сохраняет последовательность сообщений о местоположении транспортного средства и вычисляет, какой известный пункт или ориентир является самым близким и расстояние до него. Существуют команды для немедленного получения информации о конкретном транспортном средстве не прибегая к его поиску по перечню.

Программа отображения карты

Программное обеспечение StarView обеспечивает отображение положения транспортного средства и его состояния на электронную карту. В GPSAVL используется версия StarView RSI (Remote System Interface), обеспечивающая как непосредственное управление конфигурацией окон карты манипуляциями с помощью "мыши" и клавиатуры, так и применение командного интерфейса через Ethernet. Конфигурация окон карты может управляться и командами от терминалов AVLManager.

На экране можно показать одновременно несколько областей карты. Каждая карта индивидуально конфигурируется в пределах отдельного окна, чтобы отобразить различные границы, масштаб, точку обзора, выбранные сообщения о состоянии транспортного средства. Так как каждое окно способно к отображению любой части карты, содержащейся в базе данных, точка обзора карты может быть выбрана так, чтобы представить карту полностью, ее ограниченную область или конкретный участок местности. Для наблюдения за работой автотранспорта может быть открыто специальное окно, с помощью которого можно контролировать и отслеживать отдельное транспортное средство или целую группу автомобилей. Оператор может выбрать интересующую его область, изменить масштаб, в частности, путем "наезда" точки наблюдения на карту и центрировать изображение относительно выбранной точки.

Терминалы AVLManager позволят управлять дисплеями, на каждом из которых можно расположить до 4 окон с картами. Если карта создана для слежения за транспортным средством или их группой, то окно будет автоматически изменять масштаб и перемещать изображение, чтобы сохранять в течение всего времени интересующие транспортные средства в пределах окна. С помощью стандартных утилит могут быть изменены размеры каждого окна с картой или его положение на экране. Другие возможности манипуляций с картой включают утилиту "найти транспортное средство", используемую для быстрого нахождения местоположения и отображения конкретной транспортной единицы и утилиту, позволяющую вывести на экран опорный пункт, чтобы помочь диспетчерам быстро сориентироваться при принятии решений.

Для обозначения различных типов транспортных средств можно использовать 8 различных условных знаков, формы и размеры которых выбираются при конфигурировании. Система может отображать идентификатор любой из транспортных единиц, а также показывать их состояние, изменяя цвет изображения.

В дополнение к визуальному отображению состояния транспортного средства, во временном рабочем окне в пределах изображения карты может располагаться текстовая информация о каждом из объектов, включая идентификатор транспортной единицы, направление движения, скорость, время и т.д.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ

Глобальная спутниковая навигационная система GPS позволяет проводить определения координат с точностью до несколько метров. Однако Министерство обороны США, исходя из интересов национальной безопасности, осуществляет программу "ограниченного доступа", увеличивая погрешность измерений до 100 метров. Несмотря на это, даже при максимальном ухудшении точность измерений GPS-приемниками достигает 3-5 метров при использовании метода дифференциальной коррекции GPS (DGPS).

На практике применяют два типа DGPS: с передачей дифференциальных поправок и инвертированная. В системе с передачей дифпоправок базовый GPS-приемник вырабатывает дифференциальные поправки, которые передаются по радиоканалу на весь транспортный парк. Мобильные GPS-приемники используют поправки для повышения точности определения своего местоположения после чего уточненные координаты сообщаются на базовую станцию. В инвертированной системе DGPS поправки сохраняются на базовой станции и используются при обработке сообщений о местоположении по мере их поступления от автомобилей.

Базовая станция CBS в реальном масштабе времени вырабатывает поправки, которые существенно повышают точность определения местоположения автомобилей, оборудованных GPS-датчиками. CBS станция содержит GPS-приемник с 12 параллельными каналами слежения за спутниковыми сигналами, выносную внешнюю GPS-антенну, кабели, источники электропитания и программное обеспечение для ПК. Дифпоправки поступают на NCManager и передаются по радиоканалу на мобильные GPS-приемники.

Инвертированная дифференциальная система GPS (IDGPS) использует дифференциальную базовую станцию 400RS, которая соединена с NCManager, использующим данные для внесения поправок в сообщения о местоположении по мере их поступления от подвижных объектов. Для систем, где скорость опроса является главным показателем, следует иметь в виду, что при парке менее 30 машин IDGPS работает быстрее, чем DGPS с передачей дифпоправок. Для систем, обслуживающих более 30 транспортных единиц, DGPS является более эффективной.