CC BY
166
Навигационные трекеры Ыоуасот: технологии контроля транспорта
Мониторинг перемещения и состояния подвижных объектов все активней используется транспортными компаниями. Данный сегмент рынка расширяется крайне быстро — если раньше следили за перемещением особо ценных объектов, то сегодня стало нормой оснащать соответствующими приборами грузовые и легковые автомобили. Кроме того, получили "путевку в жизнь" навигационные приборы персонального трекинга людей и животных.
Создание специализированных микросхем для построения приемников спутниковой навигации дало толчок широкомасштабной разработке и производству систем спутниковой навигации.
Влад имир Осадчий,
Vladimir.Osadchiy@novacom-wireless.ru
История навигационных приборов, применяющих спутниковые системы, может быть условно разбита на четыре этапа.
Первый этап — с начала создания системы GPS — 1985 г. до 1993 г. Система GPS позиционируется как предназначенная для военного применения, доступ к информации для гражданских применений крайне ограничен. Количество создаваемых приборов невелико.
Второй этап — с конца 1993 г. по май 2000 г. Система GPS открыта для гражданских применений, точность принудительно ограничена. Количество создаваемых приборов среднее.
Третий этап — с мая 2000 г. по настоящее время. Система GPS открыта для гражданских применений, точность не ограничивается. Количество создаваемых приборов очень большое.
Четвертый этап — с 1 января 2009 г. по настоящее время. Полноценно заработала спутниковая группировка ГЛОНАСС, идет активное оснащение мобильной техники России навигационными средствами, поддерживающими ГЛОНАСС. Количество приборов, поддерживающих ГЛОНАСС и GPS, быстро растет.
Одновременно с этим могут быть обозначены другие этапы развития систем позиционирования по спутниковым сигналам.
I этап — построение приемных систем на основе электронных компонентов общего назначения, в основном высокочастотные тракты выполняются на дискретных элементах. Стоимость приемных систем крайне высока, надежность и повторяемость ограничена.
II этап — построение приемных систем на основе электронных компонентов общего назначения, в основном высокочастотные тракты выполняются на интегральных микросхемах.
Стоимость приемных систем средняя, надежность и повторяемость — высокие.
III этап — построение приемных и обрабатывающих трактов на специализированных микросхемах. Стоимость приемных систем низкая, надежность и повторяемость — высокие.
Именно создание специализированных микросхем для построения приемников спутниковой навигации дало толчок широкомасштабной разработке и производству систем спутниковой навигации. На рынке появилось большое количество приборов от разных фирм. Стоимость простейших навигационных приборов снизилась ниже психологически важной отметки в 200 евро. Помимо приборов локальной навигации, указывающих водителю текущее местоположение и (возможно) маршрут движения к заданной точке, на рынке появились приборы контроля и мониторинга транспортных средств, показывающие определенному лицу (диспетчеру) маршрут движения и/или текущее местоположение и информацию о состоянии транспортного средства. Последние приборы могут работать как в режиме реального времени (передавая данные по беспроводному каналу связи), так и в режиме "черного ящика", сохраняя данные о транспортном средстве в течение некоторого времени (с последующее передачей данных по беспроводному или проводному каналу связи). Приборы нового поколения обладают существенно расширенными функциональными возможностями — большим набором подключаемых внешних датчиков, значительным объемом "черного ящика" для хранения результатов измерений и т.д.
В это же время ряд фирм начал разработку приборов в моноблочном исполнении (все узлы, включая GPS и GSM-антенны, располагаются внутри корпуса). Как оказалось, создание таких приборов представляет сложную техни-
ческую задачу — большинство приборов моноблочного исполнения имеют низкую чувствительность GPS-части. Кроме того, ряд приборов имеет сильное влияние GSM-тракта на GPS-приемник, вынуждающее к уменьшению времени работы модема на передачу — приходится передавать накопленную информацию раз в несколько минут, что приводит к ухудшению качества мониторинга. В то же время моноблочное исполнение прибора — огромный плюс, приводящий к расширению возможностей применения приборов, упрощению их монтажа и применения.
В настоящее время фирма Novacom Wireless представляет линейку автомобильных навигационных трекеров GNS-GLONASS, GNS-TRACK и GNS-miniTRACK. Данные трекеры выполнены по единой структуре и отличаются только набором поддерживаемых функций. Основным прибором линейки является GNS-GLONASS, поддерживающий определение координат местоположения как по российской спутниковой системе ГЛОНАСС, так и по американской системе GPS. Существенно более дешевым вариантом является прибор GNS-TRACK, отличающийся от базового прибора GNS-GLONASS навигационным приемником, поддерживающим работу только со спутниками GPS. Наиболее простым и дешевым прибором линейки является прибор GNS-miniTRACK, также работающий только со спутниками GPS и обладающий существенно меньшим набором функциональных возможностей по сравнению со своими "старшими собратьями". Цена прибора GNS-miniTRACK, естественно, еще ниже, чем у прибора GNS-TRACK. Также прибор GNS-miniTRACK отличается моноблочным исполнением.
Устройства GNS-GLONASS, GNS-TRACK и GNS-miniTRACK предназначены для осуществления мониторинга подвижных объектов, с
возможностью слежения за внешними датчиками (датчиком) и использованием управляемых выходов (выхода). Устройства питаются от бортовой сети автомобиля, имеют внутренний аккумулятор. Данные, полученные с автомобиля, хранятся в энергонезависимой памяти устройства и передаются владельцу устройства через GSM-канал во время сеансов связи. Также данные могут быть считаны с приборов GNS-GLONASS и GNS-TRACK через прямое подключение к компьютеру посредством интерфейса RS-232. Подключение компьютера к прибору GNS-miniTRACK возможно только в условиях сервисного центра (требуется специальное оборудование и разборка прибора).
В части приборов Novacom установлены аппаратные датчики ускорений, которые позволяют определить динамику перемещений объектов и обнаружить сильные толчки и удары. Такая задача часто стоит перед арендодателями транспортных средств — оценить физический износ техники из-за неумелой или варварской эксплуатации. Кроме того, для легкой техники типа мотоциклов, снегоходов и квадра-циклов можно будет отслеживать факты переворачиваний и падений, приводящих к преждевременному выходу техники из строя.
В настоящее время большинство приборов навигационного мониторинга оснащаются литий-ионными или литий-полимерными аккумуляторами. При очевидных достоинствах данных аккумуляторов (высокая емкость, большие разрядные токи) они имеют и явные недостатки. К этим недостаткам в первую очередь относятся очень сильное влияние низких температур на работу аккумулятора. Аккумуляторы, работающие в коммерческом диапазоне температур, отдают заявленные характеристики в диапазоне 0..+50C°, при температуре —10C° емкосты и отдаваемый ток падают примерно втрое, и, что самое главное, значительно уменьшается выходное напряжение аккумулятора. По этой причине аккумуляторы коммерческого диапазона температур реально можно эксплуатировать только до -5C°. В то же время существуют литий-ионные аккумуляторы для эксплуатации в расширенном диапазоне температур, которые позволяют применять их при температурах до -40C° (с определенными техническими дополнениями). Большинство таких аккумуляторов выполняются в корпусах, неудобных для встраивания в малогабаритную технику, однако недавно появились аккумуляторы с расширенным температурным диапазоном эксплуатации, имеющие корпуса, сходные по габаритам со стандартными, хотя и имеющие меньшую емкость. Возможность применения этих аккумуляторов в трекерах фирмы Novacom выгодно от-
Общие характеристики приборов
Характеристика Значение
Система сотовой связи GSM
Тип модема SimCom SIM300
Защита дискретных входов Оптронная развязка
Защита дискретных выходов Оптронная развязка
Объем памяти «черного ящика» 2МБ
Напряжение питания 8...40В постоянного тока
Аппаратный датчик ускорений 3-х осевой акселерометр (опционально)
Каналы связи SMS, CSD, GPRS
Встроенный аккумулятор Li-Ро, Li-Ion (опционально)
Контролируемые напряжения Внешнее питание, встроенный аккумулятор
Защита от переполюсовки питания Есть, диод
Часы реального времени Есть
Смена внутреннего ПО прибора Дистанционная, локальная
Конфигурирование (настройка) прибора Дистанционная, локальная
Различия функций приборов
Функция GNS-miniTRACK GNS-TRACK GNS-GLONASS
Навигационные спутники GPS GPS ГЛОНАСС, GPS
Навигационный приемник Transystem Transystem ИРЗ
ЕВ-230 ЕВ-230 мнп-мз
Количество каналов у приемника 32 32 16
Количество дискретных входов I 4 4
Количество дискретных выходов I 4 4
Количество внешних аналоговых входов 0 3 3
Количество внешних последовательных портов RS-232 0 2 2
Количество портов CAN 0 1(опционально) 1 (опционально)
Количество портов ¡Button 0 1(опционально) 1 (опционально)
Антенна GSM встроенная внешняя FMA внешняя FMA
Антенна навигационная встроенная внешняя SMA внешняя SMA
Выход навигационных данных по интерфейсу RS-232 (NMEA данные) нет есть есть
Размер «черного ящика» в точках 20000 8000 8000
Среднее время работы от полностью заряженного встроенного стандартного аккумулятора в часах (GPRS + GPS/ГЛОНАСС) 8 6 2
Г олосовая связь нет есть есть
Поддержка работы с датчиком уровня топлива LLS нет есть есть
Поддержка работы с проточными одноканальный одноканальный, одноканальный.
датчиками расхода топлива дифференциальный (опционально) дифференциальный (опционально)
Возможность конфигурирования и/или считывания информации через внешний порт RS-232 нет есть есть
Встроенный самовосстанавливаюшийся предохранитель нет есть есть
Емкость встроенного аккумулятора стандартного/морозостойкого мА-час 1600/900 1600/1300 1600/1300
Рис. 1. Автомобильный навигационный трекер GNS-GLONASS (производитель Novacom Wireless)
личает их от изделий прочих производителей. Следует иметь в виду, что емкость даже морозостойких литий-ионных аккумуляторов заметно падает при низких температурах, в частности при -40C° емкость составляет примерно 30% от емкости при +20C°.
Прибор GNS-GLONASS (рис. 1, 2) выполнен в пластиковом разборном корпусе с выносными антеннами GPS и GSM, разъемами подключения питания и внешних датчиков, аудиоканала и коммуникационных устройств. Выносные антенны прибора должны быть расположены в местах, обеспечивающих нормальный прием радиосигналов. В условиях сильного сигнала GSM соответствующая антенна может быть установлена достаточно "свободно", но в условиях слабого сигнала GSM эта антенна должна быть установлена с соблюдением всех условий, обеспечивающий хорошую связь. Антенна ГЛОНАСС должна быть расположена в соответствующем месте и соответствующим образом ориентирована, чтобы обеспечить максимально высокое качество приема радио-
Рис. 2. Комплект поставки GNS-GLONASS: прибор, диск с ПО и описанием, антенна GPS/ГЛОНАСС, антенна GSM, кабель считывания навигационной информации, кабель конфигурирования
сигналов от спутников, в том числе в условиях работы любого оборудования автомобиля.
Прибор оснащен встроенным аккумулятором, выполненным на коммерческий диапазон температур (стандартным) или выполненным на расширенный температурный диапазон (морозостойким). Встроенный стандартный аккумулятор обеспечивает работу прибора в режиме GPS + GPRS не менее 3 часов при полном заряде (типовой показатель — 5 часов), морозостойкий аккумулятор — 2 (4) часов. При работе без передачи (только GPS) времена составляют 16 (24) часов и 10 (15) часов для стандартного и морозостойкого аккумуляторов соответственно.
При разряде встроенного аккумулятора ниже определенного порога будут разосланы соответствующие SMS, также сообщения отсылаются при пропадании внешнего питающего напряжения.
В настоящее время вопрос рационального расходования топлива вышел на важное место, поэтому многие заказчики стремятся оснастить свои автомобили устройствами контроля расхода топлива. Прибор GNS-GLONASS предоставляет возможность подключить различные датчики для этого. Простейший вариант — подключение стандартного автомобильного датчика уровня топлива к аналоговому входу прибора. Более точный контроль уровня топлива осуществляется при помощи датчика уровня топлива производства "Omnicomm". Для наиболее адекватного контроля расхода топлива применяют проточные датчики расхода топлива, например производства 'Технотон", "Aquametro" и другие.
К прибору GNS-GLONASS могут подключаться различные датчики и устройства, в частности контактные датчики (например, датчики открытия дверей), датчики расхода топлива (один или два одноканальных типа ДРТ 5.2 или дифференциальный типа ДРТ 77 производства "Технотон" или аналогичные), датчики уровня топлива LLS производства "Omnicomm" и аналоговые датчики различных типов. Кроме того, прибор имеет канал обмена с устройствами iButton и канал обмена по шине CAN. Технически все приборы GNS-GLONASS оснащены всеми необходимыми узлами, однако стандартно поставляемое ПО приборов не поддерживает работу с дифференциальными датчиками расхода топлива, устройствами и каналами связи с iButton и шиной CAN. Данные функции поддерживаются специальным программным обеспечением, которое заказывается отдельно.
Прибор GNS-TRACK (рис. 3) является точным аналогом прибора GNS-GLONASS, за
Рис. 3. Автомобильный навигационный трекер GNS-TRACK (производитель Novacom-Wireless)
исключением применяемого модуля получения навигационной информации — модуль в приборе GNS-TRACK может принимать и обрабатывать информацию только от спутников системы GPS. Во всех остальных функциональных возможностях приборы эквивалентны.
Прибор GNS-miniTRACK (рис. 4, 5) выполнен в виде моноблока, имеет брызгозащищенный пластиковый корпус и подводящий кабель с уплотнителем. На верхней панели корпуса расположен иллюминатор для возможности наблюдения за световыми индикаторами работы прибора. Прибор имеет современный экономичный приемник GPS-сигнала. Антенны GPS и GSM встроенные, поэтому прибор устанавливается путем расположения его под лобовым стеклом автомобиля (в случае питания прибора от встроенного аккумулятора), или же подключение к кабелю прибора разъема для подключения к прикуривателю.
В поставке возможны два варианта исполнения корпуса — с надписями, выполненными гравировкой, и с надписями, выполненными шелкографией. При заказе большого количества приборов возможна OEM поставка приборов вообще без шелкографии, или подготовка шелкографии под конкретного заказчика (названия, логотипы и прочее).
Прибор контролирует входное напряжение и напряжение на встроенном аккумуляторе. Встроенный стандартный аккумулятор обеспечивает работу прибора в режиме GPS + GPRS не менее 5 часов при полном заряде
ТЧГ"1' •• і1 ,ц і**Ц| v’^i “і)
Рис. 4. Автомобильный навигационный трекер GNS-miniTRACK (производитель Novacom-Wireless)
Рис. 5. Комплект поставки GNS mini Track: прибор, диск с ПО и описанием
(типовое 8 часов), морозостойкий аккумулятор
— 3 (5) часов. При работе без передачи (только GPS) времена составляют 24 (36) часов и 16 (20) часов для стандартного и морозостойкого аккумуляторов соответственно.
Прибор требует размещения в зоне доступности радиосигналов от спутников и сотовой сети. Кроме того, требуется располагать прибор плоской (нижней) частью вниз, желательно горизонтально, чтобы обеспечить максимальную чувствительность приема сигналов от спутников. При скрытной установке прибора следует учесть, что расположенные над прибором провода или металлические элементы конструкции автомобиля могут очень сильно ослабить сигналы от спутников и сделать работу прибора неустойчивой или вообще невозможной. Кроме того, следует учитывать, что некоторые модели автомобилей имеют металлизированные или электрообогреваемые лобовые стекла, которые могут вообще не пропускать радиоволны.
Прибор GNS-miniTRACK имеет один дискретный вход и один дискретный выход, что позволяет, к примеру, подключить прибор к датчику открывания дверей (вход) и к цепям блокировки двигателя автомобильной сигнализации (выход). Управление выходом прибора может осуществляться с обычного сотового телефона нажатием определенных кнопок набора номера. По срабатыванию входа (изменению состояния входа в выбранном направлении) могут быть отосланы соответствующие SMS.
Прибор GNS-miniTRACK имеет возможность применения дискретного входа в качестве входа счетчика импульсов, например, для подключения к прибору проточного датчика расхода топлива типа ДРТ 5.2 производства 'Технотон" или аналогичного. При этом, естественно, SMS по изменению состояния входа не рассылаются.
Программное обеспечение навигационных трекеров Novacom состоит из двух частей
— собственно внутреннего ПО трекеров и ПО
предоставления информации клиенту (рис. 6). Внутреннее ПО трекеров построено на единой основе и отличается только в тех частях, которые связаны с конкретными техническими особенностями приборов. Все приборы поддерживают протоколы обмена информацией с сервером GNS (оригинальный разработки Novacom) и аналогичный применяемому прибором FM4100 фирмы Teltonika, что позволяет резко ускорить процесс ввода приборов в эксплуатацию. Данные, передаваемые по протоколу GNS, имеют большую информативность за счет предоставления дополнительной информации, не передаваемой по протоколу FM4100.
Внутреннее ПО трекеров может быть поменяно без снятия приборов с объекта и без физического контакта с приборами, дистанционно. Два основных условия смены ПО — устойчивый канал связи GPRS и надежное электропитание прибора. На смену ПО одного прибора затрачивается примерно 10...20 минут в зависимости от качества канала связи. К сожалению, при сбое во время смены ПО прибора восстановление работоспособности возможно только в условиях сервисного центра.
На сегодняшний день протокол GNS поддерживается рядом программ мониторинга подвижных объектов, таких как NovacomTrack, Виалон В2, Виалон В3, а также ряд программ, подготовленных конечными пользователями под свои задачи. Перечень программ, поддерживающих протокол FM4100 значительно больше, что позволяет конечному пользователю выбрать программу согласно подходящему ему соотношению цена-функциональность-ка-чество.
Внутреннее программное обеспечение на-
Рис. 6. Общий вид программы
вигационных трекеров Novacom имеет алгоритм интеллектуального трекинга, позволяющий резко уменьшить количество записываемых в память точек при сохранении высокой информативности отображаемого трека. Это достигается уменьшением количества регистрируемых точек во время стоянок объекта и во время движения по прямолинейным участкам. В то же время во время прохождения криволинейных участков плотность записи точек резко увеличивается. Параметры интеллектуального трекинга могут настраиваться пользователем, а сам алгоритм — отключаться, в последнем случае регистрация точек идет по временному признаку.
На основании алгоритма интеллектуального трекинга работает программный датчик движения объекта, который позволяет минимизировать разброс отображаемых точек во время стоянки объекта. При стоянке объекта на улице за ночь отображается одна-две координатных точки, в результате чего программы расчета пробега автомобиля не регистрируют ложных пробегов, которые у некоторых приборов в неудачных обстоятельствах могут достигать десятков километров.
При обнаружении определенных событий, регистрируемых по дискретным входам, (как, например, срабатывание датчика открытия двери, нажатие тревожной кнопки или прочее) осуществляется дополнительная запись в память состояния объекта и его координат в память прибора и отсылается SMS с соответствующей информацией. Указанные SMS отсылаются по номерам операторов (до 4-х), заданным при конфигурировании приборов. В случае, если при конфигурировании прибора не было задано ни одного телефонного номера
операторов, информационные SMS, естественно, не будут отсылаться, и о произошедшем событии станет известно только после того, как программа мониторинга получит и обработает соответствующую информацию.
Приборы поставляются в комплекте с диском. На диске находится программа установки программного обеспечения для организации на компьютере пользователя малого локального рабочего места для мониторинга подвижных объектов. В его комплект входят программа получения информации с приборов (сервер), локальная база данных, программа работы с картографической оболочкой и собственно картографическая оболочка OziExplorer. Пользователю, желающему применять данный комплект программ, остается только зарегистрировать свою копию программы OziExplorer на сайте разработчика http://www.oziexploiBr.com, что обойдется пользователю чуть более 3000 руб.
Также с диска устанавливаются документация и программа для настройки приборов. Для настройки приборов с помощью программы следует подключить к компьютеру GSM-модем (рекомендуется применение модема Novacom GNS-300RS). Все настройки можно сделать как через программу, так и вручную с обыкно-
венного сотового телефона — простой посылкой SMS на прибор, пользуясь имеющейся документацией. Также можно пользоваться подсказками программы настройки по формированию конфигурационных SMS — при нажатии на кнопку "Показать" будет отображено окно с текстом команды. Этот текст можно набрать вручную на сотовом телефоне и отослать на прибор или скопировать в буфер обмена и отослать на прибор, воспользовавшись сервисом (в том числе и бесплатным) по отсылке SMS-сообщений, предоставляемым различными сайтами. В этом случае пользователь будет освобожден от необходимости безошибочно набирать вручную текст команды. Как показал опыт работы с приборами, большая часть проблем с приборами заключается в ошибках при задании параметров в командах.
Наиболее новые версии документации на приборы и программное обеспечение, а также само программное обеспечение можно найти на сайте фирмы Novacom. Там же можно задать вопросы специалистам фирмы.
Опыт практического применения систем мониторинга автотранспорта показывает, что общие эксплуатационные расходы могут быть существенно снижены за счет исключения неце-
левого использования транспортных средств, контроля над расходованием топлива, интенсивностью использования транспортных средств, соблюдением скоростного режима и прочих важных параметров эксплуатации. Уровень снижения расходов в грузовых автопарках может превышать 30% только за счет исключения хищения топлива и "левых" рейсов.
Современные средства мониторинга подвижных объектов позволяют без труда наблюдать за работой как одиночных транспортных средств, так и крупных автопарков, а объем информации, передаваемой с транспортных средств, позволяет своевременно принимать решения по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту техники.
Novacom Wireless всегда ждет пожеланий и замечаний о работе своей продукции — мы разрабатываем свою продукцию для максимально полного удовлетворения пожеланий клиентов. Фирма Novacom Wireless готова участвовать в совместных разработках и системной интеграции оборудования беспроводной передачи данных, осуществлять необходимую техническую поддержку устройств, а также поддержку при разработке соответствующего программного обеспечения.
