Диплом (1214458), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

- увеличение точности определения координат местоположения в сложных погодных условиях, тоннелях, в городских условиях;

- увеличение скорости первоначального запуска GPS-трекера;

- минимизация требуемого трафика для передачи координат местоположения серверу центра мониторинга;

- уменьшение затрат на потребляемую электроэнергию;

- возможность работы в разных диапазонах;

- полноценная работа алгоритма в условиях отсутствия сигна­лов от спутника, а так же при отсутствии возможности подключения к сети интернет.

2.5 Разработка алгоритма

Работа алгоритма должна начинаться проверки получения сиг­нала от спутников. Это основное через что GPS-приемник получает географические данные о координатах местоположения. Положитель­ный результат запуска можно приравнять к появлению специального однобайтового флага в посылаемом отчете RMC в протоколе NMEA. Уровень приема сигнала от спутников и соответственно точность оп­ределения местоположения, ухудшается в виду большой облачности. Еще на прием сигналов могут оказывать помехи от различных радио­источников. Но основным фактором остается неполная видимость не­босвода. Это сильно влияет в городах густозаселенный застройками, где из-за расположенных близко высоких строений, значительная часть небосвода скрыта, либо вообще отсутствует (например, в тон­нелях). В вышеописанных условиях, точность определения местона­хождения может значительно падать до 20-30 метров, а иногда и бо­лее.

При успешном запуске GPS-приемника и удовлетворяющего уровня сигнала от спутников, в алгоритме должно быть проверено, включена ли технология A-GPS (описание данной технологии рас­смотрено в предыдущих разделах), благодаря которой скорость полу­чения данных о спутниках увеличивается в разы. Так как скорость «Холодного старта» относительно велика, использование технологии GSM (GPRS, EDGE, 3G, LTE) приводит к быстрому запуску работы устройства. Данные по GSM приходят сразу без задержек и коорди­наты местонахождения имеют точность до двух километров. Благо­даря этому, пока модуль GPS будет получать данные со спутников, можно будет узнать приблизительные координаты объекта сразу по­сле включения. После того как модуль GPS войдет в рабочий режим, координаты местоположения будут уточнены данными со спутников.

Так как для технологии A-GPS требуется подключение к сети интернет, следующая проверка условия алгоритма будет успешность получения доступа в интернет через канал GPRS, EDGE, 3G либо LTE. К сожалению, если GPS-трекеру будет отказано в получении дос­тупа к сети интернет, то технология быстрого запуска будет не дос­тупна, поэтому GPS-трекер, будет проводить запуск самостоятельно. Это занимает в среднем от одной до пяти минут, в зависимости от того, устарели ли данные альманах и эфемерид. Однако, если прово­дится так называемый «Горячий старт», то технология A-GPS устрой­ству не потребуется.

После удачного запуска GPS-приемника, о чем говорит появле­ние специального однобайтового флага в посылаемом отчете RMC в протоколе NMEA, потребуется выделить нужную информацию из всей поступаемой от GPS-приемника, а именно RMC и GGA. Данные RMS – это минимальный набор данных о координатах местоположения GPS-приемника. GGA – дополнительная информация о координатах место­положения GPS-приемника к RMC, но не попавшая в нее. В после­дующем в алгоритме обрабатываются полученные данные и выделя­ются такие данные как:

- широта;

- долгота;

- высота;

- скорость;

- направление движения.

Далее эти данные сохраняются во внутренней памяти GPS-тре­кера и при первой же возможности отправляются на сервер монито­ринга. Для отправки этих данных требуется работоспособность сото­вой связи. Если по какой либо причине GPS-трекер не смог подклю­читься к сотовой связи, алгоритм будет повторять последнее действие до появления сотовой связи и возможности отправки данных о коор­динатах местоположения.

Может возникнуть ситуация, когда отсутствует сигнал от спут­ника, этому может быть множество причин. К примеру сигнал от спут­ника может пропасть во время прохождения состава в тоннеле, либо поломка антенны, либо просто слабый сигнал ввиду погодных усло­вий. Для таких ситуаций возникает необходимость использования дру­гих технологий определения координат местоположения. К примеру, можно использовать технологию радиоотпечатков, так как погреш­ность измерения координат местоположения сравним с погрешностью GPS-приемника. Для данной технологии требуется наличие сотовой связи и доступа к сети интернет. GPS-трекер получает от сервера данные сигнатур радиоотпечатков и с помощью сравнения значений RSSI сигналов базовых станций и своих данных, определяет коорди­наты местоположения на радиокартах.

Работу данной технологии можно разделить на два этапа:

- этап обучения;

- этап локализации.

На этапе обучения в определенных местах сохраняются вектра значений от каждой сотовой базовой вышки. Вектора это есть сам ра­диоотпечатки, благодаря которым и создаются радиокарты. На этапе локализации при помощи существующих радиоотпечатков на состав­ленной радиокарте и текущих показаний RSS определяются коорди­наты местоположения объекта.

После завершения проверки успешности проверки подключения к сети интернет и получению данных о радиоотпечатков, GPS-трекер определит координаты своего местоположения, а так же получит дан­ные о своей скорости движения, направление движения, данные о спутниках. Все эти данные сохраняются во внутренней памяти устрой­ства и ожидают первой же возможности отправки на сервер монито­ринга.

Если же GPS-трекер не прошел проверки успешности подклю­чения к сети интернет, но уловил сигнал сотовой связи, то устройство автоматически начнет определение по последнему из возможных спо­собов определения своих координат местоположения – способ, срав­нения сигналов RSSI от ближайших базовых станций сотовой сети. Стоит отметить, что данный способ довольно грубый, но позволяет определить окрестность нахождения объекта в радиусе от нескольких десятков до нескольких сотен метров. После приблизительного опре­деления своего местоположения по последнему способу, GPS-трекер так же сохраняет данные о местоположении во внутреннюю память и при первой же возможности отправляет их на сервер мониторинга за подвижными объектами.

После того как GPS-трекер накопил данные во внутренней па­мяти о координатах своего местоположения, устройство формирует сообщение для отправки его на сервер мониторинга, в которой будет полная информация о местоположении, о своей скорости движения, направление движения и о данные о спутниках. После формирование, устройство отправляет сформированное сообщение автоматически.

Если все предыдущие этапы были выполнены успешно, то ос­новную часть алгоритма можно считать выполненной. После этого GPS-трекер переходит в энергосберегающий режим и ожидает новых задач сервера, либо от пользователя. При поступлении команды уст­ройство заново начинает свою работу сначала, образуя цикл, который будет повторятся бесконечно, пока есть питание на GPS-трекер.

Преимущества данного алгоритма заключаются в том, что он использует одновременно спутниковую навигацию и сотовую связь, за счет чего точность местоположения объектов значительно выше, ра­ботоспособность возможна даже в условиях плохого небосвода или же его отсутствия. Так же он независим от того, движется ли объект или стоит. Схема разработанного алгоритма представлена в Прило­жении Б.

2.6 Оборудование и приборы

Для работоспособности данного проекта требуется GPS-трекер. На данный момент на рынке устройств, представлено очень большое множество устройств, с помощью которых можно определить место­положение. Каждое устройство разрабатывается под свои нужды и в большинстве случаев они не могут быть названы универсальными. В случае данного проекта, ближе всего сфера мониторинга относи­тельно железнодорожного транспорта является автомобильный транспорт. Для автомобильного транспорта разработано достаточно большое количество устройств по определению, мониторингу и пере­дачи информации о состоянии транспорта на сервер мониторинга. Для данного проекта целесообразней и гораздо выгоднее использо­вать готовый продукт, чем разрабатывать его самостоятельно, потому данный рынок уже хорошо насыщен и в условиях конкуренции цены на готовое устройство не значительно выше, чем разрабатывать устрой­ство самостоятельно. Используя готовый продукт можно сэкономить время и средства на разработке и производстве устройств.

Проанализировав рынок устройств для мониторинга автомо­бильного транспорта, можно выделить модели компании «СКАУТ», ко­торая специализируется на разработке систем мониторинга за под­вижными объектами на автомобильном транспорте. Данные устрой­ства отвечают всеми критериями для использования их на железно­дорожном транспорте. А именно:

- небольшие размеры;

- простота подключения;

- разъемы для внешних антенн;

- разъемы с защитой от самостоятельного разъединения;

- защита от перенапряжения и кратковременных просадок в цепи питания;

- использования как GPS навигации для определения местопо­ложения, так и GSM сети;

- спутниковые группировки: GPS и ГЛОНАСС;

- передача данных на сервер по каналам GSM/GPRS/EDGE/UMTS/HSPA+;

- наличие функции «черный ящик»;

- настраиваемый алгоритм;

- возможность обновления устройств удаленно.

Из всего большого разнообразия выбор был сделал в пользу GPS-трекера «СКАУТ МТ-700 PRO», потому он отвечает всем крите­риям для использования его на железнодорожном транспорте. Так же его стоимость ниже иностранных аналогов. С техническими характе­ристиками GPS-трекера «СКАУТ МТ-700 PRO» можно ознакомится в Приложении А.

Рисунок 2.3 – GPS-трекер «СКАУТ МТ-700 PRO». Вид спереди.

Рисунок 2.4 – GPS-трекер «СКАУТ МТ-700 PRO», Вид снизу.

Так как система предусматривает возможность использования в условиях слабого GPS/ГЛОНАСС сигнала, а так же слабого GSM сиг­нала, потребуются дополнительно внешние антенны, которые потре­буется установить на крышу локомотива. Для большего эффекта и уменьшения вероятности помех, рекомендуется устанавливать внеш­ние антенны на ровной поверхности вдали от других приборов в ра­диусе полутора метров.

В качестве GSM внешней антенны была выбрана «АКЛ-900 (O)» так как она работает со всеми требуемыми стандартами связи GSM-900/GSM-1800/UMTS-850/UMTS-900 и имеет наибольший коэффици­ент усиления 16 dB среди аналогов. Так же данная антенна обладает круговую направленность. (Рисунок 2.6 и Рисунок 2.7). С техниче­скими характеристиками внешней антенны GSM «АКЛ-900 (O)» можно ознакомится в Приложении А. С внешним видом можно ознакомится на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 – Внешняя GSM антенна «АКЛ-900 (O)»

Рисунок 2.6 – Диаграмма горизонтальной направленности внешней GSM антенны «АКЛ-900 (O)». Цена деления 5 градусов

Рисунок 2.7 – Диаграмма вертикальной направленности внешней GSM антенны «АКЛ-900 (O)». Цена деления 5 градусов. Ширина ДН 35 градусов

В качестве GPS/ГЛОНАСС внешней антенны была выбрана «UGNA-100». Данная антенна способна работать одновременно в двух частотных диапазонах GPS и ГЛОНАСС. В ней встроен ПАВ фильтр для уменьшения шумов, которые поступают из системы уст­ройства, что очень важно для использования рядом с GSM приемопе­редатчиками. С техническими характеристиками внешней антенны GPS/ГЛОНАСС «UGNA-100» можно ознакомится в Приложении А. Технические характеристики приборов. С внешним видом можно озна­комится на рисунке 2.8.

Характеристики

Список файлов ВКР