Пояснительная записка (1225689), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Рисунок 2.1 – Схема определения координат объекта в системах спутниковой связи с использованием "GPS/ГЛОНАСС-приемников"
Современные "GPS-устройства" обычно оснащены 68 приемниками, что позволяет отслеживать практически все навигационные спутники, находящиеся в зоне радиовидимости объекта. Если каналов меньше, чем "наблюдаемых" спутников, автоматически выбирается наиболее оптимальное сочетание КА. Скорость обновления навигационных данных 1 с. Время обнаружения зависит от числа одновременно наблюдаемых спутников и режима определения местоположения. Определение навигационных параметров может производиться в двумерном 2D и пространственном 3D режимах.
В двумерном режиме 2D устанавливается широта и долгота (высота считается известной), для этого достаточно присутствия в зоне радиовидимости трех спутников. Время определения координат в режиме 2D обычно не превышает 2 мин.
Для определения пространственных координат абонента режима 3D требуется, чтобы в соответствующей зоне находились не менее четырех КА. Гарантируются время обнаружения не более 34 мин и погрешность вычисления координат не более 100 м.
Комбинированные "GPS/ГЛОНАСС-приемники" с обобщенным алгоритмом определения местоположения даже при использовании стандартного С/А кода обеспечивают более высокую точность (1520 м). Приемный модуль выпускается как в виде автономного устройства со встроенными источниками питания, так и в виде отдельной платы, встраиваемой в абонентский терминал [12].
2.1 Описание "NMEA" протокола
Национальная Ассоциация Морской Электроники (National Marine Electronics Association protocol), "NMEA" разработала специальный протокол для поддержания совместимости морского навигационного оборудования различных производителей. Этот "NMEA" протокол описывает не только данные, полученные с "GPS-приёмников", но и измерения сонаров, радаров, электронных компасов, барометров и других навигационных устройств, использующихся на морских судах.
Интерфейс обмена данными большинства портативных "GPS-приёмников" реализован в соответствии с "NMEA" спецификацией. Большинство навигационных программ, которые обеспечивают отображение данных в реальном времени, поддерживают и понимают NMEA протокол. Эти данные содержат полные навигационные измерения "GPS-приемника" – позицию, скорость и время.
Обмен данными между навигационными устройствами и навигационными устройствами, и компьютерами традиционно осуществляется по протоколу "NMEA" , практически ставшему международным стандартом. Обмен данными в рамках протокола "NMEA" осуществляется именованными сообщениями размером до 80 буквенно-цифровых символов. Так, например, сообщение RMC содержит минимальный рекомендованный набор данных о положении, скорости потребителя, дате и времени. Сообщение "GLL" – значения широты долготы и времени. Сообщение "GSA" – содержит список всех спутников, использованных при вычислении позиции и значения их геометрических факторов "DOP" суммарного, в горизонтальной плоскости и вертикального. Стандартные сообщения, посылаемые приемниками системы "GPS", начинаются с префикса GP [13]. На рисунке 2.2 можно увидеть пример получаемых сообщений "NMEA".
Рисунок 2.2 – Пример получаемых сообщений "NMEA"
2.2 Содержание "NMEA" сообщений
"GSA" – общая информация о спутниках – это "NMEA" сообщение содержит список спутников, используемых в подсчете позиции и значения геометрических факторов "DOPs", определяющих точность подсчете позиции. Параметры DOP определяются геометрическим расположением спутников на небе. Чем лучше распределены на небе спутники, тем меньше "DOP" и тем лучше точность позиции. Минимальное значение "PDOP" = 1 соответствует ситуации, когда один спутник находится строго над пользователем, а другие 3 равномерно распределены вокруг на уровне горизонта. Значение "PDO" вычисляется, как квадратный корень из суммы квадратов "HDOP" и "VDOP". Сообщение имеет вид, показанный на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 – Пример сообщение "GPGSA"
"GSV" – детальная информация о спутниках – это "NMEA" сообщение содержит детальную информацию для всех отслеживаемых навигатором спутников "GPS". Исходя из ограничения в 80 символов, в составе одного "NMEA" сообщения могут передаваться данные только для 4х спутников. Соответственно для 12 спутников требуется 3 сообщения "GSV". Поле SNR (Signal to Noise Ration) содержит значения уровней, принимаемых со спутников, навигационных сигналов. Теоретически его значение может варьироваться от 0 до 99 и измеряется в dB. Фактически уровень сигнала лежит в диапазоне 25 …35 dB. Здесь стоит отметить, что данный параметр не является абсолютным и не подходит для сравнения чувствительности приемников разных моделей и производителей.
Для каждого видимого спутника "GPS" передается набор информации, включающий уровень сигнала, угол возвышения и азимут спутника. Количество этих наборов определяется общем количеством видимых спутников, значение которого передается в отдельном поле. Сообщение имеет вид, показанный на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – Пример сообщения "GPGSV"
"GGA" – информация о фиксированном решении – это самое популярное и наиболее используемое "NMEA" сообщение с информацией о текущем фиксированном решении – горизонтальные координаты, значение высоты, количество используемых спутников и тип решения. Сообщение имеет вид, показанный на рисунке 2.5.
Рисунок 2.5 – Пример сообщения "GPGGA"
"RMC" – рекомендованный минимальный набор "GPS" данных – это "NMEA" сообщение содержит весь наборы, так называемых «PVT» данных. «PVT» общепринятое сокращение от «position, velocity, time» позиция, скорость, время [14]. Сообщение имеет вид, показанный на рисунке 2.6.
Рисунок 2.6 – Пример сообщения "GPRMC"
В "GPS" навигаторах могут использоваться различные алгоритмы вычисления уровня принимаемого сигнала, что приводит к разным результатам при равной степени чувствительности приемников.
3 ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ
Основная цель внедрения спутниковых технологий – достижение качественно более высокого уровня обеспечения безопасности движения и управления перевозками, за счет принципиальных изменений в сфере координатно-временного обеспечения железнодорожного транспорта.
Основная задача – предоставить службам и хозяйствам ОАО "РЖД" при помощи спутниковых технологий гарантированную возможность знать в любой точке на сети железных дорог, в любое время суток и при любой погоде, с высокой точностью дислокацию пассажирских и грузовых поездов, включая специальные и опасные грузы, специальных самоходных подвижных средств, путейских бригад, контролировать их движение, параметры состояния бортовых систем и интегрировать эти данные в диспетчерских центрах управления движением и центрах управления перевозками.
Основные направления применения СНС на железной дороге:
- контроль местоположения по электронной карте;
- навигационное сопровождение в центрах управления перевозками;
- использование данных в бортовых системах управления;
- передача общих данных о состоянии локомотива;
- обеспечения безопасности и управления движением.
Физически это осуществляется путем развертывания вдоль железнодорожных направлений высокоточных координатных систем (ВКС), обеспечивающих точности определения местоположения объектов инфраструктуры и порядка 2-5 см в режиме реального времени и первые единицы миллиметров в режиме постобработки. Кроме того, реализуется сервис по предоставлению точного единого времени, передаваемого со спутников системы "ГЛОНАСС", для целей синхронизации работы всех устройств автоматики и телемеханики. Для обеспечения информационно-коммуникационного взаимодействия используются современные технологии цифровой подвижной связи с использованием средств обеспечения информационной безопасности.
Сейчас рассмотрим основные задачи комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-У – унифицированный – приспособлен для всех локомотивов):
- обеспечение безопасности движения локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава;
- предотвращение аварийных и предаварийных ситуаций при движении поездов путем принудительного торможения и остановки поезда.
Для автоматического определения координаты локомотива в КЛУБ-У используется спутниковый навигационный приемник "ГЛОНАСС/GPS".
Бортовые системы производят измерения:
- расхода топлива и электроэнергии;
- мощности;
- напряжения;
- уровня топлива;
- температуры масла;
- давления масла;
- оборотов двигателя; и др.
Эффекты от внедрения спутниковых технологий на железных дорогах спутниковых технологий на железных дорогах:
- увеличение пропускной способности и безопасности движения за счет совершенствования систем управления движением и перевозками;
- повышение скорости и плотности движения;
- снижение брака пути и повышение его надежности;
- снижение затрат на капитальный ремонт железнодорожного полотна и его геодезическое обеспечение;
- снижение затрат на ликвидацию последствий крушений и аварий;
- снижение затрат на инвентаризации земельных участков и расположенных на них зданий, строений и сооружений;
- повышение уровня информационного взаимодействия между службами железных дорог и внешними информационными системами.
Средства формирования единой цифровой геоподосновы (закрепленные на местности точки, положение которых определяет точное местоположение земельного участка) в виде комплекса геоинформационных технологий, позволяющих обеспечить: сбор, обработку и хранение пространственных данных об объектах железнодорожной инфраструктуры; построение многослойной структуры тематических слоев электронных карт с отображением графа сети железных дорог, а также цифровых моделей пути на перегонах и путевом развитии станций; создание и ведение баз пространственных данных, увязанных в едином координатном пространстве. На Рисунке 3.1 показана упрощенная схема определения местоположения подвижных объектов СНС.
Рисунок 3.1 – Упрощенная схема определения местоположения подвижных объектов СНС
В состав ВКС входят: сеть наземных спутниковых базовых станций дифференциальной коррекции спутниковых измерений, опорные геодезические сети (ОГС), аппаратно-программные комплексы сбора, обработки и передачи данных. Поскольку объекты железнодорожного транспорта всегда идентифицируются своим географическим местоположениям и пространственными отношениями, то указанные базовые элементы технологической платформы являются важнейшим единым поставщиком данных практически для всех функциональных приложений поддержки процессов управления, как объектами подвижного состава, так и инфраструктурного комплекса Компании. Системная интеграция указанных базовых элементов технологической платформы ИСУЖТ в виде комплекса аппаратно-программных и информационно-коммуникационных средств, информационных ресурсов и математических моделей позволяет приступить к разработке и внедрению элементов интеллектуализации в задачах управления инфраструктурой, обеспечения безопасности и управления подвижным и тяговым составом, управления станционной работой.
В области управления инфраструктурой разработанные средства технологической платформы позволяют осуществить отображение и однозначную привязку к высокоточной координатной системе (ВКС) любых объектов инфраструктуры с указанием их проектных, паспортных и текущих параметров на всех стадиях жизненного цикла, включая проведение инженерных изысканий, проектирование, строительство, техническое содержание и ремонт, как показано на рисунке 3.2
Обеспечивается формирование взаимоувязанных в едином координатном пространстве цифровых моделей пути (ЦМП) на перегонах и путевом развитии станций, а также 3-D моделей путевого развития и инженерных сооружений, включая объекты путевого хозяйства, системы электроснабжения, железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Все полученные пространственные данные об объектах инфраструктуры с координатной привязкой к единой ВКС вносятся в цифровые базы данных создаваемой в настоящее время в ОАО "РЖД" комплексной системы пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта (КСПД ИЖТ). Сравнение натурного положения с исходными проектными параметрами позволяет реализовать управление путевыми машинами при постановке пути в проектное положение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
