способ оперативного сопровождения и управления наземными транспортными средствами

Формула изобретения

1. Способ оперативного сопровождения и управления наземными транспортными средствами, заключающийся в том, что на подвижном транспортном средстве принимают навигационные сигналы от спутников глобальной системы радионавигации с заданной частотой, определяют координаты нахождения, время и скорость транспортного средства, формируют пакет информации с включением в него дополнительно кода номера и состояния отдельных подсистем транспортного средства, преобразуют указанный пакет информации в сигнал для передачи по каналу сотовой системы связи, передают этот сигнал в реальном масштабе времени через систему сотовой связи на центральный диспетчерский пункт, где информацию периодически принимают от данного и других транспортных средств, производят ее обработку, хранение и отображение на электронной карте местности, а при возникновении нештатной ситуации передают соответствующее сообщение в виде пакета информации на соответствующее транспортное средство через сотовую систему связи, при приеме которого на транспортном средстве включают/отключают отдельные подсистемы или устанавливают двухстороннюю речевую связь по этому каналу, отличающийся тем, что определяют моменты выхода и моменты входа транспортного средства из зоны видимости сотовой системы связи и в период между указанными моментами на транспортном средстве запоминают и накапливают пакеты информации, а при входе в зону видимости накопленные пакеты информации передают описанным образом на центральный диспетчерский пункт, где их обрабатывают и принимают решения, причем при приеме пакета информации от центрального диспетчерского пункта на соответствующем транспортном средстве перед расшифровкой содержащихся данных в пакете производят верификацию дополнительных символов свой-чужой, а затем при совпадении символов расшифровывают данные пакета, при этом коды символов свой-чужой записывают на центральном диспетчерском пункте в специально отведенной области формата передаваемого пакета информации, а во время остановки транспортного средства периодически отключают прием навигационных сигналов от спутников глобальной системы радионавигации на заданное время.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение момента выхода/входа транспортного средства из зоны видимости сотовой системы связи осуществляют путем сравнения уровня аналогового сигнала с антенны GSM сотовой связи и преобразованного его в цифровую форму с заданным уровнем и при превышении первого над вторым фиксируют момент входа в зону видимости, а при превышении второго над первым - момент выхода из зоны видимости.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что коды символов свой-чужой в формате передаваемого с центрального диспетчерского пункта пакета информации записывают в области между полем заголовок и полем данные.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что для кодов символов свой-чужой используют три байта в формате передаваемого пакета информации.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что периодическое отключение навигационных сигналов во время остановки транспортного средства осуществляют путем многократного сравнения двух рядом рассчитанных координат местонахождения транспортного средства и при их совпадении отключают прием указанных сигналов на заданное время, по окончании которого вновь включают прием указанных сигналов, вновь осуществляют многократное сравнение двух рядом рассчитанных координат местонахождения транспортного средства и процесс повторяют до момента получения разницы, отличной от нулевого значения сравниваемых координат, после чего навигационные сигналы принимают с ранее заданной частотой.

Описание изобретения к патенту

Способ оперативного сопровождения и управления наземными транспортными средствами относится к области контроля и управления движением различных транспортных средств, преимущественно автомобильных, и может быть использован для централизованного контроля и управления любым подвижным наземным средством как на ограниченной территории, например в рамках одного города, страны, так и на территории отдельного континента.

Известны способы контроля движения транспортных средств, например, способ, реализованный в патенте РФ 2158963 G 08 G 5/06, БИПМ 31.2000, заключающийся в том, что на соответствующем транспортном средстве принимают радиосигналы от спутников глобальной системы, например от системы GPS, определяют координаты нахождения транспортного средства (ТС) в реальном масштабе времени, формируют пакет информации с дополнительным включением в него кода номера и состояние отдельных подсистем ТС, передают данный пакет на центральный диспетчерский пункт (ЦДП) через выделенный цифровой канал, где этот пакет обрабатывают и осуществляют управление подсистемами ТС через упомянутый выделенный цифровой канал.

Недостатком данного способа является то, что при выходе ТС из зоны радиовидимости выделенного цифрового канала на ЦДП происходит потеря информации о координатах нахождения и о работе подсистем управления ТС, то есть снижается оперативность управления ТС с ЦДП. Кроме того, при приеме информации с ЦДП на ТС отсутствует защита от несанкционированного доступа, например, третьим лицом, это может привести к противоправным действиям отдельных подсистем ТС.

Известен также способ контроля за транспортировкой грузов, описанный в патенте РФ 2157565, МПК G 08 G 1/123, БИПМ 28, 2000 г., заключающийся в том, что на подвижном ТС принимают навигационные сигналы от спутников глобальной системы радионавигации, например от системы GPS, определяют координаты нахождения, время и скорость движения ТС, формируют пакет информации с включением его кода номера и состояния подсистем ТС, преобразуют указанный пакет информации в электрический сигнал для передачи по каналу сотовой системы связи, передают этот сигнал в реальном масштабе времени через систему сотовой связи (GSM) на ЦДП, где информацию принимают периодически от данного и других ТС, производят ее обработку, хранение и отображение на электронной карте местности, а при возникновении нештатной ситуации формируют и передают соответствующее сообщение в виде пакета информации на соответствующее ТС через GSM, при приеме которой на ТС включают/отключают отдельные подсистемы контроля и управления ТС или устанавливают двухстороннюю речевую связь через GSM. Этот способ принят за прототип.

Он имеет следующие недостатки:

1) при выходе транспортного средства, например автомобиля, из зоны радиовидимости системы GSM на ЦДП происходит потеря информации о месте нахождения ТС, что приводит к искажению данных и искаженному управлению соответствующим ТС при его вхождении вновь в зону радиовидимости, то есть снижается оперативность управления ТС с ЦДП;

2) на ТС при приеме информации с ЦДП отсутствует защита от несанкционированного доступа, например, третьими лицами, что может привести к неправильным действиям отдельных подсистем ТС.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении оперативности принятия решений на ЦДП по управлению ТС при временной потере информации, повышении надежности несанкционированного доступа к системам управления ТС и сокращении потребления электропитания.

Это достигается тем, что в способе оперативного сопровождения и управления наземными ТС, заключающемся в том, что на соответствующем ТС принимают навигационные сигналы со спутников глобальной системы радионавигации, определяют координаты нахождения, время и скорость ТС, формируют пакет информации с включением в него дополнительного кода номера и состояния отдельных подсистем ТС, преобразуют указанный пакет информации в сигнал для передачи по каналу сотовой системы связи в реальном масштабе времени через систему сотовой связи на ЦДП, где информацию периодически принимают от данного и от других ТС, производят ее обработку, хранение и отображение на электронной карте местности, а при возникновении нештатной ситуации передают соответствующее сообщение в виде пакета информации на соответствующее ТС через сотовую систему связи, при приеме которой на ТС включают/отключают отдельные подсистемы или устанавливают двухстороннюю речевую связь по этому каналу, при этом определяют моменты выхода и моменты входа ТС из/в зоны радиовидимости сотовой системы связи и в период между указанными моментами на ТС запоминают и накапливают соответствующие пакеты информации, а при входе в зону радиовидимости накопленные пакеты информации передают описанным образом на ЦДП, где их обрабатывают и принимают решения по управлению ТС, причем при приеме пакета информации от ЦДП на ТС перед расшифровкой содержащихся данных производят верификацию дополнительных символов "свой-чужой", а затем при совпадении символов расшифровывают данные пакета, при этом коды символов "свой-чужой" записывают на ЦДП в специально отведенной области формата передаваемого пакета информации. Определение момента выхода/входа ТС из зоны радиовидимости сотовой системы связи осуществляют путем сравнения уровня аналогового сигнала с антенны GSM, преобразованного в цифровую форму, с заданным уровнем и при превышении первого над вторым фиксируют момент входа в зону радиовидимости, а при превышении второго над первым - момент выхода из зоны радиовидимости. Коды символов "свой-чужой" в формате передаваемого с ЦДП пакета информации записывают в области между полем "заголовок" и полем "данные", при этом для кодов символов "свой-чужой" используют три байта передаваемого пакета информации. Во время остановки осуществляют периодическое отключение навигационных сигналов путем многократного сравнения двух рядом рассчитанных координат местонахождения ТС и при их совпадении определяют момент остановки и отключают прием указанных сигналов на заданное время, по окончании которого вновь включают прием указанных сигналов, вновь осуществляют многократное сравнение двух рядом рассчитанных координат местонахождения ТС и процесс повторяют до момента получения разницы, отличной от нулевого значения сравниваемых координат, после чего навигационные сигналы принимают с ранее заданной частотой.

Сущность предлагаемого способа оперативного сопровождения и управления наземными транспортными средствами поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена общая структурная схема реализации способа, на фиг.2 - алгоритм функционирования автономной системы ТС в режиме обработки и передачи информации на ЦДП, на фиг.3 - алгоритм функционирования автономной системы ТС в режиме стоянки ТС, на фиг.4 - формат и содержание пакета информации, принимаемого и передаваемого автономной системой ТС. На чертежах приняты следующие обозначения.

На фиг.1 обозначены:

НСП₁... НСП_N - навигационные спутники;

1 - GPS антенна;

2 - GPS приемник с процессором обработки;

3 - бортовые подсистемы (датчики контроля, исполнительные органы) ТС;

4 - контроллер автономной системы ТС;

5 - GSM антенна;

6 - GSM приемник с процессором обработки;

7 - телефонная трубка с элементами управления и индикации;

8 - энергонезависимая память;

9 - блок питания;

10 - сеть GSM, ТС₁... ТС_n - транспортные средства (1... n);

11 - центральный диспетчерский пункт (ЦДП);

а₁, а₂... a_N - радиоканалы связи с навигационными спутниками;

b - радиоканалы связи с сетью GSM и ЦДП;

c₁, c₃, c₄ - стандартные интерфейсы RS232,

c₅ - линии связи с параллельными интерфейсами,

с₂ - интерфейс I²С.

На фиг.2 обозначены операции:

А₀ - включение питания. А₁ - прием информации со спутников НСП₁-НСП_N, А₂ - преобразование принятой со спутников НСП₁-НСП_N информации в цифровую форму, А₃ - определение координат нахождения, скорости и времени по Гринвичу; А₄ - чтение информации с бортовых подсистем в контроллер автономной системы ТС; A₅ - чтение и оценка информации с процессора обработки GPS приемника; А₆ - формирование предварительного пакета информации для передачи на ЦДП; A₇ - прием информации с антенны GSM; A₈ - преобразование информации с антенны GSM в цифровую форму и передача в контроллер автономной системы ТС; А₉ - чтение заголовка пакета принятой информации с антенны GSM; А₁₀ - выделение младшего полубайта в L-байте заголовка пакета; ₁₁ - оценка уровня входного сигнала с GSM антенны; А₁₂ - сравнение полученного уровня сигнала с заданным; A₁₃ - определение момента выхода ТС из зоны радиовидимости сети GSM; A₁₄ - запись сформированного в контроллере автономной системы ТС пакета информации в энергонезависимую память; А₁₅ - определение момента нахождения ТС в зоне радиовидимости сети GSM; A₁₆ - выделение из принятого пакета М-кода и вычисление верификационного кода ТС; A₁₇ - сравнение вычисленного верификационного кода с заданным; ₁₈ -расшифровка и обработка остальных данных принятого пакета; А₁₉ - формирование полного пакета для передачи на ЦДП; А₂₀ - преобразование сформированного пакета информации контроллером автономной системы ТС в соответствующий сигнал и передача через антенну GSM в сеть GSM; А₂₁ - преобразование пакетов из энергонезависимой памяти в соответствующий сигнал и передача в сеть GSM; A₂₂ - игнорирование принятого пакета.

На фиг.3 приняты следующие обозначения:

A_5-1 - чтение информации с процессора обработки GPS приемника;

А_5-2 - выделение значений двух соседних координат местонахождения ТС (k_i, k_i+1);

А_5-3 - оценка разности значений двух соседних координат на равенство нулю (k=k_i-k_i+1);

А_5-4 - передача команд на отключение приема сигналов с GPS антенны на процессор GPS приемника 2 от контроллера 4;

А_5-5 - включение заданного времени задержки;

А_5-6 - передача команд на включение приема сигналов с GPS антенны на процессор GPS приемника 2 от контроллера 4.

На фиг.4 обозначены:

С - вид пакета, N - количество информационных блоков пакета, S - количество захваченных спутников антенной GPS и ошибки положения ТС, L - байт, младшая половина которого содержит код уровня сигнала с антенны GSM (0...4),

М - символы определения верификационного кода ТС;

t - дискретность передачи пакета с ТС, например, 1 с;

Lat - долгота нахождения ТС (4 байта);

Long - широта нахождения ТС (4 байта);

GPSt - время по Гринвичу (4 байта);

Н - изменение долготы для каждой k-1 координаты;

S - изменение широты для каждой k-1 координаты;

Т - изменение времени для каждой k-1 координаты.

В 19 байт служебной информации пакета входит следующая информация: значения текущих данных бортовых подсистем ТС, состояние источника питания, внутреннее время, состояние выходных сигналов управления исполнительными механизмами, подтверждение полномочий владельца и т.д.

Функционирование системы по данному способу осуществляется следующим образом (фиг. 1, 2). После установки модуля на ТС и включения питания с навигационных спутников HCП₁. .. НСП_N принимают сигналы на антенну GPS, преобразовывают принятые сигналы в цифровую форму в GPS приемнике 2. В процессоре GPS приемника 2 осуществляют обработку полученных сигналов, в результате которой получают координаты нахождения ТС (долгота, широта), скорость ТС и время по Гринвичу. Координаты нахождения ТС определяют по сигналам с двух и более спутников, захваченных GPS антенной, используя эффект Доплера. Чем больше захваченных спутников, тем более точно определяют координаты. Вычисленные данные процессором GPS приемника периодически считываются контроллером 4 автономной системы ТС по линии с интерфейсом С₁. В эти данные включают и количество захваченных GPS антенной спутников. Последовательно с чтением информации с процессора GPS приемника контроллером 4 считывается информация с бортовых подсистем 3 через параллельный интерфейс С₅. По полученным данным (операции А₁-А₅ на фиг.2) в контроллере 4 по специальной программе формируют пакет информации для передачи на ЦДП 11 (операция ₆). Затем осуществляют прием информации с антенны GSM 5, преобразовывают ее в цифровую форму в GSM-приемнике 6 и передают по интерфейсу С₃ в контроллер 4 (операции А₇, A₈). Структура пакета принимаемой с GSM антенны информации (фиг. 4) расшифровывается контроллером 4. Сначала читается заголовок пакета, выделяется младшая половина байта L в заголовке, которая содержит информацию об уровне входного сигнала с GSM антенны. Контроллером 4 производится оценка уровня входного сигнала и сравнение с заданным, значение которого заранее записывается в память контроллера (операции А₉-А₁₂). При превышении заданного уровня над снимаемым с антенны GSM определяют момент выхода ТС из зоны радиовидимости системы GSM и записывают сформированный в контроллере 4 пакет информации в энергонезависимую память 8 через интерфейс С₂ (операции A₁₃, А₁₄). При превышении уровня сигнала, снимаемого с GSM антенны, над заданным фиксируют момент нахождения ТС в зоне радиовидимости сети GSM. Затем выделяют из принятого пакета из сети GSM 3 байта М-кода, представляющего собой символы для вычисления верификационного кода. По этим символам вычисляют код и сравнивают с кодом ТС, записанным в памяти контроллера 4. Если коды совпадают, то в контроллере 4 производят расшифровку остальных данных принятого пакета, обрабатывают их и окончательно формируют пакет для передачи в сеть GSM, при этом на место М-кода записывают свой код ТС. С целью экономии питания и памяти во время стоянки (сна) ТС контроллером 4 формируют периодически команды для отключения сигналов приема с GPS антенны. Это происходит в соответствии с алгоритмом, представленным на фиг.3. После чтения информации с процессора обработки GPS приемника выделяют значение двух соседних координат местонахождения ТС (операции А_5-1, А_5-2), производят оценку разности значений двух соседних координат на равенство нулю и если координаты равны (ТС стоит на месте), то передают команду на отключение приема сигналов с GPS антенны на процессор GPS приемника и включают задержку на заданное время (операции А_5-3 - A_5-5). При истечении заданного времени с контроллера 4 на GPS-приемник посылают команду на включение сигналов приема с GPS антенны, который и обеспечивает прием и формирование новых значений координат. Если координаты не изменились, то вновь выполняется алгоритм, представленный на фиг. 3. Если координаты изменились (ТС в движении), то в указанном алгоритме выполняются только операции A_5-1 - А_5-3 и следом A_5-1 - A_5-3 и следом операция А₆ и т.д. по алгоритму (фиг.2). Контроллер 4 имеет выход для подключения к бортовой ЭВМ через интерфейс С₄ (RS232). Описанная система реализована с использованием стандартных элементов и специально разработанного программного обеспечения. В качестве контроллера 4 используется микроконтроллер DS87C530 ф. Dallas (США), в качестве GPS-приемника вместе с антенной (блок 1, 2) используется GPS-приемник ф. TRIMBLE (США), в качестве энергонезависимой памяти модуль АТ24С256 ф. ATMEL (США), в качестве GSM-телефона (блоки 5, 6, 7) телефон фирмы NOKIA (Финляндия) модели 5110.

Выделение моментов выхода ТС из зоны видимости сети GSM и накопление данных в энергонезависимой памяти с последующей передачей их на ЦДП позволяет повысить оперативность принятия решений на ЦДП, а снабжение пакета передаваемой от ЦДП информации кодами символов "свой-чужой", расположенных между полем "заголовок" и полем "данные", повышает надежность несанкционированного доступа к системам управления ТС. Кроме того, периодическое отключение на заданное время сигналов с GPS антенны во время стоянки ТС освобождает внутреннюю память от избыточной информации и экономится электропитание системы.