Система мониторинга подвижных объектов

Авторы патента:

G08B25/10 - с использованием систем радиосвязи

Техническое решение относится к системам мониторинга подвижных объектов, предназначенных для слежения за перемещением подвижных объектов с отображением маршрутов на электронных картах.

Целью предлагаемого технического решения является сокращение избыточности навигационного сообщения, содержащего информацию о координатах (широта, долгота) контролируемого подвижного объекта, передаваемого мобильным навигационным терминалом, установленным на подвижном объекте, в диспетчерский центр.

Указанная цель достигается тем, что введенные технические решения позволяют из формата передачи навигационных сообщений исключить часть передаваемых данных, а именно поля сообщения, содержащие информацию о значениях широты и долготы, выраженной в градусах и при необходимости в минутах, а также о положении широты и долготы с их последующим восстановлением в диспетчерском центре.

В общем случае система мониторинга состоит из двух компонентов - множества контролируемых подвижных объектов и диспетчерского центра.

В настоящее время наибольшее распространение получили системы мониторинга [1], работа которых основана на определении географических координат подвижных объектов по сигналам глобальных спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS и передачи полученной навигационной информации по каналам сотовых сетей связи стандарта GSM с помощью технологии пакетной передачи данных GPRS в диспетчерский центр для отображения маршрута подвижного объекта на электронной карте.

Несмотря на разнообразие систем мониторинга подвижных объектов, использующих передачу навигационных данных по каналам GSM/GPRS, состав системы имеет следующий типовой набор оборудования: мобильный навигационный терминал (в различных системах мониторинга, называемый по-разному: навигационно-связной терминал, навигационный контроллер и т.п.), устанавливаемый на подвижный объект и предназначенный для определения координат и передачи по каналам GSM/GPRS навигационных данных в диспетчерский центр; диспетчерский центр, состоящий из персонального компьютера с установленным специализированным программным обеспечением для отображения текущего положения объектов на электронных картах, ведения архивов, отображения архивных маршрутов за нужный период времени и др. и средств связи, таких как GSM/GPRS-модем при организации установления GPRS-соединения персонального компьютера диспетчерского центра с мобильным навигационным терминалом по радиоканалу или контроллер для подключения персонального компьютера диспетчерского центра к сети Интернет в случае выхода мобильного навигационного терминала через сотовую сеть оператора связи в сеть Интернет. В состав мобильного навигационного терминала входят ГЛОНАСС/GPS-приемник с навигационной антенной, микро-контроллер и GSM/GPRS-модем с GSM-антенной.

Недостатком известных систем мониторинга подвижных объектов, использующих в качестве транспортной среды для доставки навигационных сообщений GSM/GPRS сотовые сети связи, являются относительно большие затраты на оплату трафика по передаче данных при большом числе контролируемых подвижных объектов и высокой частоте передачи информации о координатах для отображения маршрута с высокой точностью.

Известны технические решения позволяющие снизить величину трафика в системах мониторинга подвижных объектов, а следовательно и величину затрат на мониторинг.

Одно из технических решений, реализованное в абонентском терминале М2М Cyber GLX [2] основано на сокращении количества передаваемых мобильным навигационным терминалом навигационных сообщений за счет реализации соответствующих алгоритмов работы, например прекращении посылки навигационных сообщений при остановке подвижного объекта при получении информации от датчика движения, введенного в состав мобильного навигационного терминала.

Другое техническое решение [3] использует фильтрацию потока данных о позиции наблюдаемого объекта, заключающуюся в исключении данных, не дающих принципиально новой информации о положении объекта. Фильтр избыточных данных в качестве критерия использует расстояние между двумя точками, которое не должно быть меньше суммы их точностей позиционирования. Фильтрация подобного типа помимо лишних, не несущих полезной информации данных, устраняет шум, проявляющийся в постоянном изменении данных о позиции даже если мобильный терминал находится в неподвижном состоянии.

Известно также техническое решение, направленное на сокращение длительности навигационного сообщения, представленного в формате, регламентированным протоколом NMEA-0183, путем исключения из сообщения части данных, не используемых в процессе мониторинга, например данных о факторе снижения точности определения координат, количестве используемых спутников для вычисления координат и т.п. Данное техническое решение реализуется с помощью фильтра данных [4], подключаемого к выходу навигационного приемника, установленного в мобильном навигационном терминале.

При сокращении длительности навигационного сообщения из информационного потока навигационного приемника обычно выделяют только координаты - широту и долготу, что является вполне достаточным для обеспечения функционирования большинства систем мониторинга подвижных объектов.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является обобщенная система мониторинга подвижных объектов, в которой используются мобильный навигационный терминал по патенту [5], и диспетчерский центр, выполненный по типовой схеме, включающей компьютер с установленным специализированным программным обеспечением, подключенный с помощью GSM/GPRS-модема к сети Интернет.

В состав мобильного навигационного терминала входят последовательно соединенные навигационная антенна, ГЛОНАСС/GPS-приемник, микроконтроллер, GSM/GPRS-модем, GSM-антенна. Микроконтроллер обеспечивает совместную работу ГЛОНАСС/GPS-приемника и GSM/GPRS-модема. Также предполагается, что на базе микроконтроллера реализуются алгоритмы экономии трафика, функции фильтрации потока данных и фильтра данных. При этом на выходе фильтра данных выделяются две координаты - широта и долгота.

Недостатком системы-прототипа мониторинга подвижных объектов является избыточность навигационного сообщения, передаваемого мобильным навигационным терминалом.

Поставленная цель достигается тем, что в систему мониторинга подвижных объектов, состоящую из множества подвижных объектов, каждый из которых оснащен мобильным навигационным терминалом, содержащим последовательно соединенные навигационную антенну, ГЛОНАСС/GPS - навигационный приемник, микроконтроллер и GSM/GPRS-модем с GSM-антенной, а также диспетчерского центра, содержащего GSM/GPRS-модем с GSM-антенной и персональный компьютер, введены в мобильный навигационный терминал регистр сдвига, формирователь импульсной последовательности, элемент ИЛИ и элемент И, при этом информационный выход микроконтроллера соединен с информационным входом регистра сдвига, выход которого соединен с информационным входом GSM/GPRS-модема, один из управляющих выходов микроконтроллера соединен с одним из входов элемента ИЛИ и управляющим входом GSM/GPRS-модема, другой управляющий выход микроконтроллера соединен с запускающим входом формирователя импульсной последовательности, выход которого соединен с другим входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним из входов элемента И, другой вход которого соединен с тактовым выходом микроконтроллера, выход элемента И соединен с входом запись/считывание регистра сдвига; в диспетчерский центр введены микроконтроллер, два регистра сдвига, три элемента И, два элемента ИЛИ, элемент НЕ, при этом выход GSM/GPRS-модема соединен с информационными входами микроконтроллера и второго регистра сдвига, выход которого соединен с одним из входов второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу персонального компьютера, один из управляющих выходов микроконтроллера соединен с одним из входов первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним из входов третьего элемента И, выход которого соединен с входом запись/считывание второго регистра сдвига, другой управляющий выход микроконтроллера соединен с одним из входов первого элемента И и запускающим входом формирователя импульсной последовательности, выход которого соединен с одним из входов второго элемента И и входом элемента НЕ, выход которого соединен с другим входом первого элемента И, выход которого соединен с другим входом первого элемента ИЛИ, тактовый выход микроконтроллера соединен с другим входом третьего элемента И и другим входом второго элемента И, выход которого соединен с входом запись/считывание первого регистра сдвига, выход которого соединен с информационным входом первого регистра сдвига и другим входом второго элемента ИЛИ.

В отличие от известных систем мониторинга подвижных объектов, в которых мобильный навигационный терминал информацию о значениях географических широты и долготы местоположения подвижного объекта передает на диспетчерский центр в полном объеме в соответствии с протоколом NMEA-0183, а именно в градусах, минутах и секундах с указанием положения широты (север/юг) и долготы (запад/восток), в предлагаемой системе мониторинга, введенные технические решения позволяют из формата передачи навигационных сообщений исключить часть передаваемых данных, а именно поля сообщения, содержащие информацию о значениях широты и долготы, выраженной в градусах и при необходимости в минутах, а также о положении широты и долготы с их последующим восстановлением в диспетчерском центре. Исключение вышеуказанной информации из навигационного сообщения возможно для систем мониторинга подвижных объектов, для которых исключаемая информация имеет постоянное значение в пределах зоны обслуживания системы. Например, если система мониторинга подвижных объектов используется для контроля местоположения подвижных объектов на территории г.Москвы, для которой положения и значения широты и долготы в градусах для любой точки территории имеют постоянное значение, а именно: 55° северной широты и 37° восточной долготы соответственно, то указанные навигационные данные в процессе мониторинга можно не передавать, а зная их значения априорно восстанавливать на приемной стороне (диспетчерском центре). Дальнейшее сокращение избыточности навигационного сообщения возможно для локальных систем мониторинга подвижных объектов с небольшой зоной обслуживания (сотни метров). Для таких систем возможно исключить из навигационного сообщения данные о значении широты и долготы с размерностью минута.

На фиг.1а и фиг.1б представлены структурные схемы элементов предлагаемой системы мониторинга подвижных объектов: мобильного навигационного терминала (фиг.1а) и диспетчерского центра (фиг.1б).

Мобильный навигационный терминал содержит навигационную антенну Ант.1, ГЛОНАСС/GPS - навигационный приемник 1, микроконтроллер 2, формирователь импульсной последовательности 3, элемент ИЛИ 4, регистр сдвига 5, элемент И 6, GSM/GPRS-модем 7, GSM-антенну Ант.2. Микроконтроллер 2 вырабатывает сигналы управления и синхронизации, обеспечивающие согласованную работу элементов схемы мобильного навигационного терминала. Формирователь импульсной последовательности 3 при запуске выдает однократную импульсную последовательность, длительность которой равна длительности навигационного сообщения на информационном выходе микроконтроллера 2. При этом структура формируемой импульсной последовательности позволяет осуществлять запрет записи в регистр сдвига 5 полей навигационного сообщения, содержащих информацию о значениях широты и долготы, выраженных в градусах и при необходимости в минутах, а также об их положении.

Диспетчерский центр содержит GSM-антенну Ант.1, GSM/GPRS-модем 1, микроконтроллер 2, элемент НЕ 3, формирователь импульсной последовательности 4, первый 5, второй 6 и третий 9 элементы И, первый 7 и второй 11 элементы ИЛИ, первый 8 и второй 10 регистры сдвига, персональный компьютер 12. Первый регистр сдвига 8 выполнен по схеме с обратной связью и предназначен для хранения и воспроизведения данных о широте и долготе, исключаемых из навигационного сообщения в мобильном навигационном терминале.

Мобильный навигационный терминал работает следующим образом. Навигационная антенна Ант.1 принимает сигналы от навигационных спутников, а ГЛОНАСС/GPS - навигационный приемник 1 использует эти сигналы для вычисления географических координат (широта, долгота) и других параметров (скорость, курс, высота) подвижного объекта. Полученные навигационные данные с выхода ГЛОНАСС/GPS - навигационного приемника 1 поступают на вход микроконтроллера 2. Микроконтроллер 2 осуществляет фильтрацию данных и минимизирует длительность навигационного сообщения, выделяя координаты (широта, долгота). С выхода микроконтроллера 2 навигационное сообщение поступает на вход регистра сдвига 5. Одновременно с этим микроконтроллер 2 выдает сигнал на запуск формирователя импульсной последовательности 3. Сигнал на запуск появляется на одном из управляющих выходов микроконтроллера 2, соединенного с запускающим входом формирователя импульсной последовательности 3. После запуска формирователь импульсной последовательности 3 вырабатывает импульсную последовательность, которая пройдя через элемент ИЛИ 4 поступает на один из входов элемента И 6, на другой вход которого с тактового выхода микроконтроллера 2 поступают тактовые импульсы. На выход элемента И 6 проходят только те тактовые импульсы, которые совпадают по времени с полями навигационного сообщения, предназначенными для записи в регистр сдвига 5. Тактовыми импульсами, поступающими с выхода элемента И 6 на вход запись/считывание регистра сдвига 5 производится запись в регистр сдвига 5 данных необходимых полей, соответствующих широте и долготе навигационного сообщения, поступающего с выхода микроконтроллера 2 на информационный вход регистра сдвига 5. В результате данной процедуры устраняется избыточность навигационного сообщения, появляющегося на выходе микроконтроллера 2. По сигналу «Считывание», появляющемуся на другом управляющем выходе микроконтроллера 2, соединенным с другим входом элемента ИЛИ 4 и управляющим входом GSM/GPRS-модема 7, производится включение GSM/GPRS-модема 7 на передачу и считывание записанной в регистр сдвига 5 навигационной информации, которая поступает на информационный вход GSM/GPRS-модема 7. Считывание навигационной информации из регистра сдвига 5 осуществляется тактовыми импульсами, прошедшими на выход элемента И 6, при их поступлении на один из входов элемента И 6. При этом на другой вход элемента И 6 поступает сигнал «Считывание», прошедший через элемент ИЛИ 4.

Переданная мобильным навигационным терминалом навигационная информация с устраненной избыточностью принимается GSM/GPRS-модемом 1 диспетчерского центра и записывается в регистр сдвига 10. Запись навигационной информации в регистр сдвига 10 производится по сигналу «Запись», появляющемуся на одном из управляющих выходов микроконтроллера 2 и поступающему на один из входов элемента ИЛИ 7. Сигнал с выхода элемента ИЛИ 7 поступает на один из входов элемента И 9, на другой вход которого поступают тактовые импульсы с тактового выхода микроконтроллера 2. Запись навигационной информации в регистр осуществляется тактовыми импульсами, поступающими через элемент И 9 на вход «Запись/Считывание» регистра сдвига 10. После записи в регистр сдвига 10 принятой навигационной информации на другом управляющем выходе микроконтроллера 2 появляется сигнал «Считывание», который поступает на запускающий вход формирователя импульсной последовательности 4 и один из входов элемента И 5. По сигналу «Считывание», прошедшего через элементы И 5, ИЛИ 7 и поступившего на один из входов элемента И 9 разрешается прохождение тактовых импульсов, поступающих с тактового выхода микроконтроллера 2 на другой вход элемента И 9, на вход «Запись/Считывание» регистра сдвига 10. Этими импульсами производится считывание навигационной информации, хранящейся в регистре сдвига 10. Считываемая информация поступает на один из входов элемента ИЛИ 11. В те интервалы времени, когда в считываемую информацию необходимо вставить исключенные на передаче поля навигационной информации, на выходе формирователя импульсной последовательности появляется импульс, поступающий на один из входов элемента И 6 и вход элемента НЕ. Проинвертированный элементом НЕ 3 импульс поступает на один из входов элемента И 5 и запрещает прохождение сигнала «Считывание», поступившего на другой вход элемента И 5, на выход элемента И 5. Отсутствие сигнала «Считывание» на выходе элемента И 5 приводит к его отсутствию на выходе элемента ИЛИ 7, а следовательно и на входе элемента И 9, соединенного с выходом элемента ИЛИ 7. Отсутствие сигнала «Считывание» на входе элемента И 9 запрещает прохождение тактовых импульсов, поступающих на другой вход элемента И 9, на выход элемента И 9, соединенного с входом «Запись/Считывание» регистра сдвига 10. В этом случае считывание информации из регистра сдвига 10 не производится. Одновременно с этим тактовые импульсы, пройдя на выход элемента И 6, поступают на вход «Запись/Считывание» регистра сдвига 8 и осуществляют считывание записанного в регистр сдвига 8 соответствующего поля навигационного сообщения, исключенного на передающей стороне. Далее процесс повторяется: происходит попеременное считывание информации записанной в регистры сдвига 10 и 8. При этом информация, считываемая с регистра сдвига 10 поступает на один вход элемента ИЛИ 11, а считываема с регистра сдвига 8 - на другой вход элемента ИЛИ 11. В результате описанной процедуры на выходе элемента ИЛИ 11 формируется исходное навигационное сообщение, соответствующее тому формату, который имел место на информационном выходе микроконтроллера 2 мобильного терминала до устранения избыточности сообщения. Восстановленное навигационное сообщение поступает на персональный компьютер 12 диспетчерского центра для отображения координат местоположения контролируемого подвижного объекта.

Веденные в мобильный терминал и диспетчерский центр системы мониторинга подвижных объектов элементы могут быть реализованы соответственно на базе микроконтроллера, входящего в состав мобильного терминала и программного обеспечения персонального компьютера, входящего в состав диспетчерского центра.

По сравнению с известными системами мониторинга подвижных объектов предлагаемое техническое решение позволяет достаточно простыми техническими средствами получить заявленный результат: сократить избыточность навигационного сообщения, снизив тем самым расходы на оплату трафика операторам сотовой связи.

Источники информации

1. Анализ российского рынка диспетчерских навигационных систем для автомобильного транспорта. ЗАО Современные Телекоммуникации, 2008.

2. http://bnc.ucoz.net publ/prochee_po/prochie_tati/pribor_m2m_cyber_glx/10-1-0-18, дата обращения к сайту 14.02.2012 г.

3. Гришин М.Л., Данилкин Ф.А. Метод быстрой фильтрации потока данных о глобальной позиции наблюдаемого объекта на примере GPS-телеметрии, Геоинформатика, 2008, 3, с.21-28.

4. V. Sinivee Простой фильтр данных для GPS-навигатора, Приборы и техника эксперимента, 2006, 4, с.67-68.

5. Мосиенко С.А, Немудров В.Г, Корнеев И.Л, Катальников А.В. Мобильный навигационный терминал. Патент РФ на полезную модель 68821, Заявка 2007133429/22 от 06.09.2007, опубл. 27.11.2007. Бюл. 33.

Система мониторинга подвижных объектов, состоящая из множества подвижных объектов, каждый из которых оснащен мобильным навигационным терминалом, содержащим последовательно соединенные навигационную антенну, ГЛОНАСС/GPS - навигационный приемник, микроконтроллер и GSM/GPRS-модем с GSM-антенной, а также диспетчерского центра, содержащего GSM/GPRS-модем с GSM-антенной и персональный компьютер, отличающаяся тем, что в мобильный навигационный терминал введены регистр сдвига, формирователь импульсной последовательности, элемент ИЛИ и элемент И, при этом информационный выход микроконтроллера соединен с информационным входом регистра сдвига, выход которого соединен с информационным входом GSM/GPRS-модема, один из управляющих выходов микроконтроллера соединен с одним из входов элемента ИЛИ и управляющим входом GSM/GPRS-модема, другой управляющий выход микроконтроллера соединен с запускающим входом формирователя импульсной последовательности, выход которого соединен с другим входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним из входов элемента И, другой вход которого соединен с тактовым выходом микроконтроллера, выход элемента И соединен с входом запись/считывание регистра сдвига; в диспетчерский центр введены микроконтроллер, два регистра сдвига, три элемента И, два элемента ИЛИ, элемент НЕ, при этом выход GSM/GPRS-модема соединен с информационными входами микроконтроллера и второго регистра сдвига, выход которого соединен с одним из входов второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу персонального компьютера, один из управляющих выходов микроконтроллера соединен с одним из входов первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним из входов третьего элемента И, выход которого соединен с входом запись/считывание второго регистра сдвига, другой управляющий выход микроконтроллера соединен с одним из входов первого элемента И и запускающим входом формирователя импульсной последовательности, выход которого соединен с одним из входов второго элемента И и входом элемента НЕ, выход которого соединен с другим входом первого элемента И, выход которого соединен с другим входом первого элемента ИЛИ, тактовый выход микроконтроллера соединен с другим входом третьего элемента И и другим входом второго элемента И, выход которого соединен с входом запись/считывание первого регистра сдвига, выход которого соединен с информационным входом первого регистра сдвига и другим входом второго элемента ИЛИ.