СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ НАЗЕМНЫМИ ТРАНСПОРТНЫМИ СРЕДСТВАМИ Российский патент 2003 года по МПК G08G1/123 

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; А₁₁ - 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; A₁₈ -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 (Δk=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;
Δt - 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);
ΔН - изменение долготы для каждой k-1 координаты;
ΔS - изменение широты для каждой k-1 координаты;
ΔТ - 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 А₆). 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.

Изобретение относится к контролю движения транспортных средств (ТС). Технический результат - повышение оперативности принятия решений на центральном диспетчерском пункте (ЦДП) при временной потере информации, повышение надежности несанкционированного доступа к системам управления ТС. Способ заключается, в частности, в том, что на ТС при приеме пакета информации от ЦДП оценивают заголовок пакета, выделяют из пакета символы "свой-чужой" и при совпадении их с собственным кодом расшифровывают остальные данные пакета, при этом при выходе из зоны радиовидимости на ТС накапливают пакеты в энергонезависимой памяти, а при входе в зону радиовидимости эти пакеты отправляют на ЦДП, причем во время стоянки ТС прием сигналов от спутниковой системы радионавигации периодически отключают на заданное время. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

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.