Курсовая работа: Защита от средств слежения за автомобилями
Корректировка ошибок счисления производится по цифровой векторной карте полилиний транспортной сети города, что позволяет достичь точности местоопределения до единиц метров. Имеется возможность использования элементов бортового оборудования совместно с приемником GPS.[1]
2 Навигационные системы поиска и слежения
Из-за сложного экономического положения охраны и недостаточного финансирования служб навигационного обеспечения отечественные космические системы определения координат различных потребителей отошли на второй план. Этим воспользовались зарубежные фирмы, между которыми развернулась жесткая борьба за овладение российским рынком.
В последнее время навигационные системы безопасности и поиска, в которых используются сотовая связь и технология GPS, становятся отдельным направлением в автомобильной электронике. Они не только демонстрируют «чудеса техники», но и позволяют снизить расходы на страхование и обеспечивают быстрый поиск угнанного автомобиля.
В настоящее время системы поиска автомобилей продолжают развиваться. В них используются новейшие достижения в области навигации и информационных технологий, возможности и достижения военно-промьшленного комплекса.
Структурно схемы автоматического контроля можно разделить на следующие функциональные подсистемы:
Ø определение координат объекта на местности;
Ø передача данных;
Ø обработка и отображение результатов.
Для определения координат объектов в различных системах используются следующие методы:
Ø автоматическая пеленгация кодированных радиомаяков, установленных на автомобилях;
Ø установка на автомобилях навигационных приемников систем GPS или ГЛОНАСС;
Ø прием специальной аппаратурой, установленной на автомобилях, маломощных сигналов маркеров, обозначающих контрольные точки маршрута.
Во всех службах, где внедряется спутниковая навигация, снижаются эксплуатационные затраты, повышаются безопасность перевозок грузов и дисциплина экипажей. GPS позволяет мобильным подразделениям оперативных и муниципальных служб стать более «боеспособными» без увеличения количества транспорта и личного состава за счет эффективного использования имеющихся ресурсов.
Системы спутниковой навигации, оборудование которых для потребителей в последние годы значительно подешевело, являются основным применяемым методом при поиске и слежении. В подавляющем большинстве случаев системы контроля за перемещением подвижных объектов используют приемники системы Navstar(GPS), так как они наиболее распространены и дешевы. Намечающаяся перспектива появления умеренных по цене двухсистемных приемников GPS/GLONASS может в ближайшее время «подключить» отечественную систему ГЛОНАСС. Она имеет на настоящий момент целый ряд очевидных преимуществ для активного использования в рассматриваемых системах контроля.
Ввиду того, что в системе Navstar до сих пор активирован режим Selective Availability («Ограниченная доступность»), искусственно ухудшающий точность определения координат приемниками гражданского применения, в системах, использующих GPS, часто используется метод дифференциальной коррекции, обеспечивающий повышение точности определения координат. Он основан на учете при вычислениях дополнительной информации (передаваемой по дополнительному каналу связи) о состоянии атмосферы и внесенных в сигнал спутников погрешностей.
Для передачи информации с мобильных объектов о местоположении может быть использован целый ряд методов. Наибольшее число систем использует для передачи данных радиостанции (обычные или транковые), оснащенные дополнительными модемами. Существуют также системы, использующие сотовую связь (AMPS в Америке и GSM в Европе) и спутниковые каналы связи (Inmarsat, Гонец).
Попробуем выделить в общем виде типичные функции и выгоды от использования современных систем контроля за транспортом (AVL). При рассмотрении приведенного ниже списка необходимо учитывать, что некоторые немаловажные (для какого-то конкретного случая) детали могут быть упущены и некоторые из приведенных функций могут не поддерживаться аппаратными либо программным обеспечением систем, имеющихся на рынке.
Задачи, решаемые с помощью навигационных систем поиска и слежения за подвижными объектами, выглядят следующим образом:
Ø постоянная и достоверная информация о местонахождении каждого из автомобилей в реальном времени с записью протокола и возможностью последующего анализа;
Ø упрощение работы диспетчера и снижение его загрузки, что снижает вероятность принятия им ошибочного или несвоевременного решения;
Ø наглядное картографическое отображение местности с наложением маркеров, указывающих положение автотранспорта; тип маркера и его цвет могут отражать как тип машины, так и ее состояние (свободна, занята, исправна и т.д.);
Ø возможность автоматического контроля за незапланированными остановками автотранспорта, а также за выездом автотранспорта за пределы установленной рабочей зоны, что в значительной мере может содействовать снижению риска хищений материальных средств или нецелевого использования автотранспорта;
Ø возможность оперативной помощи водителям, потерявшим ориентацию, в выборе оптимального маршрута;
Ø возможность автоматизированного поиска ближайшей к заданной точке машины с возможностью дифференциации по заданным признакам, например, ближайшей свободной машины, ближайшей машины с определенным оборудованием);
Ø при наличии датчиков сигнализации и исполнительных устройств - своевременное оповещение диспетчера об угоне автотранспорта и возможности его дистанционного блокирования (например, дистанционным включением клапана, перекрывающего бензопровод); дальнейшие действия охраны правопорядка могут быть значительно облегчены ввиду наличия точной информации о местонахождении угнанного автомобиля;
Ø возможность оборудования автомобиля «тревожной кнопкой» и (или) датчиком столкновения для автоматической передачи сигнала о чрезвычайной ситуации и координат происшествия;
Ø возможность эффективной координации действий с грузополучателем и обеспечение своевременной разгрузки либо переадресации груза по возможности его приема на заранее запланированном объекте (что особенно важно при перевозке скоропортящихся грузов, например, бетона высоких марок или некоторых пищевых продуктов);
Ø уменьшение бесполезного пробега автотранспорта из-за просчетов в организации перевозок, связанных с неполной информацией о реальной обстановке, имеющейся у диспетчера;
Ø повышение эффективности использования имеющегося автотранспорта и персонала за счет более четкой организации их работы и снижении потребности в дополнительных машинах;
Ø упрощение контроля за реальным пробегом каждой из единиц автотранспорта и оценки реальных затрат при анализе экономической эффективности перевозок;
Ø большой объем объективной информации для анализа с целью выработкой наиболее рациональных маршрутов, совершенствования системы управления и т.п.;
Ø возможность автоматизированного контроля за наступлением срока регламентного обслуживания автотранспорта и более эффективного планирования его использования с учетом этой информации.
Для решения вышеперечисленных задач разработаны и применяются на практике так называемые системы слежения за движением транспортных средств AVLS (Automatic Vehicle Location System) или APRS (Automatic Position Reporting System). Работа этих систем строится по следующему принципу. В автомобиле устанавливается бортовой комплект аппаратуры, состоящий из GPS-приемника с выносной антенной, блока управления (контроллера), интерфейса (модема) и радиоприемника/передатчика (рис. 2.1). GPS-приемник регистрирует сигналы спутника и определяет текущее местоположение автомобиля. Контроллер в соответствии с заданной программой направляет эти данные через интерфейс (модем) на передатчик, который, в свою очередь, посылает в эфир сигналы. Эти сигналы напрямую или через сеть ретрансляторов (репитеров) поступают на приемник, находящийся на диспетчерском пульте, а затем — на вход персонального компьютера, снабженного специальной программой. Теперь диспетчер может увидеть текущее местоположение конкретного автомобиля на карте, получить дополнительную информацию с установленных на автомобиле датчиков (включен или выключен двигатель, закрыты ли двери и т.п.) и, более того, послать сигнал, управляющий установленными в автомобиле механизмами — например, заглушающими двигатель, закрывающими замки дверей или включающими сирену. Последнее, в сочетании со скрытой, защищенной от умышленного вывода из строя установкой бортовой аппаратуры — прекрасное, средство борьбы с угоном автомобилей. При необходимости водитель может нажать кнопку тревоги — и компьютер тут же сообщит об этом диспетчеру и покажет на карте место, откуда подан сигнал. На каком же удалении от диспетчерского пульта может осуществляться подобный контроль? Это зависит исключительно от дальности связи, то есть от выбора средств телекоммуникации. Если система использует прямой радиоканал на выделенной частоте, радиус зоны охвата составляет 5-15 км. Если в вашем распоряжении транковый канал связи, то рабочая область системы совпадает с зоной охвата транкового оператора и составляет около 15 км в радиусе от базовой антенны. Многообещающие перспективы открывает использование в качестве средства связи сотового телефона, имеющего, например, режим передачи данных. В этом случае, особенно с учетом междугороднего и международного автоматического роуминга, зона охвата может составлять сотни километров. В Западной Европе, где сети стандарта GSM 900 и 1800 покрывают почти всю территорию, большинство разработчиков AVL - систем используют именно этот вид связи. В России, где интерес к подобным системам только зарождается, разработчики до недавнего времени были вынуждены ориентироваться только на транковую связь, изначально позволявшую передавать данные. Теперь же и российские операторы стандарта GSM стали предоставлять услуги по обмену цифровыми данными с помощью протокола SMS (короткие текстовые сообщения). Возможно, что уже в ближайшем будущем автотранспорт не сможет обходиться без системы GSM.
Различают следующие базовые варианты построения таких систем навигации:
Ø мобильный вариант персонального пользователя;
Ø мобильный диспетчерский вариант;
Ø мобильный автономный вариант.
Мобильный вариант системы для персонального пользователя включает в себя GPS – приемник с антенной, персональный компьютер для отображения текущего местоположения объекта на электронной карте местности и решения ряда оперативных задач (выбор оптимального маршрута, захват, прохождение по заранее заданному маршруту и т. д.), определяемых заказчиком системы.
Мобильный диспетчерский вариант — модификация первого варианта, дополненная возможностью передачи по, радиоканалу телеметрии о расположении объекта или группы объектов на диспетчерский пункт или несколько пунктов через систему цифровых ретрансляторов.
Наличие бортового компьютера непосредственно на подвижном объекте необязательно. Возможна работа нескольких объектов на одной частоте (оптимальное количество объектов на одном канале — 10—20) по принципу временного разделения телеметрических данных с различных машин. На диспетчерском пункте происходит отображение движения объекта по электронной карте местности. При этом возможно дополнение системы различной сервисной поддержкой: сигналы о сходе с маршрута, остановке, передача информации о состоянии узлов транспортного средства (при установке дополнительных датчиков) и т. п.
Мобильный автономный вариант представляет собой компактное устройство — «черный ящик». Он устанавливается в одном из укромных мест на автомобиле и фиксирует во встроенной памяти маршрут объекта в течение всего времени движения. После прохождения маршрута осуществляется считывание информации с устройства и маршрут восстанавливается на электронной карте. В силу того, что объем памяти последней ограничен, координаты месторасположения заносятся в ОЗУ по срабатыванию датчика движения или временному принципу.[1,2,3]
3 Оборудование систем поиска и слежения
3.1 GPS-приемники
Новое время ставит перед навигационным оборудованием новые задачи - высокая точность, удобство в использовании, надежность и способность удовлетворить запросы любого потребителя. Все это и даже больше может обеспечить наш навигационная система GPS — глобальная система определения координат, которая представляет собой сложнейший технический комплекс, состоящий из 24-х высокоорбитальных спутников, наземных станций управления, и, наконец, самих GPS-приемников.
В любое время и при любых погодных условиях приемник GPS весьма точно определяет местоположение объекта, где бы тот ни находился. Он не только вычислит координаты, скорость движения, но и позволит достаточно просто проходить по уже известному маршруту, вычислять расстояния между точками пути и многое другое.
Другой немаловажной функцией GPS является роль приемника сигналов точного времени. Внутренние часы работающего GPS-приемника постоянно сверяются с рубидиевыми эталонами времени, установленными на борту спутников. Таким образом, имея навигационный приемник системы GPS, вы одновременно имеете и хронометр, который непрерывно корректируется по сверхточным атомным часам.
После определения путевой координаты, которая представляет собой специальным образом структурированные данные, хранящиеся в памяти прибора, можно вычислить расстояние до необходимой точки курса и направление движения. Кроме того, одновременно можно получить оценку отклонения. Это позволяет получать полную картину того, на сколько и в каком направлении вы отклонились от курса.
«Сердцем» системы GPS является группа высокоорбитальных спутников, непрерывно передающих сигналы с информацией о точном времени и собственных координатах спутника в каждый момент времени. Принимая сигналы от нескольких спутников и сопоставляя момент их прихода с внутренними часами (которые также корректируются на основе анализа информации, полученной со спутников), приемник определяет расстояние до спутников, на основе чего с высокой точностью вычисляет свои собственные координаты. Точность определения отчасти зависит от количества принимаемых спутников. Для определения 2D-координат достаточно принять сигнал стрех спутников, для 3D-навигации необходимо принять сигналы как минимум с четырех спутников. Прибор также сообщает вам оценку точности проводимых им измерений в абсолютных или условных единицах.
Процесс определения координат приемником выглядит примерно так:
a) при включении приемника после достаточно долгого перерыва (т.н. "холодный старт"), приемник начинает принимать сигнал со спутников и определять, какие именно спутники из всей группировки доступны из этого местоположения. Группа спутников, видимых в данной точке называется "альманахом". После выключения, приемник некоторое время держит в памяти последний альманах и в случае повторного включения после кратковременного перерыва, время фиксации приемника существенно возрастает ("горячий старт").
b) Приемник, получая со спутников точное время (которое последние четко синхронизируют между собой), по задержкам вычисляет физические расстояния до них (скорость распространения радио-волны известна). Имея в видимости три или более спутника, приемник методом триангуляции, очевидно, получает возможность определить свое точное положение в 2D-пространстве. Имея в видимости четыре или более спутника, приемник может также определить и высоту абонента над уровнем моря, которая, правда, вычисляется с заведомо большей погрешностью, чем координаты на земной поверхности.
Любой приемник GPS может быть отнесен по методу приема сигналов к какому-либо из трех типов:
Ø многоканальному;
Ø мультиплексному;
Ø последовательному.
Многоканальные приемники обладают целым рядом преимуществ в случаях высоких скоростей подвижного объекта или его заметного ускорения, а также при первом определении местоположения объекта.
