CC BY
572
Опыт внедрения отечественных технологий высокоточного спутникового позиционирования
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВЫСОКОТОЧНОЙ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ, ПРЕДОСТАВЛЯЕТ ПОТРЕБИТЕЛЯМ НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ СВОИХ РАБОТ.
Юрий Урличич,
генеральный директор — генеральный конструктор ФГУП "РНИИ КП", Вячеслав Безбородов, первый заместитель генерального директора — генерального конструктора ФГУП "РНИИ КП,
Григорий Ступак,
заместитель генерального директора — генерального конструктора ФГУП "РНИИ КП",
Вячеслав Дворкин,
начальник отделения ФГУП "РНИИ КП, Владимир Гвоздев,
начальник многофункционального навигационно-информационного центра ФГУП "РНИИ КП",
Марк Шмулевич,
инженер-исследователь ФГУП "РНИИ КП", Вадим Большаков,
инженер-исследователь ФГУП "РНИИ КП".
Обобщение и анализ современного мирового опыта ведения геодезических и кадастровых работ показывает, что возможности использования традиционных методов и средств для ведения этих работ практически исчерпаны. Высоким требованиям современных технологий, применяемых в геодезии, картографии, геодинамике, кадастре, при исследовании природных ресурсов в геоинформацион-ных системах, в строительстве и сельском хозяйстве, а также для управления транспортом, по точности и оперативности по-
лучения данных отвечают только методы, основанные на использовании спутниковых навигационных систем.
В настоящее время функционируют две глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС): ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США).
Пользователи ГНСС с помощью спутниковых навигационных приемников принимают сигналы от навигационных космических аппаратов и определяют свое местоположение. Для пользователей, выполняющих работы в вышеперечислен-
Малая городская авиация
- .
Строительны#
КДк
нис вп
Городете службы, выполняющие мониторинг инженерных сооружении
Специальны* службы
rs
1
Органніаціш выполняющие
ТОПО-ГЄОДЄМІЧЄСКИЄ и
кадастровые работы
Органшаціїї осуществляющие перевоіку опасных и ценных груюв
Рис. 1. Основные области применения НИС ВП
ных областях требуется точность порядка 1 — 3 см. Системы ГЛОНАСС и GPS в настоящее время не удовлетворяют требованиям потребителей в данной точности и достоверности. Требуемая точность и достоверность достигаются применением дифференциального метода, который может быть реализован с помощью использования станций формирующих корректирующую информацию к навигационным сигналам ГНСС.
Работы по использованию спутниковых навигационных технологий (в том числе высокоточных) в интересах различных областей экономики, науки и в первую очередь для повышения эффективности выполнения геодезических и кадастровых работ ведутся в развитых странах. Использование отечественных технологий высокоточной спутниковой навигации и передачи данных, предоставляет потребителям новые возможности по повышению производительности выполнения своих работ.
Геодезические спутниковые технологии дополняют классические технологии и повышают их эффективность. Основными недостатками классических технологий являются высокая трудоемкость и высокая стоимость полевых работ. В среднем по стоимости и затратам времени полевые работы составляют не менее 60 % от всего объема. Классические технологии, особенно в части полевых работ, не поддаются автоматизации. Спутниковые технологии свободны от большинства этих недостатков. Они не требуют установления взаимной видимости между
пунктами и постройки наружных знаков. Высокая степень автоматизации спутниковых технологий основана на применении радиоэлектронной и вычислительной техники. Определение координат пунктов геодезических сетей различных классов с помощью спутниковых геодезических технологий позволит отказаться от традиционных трудоемких технологий — триангуляции и полигонометрии, которые требуют для своей реализации постройки высоких наружных знаков, рубки просек и приводят к экологическим нарушениям.
Федеральным государственным унитарным предприятием "Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения" разработана навигационно-информационная система высоко-
точного позиционирования (НИС ВП) в интересах решения задач навигационно-информационного обеспечения потребителей, и в первую очередь выполняющих геодезические и кадастровые работы.
Основные области применения НИС ВП приведены на рис. 1.
Все аппаратно-программные средства, используемые в НИС ВП отечественной разработки, навигационное оборудование использует сигналы ГНСС ГЛОНАСС, GPS.
НИС ВП состоит из следующих сегментов:
— компьютерного вещания;
— высокоточного позиционирования;
— информационного обеспечения;
— мониторинга положения транспортных средств.
НИС ВП предназначена для формирования навигационно-информационного пространства, в пределах которого для неограниченного числа стационарных и мобильных объектов, оснащенных навигационной спутниковой аппаратурой потребителей обеспечивается возможность получения в реальном времени возможности реализации высокоточного позиционирования при выполнении работ и проведение постобработки навигационных измерений ГЛОНАСС и GPS, при котором обработка измерений осуществляется после их получения.
Общая схема сегмента высокоточного позиционирования представлена на рис. 2.
Учитывая наибольшую актуальность использования сегментов компьютерного вещания и высокоточного позиционирования, рассмотрим в дальнейшем только данные сегменты.
Базовые станции, входящие в сегмент высокоточного позиционирования НИС ВП формирующие корректирующую информацию к сигналам ГНСС ГЛОНАСС и GPS, ус-
Рис. 2. Общая схема сегмента высокоточного позиционирования НИС ВП
танавливаются с высокой точностью, образуют сеть и работают в постоянном режиме, непрерывно определяя свои координаты. Формируемая корректирующая информация позволяет компенсировать ошибки бортовых часов навигационных космических аппаратов ГНСС и определения эфемерид (координат спутников на орбите), которые ухудшают точностные характеристики навигационных определений.
При создании НИС ВП значительное внимание было уделено решению основных технических и экономических вопросов, связанных с созданием необходимой наземной инфраструктуры и выбором телекоммуникационных ресурсов для доведения корректирующей информации до потребителя.
В системе реализована технология, созданная при участии специалистов ЗАО "Микроэкс Пейджинг" и ФГУП "Российская телевизионная и радиовещательная сеть", доведения навигационной информации от станций формирования корректирующей информации до потребителя в реальном масштабе времени посредством ее "подмешивания" в теле-, радиовещательный канал (без ухудшения качества вещаемых теле-, радиопередач) и передачи ее через региональные теле-, радиопередающие центры. Канал доставки информации потребителям НИС ВП может функционировать на любом частотном канале вещательного телевидения и радио метровых и дециметровых длин волн.
Общая схема реализации передачи корректирующей информации по теле-, радиовещательным каналам приведена на рис. 3.
ъ
Выделенный канал связи
Станция формирования дифференциальных коррекций
Сеть станции формирования дифференциальных коррекцийи/1£
Выделенный канал связи
ыи центр іственньїх
ЬІХ
Теле-, радиопередающий центр
Корректирующая информация в
Режим RTK ЛТВ
, Потребители, выполняющие г геодезические и кадастровые € работы
Интернет
Другие
потребители
Рис. 4. Общая схема работы системы в режиме RTK
Доведение до потребителей корректирующей информации по теле-, радиовещательным каналам по сравнению с традиционным способом их доставки (использование УКВ-средств радиосвязи) обладает следующими преимуществами:
— по сравнению с УКВ оборудованием сигнал теле-, радиовещания обладает более высокой помехозащищенностью;
— не требуется выделения частотного ресурса и, следовательно, потребителям не требуется получения разрешения на использование этого ресурса;
— расширяется рабочая зона, в которой можно использовать RTK технологии;
— достигается значительный экономический эффект для потребителей, выполняю-
Рис. 3. Общая схема реализации передачи корректирующей информации по теле-, радиовещательным каналам
щих геодезические работы, за счет сокращения персонала, участвующего в выполнении работ, отказ от использования станции формирования корректирующей информации, радиосвязного оборудования, уменьшения времени выполнения работ;
— независимость выполнения работ от наличия и загрузки телекоммуникационных средств в районе проведения работ;
— повышается эффективности проведения работ в RTK режиме в городских условиях;
— обеспечивается возможность использования основных видов геодезического спутникового навигационного оборудования, которые используются на российском рынке;
НИС ВП обеспечивает реализацию, наряду с апостериорной обработкой навигационных спутниковых измерений, одного из наиболее перспективных и эффективных в настоящее время способов использования спутниковых навигационных технологий, которым является кинематическая геодезическая съемка в режиме реального времени (Real Time Kinematic — RTK). Применяя данный режим, потребитель имеет возможность получать координаты с точностью до нескольких сантиметров, выполняя работы в полевых условиях. Таким образом, передача информации может осуществляться как в режиме постобработки, обеспечивая точность до 2 см, так и в режиме реального времени. Передача корректирующей информации пользователям в режиме реального времени осуществляется с использованием телерадиовещательных сетей.
Схема на рис. 4 демонстрирует работу системы и потребителей в режиме реального времени.
Рис. 5. Общая схема работы системы в режиме постобработки
В режиме постобработки пользователи получают информацию, подключившись к МЪЬ-серверу системы по сети Интернет (рис. 5).
НИС ВП, при наличии качественных Интернет-каналов, может обеспечить возможность принимать корректирующую информацию в квазиреальном времени в офисе для того, чтобы потребители, выполняющие работы в полевых условиях, используя сотовую связь (GPRS-режим) для выхода в Интернет, могли также получать корректирующую информацию. В настоящее время реализован пилотный проект по развертыванию системы на базе оборудования ГЛОНАСС/GPS совместно с администрацией Ярославской области.
Основным результатом внедрения НИС ВП должно стать ускорение работ по созданию регионального кадастра земель и объектов недвижимости (что, безусловно, повысит инвестиционную привлекательность региона) и увеличение поступлений финансовых средств в региональный бюджет за счет уточнения расчетов налогов на землю и арендных платежей за ее использование.
Региональная автоматизированная система мониторинга и управления транспортными средствами
Социально-экономическое развитие любого города или региона страны невозможно без развития его транспортной системы. По мере увеличения объема пассажирских перевозок, грузоперевозок по транспортным коридорам и в пре-
делах городов возрастают требования к скорости, надежности и безопасности перевозок. Наряду с этим, для уменьшения риска негативного воздействия чрезвычайных ситуаций (в том числе факторов террористического, техногенного и природного характера) на население и экономику региональным и муниципальным властям, ведомствам и службам необходимо иметь возможность оперативно получать информацию о местоположении и состоянии мобильных объектов и принимать решения на ее основе.
Внедрение региональной автоматизированной системы мониторинга транспортных средств позволяет повысить эффективность решения вышеперечисленных задач. Автоматизированная система
мониторинга и управления транспортными средствами предназначена для:
— контроля и управления наземным городским, пригородным, междугородным пассажирским транспортом, специальной техникой и автотранспортом экстренных служб;
— обеспечения безопасности грузо- и пассажироперевозок;
— повышения комфортности жизнедеятельности населения;
— повышения качества транспортного обслуживания населения:
— повышения эффективности надзора за соблюдением лицензионных требований к перевозчикам;
— повышения экологических параметров транспортной системы;
— создания интегрированной транспортной системы;
— снижения ущерба от последствий чрезвычайных ситуаций;
— обеспечения информационного взаимодействия с федеральной системой перевозки особо опасных грузов;
— информационного взаимодействия с инфраструктурой национальных транспортных коридоров, проходящих по территории региона.
Автоматизированная система может решать задачи мониторинга и управления транспортными средствами как в масштабе региона, так и в масштабе муниципального образования. Схема построения региональной автоматизированной системы мониторинга и управления транспортными средствами представлена на рис. 6.
Базовыми компонентами региональной системы являются программно-аппарат-
Рис. 6. Схема построения региональной автоматизированной системы мониторинга и управления транспортными средствами
Рис. 7. Схема работы телематического модуля и его взаимодействия с диспетчерским центром
ные комплексы диспетчерских центров, устанавливаемые в ведомствах, региональных службах и организациях, транспортные средства которых подлежат мониторингу. Эти комплексы реализует следующие основные функции:
— оперативный прием, регистрация, долговременное хранение данных;
— формирование и выдача статистических данных;
— анализ движения транспортного средства по маршруту и его состояния;
— отображение информации о движении транспортного средства на электронной карте и в информационных таблицах;
— передача управляющих команд на транспортные средства.
Диспетчерский центр разработан с учетом требований специалистов в области телематики, организации грузовых и пассажирских перевозок, и представляет собой эффективное гибкое средство для решения задач, связанных с мониторингом и управлением транспортными средствами. В интерфейсе пользователя применены программные решения, которые существенно повышают эффективность выполнения функций поиска необходимой информации в базе данных, а также обеспечивают возможность оперативного получения пользователям справочной и статистической информации и самостоятельной разработки им форм необходимых отчетов за максимально короткое время. Комплекс построен на основе клиент-серверной архитектуры с использованием быстродействующей базы данных. Использование такой архитектуры позволяет при необходимости легко наращивать количество автоматизированных рабочих мест диспетчерского центра.
Диспетчерские центры соединяются с региональным центром сбора данных мониторинга, в которые передается вся обрабатываемая информация. В настоящее время количество транспортных средств, мониторинг которых может быть обеспечен, не ограничено. Каждое транспортное средство оснащается телематическим модулем, использующим сигнал навигационных систем GPS и ГЛОНАСС. Помимо определения своего местоположения, телематические модули также получает от подключенных к ним датчиков данные о состоянии перевозимого груза и самого транспортного средства. Общая схема работы телематического модуля и его взаимодействия с диспетчерским центром приведена на рис. 7.
Обмен информацией с соответствующим диспетчерским центром происходит по одному из заранее выбранных кана-
лов связи: GSM/GPRS, спутниковая связь (Inmarsat D+ или GlobalStar), УКВ-связь.
Что дает внедрение системы на региональном уровне? Во-первых, формирование информационных ресурсов для обеспечения управленческих решений в области защиты населения, инфраструктуры региона. Во-вторых, повышаются экономические показатели эффективности хозяйственной деятельности. Снижаются риска негативного воздействия факторов террористического, техногенного и природного характера на население и экономику области. Кроме того, начинается процесс формирования единого информационного пространства в области.
Наряду с региональной системой, автоматизированная система мониторинга транспортных средств может быть создана в масштабе муниципального образования. В случае построения такой системы создается муниципальный центр мониторинга. В этот центр поступает информация из диспетчерских центров различных структур и организаций, парки транспортных средств которых подлежат мониторингу.
Область применения системы не ограничивается автомобильным транспортом. Система может использоваться для мониторинга, управления и обеспечения безопасности перевозок железнодорожным и другими видами транспорта.
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения", являющееся головной организацией по созданию, развитию и целевому использованию системы ГЛОНАСС, проводит работы по созданию систем мониторинга и управления транспортными средствами. Данные работы включа-
ют в себя включает в себя пилотные проекты по внедрению системы в интересах регионов Российской Федерации.
В настоящее время на территории Ярославской области продолжаются работы по созданию региональной навигационно-информационной системы (РНИС) области с иерархической многоуровневой структурой, объединяющей различные территориально-распределенные СМТС. Предполагается дальнейшее развитие системы, включение в ее состав новых СМТС. Уже созданы и включены в РНИС системы мониторинга школьных автобусов и карет скорой помощи.
Другая подсистема создаваемой РНИС, созданная в интересах Департамента дорожного хозяйства Ярославской области, представляет собой распределенный комплекс, включающий в себя диспетчерский центр и 18 диспетчерских пунктов, расположенных на территории Ярославской области. Система разработана для мониторинга более чем 400 транспортных средств дорожной техники.
Одним из наиболее интересных проектов является проект, предполагающий создание системы мониторинга движения городского общественного транспорта г. Калуги. Данный проект является примером реализации системы мониторинга и управления транспортными средствами на уровне муниципального образования.
Помимо проектов в Российской Федерации, федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научноисследовательский институт космического приборостроения" осуществляет проекты по созданию системы мониторинга транспортных средств на территории Республики Казахстан (развертывание опытных участков в г. Алматы и Шимкент).
