Wprowadzenie
Rozwój motoryzacji powoduje wzmożenie transportu samochodowego jako środka komunikacji służącego zarówno do przewozu osób, jak i ładunków towarowych o różnych gabarytach, konsystencji i przeznaczeniu. O rozwoju firm transportowych stanowi nie tylko zwiększająca się flota pojazdów, ale także wprowadzanie coraz to nowocześniejszych systemów zarządzania. Aby zarządzać skutecznie - zarówno efektywnie i ekonomicznie - niezbędne są nowoczesne systemy logistyczne, dostarczające szybkiej i wyczerpującej informacji na temat zarządzanych środków transportu. Aktualny rozwój telekomunikacji i radiokomunikacji oraz metod informatycznych umożliwia wprowadzanie zintegrowanych usług, polegających na ciągłym określaniu położenia pojazdów oraz automatycznym nadzorowaniu przewozów w transporcie krajowym i międzynarodowym (drogowym i kolejowym).
Narastające zatłoczenie na drogach i szlakach kolejowych, zmienne warunki pogodowe, różne - pojawiające się nagle - zdarzenia na drogach i na kolei mają duży wpływ na jakość i bezpieczeństwo wykonywania zadań transportowych. Coraz ważniejsza w transporcie oraz w akcjach poszukiwawczych i ratunkowych staje się łączność ruchoma. Ciągła rozbudowa dróg oraz modernizacja komunikacji kolejowej wymagają stosowania skutecznych systemów zarządzania ładunkami, umożliwiających określanie ich położenia, raportowanie stanu ładunków i danych dotyczących samych pojazdów.
System ustalania pozycji i danych pojazdu pozwala na automatyczne przekazywanie stosownych raportów do centrum zarządzania, co umożliwia dyspozytorom odszukiwanie pojazdów, obserwowanie w czasie rzeczywistym ich tras oraz zmianę strategii bądź trasy przejazdu (nieco inaczej wygląda ta problematyka w przypadku tras kolejowych). Możliwość śledzenia pojazdów i przewożonych w nich towarów pomaga w szybkim ich odnalezieniu. Okazuje się cenna m.in. w przypadku kradzieży. Innym przykładem wykorzystania systemu może być zastosowanie go do odnalezienia pojazdu przewożącego towary mrożone lub chłodzone, łatwo ulegające psuciu, które zostały narażone na zepsucie z powodu awarii agregatów.
Poważnym odbiorcą usług monitorowania są przedsiębiorstwa transportowe. Nieznajomość pozycji pojazdów oraz ich stanu technicznego, a także niemożność szybkiego decydowania o trasach pojazdów (dla ruchu drogowego) odbija się w sposób wymierny na dochodach przedsiębiorstwa transportowego. Towarowe przewozy kolejowe podlegają nieco innym przepisom, regulowanym przez PKP, ale coraz częściej wymagane jest monitorowanie całych składów pociągów i znajdujących się w nich towarów (nie chodzi tu o SRK - Sterowanie Ruchem Kolejowym). Problem dotyczy również bezpieczeństwa obsługi oraz samych środków transportowych.
System monitorowania (w tym również lokalizowania) pojazdów może spełniać oczekiwania różnych klas użytkowników. Zarządzanie przewozami niebezpiecznych ładunków może pomagać odpowiednim służbom państwowym w realizacji ich statutowych zobowiązań w dziedzinie ograniczania prawdopodobieństwa katastrofy i zapobiegania jej skutkom.
Oczywiste jest również zainteresowanie tego rodzaju systemami ze strony przemysłowych producentów materiałów niebezpiecznych oraz ich odbiorców. Sprawna organizacja transportu, możliwość przygotowania rozładunku na czas, elastyczne reagowanie na zaburzenia w planowanych transportach ma znaczenie nie tylko ze względów bezpieczeństwa, ale także z uwagi na optymalne wykorzystanie taboru i potencjału ludzkiego.
System monitorowania środków transportowych może mieć duże znaczenie w przypadku przewozu ładunków cennych bądź wymagających specjalnego nadzoru z innych względów (np. strategicznych). Ze względu na tego rodzaju przeznaczenie w klasie użytkowników mogą znaleźć się służby celne, policja, SOK (Straż Ochrony Kolei), Straż Graniczna oraz firmy ochroniarskie, specjalizujące się np. w przewozach pieniędzy, ładunków o charakterze specjalnym (np. materiały promieniotwórcze), węgla (np. ze Śląska w głąb kraju) itp. Poważnymi odbiorcami systemów monitorowania mogą okazać się właściciele flot transportowych i spedytorzy.
W związku z powyższym istotne jest tworzenie specjalnych systemów monitorowania (lokalizacji, łączności radiowej i transmisji danych), umożliwiających transmisję danych na dużych obszarach, a jednocześnie będących niezawodnym źródłem informacjio położeniu pojazdów będących obiektami zainteresowania firm i instytucji korzystających z usług systemu. Aby ułatwić zrozumienie problematyki monitorowania obiektów ruchomych, autor w nr 4/2006 Zabezpieczeń przedstawił szereg rozwiązań stosowanych przy monitorowaniu ruchomych środków transportowych (cz. 1), a w nr 5/2006 opisał standard GSM-R wykorzystywany w systemach zarządzania ruchem kolejowym (cz. 2). W niniejszej części zostaną zaprezentowane satelitarne systemy monitorowania pojazdów przeznaczone dla baz transportowych.
System monitorowania oraz identyfikacji pojazdów baz transportowych
Poniżej zostanie przedstawiony system monitorowania oraz identyfikacjiruchomych środków transportowych, zaprojektowany specjalnie dla baz transportowych. Jest dość powszechnie stosowany w praktyce, oprócz innych systemów, działających w Polsce, a nadających się również do wykorzystania w tym samym celu i opisanych w dalszym ciągu artykułu.
System ten zaspokaja potrzeby bazy transportowej zajmującej się transportem i przewozem kosztownego specjalistycznego sprzętu elektronicznego za pomocą odpowiednio dostosowanych ciężarówek. Ze względu na opłacalność, minimalna liczba ciężarówek powinna wynosić 80 (wynika to z przeprowadzonej analizy kilku baz transportowych na terenie Polski). W procesie monitorowania hipotetyczna baza transportowa obejmuje swym zasięgiem teren Polski, a także pozostałe państwa Europy.
W celu zoptymalizowania kosztów przewozowych i eksploatacyjnych, a także dla lepszej i efektywniejszej kontroli i organizacji, proponuje się zastosowanie systemów ogólnie dostępnych na rynku, wykorzystujących satelitarny, globalny system pozycjonowania GPS (ang. Global Positioning System), opisany w cz. 1 tego artykułu, w połączeniu z pakietową transmisją danych GPRS (ang. General Packed Radio System).
Dla zapewnienia skutecznej działalności bazy transportowej niezbędne jest zbieranie danych i szybka ich wymiana. Rosnąca stale baza transportowa może się z czasem wymknąć spod kontroli. Jak wynika z przedstawionych założeń oraz danych uzyskanych na podstawie przeglądu istniejących systemów, wykorzystanie satelitarnego systemu lokalizacji i systemów naziemnych jest optymalnym i efektywnym sposobem wyznaczania trasy oraz zapewnienia bezpieczeństwa transportu. Umożliwia optymalizację kosztów przewozowych poprzez zmniejszenie zużycia paliwa oraz redukcję czasu przejazdu. Zapewnia dostęp do wysokiej jakości usług oraz sprawną i niezawodną transmisję danych. Przyczynia się do utrzymania pozycji firmy, a także jej rozwoju.
Przewożenie produktów pomiędzy krajami, zwłaszcza na terenach Europy Wschodniej, i w dużych aglomeracjach, do odbiorców detalicznych, wiąże się z zagrożeniem bezpieczeństwa kierowcy i ładunku. Większość kradzieży samochodów z ładunkiem dokonywana jest na terenie miast podczas dostarczania produktu do odbiorcy. Niestety nie ma sposobu, który mógłby zagwarantować pełne bezpieczeństwo. Nawet najlepsze autoalarmy, immobilisery i zabezpieczenia mechaniczne mogą zawieść. Najskuteczniejszym jak do tej pory rozwiązaniem jest wykorzystanie satelitarnego systemu lokalizacji, za pomocą którego firma może obserwować aktualną lokalizację swoich pojazdów, a co za tym idzie - przewożonych ładunków. Dzięki niemu może również zarządzać przewozami w trybie on-line, ograniczać puste przebiegi i niewykorzystaną przestrzeń ładunkową oraz szybko reagować w przypadku nieprzewidzianych zdarzeń, takich jak wypadki czy zdarzające się napady na ciężarówki.
Stały monitoring przewozów ułatwia wytyczanie tras, kontrolę pracy kierowcy, pojazdu, załadunków i wyładunków. Magazyn wysyłkowy i załadowca są informowani o stanie przesyłki i miejscu jej aktualnej lokalizacji. Możliwość oraz jakość komunikacji pomiędzy centrum nadzoru a środkami transportu zależy od poziomu usług w zakresie łączności.
W opisywanym systemie każdy pojazd zostaje wyposażony w terminal (modułowy sterownik lokalizacji i transmisji), dzięki czemu informowanie o jego lokalizacji i wymiana danych pomiędzy użytkownikami będą możliwe w każdym momencie podczas wykonywania przewozu. Schemat blokowy sterownika lokalizacji i transmisji został przedstawiony na rys. 1.
Rys. 1. Schemat blokowy sterownika lokalizacji i transmisji montowanego na monitorowanym pojeździe
Sterownik główny ma budowę modułową. Moduł lokalizacji i transmisji jest urządzeniem instalowanym w ruchomych środkach transportowych. Jest odpowiedzialny za pozyskiwanie i dostarczanie do centrum monitorowania informacji o ich położeniu i stanie monitorowania różnych zdarzeń. Podstawę urządzenia stanowi wielofunkcyjny system mikroprocesorowy, zintegrowany z dwunastokanałowym odbiornikiem GPS oraz modułem komunikacyjnym GSM/GPRS. Moduły komunikują się między sobą za pomocą protokołu RS485.
Głównym zadaniem systemu jest określenie pozycji lokalizowanego pojazdu w dowolnym punkcie na Ziemi przez podanie współrzędnych geograficznych, które jednoznacznie określają jego położenie. Do realizacji tego celu wykorzystuje się zwykle pewną określoną przez system liczbę satelitów GPS. Każdy z tych satelitów nadaje sygnał zawierający informację o swojej pozycji i czasie. Do określenia położenia interesującego nas obiektu wykorzystywane są odpowiednie zależności pomiędzy sygnałami pochodzącymi z różnych satelitów. Wszystkie środki transportu muszą zostać wyposażone w terminale, dzięki czemu informacja o ich położeniu będzie dostępna w każdym momencie podczas wykonywania przewozu. Baza transportowa stara się zabezpieczyć pojazd i ładunek poprzez różnego rodzaju ubezpieczenia, aby zminimalizować ryzyko utraty swojej własności.
System nie tylko posiada funkcje zabezpieczające, ale może zarazem służyć do obliczania długości tras i czasu przejazdu oraz rozliczania czasu pracy kierowcy. Zastosowanie odpowiednich dodatkowych czujników (np. poziomu lub przepływu paliwa, temperatury, nacisku na oś, drzwiowego itp.) daje użytkownikowi dodatkowe możliwości analiz. Specjalistyczne oprogramowanie analityczno-rozliczeniowe może automatycznie generować różnego rodzaju zestawienia, wydruki czy też raporty, np. w formie kart drogowych. W tym przypadku najważniejszą zaletą systemu są jego obiektywne dane wynikowe.
Przedstawiony system zapewnia, podobnie, jak większość innych, opisanych w dalszym ciągu rozwiązań:
- lokalizowanie obiektów transportowych w czasie rzeczywistym z wykorzystaniem GPS,
- monitorowanie obiektów z wykorzystaniem szczegółowych, cyfrowych planów miast oraz map drogowych Polski i Europy,
- całodobowy dostęp do bieżących i archiwalnych informacji o lokalizacji obiektów,
- tanie i szybkie przesyłanie danych dzięki wykorzystaniu pakietowej transmisji danych GPRS,
- aktywację trybu alarmowego przez system czujników ruchu w przypadku nieprzewidzianego przechyłu lub przemieszczenia pojazdu,
- skuteczne, całodobowe zabezpieczenie przed kradzieżą pojazdu i ładunku,
- montaż dokonywany w sposób uniemożliwiający osobom niepowołanym dostęp do odbiornika GPS i zapewniający jego niewykrywalność,
- zarządzanie flotą pojazdów,
- wspomaganie rozliczeń kosztów eksploatacji środków transportu przez zautomatyzowaną wymianę danych (ta cecha nie jest powszechna wśród innych opisywanych systemów).
Na rysunku 2 przedstawiono ogólny (uproszczony) schemat blokowy systemu, pokazujący sposób jego funkcjonowania. Obejmuje on między innymi część naziemną, a więc centrum nadzoru połączone z zainstalowanymi w pojazdach terminalami drogą internetową i naziemne stanowiska dyspozycyjne, które za pośrednictwem sieci LAN współpracują z serwerami. Umożliwia to uzyskiwanie raportów, jak również nadawanie przez stacje bazowe SMS-ów do modułu zlokalizowanego w pojeździe i odbieranie SMS-ów przesyłanych w kierunku odwrotnym.
Możliwa jest także, poprzez operatora GSM i łącze Eranet, komunikacja typu GPRS.
Rys. 2. Schemat blokowy systemu
Strukturę algorytmu komunikacji obiektu transportowego (ruchomego środka transportowego) z systemem monitorowania (centrum nadzoru) przedstawiono na rys. 3.
Rys. 3. Algorytm komunikacji pomiędzy obiektem transportowym a systemem monitorowania (centrum nadzoru)
Algorytm przedstawiony na rys. 3 obejmuje trzy główne bloki:
1. system monitorowania (centrum nadzoru),
2. stację GSM,
3. pojazd (ruchomy obiekt transportowy).
System monitorowania, w celu nawiązania łączności z wybranym obiektem transportowym, łączy się drogą internetową lub poprzez SMS, ze stacją GSM, za pomocą specjalnego terminala. Następnie pojazd (wyposażony w sterownik lokalizacji i transmisji) wysyła potrzebne informacje do stacji GSM dwiema wariantowymi drogami, tj. przez GPRS, albo przez SMS. Stacja GSM wysyła zebrane dane do stacji monitorowania (centrum monitorowania).
Dzięki zastosowaniu modułowej budowy, konfiguracja systemu oraz zakres jego funkcjonalności mogą być łatwo dostosowane do wymagań i potrzeb klienta. Podstawowe elementy systemu to podsystem lokalizacji obiektów oraz centrum nadzoru.
Podsystem lokalizacji obiektów bazuje na urządzeniach monitorujących, które ustalają pozycję monitorowanego obiektu za pomocą odbiornika GPS, a następnie, z zadaną częstotliwością, przesyłają informację do centrum nadzoru za pomocą sieci GSM, przy użyciu technologii GPRS oraz SMS. Dostęp do centrum nadzoru może być realizowany za pomocą sieci komputerowej (Internetu). Po autoryzacji za pośrednictwem serwisu WWW, użytkownik uzyskuje dostęp do danych i lokalizacji monitorowanych obiektów.
W przypadku stosowania GPRS kanał transmisyjny jest przydzielony na żądanie, a multipleksowanie pozwala na wykorzystanie jednego kanału przez kilku użytkowników. Takierozwiązanie znacząco obniża koszty eksploatacji systemu i gwarantuje praktycznie nieograniczoną funkcjonalność.
Na obszarach, na których operator GSM nie udostępnia zasobów do transmisji GPRS (głównie są to obszary słabo zurbanizowane), urządzenie automatycznie przełącza się w tryb transmisji wykorzystujący krótkie wiadomości tekstowe, a więc SMS.
Częstotliwość przesyłania informacji z modułowego sterownika lokalizacji i transmisji do centrum nadzoru może być zmieniana w zależności od potrzeb użytkownika, a w przypadku braku możliwości transmisji system, dzięki wbudowanemu układowi (tzw. kasecie rejestrującej), jest w stanie zapamiętać informacje o przebytej trasie, ilości i długości postojów, ilości zużytego paliwa itp. i od razu po uzyskaniu łączności wysłać je do centrum nadzoru.
Zakres danych przesyłanych z urządzenia GPS w pojeździe do centrum nadzoru obejmuje:
- współrzędne geograficzne obiektu wraz z wysokością nad poziomem morza,
- prędkość chwilową ruchomego obiektu,
- datę i godzinę pomiaru,
- jakość i poziom sygnału,
- liczbę „widzianych" satelitów GPS (wymagana jest widzialność min. 3 satelitów),
- stan odbiornika GPS.
W celu zwiększenia bezpieczeństwa działania systemu transmisja odbywa się w sposób kodowany.
Wszelkie informacje dotyczące lokalizacji pojazdów są rejestrowane w bazie danych systemu.
Baza gromadzi między innymi:
- informacje na temat trasy obiektów w dowolnym przedziale czasu,
- dane ewidencyjne monitorowanych obiektów,
- sygnały i alarmy docierające z obiektów,
- dane dotyczące handlowców,
- dane o kosztach obsługi floty transportowej.
Zarówno bieżąca pozycja monitorowanych obiektów, jak i historia ich tras wyświetlana jest na wielowarstwowej mapie cyfrowej. Wraz ze zintegrowaną bazą danych stanowi ona podstawowe narzędzie operatora centrum nadzoru.
Formy i zasady świadczenia usług monitorowania i zarządzania flotą pojazdów
Obecnie na polskim rynku monitorowania i ochrony pojazdów istnieje wiele firm profesjonalnie świadczących usługi monitorowania satelitarnego przy wykorzystaniu GPS.
Najprostszą i najtańszą formą ochrony przewożonych ładunków i pojazdów są systemy abonamentowe. Zalecane są głównie dla firm, w których liczba pojazdów nie przekracza 100 (ze względu na koszty urządzeń pojazdowych, zwłaszcza tzw. pozycjonera, zawierającego najistotniejsze podzespoły: odbiornik GPS i modem GSM). Zasady sprzedaży urządzeń są w tym przypadku podobne do zasad sprzedaży telefonów komórkowych. Klient podpisuje umowę (okresy obowiązywania umowy mogą być różne) na świadczenie usług ochrony i monitorowania pojazdów. Zgodnie z tą umową na preferencyjnych warunkach otrzymuje urządzenia, które są montowane w jego pojazdach (niektóre firmy robią to samodzielnie). Dzięki podpisanej umowie nie musi montować jakichkolwiek dodatkowych urządzeń nadawczo-odbiorczych czy sieci i stacji komputerowych. Wymagany jest jedynie dostęp do Internetu, dzięki któremu klient, za pośrednictwem strony WWW stacji monitorującej, ma możliwość śledzenia trasy pojazdu i uzyskania innych ważnych informacji. Urządzenia pojazdowe w momencie podpisania umowy stają się zwykle własnością klienta, jednak w przypadku zerwania umowy przed określonym w niej terminem zazwyczaj należy zwrócić odpowiednią kwotę. Warto wspomnieć o tym, że zmiany w pozycjonerach i ich oprogramowaniu bywają wykonywane nieodpłatnie.
Pracująca całodobowo obsługa stacji monitorującej na bieżąco kontroluje trasę pojazdu. W przypadku braku bieżącej informacji o lokalizacji pojazdu, powiadamia wskazane przy zawieraniu umowy osoby w celu wyjaśnienia przyczyny takiej sytuacji. Jeśli są podstawy do przypuszczenia, że miała miejsce kradzież pojazdu lub ładunku (np. po dotarciu do stacji monitorowania sygnału alarmowego z inercyjnego czujnika ruchu, wskazującego na ruch pojazdu bez uruchomionego silnika), albo wystąpiło zagrożenie bezpieczeństwa kierowcy (alarm napadowy), powiadamia się także policję lub inne służby. Zarówno na terenie kraju, jak i za granicą podaje się policji ostatnią znaną pozycję pojazdu. Jeśli nastąpiła kradzież pojazdu, a informacja o lokalizacji pojazdu nadal dociera do stacji monitorowania (co oznacza, że urządzenia pojazdowe nie zostały przez przestępcę odnalezione i zniszczone), to taka informacja przekazywana na bieżąco policji znacznie skraca czas działań interwencyjnych i przyspiesza odnalezienie pojazdu oraz ładunku.
Obsługa systemów abonamentowych jest niezwykle prosta i bezpieczna ze względu na system prezentacji danych. Wystarczy wejść na odpowiednią stronę WWW, podać hasło dostępu i nazwę użytkownika, aby móc szybko i sprawnie sprawdzić dane pojazdów podłączonych do systemu i przypisanych do danego użytkownika. Można to zrobić z dowolnego miejsca na świecie (mając dostęp do Internetu). Można umożliwić kontrolę spedycji, zapisując przedsiębiorstwo przewozowe w systemie jako autoryzowanego użytkownika i nadając mu odpowiednie uprawnienia. Systemy abonamentowe pozwalają na odczyt pozycji pojazdu do kilkuset razy na dobę, ale istnieje możliwość zapytania o pozycję w dowolnym momencie. Wiąże się to oczywiście z dodatkowymi opłatami (koszt SMS-u). We współczesnych systemach monitorowania pojazdów, zwłaszcza stosowanych w naszym kraju, transmisja odbywa się zazwyczaj z wykorzystaniem technologii GPRS, dzięki której można zminimalizować koszty transmisji z pozycjonerów.
Dla wielu firm, szczególnie dużych, korzystniejsze jest zainstalowanie niezależnego, bezabonamentowego systemu monitorowania i kontroli floty pojazdów. Główną zaletą tego typu systemów jest brak jakichkolwiek zobowiązań finansowych w stosunku do dostawcy systemu po podpisaniu umowy kupna-sprzedaży. Otrzymujemy w pełni funkcjonalny system nadzoru nad flotą, o rozbudowanych możliwościach kontrolnych i statystycznych, a opłacamy jedynie abonamenty, związane z wykorzystaniem kart SIM w pozycjonerach.
Koszt zakupu systemu bezabonamentowego jest znacznie wyższy niż nakłady, umożliwiające rozpoczęcie korzystania z usługi abonamentowej. Należy nie tylko kupić urządzenia pojazdowe, ale także wyposażyć firmę w przynajmniej jeden dodatkowy komputer ze specjalnym oprogramowaniem do monitorowania floty, a także wykonywania raportów i zestawień. Potrzebne są również cyfrowe mapy drogowe, zainstalowane na tym komuterze. W przypadku transmisji GPRS należy wykupić prywatny APN (ang. Access Point Network). W starszych systemach wykorzystujących transmisję SMS potrzebny był bazowy sterownik danych, współpracujący z urządzeniem nadawczo-odbiorczym (zazwyczaj dodatkowy telefon GSM podłączany do komputera).
Firmy świadczące usługi monitorowania satelitarnego często proponują także kompleksową obsługę firm w dziedzinie zarządzania flotą pojazdów. Istnieją rozwiązania, umożliwiające odczytywanie różnych danych, związanych z eksploatacją pojazdu, bezpośrednio z pojazdu po jego powrocie do bazy, a następnie odpowiedniej ich interpretacji. Dane te mogą następnie posłużyć np. do:
- oceny zużycia paliwa, opon, oleju itp.,
- analizy opłacalności poszczególnych frachtów,
- analizy stylu jazdy kierowców,
- rozliczania czasu pracy kierowców,
- ustalania efektywnego czasu jazdy i jego stosunku do czasu przerw, co ma związek z bezpieczeństwem pracy (ważne jest zachowanie odpowiednich czasów odpoczynku),
- sprawdzania przebytej trasy (mogą być raportowane nieautoryzowane zjazdy z tras),
- sprawdzania dbałości kierowcy o samochód (analiz prędkości, wielkości obrotów silnika, używania do jazdy poszczególnych biegów itp.).
Znane są już systemy, zapewniające przekazywanie na bieżąco przydatnych do tego celu danych (wraz z informacją o lokalizacji pojazdu) do stacji monitorowania pojazdów, pełniących jednocześnie funkcję centrów zarządzania flotą.
Zasada działania systemów
Działanie satelitarnych systemów monitorowania pojazdów wykorzystujących GPS jest możliwe dzięki zastosowaniu kombinacji zaawansowanych technik satelitarnych, telekomunikacyjnych oraz informatycznych. Satelitarne systemy monitorowania pojazdów zbudowane są z czterech podstawowych podsystemów przedstawionych na rys. 4.
Podsystem lokalizacji wykorzystuje 24 amerykańskie satelity wojskowe NAVSTAR systemu GPS. Obecnie (po wyeliminowaniu zakłóceń) dokładność systemu wynosi około 25 m (90% pomiarów), a po zastosowaniu stacji referencyjnej średni błąd wynosi około 5 m.
Podsystem odbioru i przetwarzania danych jest zainstalowany w obiekcie ruchomym. Do jego zadań należy m.in. odbieranie sygnałów satelitarnych. Sygnały te, po przetworzeniu ich przez mikroprocesor, są danymi w postaci współrzędnych geograficznych oraz parametru prędkości. Informacje te wraz z raportami o stanie obiektu przesyłane są do stacji monitorowania.
Podsystem transmisji danych wykorzystuje konwencjonalne oraz trankingowe sieci radiowe (np. PMR - Private Mobile Radio, PAMR - Public Access Mobile Radio), telefonię komórkową (GSM, UMTS), w tym pakietową transmisję danych, jak również łączność satelitarną. Podsystem ten odpowiada za zagwarantowanie dwustronnej łączności pomiędzy monitorowanym obiektem a centrum monitoringu.
Podsystem zarządzania jest odpowiedzialny za ciągłe nadzorowanie obiektu oraz zarządzanie nim, zarówno w trakcie jego przemieszczania się, jak również w czasie postoju.
Rys. 4. Podsystemy satelitarnego systemu monitorowania pojazdów
Analiza wybranych satelitarnych systemów monitorowania i lokalizacji pojazdów
Poniżej przedstawiono wybrane satelitarne systemy monitorowania pojazdów znane w Polsce. Zaprezentowano także specjalizowany system lokalizacji pojazdów w ruchu miejskim Cityloc, wprowadzony do eksploatacji w Paryżu. Tego typu systemy lokalizacji pracują już z powodzeniem w dużych miastach w Polsce. Systemy elektronicznej identyfikacji i nawigacji są stosowane od dawna w komunikacji miejskiej w Warszawie.
System Automonitoring
Satelitarny system monitorowania pojazdów Automonitoring kryje w sobie obszerny wachlarz funkcji, których dostępność jest uzależniona od indywidualnych potrzeb użytkownika. System wykorzystuje najnowocześniejsze rozwiązania komunikacyjne (GSM/GPRS, GPS, Internet). Jest dostępny w systemie abonamentowym. System pozwala na szybki dostęp do precyzyjnych i aktualnych informacji dotyczących m.in.:
- lokalizacji pojazdu, która może być przedstawiona w formie tekstowej lub graficznej;
- prędkości pojazdu, kierunku jazdy i przebytej drogi, czasu jazdy i postojów,
- tankowania i zużycia paliwa (możliwy jest oddzielny pomiar i prezentacja wyników w postaci graficznej dla dwóch baków),
- historii eksploatacji pojazdu,
- ochrony pojazdu (system antynapadowy, lokalizacja w trybie alarmowym),
- danych pojazdu, jego numerów rejestracyjnych, cech, znaków szczególnych.
Należy nadmienić, że dostęp do powyższych informacji może być ograniczony i kontrolowany, a każde logowanie do systemu komputerowego musi być poprzedzone podaniem nazwy użytkownika i jego hasła. Użytkownik ma do dyspozycji bardzo dużą liczbę raportów, spośród których może wybrać te, które dostarczą interesujących go informacji. Na mapach cyfrowych, dostępnych przez Internet, możliwe jest zaznaczanie tzw. punktów użytkownika (np. lokalizacji oddziałów firmy lub jej kontrahentów, stacji paliw itp.).
Dokładne i aktualne dane o taborze można szybko uzyskać za pośrednictwem następujących narzędzi komunikacyjnych:
- telefonu GSM (za jego pomocą możemy uzyskać aktualną i poprzednią pozycję pojazdu w formie wiadomości SMS);
- Internetu (użytkownik może w pełni korzystać z funkcji systemu, posiada dostęp do wizualizacji położenia pojedynczego pojazdu lub wszystkich swoich pojazdów na mapie wraz z odwzorowaniem tras przejazdu, także dynamicznym).
Satelitarny system monitorowania pojazdów Automonitoring oferuje także program ochrony pojazdów, który jest integralną częścią systemu. Jego nadrzędną rolą jest nieustanna ochrona środków transportu i przewożonych ładunków. Ważną rolę odgrywa tu procedura autoryzacji, która może odbywać się przez naciśnięcie ukrytego przycisku albo bezprzewodowo, po wyposażeniu użytkownika pojazdu w identyfikator. Nieautoryzowane otwarcie drzwi po uruchomieniu silnika powoduje przesłanie sygnału alarmowego do stacji monitorowania, podobnie jak uruchomienie silnika bez uprzedniej autoryzacji. Z pozycjonerami, stosowanymi w systemie może współpracować inercyjny czujnik ruchu, dzięki któremu wykrywane są przypadki odholowywania monitorowanego pojazdu lub próby wciągania go na lawetę. Dzięki definiowanym tzw. strefom i korytarzom możliwe jest nadzorowanie przebiegu tras dla poszczególnych pojazdów i automatyczne alarmowanie stacji monitorowania w przypadku przemieszczenia się pojazdu poza wyznaczony obszar. Jest to cenna funkcja systemu Automonitoring, przydatna dla firm, zajmujących się przewozem drogich lub atrakcyjnych towarów i zapewniająca wysoki poziom ochrony zarówno kierowcy, jak i przewożonego przez niego ładunku.
System ELTE GSM
Satelitarny system monitorowania pojazdów ELTE jest dostępny w dwóch wariantach: bezabonamentowym i abonamentowym. Wariant bezabonamentowy jest przeznaczony dla firm, które zdecydują się na własną bazę systemu, umiejscowioną w siedzibie firmy.
Elementy, z jakich składa się baza sytemu (dostarczane przez firmę), to:
- bazowy sterownik danych, współpracujący z telefonami GSM,
- program GPS Monitor, umożliwiający śledzenie pojazdów w czasie rzeczywistym lub komunikowanie się z nimi,
- program Rejestr GPS, umożliwiający odtwarzanie zdarzeń przeszłych i dokonywanie analiz przebytych tras pod kątem rozliczeń,
- plany obszarów, po których poruszają się pojazdy.
Oprócz śledzenia pojazdów w czasie rzeczywistym i komunikowania się z nimi, program GPS Monitor, w zależności od wersji, umożliwia także określenie obszarów, po których poruszanie się pojazdów jest dozwolone lub niedozwolone. Program Rejestr GPS umożliwia rozliczanie pracy kierowców i pojazdów. W zależności od wersji, program może dostarczać różnych informacji, dotyczących między innymi: przebiegów i prędkości pojazdów, łącznego czasu jazdy i postojów, czasu pracy urządzeń zamontowanych w pojeździe (np. pomp czy agregatów), temperatury w chłodni, miejsca tankowania i ilości tankowanego paliwa. Informacje te uzyskuje się w formie jednego zbiorczego wydruku - tzw. raportu drogowego.
System abonamentowy wykorzystuje technologię GPRS. Serwery systemu bez przerwy archiwizują wszystkie odbierane z pojazdów dane. Dzięki nowoczesnym aplikacjom, wyposażonym w pakiet wektorowych map, właściciel samochodu może uzyskać informacje o pozycji i prędkości pojazdu, kierunku jazdy, stanie paliwa, napięciu akumulatora i innych parametrach (opcjonalnie).
System zapewnia ochronę pojazdu przed kradzieżą i uprowadzeniem. Ciągłość transmisji GPRS zapewnia wykrycie każdej próby zakłócenia łączności i podjęcie natychmiastowych działań przez operatora centrum monitoringu
System SpaceGuard
Abonamentowy system lokalizacji pojazdów SpaceGuard, wykorzystujący, tak jak większość obecnie używanych systemów technologię GPRS, obejmuje trzy poziomy:
1. Monitoring techniczny (usługa podstawowa)
Zakres usługi obejmuje:
- 24-godzinną rejestrację w serwerze SpaceGuard danych przekazywanych przez układ nadawczy zainstalowany w monitorowanym pojeździe,
- dostęp do raportów za pośrednictwem serwisu internetowego,
- wysyłanie do właściciela pojazdu zadeklarowanych zgłoszeń alarmowych (przez e-mail lub, opcjonalnie, SMS).
2. Monitoring logistyczny (usługa opcjonalna)
Zakres usługi obejmuje:
- dostęp w trybie on-line do serwera SpaceGuard, umożliwiający lokalizację pojazdów w czasie rzeczywistym,
- dostęp do tras archiwalnych z okresu ostatnich 30 dni.
3. Monitoring ochronny (usługa opcjonalna)
Zakres usługi obejmuje:
- 24-godzinny nadzór nad pojazdem,
- podejmowanie działań interwencyjnych w przypadku pozytywnej weryfikacji alarmu,
- powiadomienie wskazanych w umowie osób po otrzymaniu zgłoszenia alarmowego,
- koordynację działań interwencyjnych.
System Mobitel
Satelitarny system nadzoru pojazdów Mobitelmoże stanowić podstawę nowoczesnych rozwiązań logistycznych, zwiększając bezpieczeństwo pojazdów, ładunków i ludzi. Ułatwia podejmowanie właściwych decyzji, ich egzekwowanie oraz znacząco obniża koszty eksploatacji.
System Mobitel korzysta z GPS, cyfrowej telefonii komórkowej GSM/GPRS oraz z komputera pokładowego wraz z modemem. Główne urządzenie pojazdowe ma własne zasilanie, niewielkie gabaryty i jest montowane w niewidocznym miejscu - to wszystko sprawia, że system jest niedostępny dla złodzieja.
System Mobitel może być stosowany na dwa sposoby:
1. W opcji Logisat zapewnia monitorowanie pracy kierowcy i stanu pojazdu poprzez:
a) programowanie i nadzorowanie optymalnych tras przejazdu (dzięki wykorzystaniu map cyfrowych możliwe jest określanie miejsca ładunku i załadunku), pomiar drogi, miejsca, czasu pracy i postoju,
b) pomiar czasu pracy kierowców (rejestrowanie czasu pracy i odpoczynku),
c) bieżący odczyt i zapis parametrów kontrolowanych przez czujniki, np. określających stan chłodni,
d) kontrolę zużycia paliwa,
e) analizę kosztów pracy,
f) współpracę z oprogramowaniem użytkownika.
2. W opcji ActiveSafe (Jarek! - Dopiski - zgodnie z http://www.mobitel.com.pl/pl/activesafe/faq/index.html )zapewnia całodobowy nadzór pojazdu (chociaż nie śledzi położenia i stanu pojazdu w trakcie normalnej jego pracy):
a) współdziała z takimi elementami zabezpieczającymi samochód, jak np. immobilizer lub autoalarm,
b) automatycznie powiadamia bazę w przypadku kradzieży samochodu (świadczyć o tym może także nieautoryzowana próba uruchomienia, przemieszczenia itd.) i powoduje wtedy uruchomienie procedury alarmowej,
c) umożliwia współpracę z policją oraz grupami szybkiego reagowania agencji ochrony.
System pozwala na rejestrację stanów w pamięci o pojemności ok. 45000 rekordów oraz pomiar dodatkowych wielkości, m.in. przebytej drogi, poziomu paliwa w zbiorniku, temperatury (np. samochodu - chłodni) i innych, stosownie do potrzeb użytkownika.
Wszystkie dane przekazane do systemu są rejestrowane w jego pamięci i mogą być przesyłane przez GPRS lub za pomocą kodowanych SMS-ów (jeśli pojazd znajduje się poza granicami kraju) do bazy monitorującej. System jest dostępny w wersji abonamentowej.
Cityloc - system lokalizacji pojazdów w ruchu miejskim
System Cityloc został wprowadzony przez RATP (fr. Régie Autonome des Transports Parisiens, czyli Niezależny Paryski Zarząd Transportu Publicznego). Układ blokowy systemu został przedstawiony na rys. 5. Podstawowym założeniem przy konstruowaniu systemu było uzyskanie lokalizacji bezwarunkowej, a więc niezależnej od położenia początkowego oraz trasy pojazdu. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że w miejskich warunkach Paryża satelity GPS są widzialne średnio przez 40-50% czasu, co oznacza, że przez przeważającą część doby nie jest możliwe uzyskanie właściwej lokalizacji pojazdów na podstawie wskazań urządzeń, wykorzystujących ten system. W celu uzyskania ciągłości lokalizacji niezbędne stało się uzupełnienie systemu dodatkowymi urządzeniami. Po dokonaniu przeglądu możliwych do zastosowania urządzeń wybrano następujące:
- przetwornik odometryczny - do pomiaru odległości, stosowany w autobusach, mocowany na wyjściu skrzyni biegów,
- przetwornik kierunku (żyroskop piezoelektryczny),
- kontakt elektryczny dołączany do skrzyni biegów.
Po zastosowaniu urządzeń wspomagających określanie pozycji, uzyskano dokładność szacowania położenia wynoszącą około 10 m. Uznano, że jest to wystarczająco duża dokładność dla potrzeb systemu monitorującego ruch pojazdów.
Jako medium transmisyjne wybrano sieć pakietowej transmisji danych 3RD Mobitex z prędkością przesyłu danych wynoszącą 8 kbit/s, obejmującą swym zasięgiem Europę, Stany Zjednoczone i Azję. Projekt Cityloc został podzielony na dwa systemy, posiadające wspólną lokalizację i wspólny serwer transmisji danych.
System Cityloc składa się z następujących elementów składowych:
- sieć transmisji danych 3RD Mobitex,
- centrum kontroli Cityloc,
- urządzenia pokładowe w pojazdach,
- urządzenia informacyjne na przystankach,
- zmotoryzowane grupy służb technicznych i interwencyjnych,
- dedykowany system transmisji danych RMU,
- sygnały nawigacyjne z satelitów GPS.
Zakończenie
W artykule przedstawiono wybrane systemy monitorowania i omówiono szczegółowo zagadnienie elektronicznej identyfikacji i lokalizacji ruchomych środków transportowych. Przedstawiono również istotne dane dotyczące komunikacji pomiędzy centrum nadzoru a pojazdami wyposażonymi w urządzenia GPS/GSM/GPRS.
Założony cel opracowania został zrealizowany poprzez opis przykładowego optymalnego systemu dla baz transportowych oraz analizę innych spotykanych rozwiązań. Zastosowanie proponowanego systemu w istniejącej bazie transportowej umożliwia:
- prostą i przejrzystą obsługę taboru samochodowego,
- ułatwienie planowania i dokonywania analiz,
- zwiększenie dyscypliny i wydajności pracy kierowców,
- zwiększenie bezpieczeństwa kierowców i ładunków,
- dokładną kontrolę zużywanego paliwa, czasu pracy i przebytych kilometrów,
- szybką reakcję na nieprawidłowości,
- lokalizację pojazdów w czasie rzeczywistym z wykorzystaniem GPS,
- szybkie i tanie przesyłanie danych dzięki GPRS,
- całodobowy dostęp do bieżących i archiwalnych informacji o lokalizacji obiektów,
- zdalne uruchamianie różnych urządzeń w samochodzie,
- aktywację trybu alarmowego przez system czujników ruchu w przypadku nieprzewidzianego przechyłu lub przemieszczenia pojazdu,
- optymalne zabezpieczenie przed kradzieżą pojazdu i ładunku oraz napadem na obsługę pojazdu,
- zarządzanie flotą pojazdów,
- uniemożliwienie osobom postronnym dostępu do modułowego sterownika lokalizacji i transmisji GPS/GSM (jego niewykrywalność jest zapewniona przez odpowiedni montaż).
Należy jednak zdawać sobie sprawę, że zdarzają się problemy z łącznością, np. gdy ruchomy środek transportowy znajduje się w tunelu (brak wtedy sygnałów GPS), na terenach miejskich o gęstej zabudowie, w złych warunkach atmosferycznych (grad, mgła, obfity deszcz). W takich przypadkach monitorowanie przejmują naziemne środki łączności.
dr inż. Waldemar Szulc jest pracownikiem naukowym Politechniki Warszawskiej (Wydział Transportu, Zakład TwT) oraz Wyższej Szkoły Menedżerskiej (Wydz. Informatyki, Katedra Informatyki Stosowanej)
Bibliografia
[1] W. Szulc, Systemy monitorowania w transporcie,Politechnika Warszawska, Wydz. Transportu, Warszawa 2005.
[2] K. Wesołowski, Systemy radiokomunikacji ruchomej, WKiŁ, Warszawa 2003.
[3] J. Narkiewicz, Podstawy układów nawigacyjnych, WKiŁ, Warszawa 1999.
[4] J. Narkiewicz, GPS. Globalny System Pozycyjny, WKiŁ, Warszawa 2003.
[5] S. Ulanowski, Cyfrowe systemy monitorowania środków komunikacji miejskiej, praca inżynierska pod kierunkiem dr inż. W. Szulca, WSTE, Warszawa 2006.
[6] M. Durka, Satelitarne systemy łączności stosowane w technice przekazywania informacji z obiektów transportowych, praca magisterska pod kierunkiem dr inż. W. Szulca, Politechnika Warszawska, Wydz. Transportu, Warszawa 2005.
[7] A. Jankowski, Elektroniczna identyfikacja i nawigacja pojazdów z przeznaczeniem dla bazy transportowej Urzędu Miasta St. Warszawy, praca inżynierska pod kierunkiem dr inż. W. Szulca, Politechnika Warszawska, Wydz. Transportu, Warszawa 2006.
[8] A. Rudziński, Skomputeryzowany system nadzoru ruchu tramwajów SNRT 2000, „Biuletyn Komunikacji Miejskiej" nr 53.
[9] J. Suda, Transport publiczny w Warszawie, Politechnika Warszawska, Wydz. Transportu, Warszawa 2006.
[10] Materiały firmy Zeus, Warszawa 2005.
[11] W. Szulc, Monitorowanie, „Zabezpieczenia" nr 4/2006 i 5/2006.
[12] P. Kaniewski, System nawigacji satelitarnej GPS, „Elektronika Praktyczna" nr 2-11, WAT, Warszawa 2006.
[13] S. Kula, Systemy teletransmisyjne, WKiŁ, Warszawa 2005.
Zabezpieczenia 1/2007