УДК 534.232.4

РАЗРАБОТКА НАВИГАЦИОННЫХ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ
GPS/GSM КОМПЛЕКСОВ НА ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТАХ

Мусиенко М.П., д.т.н., профессор, Томенко В.И., Рудь М.П., Савчук О.Л.
Черкасский государственный технологический университет

В настоящее время все чаще находит свое применение технология NAVSTARGPS (англ. Navigation Satellitte Time and Raning, Global Posi­tioning System - измерение дальности и времени по навигационному спутнику, глобальная систе­ма позиционирования) - спутниковая система навигации, часто сокращенно называемая технологией GPS. Эта система позволяет в любой точ­ке Земли почти при любой погоде, а также в космическом пространстве на расстоянии до 100 тыс. км от поверхности Земли определить место­положение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Мини­стерством обороны США. Первоначально она разрабатывалась как чисто военный проект, однако после 1983 г. (когда советская система ПВО сбила самолет корейских авиалиний с 269 пассажирами на борту) система стала использоваться и для гражданских целей.

Основной сегмент применения GPS-технологии - мониторинг и навигация транс­портных средств. GPS навигация дает возможность узнать местоположение объекта, направление и скорость движения, пройденное и оставшееся расстояние, время в пути. При привязке к карте появляется возможность проложить кратчайший маршрут к цели следования, запомнить расположение нужных объектов и т.д.

Эта технология применяется в самых различных сферах. GPS можно использовать для картографирования местоположения и размеров водных угодий, регистрации ареалов распространения рыбы и диких животных; изменений береговой линии, полевых угодий и климатических зон; контроля транспортных потоков, инфраструктуры коммунального хозяйства, в пожаротушении для определения границ распространения пожара (установка GPS приёмника на самолёт или вертолёт позволяет создать оперативный план границ участков с большой площадью, например, горящего леса).

В последнее время GPS приёмники устанавливают на многие транспортные средства, в том числе специального назначения (пожарные автомобили, машины скорой помощи и др.).

Важным звеном является связь между объектом и информационным центром. До недавнего времени информация, полученная с помощью GPS приемника, в основном записывалась на какой-либо носитель и передавалась в центр по возвращению транспортного средства. То же са­мое касается и записи информации на носители в транспортном средстве (например, реклама). Однако для оперативного реагирования (например, пожаротушения) такая передача информации малоэффективна.

В работе описана предложенная модель реализации навигационных GPS комплексов совместно с каналами мобильной передачи, показана программная и аппаратная реализация.

Для передачи информации предложено использовать целую сеть каналов, а именно: GSM каналы мобильных операторов, каналы SMS и MMS сообщений (для передачи данных между устройствами в сети GSM), GPRS канал пакетной передачи данных (позволяет вести обмен данными устройством, подключенным к сети Интернет) [1,2].

Взаимосвязь между транспортным средством и информационным центром обработки и передачи данных реализуется следующим образом.

GPS приемник, установленный на транспортном средстве, регистрирует параметры дви­жения и передает их через интерфейс (например RS-232, USB и др.) по текстовому протоколу NMEA0183[3].

После включения приемника через определенное время (от 40 с до 15 мин - в зависимости от того, как давно включался приемник или включался ли вообще, от скольких спутников воспринимается сигнал и др.) он каждую секунду начинает посылать на порт компьютера полезный сигнал, вид нескольких строк из которого показан на рис. 1.

Сигналы, которые выдает приемник (GPGGA, GPGLL, GPGSA, GPGSV, GPRMC, GPVTG, GPMSS, GPZDA - идентификаторы сообщений), несут информацию о времени, координатах на местности, скорости, направлении движения, параметрах спутников, с которых получены сигналы.

Одной из задач при работе GPS навигации является выполнение какой-либо команды при нахождении в определенной точке местности (например объявление остановки или рекламы в городском транспорте). Для этого необходимо иметь соответствующее программное обеспечение.

Рассмотрим далее пример реализации программы представления информации (объявление остановки или показ рекламы) в определенных (заданных) местах на местности.
Местоположение представляет собой квадрат (известны координаты его нижнего левого угла x1 и у1 и верхнего правого угла х2 и у2) при заезде в который только с определенной стороны (чтобы не объявлять остановки, находящиеся на встречной полосе, что требует знания направления движения) необходимо запустить соответствующий объекту файл (видео или звуковой).

Пример исходных данных для работы про­граммы приведен в табл. 1.

Исходные данные для реализации алгоритма работы программы

Таблица 1

Ниже приведен алгоритм, реализующий программу:
Шаг 1. Проверяется, есть ли единица или двойка после шестой запятой в строке «$GPGGA». Если «0» - позиционирование не доступно - ожидается следующий пакет данных и так до тех пор, пока не появится «1» или «2» (позиционирование с повышенной точностью – в Украине недоступно). Если «1» или «2» - переход к шагу 2.
Шаг 2. После третьей запятой в строке «$GPRMC» берется значение (в примере на рис. 2 это «4925.1815»). Это текущая координата транспорта у. Она сравнивается с координатами «1» в первой строке таблицы (т.е. должна вхо­дить в указанный промежуток значений).
Если нет - проверяется вторая строка и т.д. Если значение вошло в промежуток - переход на Шаг 3. Если достигнут конец таблицы - переход на Шаг 1 (ожидается новая посылка значений).
Шаг 3. После пятой запятой в «$GPRMC» берется значение (в примере это «03205.9869»). Это текущая координата транспорта х. Она сравнивается с координатами «2» в той строчке таб­лицы, откуда произошел переход на Шаг 3 (т.е. координата должна входить в указанный промежуток значений). Если она не подходит - возврат к Шагу 2 и проверка следующей строки таблицы. Если значение вошло в промежуток - переход на Шаг 4.
Шаг 4. После восьмой запятой в «$GPRMC» берется значение (в примере это «264.83»). Это координата «3». Она может при­нимать значения от «0» до «360» (это направле­ние в градусах, если 0 - движение строго на се­вер, далее по часовой стрелке). Она сравнивается с координатами «3» в таблице (т.е. должна вхо­дить в указанный промежуток значений).

Однако в данном случае координата 3 может быть разби­та на два диапазона, т.е. она может задаваться или одним диапазоном (например 120-240) или двумя (например 300-360 и 0-60: в идеале это означает от -60 до 60, но программа выдает только поло­жительные значения). Если она не подходит - возврат к Шагу 2 и проверка следующей строки таблицы. Если значение вошло в промежуток, то программа запускает файл, который соответству­ет данному месту из таблицы.

Следует учесть особенность, что некото­рые GPS приемники при остановке транспортно­го средства выдают хаотическое движение курса. В этом случае, во избежание ложного срабатыва­ния, требуется задание условия минимума скоро­сти, при котором происходит опрос значений координат.

Для реализации описанного алгоритма был использован язык программирования Java. Кроме того, в этой же среде программирования была создана программа для ввода данных. Вид обо­лочки программы показан на рис. 3.

рис. 3. Оболочка программы GPS навигации

Достоинство программы заключается в том, что она позволяет вводить значения не только в стационарном режиме, а и при движении транспортного средства. В этом случае запускается программа определения параметров движения GPS приемником (кнопка «Пуск»). При пересечении требуемого места при нажатии кнопки «Загрузить из GPS» значения координат автоматически пропишутся в соответствующих ячейках. Остается лишь ввести значения допусков и файлов, которые должны активизироваться в зафиксированном квадрате. Это значительно упрощает процедуру введения значений.

Для передачи информации могут использоваться как сервисы операторов сотовой связи (SMS или MMS - координаты и другая полезная информация программно формируются в SMS и MMS сообщение и передаются на GSM/GPRS модем), так и каналы CSD или GPRS для передачи данных на компьютер оператора, подключенный к сети Интернет. Выбор типа связи определяется в соответствии со стоимостью трафика, времени и объемом необходимой для передачи информации.

Для аппаратной реализации описанной мо­дели целесообразно применение GSM/GPRS/GPS модулей. Анализ многих продуктов (фирм Telit, Wavecom, Motorola и т.д.) показал, что, по мне­нию авторов, наиболее перспективными (с уче­том цена-качество) являются модули фирмы Sim.com.

В разработанном изделии был использован SIM508 - трехдиапазонный 900/1800/1900 MHz GSM/GPRS/GPS модуль.

Проведенные тестовые испытания показали работоспособность изделия. Были проверены все узлы и виды обмена информации.

Таким образом, описанный в работе навигационный программно-аппаратный GSM/GPRS/GPS комплекс, а также модель обмена информации между информационным центром и транспортным средством могут найти широкое применение в транспортном хозяйстве.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент України по заявці №u200701294 від 08.02.2007 р. Система представлення інформації на рухомих об'єктах / Мусієнко М.П., Савчук О.Л. - МКИ G 06F17/60.
2. Патент України по заявці №u200703233 від 26.03.2007 р. Система представлення інформації на рухомих об'єктах / Мусієнко М.П. - МКИ G 06F17/60.
3. GPS Engine Board. User's Guide. Holux Technology Inc. www.holux.com.t

Мусієнко М.П., д.т.н., професор, Черкаський державний технологічний університет.
Томенко В.І., м.н.с, пошукач, Черкаський державний технологічний університет.
Рудь М.П., старший викладач, Черкаський державний технологічний університет.
Савчук О.Л., магістрант, Черкаський державний технологічний університет.