Постепенно и незаметно, но то самое «цифровое будущее», о котором так много говорили, уже настигло нас, и если вы оглянетесь вокруг, то увидите смартфоны в руках каждого человека, цифровые сервисы проезда в городском транспорте, заказа еды или такси и т. д. и т. п. Мир вокруг нас уже стал цифровым и наступление технологий только ускоряется.
Не осталась в стороне современных тенденций и сфера грузоперевозок, транспорта и логистики. С 2017 года на территорию Российской Федерации запрещен ввоз грузовиков и автомобилей, не оснащённых системой позиционирования и отслеживания местоположения транспортного средства ГЛОНАСС. В первую очередь это сделано для повышения скорости реагирования спасательных служб при ДТП и для лучшего обнаружения машин. Эта система подает сигнал об аварии или опасной ситуации, а также указывает координаты расположения машины и ее владельца, что помогает оператору направить на место аварии экстренные службы для оказания помощи.
Кроме функций отслеживания местоположения транспортного средства и вызова экстренных служб в случае аварии, подобные системы могут иметь и множество дополнительных функций, например, фиксацию маркировки грузов, передачу данных между подвижными средствами и т. п. Также стоит отметить, что подобные системы дают возможность собирать статистику, анализировать её и использовать для улучшения логистики и самого процесса и технологии перевозок.
В целом можно сказать, что трекеры для транспорта являются очень полезной и фактически неотъемлемой частью всей современной системы перевозок как людей, так и различных грузов.
Трекеры ГЛОНАСС
В контексте этой статьи и знакомства с технологиями современных перевозок мы поговорим о таком классе устройств, как трекеры ГЛОНАСС.
Техническая справка. Спутниковый мониторинг автотранспорта — это способ контроля подвижных объектов, основанный на синтезе возможностей спутниковой навигации и цифровых карт. Он позволяет контролировать местонахождение транспорта и правильность его эксплуатации.
Мониторинг осуществляется при помощи приемников сигнала, использующих стандарты NAVSTAR GPS и ГЛОНАСС. Американская система GPS и российская ГЛОНАСС примерно равноценны, у каждой из них есть свои преимущества и недостатки. Система навигации ГЛОНАСС разработана в России и основывается на спутниковой группировке с тем же названием. Количество спутников у ГЛОНАСС — 27 (24 основных и три резервных). Для полного покрытия территории России достаточно 18 аппаратов. Сеть GPS состоит из 24 основных и 6 резервных спутников. Планируется, что их число возрастет до 48.
И GPS и ГЛОНАСС изначально рассчитывались на глобальное покрытие. GPS обеспечивает погрешность в 0,6-0,9 м и работает во всех уголках мира, исключение составляют приполярные и полярные регионы. Точность позиционирования ГЛОНАСС колеблется в пределах 3-6 метров (к 2020 году разработчики обещают снизить погрешность до 10 см), зона покрытия составляет 100% территории РФ и около 70% площади земного шара. Для российских потребителей применение ГЛОНАСС является более предпочтительным, так как эта система обеспечивает высокую точность позиционирования в северных широтах России. Для надежности современные устройства спутниковой навигации имеют возможность работы как с GPS, так и с ГЛОНАСС.
Типичные трекеры ГЛОНАСС отличаются малыми размерами и легкостью установки на автомобиль, однако к ним можно одновременно подключать не более четырех датчиков. Из-за этого данное оборудование используется в тех случаях, когда не нужен процесс слежения за движением машин, связанный со сбором большого количества данных. Помимо этого, подобное оборудование активно применяют в отслеживании багажа и перемещения отдельных животных, картографии и геодезии. Преимущество данных трекеров — их простота и надёжность.
Но для практического применения и решения современных логистических задач в бизнесе, связанным с перевозками, возможностей стандартных трекеров уже не хватает и многим компаниям приходится разрабатывать или заказывать на стороне разработку более функциональных систем трекинга. Об одной из таких систем, разработанной нашей компанией, мы и поговорим дальше.
Наш ГЛОНАСС терминал
Итак, к нам обратилась компания-заказчик с просьбой разработать продвинутую систему трекинга автомобилей, которую мы условно назвали (и будем так называть в этой статье) «ГЛОНАСС терминал». Задание было очень развитым и сложным, требовалось разработать очень нетривиальный комплекс отслеживания транспортных средств компании-заказчика и обеспечить очень широкий спектр дополнительных функций системы, наподобие беспроводной связи по нескольким протоколам и поддержки нескольких стандартов передачи данных, в том числе оговоренных в соответствующих документах правил и стандартов Российской Федерации.
Термины и определения
- БИП — блок интерфейса пользователя
- ГНСС — глобальная навигационная спутниковая система
- МНД — минимальный набор данных
- ТС — транспортное средство
- ТСК — техническое средство контроля
- EGTS (Era Glonass Telematic Standart) — протокол обмена данными между ТСК и сервером сбора данных
Контрольный терминал должен был включать в себя приемник сигналов ГЛОНАСС, антенну, модуль интерфейса пользователя, индикаторы состояния автомобиля и резервный аккумулятор. Система должна была позволять добавление блока GSM, дополнительной памяти и т. д. Состав и назначение дополнительных модулей должны были определяться целями, которых требуется достичь в процессе мониторинга, а также условиями работы транспорта. При этом учитывалось:
- размеры и вес (актуально при необходимости скрытой установки)
- прочность корпуса и присутствие добавочной защиты в случае, если транспорт работает в особо тяжелых условиях
- наличие достаточного количества портов и разъемов для подключения, например, к CAN-шине
- возможность подключения добавочной GSM антенны для мест с неуверенным приемом сигнала
- наличие и емкость встроенного аккумулятора на случай отказа основного или аварии
- емкость встроенного модуля памяти
- возможность дистанционного управления
Требования к аппаратному обеспечению ГЛОНАСС терминала включали:
- Разработку принципиальной схемы устройства и подготовку файлов для производства, а также сборку от 3 до 6 прототипов.
- Разработку двух версий устройства: с размещением всех модулей на одной плате и с размещением элементов на трех платах, в зависимости от особенностей применения.
- Создание GSM/GPRS модуля на SIMcom SIM800C или GSM/3G модуля на SIMcom SIM5360E с возможностью подключения внешней антенны.
- Создание GLONASS/GPS-модуля, на Ublox NEO-M8 Series или SIMcom SIM5360E, также с возможностью подключения внешней антенны.
- Создание Bluetooth модуля со спецификацией не ниже 4.0 LE
- Создание модуля для подключения microSD карты памяти.
- Наличие кнопки экстренного вызова на самом устройстве.
- Создание внешней беспроводной кнопки экстренного вызова, подключаемой по Bluetooth.
- Наличие разъёма для подключения микрофона.
- Создание модуля акселерометра, гироскопа и компаса на MPU9250/MPU9255.
- Создание беспроводного LoRa модуля (только для версии 2 устройства).
- Для подключения к бортовой системе автомобиля на устройстве необходимо было предусмотреть диагностический разъем OBD II.
- Наличие разъёма для подключения герконового контакта.
- Возможность подключения к бортовой сети автомобиля по CAN шине.
- Порт для подключения имитатора ГЛОНАСС сигнала. Порт должен поддерживать протокол передачи координат и времени NMEA-0183.
- Светодиодная индикация для фиксации факта нажатия кнопок «Европротокол» и «Экстренный вызов».
- Светодиодная индикация процесса передачи данных на сервер сбора данных.
- Модуль Bluetooth для подключения к ТСК кнопок «Экстренный вызов» и «Европротокол» в версии устройства 1 и для реализации связи с дополнительными устройствами в версии 2, включая смартфоны на операционных системах Android и iOS.
- LoRa модуль в (2) предназначен для обмена информацией с другими ТСК.
Как вы видите, то, что мы скромно называем «ГЛОНАСС терминалом», представляет собой весьма сложный программно-аппаратный комплекс с очень широким функционалом при помощи которого можно решить практически любую логистическую задачу.
В качестве основного вычислительного устройства системы было решено использовать мощный микроконтроллер серии Atmel/Microchip AT91SAM3X8E с развитыми возможностями по подключению различной периферии. Также при разработке ГЛОНАСС терминала перед нами стояла задача минимизировать стоимость конечного устройства и оптимизировать технологическую цепочку его производства.
Программное обеспечение терминала
Ну и конечно нельзя не сказать о программном обеспечении работы ГЛОНАСС терминала. Одно только перечисление функциональных модулей системы очень впечатляет и даёт представление о возможностях нашего терминала.
Программные модули системы:
- программный модуль для работы с ГЛОНАСС/GPS
- программный модуль для работы с акселерометром
- программный модуль для работы с Bluetooth
- программный модуль для работы с GSM/UMTS
- программный модуль LoRa
- программный модуль распознавания дорожно-транспортных происшествий
- программный модуль записи аудиодорожки (последние 10 минут)
- программный модуль записи вектора движения транспортного средства (последние 10 минут)
- программный модуль записи показаний акселерометра (последние 10 минут)
- программный модуль обмена данными между устройствами без GSM во время дорожно-транспортного происшествия по LoRa
- программный модуль двусторонней голосовой связи при экстренном вызове
- программный модуль индикации аварии по ходу движения по LoRa
- программный модуль индикации сигнала SoS по LoRa
- программный модуль контроля вскрытия корпуса технического средства
Также нами был разработан интернет-сервис сбора данных с терминалов системы. Это неотъемлемая и очень важная составляющая всего решения, позволяющая компании-заказчику быстро и комфортно осуществлять свою деятельность по сбору и анализу данных и реагированию на нештатные ситуации на дорогах.
В техническое задание по разработке ГЛОНАСС терминала входили следующие задачи:
- Поддержка протокола обмена данными между техническим средством контроля обстоятельств причинения вреда транспортному средству в результате дорожно-транспортного происшествия и сервисом сбора данных (описан в ГОСТ 33465-2015 и соответствует протоколу EGTS).
- Поддержка передачи минимального объёма данных, который описан в ГОСТ 33464-2015.
- Поддержка установки голосовой связи с оператором и передачи МНД на сервер сбора данных при нажатии кнопки «Экстренный вызов» (передается информация за последние 10 минут до нажатия кнопки).
- Поддержка передачи информации об аварии (за последние 10 минут) на сервер сбора данных при нажатии кнопки «Европротокол» и индикация этого процесса.
- Состав передаваемых МНД при нажатии кнопки «Экстренный вызов» должен соответствовать ГОСТ 33464-2015.
- В состав передаваемой информации на сервер сбора данных должны входить: профиль ускорения, координаты местонахождения и скорость движения ТС, дата и время, коды аутентификации для соответствующих массивов данных (по «Европротоколу» и/или по МНД).
- При невозможности передачи/приема МНД путем использования тонального модема необходимо обеспечить передачу пакетов данных через SMS сообщения.
- При превышении критических значений ускорений (более 1 g в течение интервала времени от 15 до 35 мс по продольной или поперечной оси и/или значение более 2 g в течение интервала времени от 15 до 35 мс по вертикальной оси) должна происходить автоматическая активация ТСК и запись данных по дорожно-транспортному происшествию.
- После фиксации дорожно-транспортного происшествия происходит передача данных по каналу LoRa в пределах его радиуса действия. Транспортное средство, попавшее в аварию, и ТСК, зафиксировавшее дорожно-транспортное происшествие, становится источниками данных. Все остальные ТСК находятся в режиме приема данных по LoRa.
- Защита оборудования от вскрытия при помощи контроля герконового контакта.
Здесь представлены только основные задачи, которые выполняет ГЛОНАСС терминал, на самом деле техническое задание включает значительно больше пунктов, которые мы реализовали в процессе разработки проекта.
Процесс и результаты разработки
Из представленного выше описания видно, что разрабатываемая система полностью решает проблемы отслеживания местоположения транспортных средств компании, «мониторит» состояние самого транспортного средства (посредством собственных датчиков и подключения к бортовой системе автомобиля через разъем OBD II и CAN шину), сигнализирует о нештатных ситуациях на дороге и транспортных происшествиях, передаёт данные в облако, через SMS или локально связывает автомобили компании посредством сети LoRa, а также передаёт данные как в формате компании-заказчика (для её внутренних нужд), так и в стандартных форматах, закреплённых в соответствующих регламентирующих документах Российской Федерации.
Сам процесс разработки проекта ГЛОНАСС терминала длился около года — этот срок понадобился для того, чтобы «с нуля» спроектировать всю систему, разработать принципиальные схемы и технологические карты, закупить комплектующие и собрать тестовые образцы будущих устройств. В этот же срок входит и разработка развитого и очень обширного программного обеспечения системы.
Нашей компанией был также разработан оригинальный дизайн устройства и произведены тестовые партии корпусов для ГЛОНАСС терминала. Внешний вид нашей разработки вы можете оценить по представленным изображениям.
Также понадобилось время и усилия для опытного тестирования системы сначала в нашей лаборатории, а затем в режиме полевых испытаний.
Из особых проблем в процессе разработки хотелось бы отметить вопрос интеграции в систему специализированного EGTS протокола. На момент осуществления разработки было сложно получить полную документацию на протокол, многие стандарты не были еще приняты и существовали только в виде «драфтов».
Заключение
В целом, процесс разработки терминала прошёл успешно и в оговоренные с заказчиком сроки, испытания тоже прошли успешно и теперь мы можем записать ещё одну «победу» в список наших реализованных проектов. А заказчик сможет диверсифицировать, улучшить и расширить логистическую часть своего бизнеса.
