Issuu on Google+

Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

1.UVOD Dobra organizacija transporta podrazumjeva precizno planiranje i dobru organizaciju eksploatacije transportnih sredstava. Precizno planiranje zahtjeva temeljno izučavanje prevoznih zahtjeva i uslova pri kojima treba organizovati transport u narednom vremenskom periodu uz analizu ostvarenih rezultata rada vozila u prethodnom periodu. Za analizu ostvarenih rezultata rada voznog parka koristi se sistem pokazatelja rada transportnih sredstava koji definišu sve elemente u procesu rada voznog parka. Za dobijanje tih pokazatelja koriste se podaci o radu transportnih sredstava čijom se obradom dobijaju informacije koje predstavljaju jedan od bitnih elemenata u procesu upravljanja. Informacije su strateški resurs u savremenom preduzeću. Kvalitet donesenih odluka zavisi od kvaliteta raspoloživih informacija. U ovom diplomskom ću se više posvetiti obradi načina funkcionisanja GPS sistema vezanog za vozila., a ne za morski i zračni saobraćaj. Zbog same činjenice da se vozni park u svakom momentu nalazi na raznim lokacijama u svijetu, i da firma ne posjeduje sistem za praćenje, pokušat ću navesti razloge zbog kojih bi svaka firma, koja želi da poboljša kontrolu nad voznim parkom, poveća kvalitet usluga i unaprijedi sigurnost vozila, trebala da koristi prednosti nove tehnologije GPS sistema. U radu ću prikazati osnovnu strukturu GPS sistema, koje su bitne osnovne karakteristike sistema, navesti funkcionalne karakteristike, princip rada, tačnost GPS sistema i preporuku nekih proizvođača GPS uređaja Također ćemo govoriti o mikroprocesorskih tehnologijama i mikroprocesorima koji se sve češće koriste u raznim GPS sistemima i poboljšavaju i olakšavaju transport informacija i njihovu obradu. Procesor je uređaj koji može da vrši obradu podataka i centralni je dio većih računarskih sistema. Procesor koji vrši obradu u mikroračunaru je mikroprocesor. Mikroprocesor je pločica, na kojoj je sabijen ( integrisan ) veliki broj tranzistora i koji obavlja iste funkcije kao i veliki procesori. To je čip napravljen tako da predstavlja funkcionalnu cjelinu, a koji se preko velikog broja nožica ( pinova ) povezuje sa spoljašnim svijetom.

1


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

2. MIKROPROCESORSKE TEHNOLOGIJE Idejni tvorac mikroprocesora je inžinjer Marcijan Hof. On je predložio da se napravi integrisano kolo koje bi preuzelo neke funkcije procesora velikih računara. Prvi mikroprocesor, nastao 1971. godine, poznat je pod imenom Intel 4004. Ovaj mikroprocesor je sadržao oko 2300 tranzistora i mogao je da obrađuje podatke u grupama od po 4 bita pa otuda potiče i njegov naziv. Prvi 32-bitni mikroprocesori su se pojavili 1982. godine i kod njih takođe možemo razlikovati nekoliko generacija. Motorola je na tržište izbacila MC68020, a Intel i80386. kod svake generacije 32-bitnih mikroprocesora uvećavao se stepen integracije. Kod prve generacije taj broj je bio oko 500.000 tranzistora na kristalu, a već kod druge od 1,2 do 1,5 miliona na jednoj kristalnoj pločici. Značajno se uvećava brzina rada, kao i prostor koji mikroprocesor može adresirati. Međutim, najvažniji pravci poboljšanja kod 32-bitnih mikroprocesora bili su : ugrađivanje i uvećanje tzv brzih keš memorija, uvećanje broja operacija koje su se mogle izvršavati paralelno i rad sa virtualnim memorijama. Pod arhitekturom mikroprocesora podrazumevamo njegovu logičku organizaciju. Arhitektura mikroprocesora određuje i njegove mogućnosti. Obično se u okviru svakog mikroprocesora nalaze sledeće komponente: 1. upravljačka ili komandna jedinica 2. aritmetičko logička jedinica 3. skup registara 4. unutrašnje magistrale Komandna jedinica služi za prepoznavanje komandi tj. instrukcija koje treba da se izvrše. U aritmetičko logičkoj jedinici obavljaju se aritmetičke i logičke operacije. Registri imaju višestruku namenu, koriste se kao brojači komandi, kao pokazivači steka, indeks registri i sl. Unutrašnje magistrale ( koje treba razlikovati od magistrala mikroračunarskog sistema ) povezuju sve komponente mikroprocesora u jednu celinu, ali se preko njih povezuje i sa ostalim delovima mikroračunarskog sistema. Pinovi ( nožice ) predstavljaju produžetke linija koje ulaze u sastav unutrašnjih magistrala mikroprocesora. Preko nožica mikroprocesora prenose se razni signali koje možemo podeliti u osam grupa: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

signali za upravljanje mikroprocesorom signali za upravljanje prenosom podataka signali adresne magistrale i magistrale podataka signali stanja mikroprocesora signali upravljanja prekidima napajanje signali sinhronizacije signali za realizaciju specifičnih funkcija

2


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Slika 1 : CPU Funkcija računara je da prenosi podatke između memorije, U/I uređaja i procesora, kao i da ih obrađuje u samom procesoru. Podaci se kroz računar prenose kao digitalni signali preko provodnika – magistrala ( bus ). Magistrala je skup električnih putanja preko kojih se istovremeno prenose digitalni električni signali: svaki signal predstavlja jedan bit informacije ( električni ekvivalent binarne cifre nula ili jedan ). Broj bitova koji se mogu prenositi istovremeno određuje širinu magistrale. Prema tome, u funkcionalnom smislu, razlikuju se tri vrste magistrale: 1) Magistrala podataka ( Data bus ) je dvosmjerna, po njoj se podaci mogu prenositi iz mikroprocesora prema memoriji ili drugim kolima mikroračunara, ili se podaci unose u mikroprocesor iz istih kola ( npr. iz RAM memorije ). 2) Adresna magistrala ( Address bus ) preko koje se prenosi adresa na koju se smješta podatak. Ona je jednosmjerna jer smjer podataka ide od mikroprocesora prema memoriji ili drugim kolima mikroračunara. Brojem vodova ( bita ) adresne magistrale određen je ukupan broj memorijskih lokacija ili registara koje se mogu adresirati: mikroprocesor može adresirati bilo koju lokaciju ROM ili RAM memorije, ili bilo koji drugi registar priključen na magistralu. Svakoj adresi treba jednoznačno da odgovara memorijska lokacija ili registar. 3) Upravljačka magistrala ( Control bus ) preko koje se prenose svi signali bitni za proces upravljanja prenosom podataka, sinhronizaciju rada pojedinih komponenata, i uopšte rad cijelog sistema. Signali koji čine kontrolnu magistralu su READ/WRITE (R/W), zahtjev za prekid rada mikroprocesora ( IORQ ) ili resetovanje računara ( RESET ). Svi elementi mikroračunarskog sistema se vezuju preko tih magistrala.

3


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Slika 2 : Šema Centralna procesna jedinica

Najnoviji mikroprocesori poput Pentiuma imaju veoma komplikovanu arhitekturu. Instrukcije se izvršavaju paralelno korišćenjem tzv. tekućih linija ( pipe line ). Osim toga ovde se ne nalazi skup registara već memorija koja se nalazi unutar mikroprocesora. To su veoma brze keš ( cashe ) memorije čija veličina se stalno povećava. Zahvaljujući toj memoriji omogućeno je paralelno izvršavanje instrukcija, tj. postižu se veće brzine mikroprocesora. Keš memorije mogu biti u samom procesoru ali i izdvojene u posebnu cjelinu.

4


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Svi mikroprocesori funkcionišu u određenom ritmu koji zavisi od generatora takta. Generator takta je kvarcni kristal koji se najčešće nalazi izvan mikroprocesora i generiše ulazne impulse za mikroprocesor. Postoje i takvi mikroprocesori koji već sadrže u sebi generator takta. Kristal konstantnom brzinom generiše impulse, i od učestanosti tih impulsa zavisi brzina rada mikroprocesora a samim tim i cijelog računara. Brzina mikroprocesora mjeri se brojem ciklusa u sekundi tj. brojem herca. Za izvršenje jedne instrukcije neophodan je bar jedan ciklus a za većinu nekoliko ciklusa.

Na osnovu taktovanih signala u unutrašnjosti mikroprocesora se prihvata serija signala koju dalje koriste druge komponente mikroračunara. Postoje tri šeme povezivanja mikroprocesora sa generatorom takta.

Slika 3: Generator takt signala

5


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

3. GPS SISTEM GPS (engl. Global Positioning System) je radionavigacijski sistem koji omogućava korisnicima na kopnu, moru i u zraku određivanje tačnog položaja, brzine i vremena 24 sata dnevno, u svim vremenskim uvjetima, bilo gdje na svijetu. Sistem se sastoji od tri dijela: svemirskog, kontrolnog i korisničkog (slika 1). GPS je zasnovan na signalu koji putem satelita kruži u Zemljinoj orbiti koji zatim šalje u naš server i potom izravno do lociranja vozila. Sistem je razvijen za potrebe američkog ministarstva odbrane da bi nakon nekoliko godina bio odobren i za civilnu upotrebu. GPS sateliti pokrivaju cijelu zemljinu kuglu i korištenje je besplatno.

Slika 4: Tri dijela GPS sistema

U tu svrhu se koriste GPS prijemnici u kojim se proračunavaju podaci dobijeni sa satelita (najmanje 3-4 satelita) te su tako korisniku dostupni podaci o trenutnoj poziciji u formi pogodnoj za prikaz na displeju prijemnika. 6


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Ukoliko je prijemnik povezan u sistem za daljinski nadzor i praćenje, tad se podaci o poziciji šalju u Nadzorni centar a za prenos podataka se koristi GSM mreža, vlastita radio mreža ili satelitska veza. U Nadzornom centru se podaci dalje obrađuju, smještaju na pripremljene digitalne karte i koriste za ON LINE nadzor i praćenje vozila (broda, aviona,…) uz niz drugih funkcija koje određeni softveri pružaju (pregled, analiza, statistička obrada podataka i drugo). Istim prenosnim putem se do centra mogu prenijeti telemetrijski podaci o statusima stanja na vozilu, izvršiti mjerenja u vozilu, poslati izvršnu komandu na vozilo, ostvariti alarmni status i mnoge druge funkcije. Svemirski segment čine 24 satelita (21 aktivan i 3 koji služe za rezervu), na visini od 20200km iznad površine2 Zemlje koji odašilju RF (engl. radio frequency) digitalnu poruku u kojoj su podaci o tačnom vremenu i položaju satelita (engl. ranging codes i navigation data message). Rad na takvoj visini omogućuje da signali prekriju veće područje. Sateliti su tako složeni u orbite da GPS-prijemnik na Zemlji može uvijek primati signale s barem četiri od njih. Trenutno ih je aktivno 30. Oni dva puta dnevno opisuju svoju orbitu (gledano sa Zemlje uvijek opisuju istu putanju i svakih 11 sati i 58 minuta nalaze se na istom mjestu). Sateliti putuju brzinom od 11 000 kilometara na sat, što znači da obiđu Zemlju svakih 12 sati. Napajaju se solarnom energijom i napravljeni su da traju oko 10 godina. Ako solarna energija zakaže (pomrčine itd.), postoje rezervne baterije koje ih održavaju u pogonu. Također imaju mali raketni pogon koji ih održava na pravoj putanji. Svaki satelit emitira radio signale male snage na nekoliko frekvencija (označene su s L1, L2 itd.). Civilni GPS-prijamnici "slušaju" na frekvenciji L1 od 1575,42 MHz UHF-pojasa. Signal putuje kao zraka svjetlosti, što znači da prolazi kroz oblake, staklo i plastiku, ali ne prolazi kroz mnoge čvrste objekte kao što su zgrade i planine. Da biste dobili predodžbu gdje je na radio području frekvencija L1, vaša najdraža FM radio stanica emitira na frekvenciji između 88 i 108 MHz. Satelitski signali odašilju se vrlo malom snagom, od 20-50 W. Lokalna FM radio stanica emitira snagom od oko 100 000 W. Zamislite pokušaj slušanja 50 W radio stanice koja emitira sa udaljenosti od 20 000 kilometara! Zato je važno da pri upotrebi GPS-a postoji jasan pogled na nebo. L1 sadrži dva "pseudoslučajna" signala, zaštićeni P-kod i C/A-kod. Svaki satelit emitira jedinstveni kod omogućujući GPS-prijemniku da identificira signale. Glavna svrha tih kodiranih signala je da omogući računanje vremena putovanja signala od satelita do GPS-prijemnika na Zemlji. To se vrijeme također naziva vremenom dolaska. Vrijeme pomnoženo brzinom svjetlosti daje udaljenost od satelita do GPS-prijemnika. Navigacijska poruka (informacija koju satelit šalje prijemniku) sadrži orbitalnu i vremensku informaciju satelita, generalnu sistemsku statusnu poruku i ionosfersku korekciju. Satelitski signali su vremenski upravljani preciznim atomskim satovima. Sateliti su raspoređeni u 6 orbitalnih ravnina, na svakoj po 4 satelita (vidi sliku 2) s inklinacijom od 55°, tako da uz čist pogled k nebu tipično ima 8 do 12 istovremeno vidljivih satelita, a minimalno 5. Od toga 4 imaju dobar geometrijski razmještaj za izračun položaja, odnosno PDOP<6 .

7


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Kontrolni segment je mreža nadzornih stanica koje kontinuirano prate putanju i odstupanja odaslanog vremena pojedinih satelita, te dobivene podatke prosljeđuju GPS satelitima, koji ih dalje emitiraju korisnicima. Postoji glavna kontrolna stanica (Falcon Air Force Base, Colorado, USA) i 5 nadzornih stanica raširenih po svijetu od kojih su tri opremljene antenama za slanje podataka u satelite. Kontrolni segment radi što mu ime kaže - "kontrolira" GPS-satelite, odnosno upravlja njima prateći ih i dajući im ispravljene orbitalne i vremenske informacije. Postoji pet kontrolnih stanica širom svijeta - 4 bez ljudi, koje služe za nadgledanje i jedna glavna kontrolna stanica. Četiri prijemne stanice bez ljudi neprekidno primaju podatke od satelita i šalju ih glavnoj kontrolnoj stanici. Glavna kontrolna stanica "ispravlja" satelitske podatke i šalje ih natrag GPS-satelitima. Korisnički segment predstavljaju razni prijemnici koji temeljem podataka sa satelita određuju vrijeme i svoj položaj. Mjeri se vrijeme potrebno signalu za put satelit-prijemnik, iz čega se uz pretpostavku širenja signala brzinom svjetlosti računa udaljenost, a zatim se iz položaja pojedinih satelita računaju vlastiti položaj, brzina i vrijeme. Za mjerenje su potrebna barem 4 satelita (3 prostorne koordinate i vrijeme), a ukoliko je poznata jedna koordinata, npr.visina, dovoljna su 3 satelita.

Slika 5: Konstelacija GPS satelita u 6 orbitalnih ravnina Mjerenje se provodi tako da se prvo iz kašnjenja signala na putu satelit-prijemnik određuje njihova udaljenost. Ona definiše sferu oko poznatog položaja satelita u trenutku odašiljanja (ephemeris) na kojoj se prijemnik mora nalaziti. Odredi li se ispravno takva sfera za tri satelita, njihovo je sjecište na koordinatama prijemnika (treba dakle riješiti sistem jednačina 8


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

kojima su definisane te tri sfere). Budući da prijemnik ne zna vrijeme s dovoljnom tačnošću, nastaje greška mjerenja udaljenosti satelit-prijemnik koja je jednaka za sve satelite jer su sateliti opremljeni atomskim satom i održavaju se menusobno sinkronima. Stoga se izravno izmjerena udaljenost naziva pseudoudaljenost (pseudorange), čime se naznačava postojanje zajedničke greške.

Dodatna varijabla u sistemu jednačina je greška prijemnikovog vremena, a mjerenjem pseudoudaljenosti još jednog satelita dobiva se dodatna jednačina koja omogućuje proračun prostornih koordinata i tačnog vremena. Opisani postupak naziva se 3D fix. Ukoliko je poznata visina na kojoj se prijemnik nalazi (npr. na moru, površini kopna), dovoljno je 3 satelita za mjerenje, a takvo mjerenje se naziva 2D fix. Pritom je najčešće korišteni model oblika Zemljine površine WGS-84 (World Geodetic System Reference 1984) elipsoid. GPS prijemnici često imaju i ugrađene algoritme za preračunavanje iz WGS-84 baziranih koordinata u koordinate drugih, lokalnih sistema u kojima su izrađivane mjesne karte.

Slika 6: Sateliti koji kruže oko Zemlje

3.1 Tehnologija GPS prijemnika Većina modernih GPS-prijemnika je paralelnog višekanalnog dizajna. Stariji jednokanalni prijamnici bili su popularni, ali u najtežim uvjetima (kao što je npr. gusta šuma) nisu stalno mogli primati signal. Paralelni višekanalni prijamnici imaju obično između 5 i 12 prijamnih krugova, svaki pridružen jednom satelitskom signalu, tako da se može održavati dobru vezu sa svakim satelitom. Višekanalni prijamnici se brzo povezuju sa satelitima kad se prvi put uključe i njihove su mogućnosti velike pri primanju signala čak i u teškim uvjetima, kao što je gusto lišće ili gradski uvjeti s visokim zgradama. 9


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

3.1.1 Princip rada DPGS-a Diferencijalni GPS radi tako da se GPS-prijemnik (naziva se referentnom stanicom) stavi na poznati položaj. Budući da referentna stanica zna svoj tačni položaj, može odrediti greške u satelitskim signalima. Ona to radi mjerenjem udaljenosti do svakog satelita koristeći dolazne signale i uspoređujući te mjerene udaljenosti sa udaljenostima izračunanim iz poznatih položaja. Razlika između mjerene i izračunate udaljenosti za svaki vidljivi satelit postaje "diferencijalna korekcija". Diferencijalna korekcija za svaki praćeni satelit se oblikuje u odgovarjuću korektivnu poruku i šalje DGPS-prijemnicima. Te se diferencijalne korekcije primjenjuju u računanjima GPS-prijemnika, uklanjajući mnoge od uobičajenih grešaka i povećavajući tačnost. Nivo postignute tačnosti ovisi o GPS-prijemniku i sličnosti njegove "okoline" onoj referentne stanice, posebno o njegovoj blizini toj stanici. Prijemnik referentne stanice određuje komponente greške i daje korekcije GPS-prijemniku u stvarnom vremenu. Korekcije se mogu prenositi preko radio uređaja, preko satelita, ili na neki drugi način.

3.1.2 WAAS, EGNOS i MSAS (ili jednostavnije SBAS) SBAS (Satellite Based Augmentation System) je naziv za sisteme koji s pomoću satelita odašilju korekcijske podatke i podatke o integritetu satelitskih sistema GPS i GLONASS (ruska vojna mreža satelita iste namjene kao i GPS). Svrha im je povećati tačnost i pouzdanost određivanja položaja. WAAS (Wide Area Augmentation System) je SBAS razvijen za područje Sjeverne Amerike i već je neko vrijeme u upotrebi. Sastoji se od mreže od 25 stanica na Zemlji i dva geostacionarna satelita koji pokrivaju područje cijelog SAD-a i dio Kanade i Meksika. Postavila ih je Federalna zrakoplovna uprava SAD-a (Federal Aviation Administration) i Ministarsvo prometa (Department of Transportation) s namjerom da se GPS upotrijebi prilikom preciznog navođenja zrakoplova. Iako WAAS još nije službeno prihvaćen u zrakoplovstvu on je dostupan za civilnu upotrebu (njegova upotreba svrhovita je na području za koje je i predviđen, tj. Sjevernu Ameriku). Tipična tačnost određivanja položaja upotrebom WAAS-a iznosi manje od 3 metra. EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) je SBAS koji se razvija za područje Europe. Sastojat će se od 34 zemaljske stanice i 3 geostacionarna satelita. Razvija ga Europska svemirska agencija (European Space Agency), Europska komisija i EUROCONTROL (Europska organizacija za sigurnost zračne navigacije). U ovom trenutku odašilje se testni signal za koji nema garancije da povećava tačnost. Potpuno uvođenje EGNOS-a planirano je za april 2004. godine. EGNOS će omogućavati povećanje tačnosti i za GPS i za GLONASS Iako je 10


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

predviđena tačnost određivanja položaja EGNOS-om bila oko 5 metara, testovi pokazuju da se ona kreće ispod 2 metra. MSAS (Multifunctional Transport Satellite Space-Based Augmentation System) je SBAS koji se razvija za područje Japana. Njegova upotreba planira se za 2005. godinu. (http://www.teamgps.com/waas.asp)

Slika 7: SBAS- Sistemi stanica za satelitsko praćenje za područje Sjeverne Amerike (WAAS), za područje Evrope(EGNOS) i za područje Japana (MSAS)

11


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

4. PRINCIP RADA GPS-a Svaki GPS prijemnik ima odreneni broj kanala (svaki namijenjen praćenju jednog satelita), a svaki kanal posjeduje nekoliko korelatora koji uspoređuju primljeni signal s očekivanim. Za sinhronizaciju kanala na satelit potreban je podatak o grubom položaju satelita (almanac), grubom položaju prijemnika i vremenu (koji sateliti su vidljivi), preciznoj putanji satelita (ephemeris) – njegov položaj i brzina (zbog Dopplerovog efekta), tačan položaj prijemnika, njegova brzina i tačan podatak o vremenu. Kada se neki kanal prijemnika sinkronizira na satelit, on s njega počne skidati navigacijsku poruku (12,5 minuta) tj. Putanju drugih satelita, dok drugi kanali još traže. Kako prijemnik saznaje sve više informacija o konstelaciji algoritam pretraživanja se prilagonava, dok napokon prijemnik ne odabere optimalan skup vidljivih satelita i na njih sinkronizira svoje kanale. Ukoliko prijemnik ima dovoljno kanala, pratit će sve vidljive satelite i uzeti ih u obzir prilikom mjerenja, što je ujedno i robusniji način zbog privremenih gubitaka signala s pojedinih satelita (npr. Uslijed pojave fizičke prepreke signalu). Pritom barem jedan kanal treba ostati slobodan za akviziciju nadolazećih satelita, a može se upotrijebiti i radi uspoređivanja izmjerenih pseudoudaljenosti istog satelita izmjerene različitim kanalima te tako eliminirati sistemsku grešku pojedinih kanala. Nakon što prijemnik očita podatke barem 4 satelita te navigacijsku poruku, pristupa se matematičkoj obradi u cilju računanja PVT solucije (Position, Velocity, Time). U principu se rješava sistem od četiri jednadžbe s 4 nepoznanice, što je zorno prikazano slikom 6. Od izmjerenih pseudoudaljenosti R1 do R4, uz poznat položaj satelita (X1 do Z4, iz navigacijske poruke) računa se položaj prijemnika UX do UZ (user position) i pogreška njegova vremena CB (clock bias, izražen u metrima). Proračun se vrši u ECEF (Earth-centered, Earth-fixed) koordinatnom sistemu, a tek potom preračunava u druge (tipično WGS84, često i geodetske datume lokalnih karti. Ovo su pojednostavljene jednadžbe koje uvažavaju samo 4 satelita, a još se uzimaju u obzir i korekcije dobivene navigacijskom porukom (korekcija satelitskog vremena, relativistički efekti, korekcije ionosfere) i filtracija mjernih rezultata. GPS-prijemnik mora znati gdje su sateliti (njihov položaj) i koliko su daleko (udaljenost). Prijemnik od satelita prikuplja dvije vrste kodiranih informacija. Jedan tip informacija, podaci iz almanaha, sadrže približni položaj satelita. Ti se podaci kontinuirano prenose i spremaju u memoriju prijemnika tako da on zna orbite satelita i gdje bi koji satelit trebao biti. Zbog gibanja satelita podaci iz almanaha se moraju periodički ažurirati novim informacijama. Kad GPSprijemnik nije duže vrijeme uključen podaci almanaha su zastarjeli, te će mu trebati malo duže vrijeme da pronađe satelite. Satelit generira pseudoslučajni kod, a GPS-prijemnik generira isti kod i nastoji ga prilagoditi kodu satelita. Prijemnik tada uspoređuje dva koda da bi odredio koliko treba zakasniti (ili pomaknuti) svoj kod kako bi odgovarao kodu satelita. To vrijeme kašnjenja (pomaka) množi se s brzinom svjetlosti da bi se dobila udaljenost. Izračun pozicije temelji se na određivanju pseudoudaljenosti (pseudo-ranges). Udaljenost između satelita i prijemnika može biti izračunata mjerenjem proteklog vremena između odaslanog satelitskog i prijemnikom primljenog signala. 12


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Vremensko kašnjenje multiplicira se brzinom svjetlosti da bi se odredila udaljenost satelitprijemnik. Određivanje pozicije tačke najjednostavniji je način korištenja GPS-sistema. Za određivanje trodimenzionalnih koordinata (geografske duljine λ, širine φ i visine h) prijemnika potrebni su podaci minimum tri satelita te podaci još jednog satelita radi korekcije sata GPS-prijemnika. U GPS-prijemniku se nalaze kvarcni satovi koji ne mjere vrijeme tako precizno kao atomski satovi koji se nalaze u satelitu. Zbog toga određivanje udaljenosti treba još ispraviti za iznos pogreške sata GPS-prijemnika. To je razlog što se određivanjem udaljenosti zapravo dobije "pseudoudaljenost". Kada je GPS-prijemnik pronašao dovoljno satelita da može izračunati položaj, spreman je za navigaciju. Većina prijemnika može prikazati položaj u obliku karte što značajno može pomoći u snalaženju u prostoru i u navigaciji. Geometrija satelita/zasjenjivanje – odnosi se na relativan položaj satelita u nekom trenutku. Idealna geometrija satelita postoji kad su sateliti smješteni pod velikim kutem relativno jedan u odnosu na drugi. Nepovoljna geometrija nastaje kad su sateliti smješteni na pravcu ili su tijesno grupirani. Tačnost se može poboljšati kombiniranjem GPS-prijamnika s diferencijalnim GPS (ili DGPS) prijemnikom, s kojim se mogu reducirati neke od gore navedenih grešaka. Još jedna metoda mjerenja je interferometrija (prijemnik zbraja signal istog satelita primljen dvjema antenama). Ovom metodom može se precizno odrediti ugao pod kojim prijemnik (s barem dvije antene) vidi signal pojedinog satelita. Ova se metoda obično kombinuje sa DGPS-om i faznim mjerenjem što rezultira prijemnicima vrhunske tačnosti, brzog odziva i prikladnog cjenovnog ranga.

Slika 8: Interferometrija korištenjem GPS signala 13


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

5. PRIMJENA GPS-a

GPS je globalni pozicijski sistem razvijen od strane Ministarstva odbrane SAD-a s namjerom brzog određivanja pozicije neke tačke bilo gdje na Zemlji u bilo kojem trenutku. GPS se temelji na skupini satelita Ministarstva obrane SAD-a koji stalno kruže oko Zemlje. Sateliti odašilju vrlo slabe radio signale omogućujući GPS-prijemniku da odredi svoj položaj na Zemlji. Zanimljivo je da GPS zapravo nastao prije osobnih računara. Njegovi dizajneri nisu mogli predvidjeti dan kad ćemo nositi male prijenosne GPS-prijemnike, teške svega nekoliko stotina grama, koji će nam reći ne samo koordinate našeg položaja (geografsku širinu/duljinu), nego će naš položaj prikazati na elektroničkoj karti s gradovima, ulicama i još mnogo toga. Dizajneri su prvenstveno imali na umu vojnu primjenu. Između ostalih primjena, GPSprijemnici pomažu navigaciji, rasporedu trupa i artiljerijskoj vatri. Na sreću, izvršna odluka iz 1980. dozvolila je upotrebu GPS-a i civilima. Sada svatko može uživati u GPS-u! Mogućnosti su gotovo neograničene. GPS se može upotrebljavati svugdje osim na mjestima gdje je nemoguće primiti signal, a to su mjesta unutar zgrada, u tunelima, spiljama, garažama i drugim podzemnim lokacijama te ispod vode. Pronašao je široku primjenu u geodeziji i u svim područjima nauke i tehnologije koji koriste prostorno definisane informacije. Satelitsko pozicioniranje, daljinsko istraživanje i geografski informacijski sistemi su tehnologije koje će zasigurno obilježiti početak ovog stoljeća. Mogućnost izračunavanja koordinata 24 sata dnevno bez obzira na meteorološke prilike i nepotrebno dogledanje među tačkama, vrlo brzo su GPS-prijemnike učinile korisnim i opšteprihvaćenim terenskim instrumentom. Upotreba GPS-prijemnika sve je češća, a iznenađuje raznolikost zadataka za koje ovaj sistem daje pouzdane rezultate. Danas GPS-prijemnike osim za vojne potrebe, što je bio izvorni povod izrade sistema, koriste geodeti, šumari, geolozi, geofizičari, geografi, hidrografi, agronomi... Osim stručne i profesionalne upotrebe u raznim znanostima GPS je našao široku primjenu i u svakidašnjem civilnom životu – razni oblici transporta (kamionom, brodom i zrakoplovom), sport (nautika, padobranstvo, planinarenje,…), pa sve do ugrađivanja GPS-a, kao sistema za navigaciju, u osobne automobile. Osnovna zadaća GPS-a je precizno određivanje položaja tačke na kopnu, na moru, u zraku, u svemirskom prostoru bliskom Zemlji, te određivanje trenutne pozicije i brzine (navigacija) pokretnog objekta. Primjenom tehničkih rješenja koja su razvijana paralelno s ovim sistemom, GPS je postao mjerno sredstvo u geodeziji. Projekt satelitskog praćenja vozila GPS iznimno je efikasan i precizan, a korisnicima, osim lociranja vozila, pruža i informacije o brzini kretanja, mjestu zadržavanja vozila, potrošnji pogonskog goriva, prijeđenoj kilometraži, a senzorski je pokriven i rad motora vozila, kao i korištenje vrata na vozilu. 14


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Tehnike opažanja dijelimo na: - apsolutne - autonomno koristimo samo jedan GPS-prijemnik. - relativne - koristimo minimalno dva prijemnika gdje se položaj nepoznate točke (GPS-prijemnika) određuje relativno u odnosu na poznatu, na kojoj se nalazi drugi GPSprijemnik. GPS se sastoji iz tri osnovna segmenta: - svemirskog - kojeg tvore sateliti koji odašilju signale, - kontrolnog - koji upravlja cijelim sistemom, - korisničkog - koji uključuje različite tipove prijemnika. 5.1.Opis satelitskih signala Svi GPS sateliti (space vehicle, SV) emitiraju na istim frekvencijama, a signali s pojedinih satelita razlučuju se kodnom modulacijom. Zračenje satelita je cirkularno polarizirano (righthand circulary polarized, RHCP) i usmjereno prema Zemlji tako da se najveći intenzitet zračenja postiže uz ugao satelita prema horizontu (elevacija) od 40ak stupnjeva, a najmanji uz uglove od 90° i ispod 5°. Snaga zračenja pojedinog satelita je do 50 W. Šalju se dva digitalna koda C/A i P(Y), na dvije frekvencije, L1 i L2. C/A kod je niz od 1023 bita pseudoslučajnog šuma (pseudorandom noise, PRN) na L1 frekvenciji s izmjenom bita 1,023MHz, a ponavlja se svake milisekunde. Nosioc L1 ima frekvenciju 1575,42MHz pa svaki bit pseudoslučajnog šuma (takozvani chip) u C/A kodu sadrži 1540 punih titraja nosioca (jednom bitu koda odgovara oko 300m brzinom svjetlosti, a jednoj periodi nosioca 19cm). P(Y) kod također je pseudoslučajan niz, no 10 puta veće frekvencije i puno dulje sekvence (period ponavljanja: tjedan dana). Frekvencije pojedinih komponenata GPS signala prikazane su u tablici 1.

Komponenta Osnovna frekvencija Nosioc L1 Nosioc L2 P-kod P(t) C/A-kod C(t) Navigacijska poruka D(t)

Frekvencija (MHz) f0 = 10,23 f1 = 154 f0 = 1575,42 ( λ1 ≈ 19,0 cm) f1 = 120 f0 = 1227,60 ( λ2 ≈ 24,4 cm) f0 = 10,23 f0 / 10 = 1,023 f0 / 204600 = 50⋅10−6

15


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Tabela 1: Vremenski parametri satelitskog signala.

Izbor frekvencija je namjerno tako odabran jer su one presudne za eliminaciju glavnih izvora grešaka, kao što je npr. ionosferska refrakcija. Signal putuje kao zraka svjetlosti, što znači da prolazi kroz oblake, staklo i plastiku, ali ne prolazi kroz mnoge čvrste objekte kao što su zgrade i planine. Visokotačni standardi frekvencije omogućuju da se precizno proizvede temeljna frekvencija u L-bandu (radijskom opsegu) od 10,23 MHz. Iz nje su izvedena dva signala, nosači L1 i L2, koji su generisani množenjem temeljne frekvencije sa 154 i 120: L1= 1575,42 MHz L2= 1227,60 MHz Postoji i treći signal L3 koji dobijemo množenjem temeljne frekvencije sa 135 (L3=1381,05 MHz). Ovaj signal služi za potrebe nuklearnih snaga američke vojske i ne koristi se u GPS-prijamnicima. U budućim satelitima predviđena je ugradnja L5 frekvencije namijenjene civilnim korisnicima. Za određivanje pseudoudaljenosti koje se dobiju iz mjerenja vremena puta signala od satelita do prijemnika koriste se dva PRN koda (Pseudorandom noise code) koji su modulirani na dva osnovna nosača (L1 i L2). Prvi je C/A-kod (Coarse/Acqusition = grubo stjecanje) dostupan za sve korisnike i ima efektivnu valnu dužinu od oko 300 m, ali je moduliran samo na L1 nosaču. Ovaj kod namjerno nije moduliran na L2 nosaču u cilju sprječavanja korištenja pune tačnosti sistema od strane neautoriziranih korisnika. Drugi je P – kod (Precision code = precizni kod) koji služi isključivo potrebama vojske SAD-a, te je moduliran na oba nosača L1 i L2. Dodatno uz PRN – kodove, na nosače je modulirana i poruka s podacima o efemeridama satelita, koeficijentima modeliranja ionosfere, informacijama o statusu i pogrešci sata satelita.

16


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Slika 9: GPS satelit u orbiti Svi signali unutar GPS satelita generišu se iz jedne osnovne frekvencije radi održanja faznih odnosa, a današnji Block II sateliti (GPS sateliti) (slika 3) imaju po 4 atomska sata (2 cezijeva i 2 rubidijeva).

6. TAČNOST GPS SISTEMA 6.1 Greške pri mjerenju Postoji nekoliko tipičnih izvora grešaka u GPS pozicioniranju: • SA (Selective Availability) - selektivna dostupnost (ukinuto 01.05.2000.) • greške efemerida • greške satova • uticaj jonosfere i troposfere • višestruka refleksija signala • uticaj geometrije satelita Od svih ovih grešaka najveći uticaj na tačnost rezultata mjerenja ima SA. 6.2 Izvori grešaka Civilni GPS-prijamnici sadrže greške pri određivanju položaja koje su prvenstveno rezultat akumuliranja greška iz sljedećih izvora: Ionosfersko i troposfersko kašnjenje - Satelitski signal usporava kad prolazi kroz atmosferu. Sistem koristi ugrađeni "model" koji računa prosječno, ali ne tačno vrijeme kašnjenja.

17


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Višestruki put(refleksija) signala - To se događa kad se GPS-signal reflektira od objekata, kao što su zgrade ili površine velikih stijena prije nego što stigne do prijemnika. To povećava vrijeme putovanja signala tako uzrokujući grešku. Greške sata prijemnika - Kako nije praktično imati atomski sat u GPS-prijemniku, ugrađeni sat može imati male greške u vremenu. Orbitalne greške - Također poznate kao "pogreške efemerida", netačnosti su u izvještaju o položaju satelita. Broj vidljivih satelita - Što više satelita prijemnik može "vidjeti", to je bolja tačnost. Zgrade, konfiguracija terena, elektronička interferencija ili npr. gusto lišće mogu blokirati prijem signala, uzrokujući greške u položaju, ili pak sasvim onemogućiti određivanje položaja. Što je bolja vidljivost, to je bolji prijem. GPS-prijemnici neće primati signal unutar zgrada (obično), ispod vode ili zemlje.

Geometrija satelita/zasjenjivanje - To se odnosi na relativan položaj satelita u nekom trenutku. Idealna geometrija satelita postoji kad su sateliti smješteni pod velikim uglom relativno jedan u odnosu na drugi. Nepovoljna geometrija nastaje kad su sateliti smješteni na pravcu ili su tijesno grupirani. Namjerna degradacija satelitskog signala - Namjerna degradacija signala od strane vojske SADa poznata je kao "selektivna raspoloživost" (Selective Availability - SA) i namjera joj je spriječiti vojne protivnike u upotrebi visokotačnih GPS-signala. SA je odgovorna za većinu grešaka u određivanju položaja. SA je ugašena 2. svibnja 2000., i nije više aktivna. Međutim, tačnost se može poboljšati kombiniranjem GPS-prijemnika s diferencijalnim GPS (ili DGPS) prijemnikom, s kojim se mogu reducirati neke od gore navedenih grešaka.

Slika 10: Sumarni uticaj svih grešaka 18


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Selective Availability - SA je namjerno kvarenje GPS signala. Kao rezultat uticaja SA, sa jednim autonomnim prijemnikom ne može se postići veća tačnost pozicioniranja od 100 metara. SA je program američkog ministarstva odbrane (DoD) koji je uveden kako bi se otežalo korišćenje ove tehnologije u armijama potencijalnih protivnika SAD. Uticaj SA se uspješno može otkloniti tehnikom diferenciranja, odnosno istovremenim korišćenjem dva GPS prijemnika.Vojni prijemnici imaju mogućnost dekodiranja signala i automatskog uklanjanja uticaja ove greške. Ta vrsta prijemnika u upotrebi je u NATO snagama. Ovaj tip greške više nije prisutan, jer je američka vlada dekretom ukinula SA degradaciju 01.05.2000. godine. Greška pozicijie bez uticaja SA nije veća od 20m, a u većini slučajeva iznosi oko 10m.

Greška satova utiče na tačnost mjerenja rastojanja do satelita. Pošto se rastojanje meri na osnovu brzine kretanja svjetlosti i vremena potrebnog da stigne do prijemnika, svaka greška u merenju vremena utiče i na tačnost konačne pozicije.

Slika 11: Greška u određivanju presjeka zbog kašnjenja sata

Uticaj jonosfere i troposfere je važan izvor grešaka. Prolaskom GPS signala kroz jonosferu i troposferu dolazi do njegovog usporenja, što za rezultat ima pogrešno sračunato rastojanje do satelita. Po posledicama greška je slična grešci sata. 19


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Slika 12: Put GPS signala kroz jonosferu i troposferu Prilikom obrade podataka GPS merenja koriste se matematički modeli kojim se ovaj uticaj smanjuje. Kod dvofrekventnih prijemnika, upoređuju se brzine kretanja singnala na različitim frekvencijama i na osnovu tih podataka računaju elementi za redukciju greške. Višestruka refleksija signala je greška koja je određena uslovima rada na terenu. Osim signala sa satelita, do GPS prijemnika dolaze i signali koji se reflektuju od obližnjih objekata. Napredni dvofrekventni prijemnici mogu uspešno da umanje uticaje refleksije.

Slika 13: Refleksija signala od raznih objekata Uticaj geometrije satelita ogleda se u loše određenoj presječnoj tački. Korišćenje suviše bliskih satelita rezultira sa lošijim rezultatima mjerenja. Ovaj uticaj se naziva geometrijsko rasipanje preciznosti ili skraćeno GDOP (Geometric Dilution of Precision).

20


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

6.3. Načini iskazivanja tačnosti položaja CEP (Circular Error Probability) je često korištena mjera tačnosti, a označava koliko metara odstupa 50% (CEP50), odnosno 95% (CEP95) mjerenja. Mjera analogna ovoj, ali u tri dimenzije nosi naziv SEP (Spherical Error Probability), pri čemu se takođe najčešće uzima 50% ili 95% mjernih rezultata. Valja napomenuti da se u literaturi ponekad ne pridržavaju konvencije i koriste CEP kao mjeru u tri dimenzije ne spominjući nikakav SEP. Ukoliko se eksplicitno ne navede o kojem se postotku radi, najčešće se radi o 50%. Ove mjere ne uzimaju u obzir razdiobu mjernih rezultata, što znači da "drugih 50%" može odstupati i značajno i u istu stranu. DOP (Dilution Of Precision) je mjera kvalitete geometrijskog položaja satelita. Već je i intuitivno jasno da će greška mjerenja položaja biti velika ukoliko su sateliti jako blizu jedan drugome (ili ako je manje satelita uzeto u obzir prilikom izračuna položaja). Većina prijemnika DOP ispisuje zajedno s položajem, brzinom i izmjerenim vremenom. DOP je bezdimenzionalna veličina, a označava koliko je puta veće rasipanje izračunate veličine (položaja ili vremena) od rasipanja izvornih mjerenja pseudoudaljenosti do satelita. Najmanji iznos DOP vrijednosti je 1 i on označava optimalan geometrijski raspored satelita.

Slika 14: Ilustracija HDOP i VDOP mjere

21


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

DOP se rastavlja na komponente: GDOP – Geometric DOP – ukupna mjera kvalitete geometrijskog rasporeda, HDOP – Horizontal DOP – geografska širina i dužina, VDOP – Vertical DOP – visina, PDOP – Position DOP – geografska širina, dužina i visina, TDOP – Time DOP – vrijeme (ponekad se DOP rastavlja čak i na EDOP (East), NDOP (North) i slično za XYZ koordinate). Pri tome vrijedi:

PDOP = ( HDOP 2 +VDOP 2 ) GDOP = ( PDOP 2 +TDOP 2 )

.

(6.3.1)

7. TELEMATIKA I NJENA ULOGA U TRANSPORTU Prilikom obavljanja transporta često dolazi do nepredviđenih situacija koje imaju za posljedicu pojavu odstupanja od plana rada. Prevoz tereta se vrlo često obavlja kroz gradske sredine čime se utiče na povećanje zagušenosti u saobraćaju, povećanje broja nezgoda i oštećenje putne mreže. Odstupanja koja nastaju kao posljedica svega toga dovode do poremećaja u vremenima isporuka robe i stvaraju probleme vezane za vrijeme rada vozača što često ima za posljedicu angažovanje dodatnih vozila i vozača za obavljanje istog transportnog rada čime se povećavaju troškovi transporta. Sve to rezultira nezadovoljstvom klijenata, većim operativnim troškovima, stresnim situacijama za vozače i opadanjem proizvodnosti. U svemu ovome svoju ulogu pronalazi telematika (TELEkomunikacije + inforMATIKA). Inteligentni transportni sistemi (ITS), čiji je podsistem telematika, imaju za cilj da potpomognu upravljanje distribucionim i prevoznim procesima. Ovi sistemi obezbjeđuju potrebne alate i mehanizme kojima se ostvaruje bolje upravljanje na transportnoj mreži, veća bezbjednost vozila, pomaže vozačima prije i za vrijeme trajanja prevoza i čini putovanje mnogo prijatnijim. Telematika objedinjuje moderne informacione i telekomunikacione tehnologije u cilju ostvarivanja velikih mogućnosti koje nudi savremeno društvo. Primjena transportnih telematskih sistema ima veoma važnu ulogu u obezbjeđivanju opšte mobilnosti i tako omogućava savremenom poslovanju da zadovolji zahtjeve konkurentnog tržišta. Najrazvijeniji i najmoćniji telematski sistemi doprinose razvoju transportnih procesa pružajući mogućnost za efikasnije upravljanje istim. Pravilna upotreba ovih sistema može dovesti do značajnih poboljšanja u proizvodnosti i efikasnosti rada voznih parkova, smanjenja transportnih troškova, troškova rada vozila i potrošnje goriva. Time se takođe smanjuje uticaj vozila na okolinu i povećava njihova bezbjednost. Temeljno upravljanje prevoznim procesima, bilo uz pomoć telematskih sistema ili na neki drugi način, je ključ za dobru produktivnost i proizvodnost. Značajne finansijske koristi i 22


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

koristi koje imaju korisnici usluga se mogu ostvariti pravilnim korišćenjem ovih telematskih sistema. Savremeni informacioni sistemi podrazumjevaju postojanje određene opreme-računara, monitora, štampača, itd. (hardver), niza postupaka i procedura koji pokreću mašine, vrše memorisanje i razne obrade podataka - programa (sistemski i aplikativni softver), ljude raznih struka (sistem analitičara, operatera, programera) koji rade u tom sistemu (lifeware), i organizaciju (organware). Telematski sistemi predstavljaju sastavni dio savremenih informacionih sistema. Uz pomoć telematskih sistema vrši se prikupljanje određenih podataka sa vozila, njihovo memorisanje, obrada i prenos do korisnika. Analizom ovih podataka dobijaju se informacije značajne za donošenje odgovarajućih upravljačkih odluka u cilju poboljšanja efikasnosti sistema i iskorišćenja raspoloživih resursa. Većina telematskih sistema koji se pojavljuju na tržištu koriste se u podprocesu realizacije i funkcionisanja transportnog procesa. Na osnovu podataka koji se dobijaju od ovih sistema mogu se odrediti transportni učinci (transportovana količina robe, izvršeni transportni rad, iskorišćenje resursa), kvalitet usluge, troškovi i prihod. Time se stvara mogućnost poređenja izlaznih rezultata sa konkurentima na tržištu u pogledu ponuđenih kapaciteta, kvaliteta usluge i sl. Primjena telematskih sistema doprinosi bezbjednijem, pouzdanijem i efikasnijem transportu tako što: • pomaže prevoznicima u izbjegavanju kašnjenja, zagušenja u saobraćaju i nepotrebnih prevoza; • preusmjerava saobraćaj sa preopterećenih puteva na alternativne vidove saobraćaja kao što su željeznica i vodni saobraćaj; • smanjuje broj saobraćajnih nezgoda; • povećava produktivnost; • bolje iskorišćava kapacitet raspoložive infrastrukture; • potpomaže integraciji transporta; • smanjuje potrošnju energije; • smanjuje zagađenje životne sredine Telematski sistemi u vozilima se mogu iskoristiti u različite svrhe, kao što su prikupljanje podataka o vožnjama, upravljanje prevoznim procesima, praćenje lokacije vozila, pronalaženje ukradenih vozila, pružanje usluge davanja informacija vozačima o putanjama kretanja vozila. Na tržištu postoji veliki broj proizvođača telematskih sistema i drugih kompanija koje pružaju usluge ovog tipa (u daljem tekstu dobavljači). Usljed toga pojavljuju se proizvodi različitih mogućnosti i cijena. Zato je važno da se prilikom izbora dobavljača razmotri njihov proizvod u cjelini i da se tom prilikom odluke ne donose na osnovu atraktivnosti opreme u vozilima ili spoljašnjeg izgleda. Prilikom izbora komponenti i vrste telematskog sistema potrebno je razmotriti sve mogućnosti koje oni nude. 23


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

U ovom poglavlju su prikazane osnovne komponente telematskih sistema, kratak opis istih, kao i vrste sistema koje se koriste u vozilima.

7.1 Osnovne komponente telematskih sistema Postoji veliki broj različitih telematskih sistema. Svaki od tih sistema predstavlja različite kombinacije tri osnovne komponente. 1. Hardver - uređaji koji su fizički postavljeni na vozilu i u službi u kojoj se vrši prikupljanje podataka; 2. Prenos podataka - način na koji se svaki podatak koji je prikupljen prenosi sa vozila do službe za prikupljanje podataka; 3. Upravljački softver - način na koji se ovi prikupljeni podaci pretvaraju u niz korisnih informacija neophodnih za uspešno poslovanje samog preduzeća. U okviru ovog poglavlja prikazana je svaka od ovih komponenti posebno, kao i opis pojedinih tipova hardverskih uređaja koji se postavljaju na vozilo. 7.1.1 Hardver Pojam hardver se odnosi na različite vrste tehničkih sredstava koja se mogu postaviti na vozilo (on-board hardver) i u službu za prikupljanje podataka. U ovom poglavlju će biti prikazani pojedini tipovi on-board hardverskih uređaja: on-board kompjuter, mjerač protoka goriva, GPS prijemnik, komunikacioni modul, terminal za vozača, navigacioni uređaj i uređaj za praćenje priključnih vozila. Pored dole navedenih, postoje i drugi uređaji kao što su uređaji za izdavanje priznanica o isporuci i izdavanje računa, čitači bar kodova, kao i terminali koji se koriste za elektronsko bilježenje potpisa kupca kao dokaz o obavljenoj isporuci robe. Pri tome nisu svi ovi hardverski uređaji sastavni dio svakog telematskog sistema, mada postoji tendencija u budućnosti da se sve više hardverskih uređaja integriše u cilju povećanja funkcionalnosti i smanjenja troškova. On-board kompjuter predstavlja najbitniji dio telematskog sistema u vozilu. Pojavljuje se u različitim oblicima u zavisnosti od proizvođača, ali nije potrebno poznavati sve u vezi tog sistema da bi se on mogao uspješno koristiti. U osnovi predstavlja elektronsku jedinicu koja sadrži u sebi softver za čitanje i memorisanje podataka sa vozila i/ili za čitanje podataka sa GPS prijemnika, a takođe vrši i kontrolu prenošenja podataka. Ovaj dio sistema može takođe da prima podatke od ostalih izvora, kao što je terminal za vozača, i može se posmatrati kao jedan personalni računar u vozilu . Neki od ovih on-board kompjutera obezbjeđuju funkciju praćenja toka putovanja preko računara uz istovremeno praćenje rada vozača na različite načine. Ostali on-board kompjuteri predstavljaju jednostavne elektronske kontrolne jedinice postavljene ispod istrument table na vozilu. Satelitsko praćenje (GPS) i funkcija mobilne komunikacije (GSM 3) mogu biti objedinjeni u okviru savremenijih uređaja. Ti uređaji su ponekad fizički povezani tako da omogućuju čitanje podataka o vozilu i vozaču, kao što su potrošnja goriva, brzina kretanja i ubrzanje. 24


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Primjer jednog on-board kompjutera je prikazan na slici 14. Ovaj on-board kompjuter se može ugraditi u bilo koje vozilo bez obzira na tip. Postavlja se u već postojeći otvor koji je predviđen za postavljanje radio-kasetofona ili u izdvojeno kućište. Pruža mogućnost beleženja potrošnje goriva kod svih vozila koja imaju ugrađen CANBUS4 sistem

Slika 15: On-board-computer Pristup ovom kompjuteru je omogućen ubacivanjem smart kartice 5 od strane svakog vozača i samo uz pomoć ove kartice je moguće vršiti upravljanje sistemom. Ovakva vrsta kompjutera pomaže da se ostvari bolja efikasnost potrošnje goriva korišćenjem posebnih sistema za pomoć vozačima u toku vožnje. Na ekranu se ispisuju podaci vezani za putovanje i trenutnu potrošnju goriva. Skidanje podataka se obavlja potpuno automatski po povratku vozila u bazu, mada postoji i mogućnost skidanja podataka preko GSM mreže za ona vozila koja obavljaju transport bez povratka u bazu. Takođe, po potrebi, pruža mogućnost ugradnje i GPS prijemnika u cilju dobijanja podataka o lokaciji vozila u odabranom trenutku vremena ili za kasniju analizu istih. 25


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Slika 16: Kartica za identifikaciju vozača

7.1.2 Mjerač protoka goriva Osnovna funkcija mjerača je da određuje količinu potrošenog goriva u motoru kod vozila starije generacije ili kod vozila male ukupne mase koja nisu opremljena CAN-BUS sistemom. U slučaju novijih vozila ovu funkciju obavlja on-board kompjuter koji je povezan sa CAN-BUS mrežom. Na taj način je obezbjeđena veoma važna ulazna veličina za on-board kompjuter sa ciljem boljeg upravljanja potrošnjom goriva.

Slika 17: Siemens VDO mjerač protoka goriva

26


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

7.1.3 GPS prijemnik GPS prijemnik obično predstavlja pasivni uređaj koji ponekad liči na radio prijemnik. Omogućava čitanje signala sa do 12 satelita i može utvrditi položaj vozila bilo gde na Zemlji u području od 10 do 20 metara ili od 1 do 5 metara ukoliko se koriste diferencirani GPS. GPS prijemnik treba locirati tako da ima otvoreni pogled ka satelitima i zato je najbolje postaviti ga na krovu kabine vozila ili odmah iza vetrobranskog stakla (dobavljači sistema daju preporuke u vezi sa mestom postavljanja ovog prijemnika). Ukoliko je prijemnik u mogućnosti da primi signal sa 3 satelita, onda je to sasvim dovoljno da obezbjedi podatke potrebne kompjuteru za određivanje lokacije vozila. Pojedini mobilni telefoni i terminali za vozače imaju ugrađene GPS prijemnike. Neki od uređaja imaju mogućnost povratnog prenosa podataka do baze preko satelita. GPS ne može da funkcioniše u zatvorenim prostorijama ili ispod zemlje. Neki od razvijenijih sistema za sigurniju upotrebu, prenose poslednju poziciju koja je sačuvana u memoriji ukoliko vozilo nije u mogućnosti da prima signal. GPS prijemnik obično predstavlja pasivni uređaj koji ponekad liči na radio prijemnik. Omogućava čitanje signala sa do 12 satelita i može utvrditi položaj vozila bilo gdje na Zemlji u području od 10 do 20 metara ili od 1 do 5 metara ukoliko se koriste diferencirani GPS. GPS prijemnik treba locirati tako da ima otvoreni pogled ka satelitima i zato je najbolje postaviti ga na krovu kabine vozila ili odmah iza vjetrobranskog stakla (dobavljači sistema daju preporuke u vezi sa mjestom postavljanja ovog prijemnika). Na slici 18. je prikazan CW 25-NAV GPS prijemnik koji ima veoma veliku osjetljivost i može se koristiti u uslovima veoma slabih GPS signala. Zahvaljujući svojim karakteristikama ovaj GPS prijemnik pruža mogućnost brzog određivanja lokacije vozila čak i u područjima gde je veoma slab GPS signal, kao što su određeni kanjoni, predjeli pokriveni šumom, pa čak i kada se vozilo nalazi u okviru neke građevine. Ovaj tip prijemnika ima veoma male dimenzije i veoma integrisanu arhitekturu koja zahtjeva minimalan broj spoljnih komponenti, pružajući na taj način mogućnost lake integraciju u postojeće sisteme u vozilu.

Slika 18: CW 25 NAV GPS prijemnik 7.1.4 Komunikacioni modul 27


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Ovaj modul predstavlja još jedan mali sofisticirani dio elektronike i softvera. Ponaša se kao posrednik između opreme u vozilu i komunikacione mreže. Postoji nekoliko integrisanih komunikacionih i GPS modula koji su raspoloživi. PCM-J1708 komunikacioni modul koji služi za prenos podataka između kompjuterskog sistema i opreme u komercijalnim vozilima . Predstavlja komunikacioni link koji služi za efikasniji prenos podataka. Ovaj tip komunikacionog modula obezbjeđuje dva nezavisna, neizolovana komunikaciona kanala i može raditi u širokom temperaturnom opsegu od -40º do 85º C.

7.1.5 Terminal za vozača/tastatura Postoje veliki broj različitih mogućnosti vezanih za ovu vrstu hardverskih uređaja. Veći dobavljači telematskih sistema su razvili mnogo različitih terminala, pri čemu se neki od njih danas uspješno koriste u vozilima. Sa druge strane, manji dobavljači su razvili terminale posebno prilagođene prevoznim procesima. Veliki broj PDA6 uređaja je našlo upotrebu u vozilima jer njihova primjena dovodi do smanjenja troškova. Potrebno je oprezno razmisliti o tome gdje postoji mogućnost njihove primjene u zavisnosti od prevoznih potreba. Terminali za vozače su obično sastavljeni od ekrana i tastature, ili manje table sa brojevima i drugim specifičnim simbolima. Oni daju sledeće mogućnosti: • ispisivanje tekstualnih poruka na dva načina; • elektronski prikaz podataka na ekranu, prilagođavanje potrebama, prikazivanje grešaka, nedostataka, mehaničkih neispravnosti i stvarnog vremena isporuke; • savjeti koji prevozni put da se koristi (u slučaju da ne postoje navigacioni uređaji u vozilu); • pregled bar kodova; • ulazni podaci o radu vozača - početak rada, vrijeme utovara, kašnjenja, vrijeme čekanja, vrijeme istovara itd.; • elektronsko bilježenje podataka o vremenu rada. Najvažnija osobina - jednostavnost: • jednostavan za korištenje i rukovanje, • jednostavna obrada i proizvodnja visoko kvalitetnih podataka, • jednostavan za učenje uz kratku obuku i • pristupačan i razumljiv korisnički interfejs Primjer jednog takvog terminala je prikazan na slici 18. Ovaj terminal se sastoji iz ekrana i tastature za ispisivanje tekstualnih poruka. Uz pomoć ovog terminala, vozači imaju mogućnost da šalju i primaju tekstualne poruke vezane za prevozni proces, preko odgovarajućeg GSM modula. Što se tiče slanja poruka, vozači imaju na raspolaganju dvije mogućnosti: slanje

28


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

unaprijed pripremljenog teksta ili manuelno ispisivanje poruke. Za slanje podataka vozači mogu koristiti tastaturu koja je već ugrađena u terminal ili spoljašnju tastaturu koja se može priključiti na sam terminal. Vozačima stoji na raspolaganju mogućnost unosa podataka vezanih za putovanje i teret koji se transportuje, uključujući: razloge kretanja (npr. službeno ili privatno ili kretanje usljed zahtjeva održavanja), razloge zaustavljanja (npr. snabdjevanje gorivom ili stajanje radi obavljanja intervencija na vozilu ili gužve u saobraćaju), detalje o klijentima (npr. imena, troškovi, lokacije i kodovi), količinu dolivenog goriva ili troškove itd. Spoljašnji uređaji koji se mogu priključiti na ovu vrstu terminala su: spoljašnja tastatura (za koju postoji poseban port na uređaju na koji se ona može priključiti pomoću kabla) i čitač bar kodova. Na ekranu terminala se ispisuje poruka upozorenja ukoliko je priključena nekompatibilna tastatura ili čitač bar kodova.

Slika 19: VDO FM terminal za vozače

Navigacioni uređaj se odnosi na ekran unutar kabine vozača ili na elektronski modul koji daje instrukcije vozačima u vezi sa odredištem bilo grafički, verbalno ili korišćenjem oba načina. Ova usluga može biti obezbjeđena i preko mobilnih telefona koji poseduju GPS. Primjer jednog takvog navigacionog uređaja je prikazan na slici 19. Sastoji se iz ekrana koji služi za prikazivanje neophodnih podataka i poruka vozačima vezanih za prevozne procese. Ovaj navigacioni uređaj je povezan sa on-board kompjuterom. Na taj način vozači primaju instrukcije vezane za prevozne operacije i preko odgovarajućeg terminala šalju odgovore i druge informacije do svoje baze.

29


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Slika 20: Navigacijski uređaj

7.1.6 Uređaj za praćenje priključnih vozila Ovaj uređaj predstavlja zasebnu jedinicu namenjenu priključnim vozilima. Obično su postavljene unutar vodootporne i posebno izdvojene i obezbjeđene kutije. Ove kutije su nezavisne i u sebi sadrže GPS prijemnik, komunikacioni modul, kontrolnu elektroniku i baterije. Baterije se pune za vrijeme dok je priključno vozilo spojeno sa vučnim. Njihov kapacitet bi trebao biti dovoljan za rad od nekoliko nedelja, obzirom na to da se priključna vozila mogu nalaziti u stanju mirovanja toliko dugo. 7.1.7 Prenos podataka Predstavlja način na koji se vrši prenos podataka do i od vozila. Najbolji način za prenos podataka za pojedine prevozne procese zavisi od toga koliko se trenutno podataka zahtjeva, od zahteva pokrivenosti podacima, i od toga koliko je prevoznik spreman da izdvoji finansijskih sredstava za ovu svrhu. Neki od sistema su zasnovani na satelitskom prenosu podataka. Ukoliko se podaci ne zahtevaju trenutno, onda se oni mogu skidati sa vozila po njegovom povratku u bazu prenosom podataka kablovskim ili bežičnim putem. Najčešće primenjivani način prenosa podataka je preko mreže mobilnih telefona (GSM) ili preko SMS7. Ova komponenta telematskih sistema vrši pretvaranje prikupljenih podataka u niz informacija pomoću kojih se operativno upravlja prevoznim procesom ili radom vozila i vozača mnogo efikasnije nego ranije . To može biti jednostavan paket koji daje izveštaj o radu, oprema 30


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

za grafičko i tekstualno prikazivanje, ili može biti sistem za praćenje porudžbina. Može se upravljati uz pomoć jednog PC računara preko računarske mreže ili preko web sajta. Ipak ono što je najvažnije je da ovaj softver mora da omogući direktno prikazivanje preciznih podataka koji su neophodni bez dodatne analize pojedinih dijelova. Takođe je potrebno da bude jednostavan za upotrebu, pouzdan i ne previše tehnički zahtjevan. Dobar softver treba da posjeduje sljedeće karakteristike: • da bude jednostavan za korišćenje; • da posjeduje veoma kvalitetnu dokumentaciju ili dobar sistem za pomoć u njegovom korišćenju; • da ima veliku brzinu rada; • da daje raznovrsne izvještaje Jedan od ovih upravljačkih softvera je Fleet Manager Professional 8 koji je napravljen sa ciljem da se što je moguće bolje iskoriste savremeni on-board kompjuteri koji su ugrađeni u vozila u cilju kvalitetnijeg upravljanja transportnim procesom . Ovaj softver predstavlja tzv. klijent-server koji se može koristiti pomoću jednog PC računara ili preko odgovarajuće lokalne mreže (LAN8) ili preko interneta. Primjena ovog softvera pruža mogućnost praćenja i upravljanja karakteristikama rada vozila i vozača, kontrolu komunikacionih troškova, pružanja izvještaja o troškovima rada voznog parka, aktivno (real-time9) i pasivno (u određenim trenucima vremena) praćenje vozila i vozača, davanja izveštaja o komuniciranju i slanju poruka, planiranje prevoznih puteva, davanja izveštaja o održavanju vozila, ukazivanja na potrebe obavljanja određenog servisa na vozilu i dr. Fleet Manager Professional 8 softver ima mogućnost davanja sljedećih izvještaja: • izvještaj o aktivnostima vozila i vozača u vremenskom periodu - prikazuje sve informacije vezane za prevozne procese koje se odnose na vozilo i vozača u grafičkoj formi na vremenskoj osi; ove informacije mogu da se odnose na 24 časa ili se one mogu prikazati na časovnom nivou; • izvještaji o realizaciji po putnom nalogu - prikazuju za svaku realizaciju putnog naloga: ime vozača, tip vozila, vrijeme početka/kraja vožnje, vrijeme vožnje, vrijeme dangube, vrijeme trajanja parkiranja, maksimalna brzina, prosječna brzina, rastojanje prevoženja, očitavanje kilometar-sata; • dnevni izvještaji o realizaciji po putnom nalogu - prikazuju na dnevnom nivou: vrijeme početka/kraja svake vožnje, trajanje vožnje, vrijeme vožnje, vrijeme dangube, vrijeme trajanja parkiranja, vrijeme stajanja vozila, rastojanje prevoženja, prevozne puteve, časovi rada motora;

31


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

• mjesečni izvještaji o realizaciji po putnom nalogu - prikazuju na mjesečnom nivou: trajanje svake vožnje, vrijeme vožnje, vrijeme dangube, vrijeme trajanja parkiranja, vrijeme stajanja vozila, pređena kilometraža, prevozne puteve; • izvještaji o greškama tokom vožnje - prikazuju na nivou vožnje, dnevnom, mjesečnom nivou i ukupno: prekoračenja brzine, nagla ubrzanja, nagla kočenja, prekomjerena zadržavanja i vožnju ivan tzv.''zelenog opsega''; • izvještaji o prevoznim putevima - prikazuju tip prevoznog puta, trajanje vožnje i vrijednosti prekoračenja planiranog trajanja; • potrošnja goriva - prikazuju datum, količinu, potrošnju; • bodovanje vozača - vrši se na osnovu definisane grupe parametara 7.2 Vrste telematskih sistema Postoji širok opseg raspoloživih mogućnosti za kombinovanje različitih gledišta na osnovne komponente sistema koje su opisane u prethodnom poglavlju ovog rada. U okviru ovog poglavlja izvršena je podjela ovih mogućnosti na sljedeće specifične primjene: • prikupljanje podataka o vozilu i vozaču; • praćenje vozila; • praćenje priključnih vozila; • tekstualne poruke; • informacije o realizaciji transportnog procesa i isporuci robe; • informacije o uslovima u saobraćaju; • navigacija pomoću on-board kompjutera.

7.2.1 Telematski sistemi za prikupljanje podataka o radu vozila i vozača Osnovna funkcija uređaja za on-board prikupljanje podataka je da se obezbjede informacije vezane za rad vozila i vozača. Na taj način će se poboljšati rad vozila u pogledu potrošnje goriva i ostvariti određene koristi kao što su smanjenje troškova održavanja, povećanje bezbjednosti kretanja vozila na putevima i smanjenje troškova osiguranja. Ovo je jedna od on-board tehnologija kao podrška upravljanju voznim parkovima koja je najranije razvijena, čak pre nego što se riječ telematika počela koristiti. Većina proizvođača vozila danas obezbeđuje ovu vrstu proizvoda kao sastavni dio originalne opreme.

Telematski sistemi za prikupljanje podataka o radu vozila i vozača fizički su povezani sa tahografima, čitačima broja obrtaja, CAN-BUS mrežom, mjeračem potrošnje goriva i vrlo često sa različitim elektronskim davačima ulaznih signala sa kabine ili šasije vozila. Usljed velikih tehničkih ograničenja vezanih za ulazak u proizvodnju ovih proizvoda, u ovoj oblasti postoji vrlo mali broj dobavljača u odnosu na ostale oblasti. Mnogi proizvođači vozila nude proizvode vrlo različitih mogućnosti u cilju sticanja određene prednosti u odnosu na svoje konkurente, među kojima se izdvajaju proizvodi koji koriste CAN-BUS mreže. 32


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Količina potrošenog goriva u vozilu se može utvrditi priključivanjem ili na mjerač potrošnje goriva ili na način koji se danas mnogo češće koristi, a to je povezivanje na CAN-BUS mrežu. Ne treba se oslanjati na to da su dobijene vrijednosti od mjerača potrošnje goriva apsolutno tačne kako bi se na osnovu njih upoređivale karakterisitike različitih tipova vozila. Tačnost dobijenih rezultata sa mjerača potrošnje goriva može značajno da varira od vozila do vozila u zavisnosti od prirode sistema za vraćanje viška goriva i karakteristika goriva vraćenog od brizgaljki. Podaci o potrošnji goriva sa on-board sistema se najbolje mogu iskoristiti u analizi trenda korišćenja uređaja za uštedu goriva ili programa za obuku vozača. Podaci o vozačima se mogu dobiti preko uređaja za identifikaciju. Identifikacija vozača koji upravljaju pojedinim vozilima u određeno vrijeme je značajna u svakom prevoznom procesu, gdje vozači nisu zaduženi za jedno vozilo. Podaci o vozilu su takođe mnogo manje značajni ukoliko ona nisu povezana sa određenim vozačem koji može da utiče značajno na smanjenje ili povećanje efikasnosti rada vozila. Najbolji način za identifikaciju vozača je preko kartice (slika 15.) ili odgovarjućeg ključa. Ukoliko je vozačima dodeljen PIN 10 kod onda je potrebno zahtjevati od dobavljača da prikaže sistem zaštite od nepravilnog unosa ovog koda. Neki od dobavljača imaju saradnju sa proizvođačima rezervoara za vozila, tako da se ovaj uređaj za identifikaciju vozača može koristiti za objašnjavanje uzroka pojave gubitka goriva. Postoji nekoliko mogućnosti za prenos podataka sa vozila na računar, smještenog u službi za prikupljanje podataka: • Laptop ili slični uređaj koji se može priključiti na jedinicu za prikupljanje podataka u vozilu. Srazmjerno skuplja mogućnost u odnosu na ostale obzirom na pogodnosti koje pruža; sklon je oštećenju i zahteva odgovarajući prostor za smještaj; • Korišćenje odgovarajućeg kabla u vozilu u toku procesa punjenja goriva. Jeftino rješenje, tehnički pouzdano ali i prevaziđeno (upotrebljivano je još prije 30 godina); oslobađa vozača od obaveze priključivanja kabla; • Podaci se prenose preko uređaja za identifikaciju vozača (kao što su smart kartice). Jeftino rješenje, tehnički pouzdano, zavisi od saradnje vozača. Skidanje podataka sa uređaja za identifikaciju vozača može se obaviti automatski bez ikakvog softvera kojim bi rukovao vozač ili nekog drugog uređaja;

• Prenos podataka se obavlja automatski bežičnim sistemom. Za ovo rješenje je potreban skuplji hardver ali je cijeli proces automatizovan. Podaci se trenutno prikazuju na računaru u službi za prikupljanje podataka. Pouzan je ukoliko je dobro konstruisan; nema troškova prenosa; jedino je pogodan za prevozne procese gdje se vozila redovno vraćaju u bazu;

33


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

• Prenos podataka se vrši preko mreže mobilnih telefona, satelita ili, što je najmanje u upotrebi, preko drugih real time sistema kao što su RAM, Paknet ili TETRA. Malo je kritičnih podataka raspoloživo pomoću ovih vrsta proizvoda ukoliko ne uključuju mogućnost praćenja vozila, što predstavlja skuplju varijantu obzirom na to da se povećavaju troškovi komuniciranja. Potrebno je utvrditi koje su informacije stvarno potrebne u svakom trenutku. Ovaj način prenosa je idealan za vozila koja se retko vraćaju u bazu. Ukoliko se vozilo nalazi izvan teritorije državne granice, i ukoliko je potrebno pratiti vozilo i vozače u svakom trenutku, onda je neophodno koristiti sistem mobilne telefonije ili sistem satelitskog komuniciranja. Ipak, u većini slučajeva je značajnije preuzimanje podataka sa vozila onda kada se ona vrate u bazu i kada vozači podnesu izveštaj. Većina on-board sistema za prikupljanje podataka ima dovoljno memorije za pamćenje tih podataka do nekoliko nedjelja prije nego što ih je potrebno preuzeti sa sistema. Način na koji se podaci o vozilu i vozačima prikazuju preko softvera sistema predstavlja krajnji cilj ovog proizvoda. Ukoliko se prevoz obavlja sa više od, recimo, 15 vozila, posljednje što se želi su izveštaji koji prikazuju informacije o pojedinačnim vozilima i vozačima na svakom papiru posebno. Analiza ovako dobijenih podataka zahtjeva mnogo vremena i truda. Moćni softveri omogućavaju predstavljanje izveštaja na osnovu kojih se može izvršiti poređenje, analiza trenda i upoređivanje sa konkurentima na tržištu. Jedan od sistema koji se koristi za prikupljanje podataka o vozilu i vozaču je Drivelock Data sistem. Pored ove funkcije, ovaj sistem doprinosi i povećanju bezbjednosti vozila, tj.zaštiti od krađe. Osnovna namjena Drivelock Data sistema je da spriječi bilo kakvo pokretanje vozila od strane neovlašćenog lica. Ovaj sistem sprečava pokretanje vozila ukoliko to ne obavlja sam vozač, čak i u slučaju da je motor ostao upaljen. Primjena ovog sistema daje određenu vrstu sigurnosti za vozače, čak i kada su zaboravili da zaključaju kabinu vozila, a samim tim se smanjuju i potrebe za visokim troškovima osiguranja za slučajeve krađe vozila. Mogućnosti koje pruža ovaj sistem su sljedeće: • sprečavanje pokretanja vozila - čak i u slučaju kada je motor upaljen; • hands-free rukovanje - bez kodova ili ključeva; • identifikacija vozača - upravljanje vozilom mogu obavljati samo kvalifikovani/ovlašćeni vozači; • datum i vrijeme početka/završetka korišćenja vozila; • datum i vreme otvaranja tovarnog prostora vozila; • ukupan pređeni put po vozaču; • ukupan pređeni put po vozilu; • prosječna i maksimalna brzina kretanja vozila Sistemi za praćenje vozila mogu biti korišteni za sprečavanje i otkrivanje vozila i tereta koji su ukradeni, kao i za povećanje bezbednosti vozača. Tipične zaštite koji nudi sistem su: 34


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

•Dugme alarma koje daje mogućnost vozaču da signalizira svojoj autobazi odmah i diskretno u slučaju ozbiljnog problema vezanog za ličnu bezbednost i bezbednost robe. U tom slučaju se policija može obavestiti i može se pratiti lokacija vozila u svakom trenutku. Ovo se pokazalo kao efikasan alat i za zaštitu vozača i za zaštitu tereta. Skriveni mikrofon se takođe ponekad koristi u pojedinim slučajevima prevoza, kao što je prevoz novca; • Svako zaustavljanje vozila se daljinski može utvrditi na osnovu promene uslova rada vozila npr. brzine, prevoznog puta, vremena putovanja. Ovo zaustavljanje može biti propraćeno zaključavanjem vrata, blinkanjem svetiljki i zvučnim signalom i obično se koriste onda kada je potreban visok nivo zaštite vozača i vozila; • Svako otvaranje vrata može biti zabeleženo i praćeno informacijom o vremenu i lokaciji na kojoj je to toga došlo. Neovlašćeno otvaranje vrata na priključnom vozilu tokom transporta može biti otkriveno, naročito ukoliko je podržano posebnim izveštajem. Postavljanje pouzdanih i zaštićenih prekidača na vratima priključnog vozila i njihovim povezivanjem sa on-board kompjuterom koji se nalazi u kabini vozača, zahteva ekspertsko znanje inženjera; • Nekoliko velikih dobavljača telematskih sistema u okviru njih omogućava praćenje ukradenog vozila. Ovi sistemi mogu detektovati da se vučno ili priključno vozilo kreću izvan određenog geografskog područja za vreme obavljanja prevoznog procesa. Takođe, pruža mogućnost praćenja ukradenog vozila. Preko odgovarajućeg uređaja ova se informacija prosleđuje do policije kako bi ona bila u mogućnosti da locira ukradeno vozilo korišćenjem odgovarajuće opremljenih vozila; • Krađa vozila izvan granica države je problematična. Vozači u stranoj zemlji se mogu suočiti sa velikim brojem logističkih problema. Jedan uređaj pruža mogućnost vozaču da u slučaju incidenta alarmira službu Eurowatch-a preko jednog broja telefona. Eurowatch uspostavlja vezu sa policijom na lokalnom nivou i prati vozilo korišćenjem podataka sa opreme za praćenje koja je postavljena na vozilu; • Uređaji za identifikaciju vozača, kao ovi što se često koriste u sistemima za praćenje vozača i vozila, mogu imati i ulogu uređaja za sprečavanje pokretanja vozila koji je povezan sa sistemom za zaustavljanje vozila. Ovi uređaji ne obezbeđuju potpunu zaštitu vozila ali otežavaju njihovu krađu. Primjer jednog sistema za praćenje vozila je Nav-Sky Nova GPS sistem. Sistem Nav-Sky Nova GPS je inteligentan sistem nadzora motornih vozila, koji je razvijen koristeći tehnologiju GPS + GSM sistema, i najsavremenijih mikrokontrolera. Sistem Nav-Sky Nova GPS se sastoji od mobilne jedinice, bazične stanice i softvera sa digitalnom kartom koji služi kao pogon bazičnoj stanici. Mobilna jedinica funkcioniše na taj način što specijalni GPS sateliti, koji kruže na geostacionim putanjama oko zemlje, neprestano šalju signale GPS anteni prijemne jedinice. Tako se dobijaju sledeće informacije: geografska dužina, širina, datum, vreme, pravac i brzina. 35


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Informacije, prijemna jedinica predaje u mikrokontroler na dalju obradu. Sistem je potpuno automatizovan, tako da je maksimalno udoban i isključuje ljudske greške. Mobilna jedinica nakon ugradnje u toku funkcionisanja ne iziskuje nikakvo dodatno održavanje. Ostvarene su mogućnosti i za sledeće funkcije: vođenje dnevnika, registracija putnog pravca u mobilnoj jedinici. Gustina uzimanja podataka se može podešavati iz bazične stanice (na primer sa gustinom od 5 minuta, memorija memoriše poslednja 2 mjeseca). Podatke je moguće proslijediti direktno iz vozila pomoću kabla na laptop računar sa Nav-Sky Nova GPS programom, ili GSM komunikacijom u bazičnu stanicu. Mobilna jedinica raspolaže sa 8 digitalnih ulaza, 6 analognih ulaza i 8 digitalnih izlaza. Analogni ulaz može primiti signal svakog analognog mjerača (temperatura, napon itd.) i isti proslijediti bazičnoj stanici. Na digitalni izlaz mobilne jedinice Nav-Sky Nova GPS moguće je priključiti LCD dispej na koji se iz bazične stanice mogu slati tekstualne informacije o stanju na putevima, vremenskim uslovima, vijesti itd., koji se javlja zvučnom signalizacijom, a odnosi se na teritoriju gdje se vozilo nalazi. Uz pomoć tastera za traženje pomoći vozač može tražiti policijsku, ljekarsku ili tehničku pomoć od dispečerskog centra. Cjelokupan sistem funkcioniše tako što se preko dispečerskog centra neprestano prati vozilo, a prilikom nekog vanrednog događaja dispečer reaguje prema potrebi. Vlasnika kontaktira na dati broj telefona preko SMS poruke ili usmeno. Pomoću ovog sistema opunomoćena lica sa bazične stanice poslatim naredbama mogu upravljati vozilom (npr.: zaustaviti vozilo, uključiti sirenu i sl.). Nadzor voznog parka se obavlja preko Nav-Sky Nova GPS uređaja, koji uvjek određuje tačnu geografsku poziciju vozila, i prosljeđuje u real time obliku u dispečerski centar. Tako je moguće ostvariti nadzor cjelokupnog voznog parka ili samo jednog vozila, i smjestiti na digitalnoj karti, a u slučaju alarma ili opasnosti moguća je intervencija Ako se prevozi roba velike vrijednosti, putanju je moguće programirati, da ako se na primjer skrene sa tog puta, sistem javlja događaj u dispečerskom centru. Sistem takođe registruje brzinu vozila, broj obrtaja motora, broj pređenih kilometara itd. Još jedna od usluga koje nudi ovaj sistem je opomena za potrebu za redovnim servisom. Mobilna jedinica ugrađena u motorna vozila permanentno prati kretanje vozila, a pređene kilometre redovno ažurira. Ako pređena kilometraža dostigne propisanu vrednost od strane proizvođača, onda se to putem jedne SMS poruke javlja dispečerskoj službi. Pomoću ove funkcije po pristizanju signala - poruke, dispečerska služba obavještava stranku usmeno ili SMS porukom, o potrebnom redovnom servisu, a u slučaju zahtjeva, organizuje umjesto stranke, vrijeme pregleda u servisu. Na taj način stranka može da dobije uslugu višeg nivoa. Transportna preduzeća mogu da izgrade stalnu vezu između vozila i centrale i na taj način mogu da smanje kilometražu praznog hoda, mogu da spriječe nestanak tovara, mogu da povećaju kontrolu učinka vozača, mogu da povećaju sigurnost motornog vozila i tovara. Pomoću ovog sistema može se riješiti da od momenta kretanja, u slučaju odstupanja sa maršute određene na softverskoj mapi, dispečer o tome dobija signal, i ako je potrebno može da preduzme određene mjere. Kod motornih vozila sa pogonom na dizel gorivo može se spriječiti nepotrebno habanje, kao posljedica vožnje sa previsokim brojem obrtaja.

36


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Ovo se postiže tako što sistem permanentno prati i javlja ukoliko vozač ne vozi na propisan način vozilo koje mu je povjereno. Postoji mogućnost praćenja robe i u toku transporta, pošto sistem daje signal ukoliko se tovarni prostor otvori na mjestu koje nije za to predviđeno, odnosno ne na skladištu poslovnog partnera ili na sopstvenom terminalu. Radi lakše identifikacije u nadzornom centru se ova radnja prikazuje na geografskom softveru. Na mjestima isporuke vozači potvrđuju (pritiskom na dugme) da je obavljena ispravna isporuka ili unose elektronskim putem informaciju o razlozima neuspjele ili nekompletne isporuke. Time vozači potvđuju sistemu da je isporuka obavljena, ali nije primljen dokaz o obavljenoj isporuci. Za ovu svrhu se obično koristi identifikator elektronskog potpisa klijenta ili jedinstveni PIN kod klijenta. Prijem ovih podataka u bazu omogućava da saobraćajna služba bude obavještena o rasporedu rada vozača kao i o stanju svake isporuke. Time je omogućeno da se preuzmu trenutne akcije u cilju otklanjanja nedostataka ili grešaka i, tamo gdje je to pogodno, ispravni podaci o isporuci mogu biti prenijeti u obračunski sistem za formiranje obračuna. Neki klijenti mogu tražiti potvrdu o obavljenoj isporuci za svoje potrebe i u tom slučaju je potreban štampač u kabini vozača. Primjer jednog on-board navigacionog sistema je Smartnav sistem koji pomaže da se samo putovanje učini bržim, lakšim i bezbjednijim što je više to moguće. Ovaj sistem radi tako što vozač, pritiskom na određeno dugme u vozilu, aktivira Smartnav Personal Assistent funkciju. Nakon unosa adrese željene destinacije (ili samo dijela te adrese ili poštanskog broja) podaci se prosljeđuju u računar koji vrši proračun najpovoljnije putanje kretanja vozila, uključujući i aktuelne informacije o saobraćaju. Željenu adresu nije potrebno u potpunosti unijeti jer je ovaj sistem povezan sa ažuriranom bazom podataka, koja pronalazi kompletnu traženu adresu. Proračunati podaci sa računara se direktno digitalnim putem prenose na Smartnav jedinicu u vozilu. Smartnav navigacioni sistem određuje optimalnu rutu za putovanje između tačaka A i B na osnovu trenutnih informacija o uslovima saobraćaja, koji se dobijaju preko velikog broja senzora postavljenih pored puteva (slika 20.) Stepenicu iznad navigacijskih GPS prijemnika nalaze se uređaji koje bismo skupnim imenom mogli nazvati profesionalnim GPS prijemnicima za GIS jer im je prvenstvena namjena radna, a ne rekreativna. Dodatak „za GIS” pri tome sugerira njihovu namjenu – prikupljanje podataka za GIS. Većina uređaja u ovoj kategoriji osigurava točnost pozicioniranja na razini jednog metra (diferencijalni GPS), i praktički svi ozbiljni proizvođači GPS opreme nude neke proizvode u ovoj kategoriji. Klasična konfiguracija ovakvih sistema je: - robusni ručni računar – osmišljen za rad u terenskim uvjetima, otporno na udarce, kišu i slično, - GPS prijemnik s antenom – koji može, ali i ne mora biti integriran u ručni računar, 37


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

- mobilni GIS softver – ovisno o proizvođaču, ali većina uređaja dolazi s nekom od verzija operativnog sistema Windows Mobile i dozvoljava instaliranje mobilnog GIS softvera kompatibilnog s osnovnim desktop/server GIS softverom. Uglavnom se radi o potpuno integriranim uređajima (ručni računar + GPS + antena u jednom kućištu) koji izgledaju kao odebljali PocketPC-i, što u osnovi i jesu. GPS prijemnici namijenjeni GIS-u u pravilu podržavaju primanje podataka za diferencijalnu korekciju (DGPS) u standarnom RTCM formatu, što omogućuje ostvarivanje navedene tačnosti. DGPS odnosno diferencijalni GPS zasniva se na pretpostavci da na mjerenja obavljena s dva GPS prijemnika na bliskim lokacijama utječu isti izvori grešaka u približno istim iznosima. U tom slučaju bazna GPS stanica postavljena na poznatoj lokaciji odašilje korekcijske podatke drugom prijemniku (rover) koji koristi primljene podatke kako bi izračunao svoj položaj s poboljšanom tačnošću. Pri tom je udaljenost između baze i rovera jedan od glavnih faktora koji utječu na ostvarivu tačnost. DGPS se koristi na udaljenostima do 200 km, ali s porastom udaljenosti znatno opada tačnost. Posljednjih nekoliko godina napredak u razvoju GPS prijemnika i algoritama obrade podataka omogućio je veliki skok u ostvarivoj točnosti. Tvrtka Trimble tako je 2004. godine predstavila svoju XH seriju koja je omogućavala ostvarivanje 30 cm („sub-foot”) tačnosti uz naknadnu obradu podataka. Nekoliko godina kasnije omogućeno je ostvarivanje iste tačnosti u stvarnom vremenu (DGPS), dok najnovija generacija prijemnika GeoXH 2008 i ProXRT omogućuje ostvarivanje 10 cm tačnosti u stvarnom vremenu unutar VRS mreže. Tačnošću od 10 cm ovi GPS prijemnici se približavaju geodetskoj tačnosti, dok cijenom još uvijek pripadaju GIS segmentu, što ih čini iznimno zanimljivim u GIS projektima namijenjenim firmama koje upravljuju podzemnim vodovima (telekomunikacije, struja, voda i slično) te u svim aplikacijama kod kojih je tačnost pozicioniranja od presudne važnosti. GPS prijemnici danas uistinu postoje u svim bojama i oblicima. Od čipova ugrađenih u mobilne telefone do sofisticiranih prijemnika na kakvima je izgrađena mreža stalnih stanica, svi se oni hrane elektromagnetskim signalima odaslanim sa satelita u orbiti na visini od 20.200 km. GIS kao multidisciplinarna industrijska grana, vezana uz prostor i lociranje, neizbježno koristi GPS prijemnike i prati njihov razvoj. Proizvođači GPS prijemnika su zbog toga ovom segmentu posvetili posebnu pažnju i nude niz uređaja namijenjenih GIS-u koje odlikuje visoka tačnost pozicioniranja (manje od 1 metar, pa čak i 10 cm) i mogućnost korištenja terenskih GIS softvera koji uz položaj omogućavaju registrovanje različitih atributnih podataka.

38


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Slika 21: Proračun i slanje informacija vezanih za putanju kretanja (Smartnav sistem)

Računar koji vrši proračun optimalne rute se nalazi izvan vozila, tako da je u mogućnosti da izvrši stalno ažuriranje podataka vezanih za mape. Ovaj sistem automatski reaguje u slučaju pojave neke iznenadne situacije na putu i, tamo gde je to moguće, daje alternativne putanje kretanja vozila jednostavnim pritiskom na dugme u vozilu. Još jedna mogućnost koju pruža Smartnav sistem je pomoć u slučaju zaustavljanja vozila usljed otkaza. Jednostavnim pritiskom na dugme određuje de tačna lokacija vozila i poziva se odgovarajuća služba za pomoć na putu. Neki od najpoznatijih proizvođača GPS-prijamnika su Garmin, Magellan, Trimble, Silva, Trimble i Lowrance. GPS World je međunarodni časopis (izlazi jednom mjesečno) koji od 1989. godine objavljuje novosti iz područja GPS-a. GPSMarketPlace je web-portal koji pruža mnoštvo informacija te omogućuje pregledavanje i kupnju GPS-uređaja. Primjer jednog GPS Bluetooth prijemnika HI-406/08(SiRF3) sa karakteristikama: HI-406BT je GPS uređaj (Global Positioning System) sa Bluetooth interfejsom, ugrađenom aktivnom antenom i dodatnom funkcijom kompasa. Sa HI-406BT Vaši mobilni uređaji kao što su Smartphone, PocketPC, laptop PC, tablet PC i drugi mogu bežično primati GPS podatke i tako koristiti GPS aplikacije kao što su navigacija na brodu ili u autu, osobna navigacija, planiranje ruta, praćenje objekata itd.

39


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

Slika 22. Prikaz puteva, mostova i obilaznica Opremljen najmoćnijim, najmodernijim i ultra osjetljivim SiRF StarIII chipsetom, HI-406BT spreman je za rad u vrlo kratkom vremenu čak i u uvjetima lošeg prijema signala kao npr. u sredini automobila, blizu visokih zgrada, u prtljažniku automobila ili u Vašem džepu. Prijem 20 kanala "All-In-View",Točnost 10 metara 2D RMS,Cold/Warm/Hot Start: 42/38/1 Sec (jačina signala > 30 dB-HZ) Podržava standardni NMEA-0183 kod 19200 bps (definira korisnik od 4800 do 57600),Podržava Power Saving mod. Kompatibilan sa Bluetooth uređajima sa Serial Port Profile (SPP),Superiorna osjetljivost u urbanim sredinama. Vrlo malen i lagan dizajn, Li-polymer baterija traje više od 8 sati upotrebe .

40


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

8.

ZAKLJUČAK

Nivo razvoja informatičke, telekomunikacione i procesorske tehnologije omogućuje da se razvijaju brojne usluge bazirane na tim tehnologijama. Integracijom ovih tehnologija u jedan jedinstven sistem, kakav je telematski sistem, obezbjeđuje se veća učinkovitost takvog sistema, kroz adekvatan doprinos navedenih tehnologija ponaosob. Daljim razvojem komponentnih tehnologija telematski sistemi će postajati još efikasniji, brži, i pouzdaniji, a mnoga preduzeća koja se bave transportnim procesom pribjegavat će upotrebi ovih sistema, jer primjena telematskih sistema doprinosi bezbjednijem, pouzdanijem i efikasnijem transportu. Široka primjena mikroprocesora je posljedica njegove velike fleksibilnosti, pouzdanosti, male potrošnje, malih dimenzija, relativno male cijene prema tehničkim karakteristikama. Zato su mikroprocesori zamjenili do tada složene digitalne i analogne sklopove pa i cijele računare tj. nekadašnje mikroračunare. Zbog svoje preciznosti mikroprocesorske tehnologije se sve više primjenjuju u svim oblastima, kako u industriji tako i za vojne svrhe, u medicini, za avio i drumski saobraćaj kao i brodski saobraćaj. Upotrebom mikroprocesora smanjuje se potreba za ljudskom radnom snagom i u budućnosti se može očekivati da sve poslove preuzmu mikroprocesori i savremene mikroprocesorske tehnologije.

41


Mikroprocesorske tehnologije u sistemu za praćenje kretanja objekata i GPS tehnologijama

9.

LITERATURA

[1] http://www.teta.ba/sateliti.htm [2] http://images.google.ba/images?gbv=2&&hl=bs&q=gps+satelit&&sa=N&start [3] site:upload.wikimedia.org gps satelit [4] http://www.teta.ba/sateliti.htm [5] http://old.sf.bg.ac.yu/KatedraDGT/OTDT%20-% [6] http://www.kartografija.hr/obrazovanje/prirucnici/gpspoc/gpspoc.htm [7] http://www.telfon.net/Gps/greske_pri_mjerenju.php [8] http://images.google.ba/imgres?imgurl=http://www.astro.hr/ucionica/ostalo/sateliti/ [9] http://www.vemis.com/products_vemis.html [10] http://www.stevcevic.co.yu/siemens/proizvod.php?proizvod_id=83 [11] http://www.excalibur.co.yu/satelitsko.htm [12] http://www.gpsworld.com/gpsworld/static/staticHtml.jsp?id=282977 [13] Telematika, Telematski sistemi u funkciji upravljanja radom voznog parka, [14] Seminarski rad, 'Procesori', Beograd 2006. [15] Turajlić S. Računari u sistemima upravljanja, Beograd 2005. [16] Tošić D. Mikroprocesori sa elementima programiranja, Beograd 2003.

42


Diplomski rad: GPS tehnologije