Андрей Кашкаров
Система спутниковой навигации ГЛОНАСС
© Кашкаров А. П., 2018
© ДМК Пресс, 2018
Вступление. Система спутниковой навигации, или Зачем нужна ГЛОНАСС
ГЛОНАСС расшифровывается как глобальная навигационная спутниковая система. Ее начали разрабатывать еще в советское время для военных целей, а в современной России активно применяют на различных видах транспортных средств, в том числе в сегменте транспортной безопасности. Сначала ее устанавливали морские суда и самолеты, а с 2013 года ГЛОНАСС стала обязательной для коммерческого грузового транспорта. Кроме того, эта система наблюдения устанавливается на объектах общественного транспорта и в автомобилях экстренных служб.
Главная задача ГЛОНАСС – определять местоположение и скорость движения транспортных объектов. С этой задачей система справляется. Важным и необходимым элементом системы служат орбитальные спутники, выведенные в космос ракетами-носителями. Получая сигнал от нескольких спутников сразу, наземный объект фиксирует свое положение и затем может быть отслежен. Поэтому лицам, которые получают непосредственно результаты контроля, помогает наземное оборудование, которое «расшифровывает» данные со спутников. Рассказ об этом наземном оборудовании – части комбинированной ГЛОНАСС – ждет вас в трех главах этой книги.
В США действует аналогичная по функционалу американская «GPS». Подобные системы есть (по принадлежности спутников) в Индии, Китае и других странах. На рис. В.0 показано, как развивают аналогичные системы в разных странах мира.
Рис. В.0. Системы ГЛОНАСС в разных странах мира
Итак, сигналы с разных спутников, находящихся на орбите, поступают на Землю. Навигационные терминалы ГЛОНАСС, установленные на транспортных средствах, через антенны принимают их, определяют свое местоположение и по каналу GSM (сотовая связь) отправляют координаты на диспетчерский пункт. Для этого в каждом наземном подвижном терминале устанавливается SIM-карта, и владельцы устройств платят телефонным компаниям абонентскую плату, хотя цена абонентской платы обычно входит в стоимость ежемесячной оплаты услуг мониторинговой фирмы. Наземные терминалы или устройства ГЛОНАСС, как правило, оснащены не одним, а двумя блоками SIM и могут работать с любым сотовым оператором, включая и режим роуминга.
Для высокоточной спутниковой навигации GPS (GPRS – General Packed Radio Services) абонентское устройство должно постоянно принимать сигналы как минимум четырех спутников, находящихся на геостационарной орбите. Группировка спутников, передающих сигнал GPS, насчитывает более тридцати спутников. Группировка спутников ГЛОНАСС насчитывает двадцать один основной спутник и несколько резервных. Обе группировки постоянно наращиваются, а спутники совершенствуются, и на орбиту выводятся их новые типы, благодаря чему качество персональной навигации постоянно улучшается. В случае одновременного использования ГЛОНАСС и GPS навигация приобретает дополнительную надежность и точность в реальном времени.
Возникает вопрос: зачем нужно несколько спутников ГЛОНАСС?
Во-первых, двусистемность повышает почти вдвое точность определения местонахождения наземного устройства и надежность приема сигнала – навигационные системы работают по одинаковому принципу, но спутники располагаются на разных орбитах, поэтому сигналы не повторяют, а дополняют друг друга. Во-вторых, благодаря более высоким орбитам спутников ГЛОНАСС лучше принимает в северных широтах. Это подтвердили в Швеции, на севере Европы – в Скандинавии. В-третьих, у наземных устройств ГЛОНАСС есть довольно широкий сервисный функционал, и использование систем спутниковой навигации позволяет добиться экономии топлива, эффективного экономичного управления автопарком, повышает безопасность на дороге. Разберем этот пункт более подробно.
Главный положительный эффект, о котором нередко забывают писать в технических спецификациях, – психологический. Предполагается, что водитель на дороге ведет себя более дисциплинированно, когда знает, что за ним наблюдают из космоса. Навигационная система позволяет легко отследить превышение скорости или любое отклонение от маршрута, при осознании такого факта водителя уже не тянет погоняться или съездить «налево». Даже если это случилось, диспетчер может сразу это обнаружить и пресечь нарушение. Лично я с этим соглашаюсь лишь с определенными оговорками, как то: чтобы сказанное не выглядело догмой, навсегда данной и неподвижной, надо в каждой конкретной ситуации понимать (уточнять), что за ситуация, кому принадлежит объект транспортной инфраструктуры, какие именно стоят задачи по перевозке, что представляет собой средство передвижения, и, наконец, главнейший вопрос, ибо все решают не деньги, а все-таки люди – даже в наше турбулентное время развитого гедонистического общества, ориентированного на удовольствия и потребление, – что за водитель. Вот такой комплекс факторов, включая и морально-деловые качества человека, его мотивацию, влияет на общий функционал системы, а также и на ее «технические» ошибки. Я не раз буду возвращаться на протяжении всей книги к этой теме, в том числе в плане рассмотрения конкретных вопросов – как эту самую ГЛОНАСС можно нейтрализовать хотя бы на время. А ведь можно!
На отечественных предприятиях разных форм собственности, занимающихся пассажирскими и грузовыми перевозками, внедрена система контроля местонахождения автобусов и подвижных транспортных средств, включая и грузовые «фуры», – ГЛОНАСС. Стабильно развивающаяся отечественная спутниковая система ГЛОНАСС и зарубежная система навигации GPS обеспечивают 97 %-ное (и выше) спутниковое покрытие, что позволяет осуществлять навигацию буквально повсеместно. Благодаря развитию систем ГЛОНАСС навигация стала доступной самому широкому кругу гражданских потребителей.
Система мониторинга автотранспорта обеспечивает:
• ГЛОНАСС/GPS-слежение, управление и анализ текущего состояния контролируемых объектов;
• спутниковый контроль транспорта – соблюдение режимов работы;
• повышение эффективности использования транспортных средств и специальной техники;
• предотвращение возможности хищения топлива;
• снижение затрат и цены на ремонт транспорта;
• выявление недобросовестных работников;
• повышение эффективности планирования маршрутов и безопасности грузоперевозок; статистику и анализ деятельности автопарка и т. д.;
• ГЛОНАСС и GPS позволяют создавать специализированные отраслевые системы мониторинга транспорта.
Структурная схема навигационной системы ГЛОНАСС
GPRS (General Packed Radio Services) – услуга пакетной передачи данных по радиоканалу, позволяет постоянное подключение через GPRS-телефон к сети Интернет, причем абонент может звонить и принимать звонки, не прерывая соединения с Интернетом. Полезность этой услуги определяется возможностями сотового телефона или иного устройства: оно должно, как минимум, обладать хорошим дисплеем для полноценного отображения информации. Дальнейшее развитие технологии GPRS – EDGE. При помощи этой технологии скорость обмена данными возросла вдвое. Сегодня EDGE активно используется российскими операторами.
Далее для сравнения рассмотрим две системы спутниковой навигации: NAVSTAR и ГЛОНАСС. Обе системы имеют два назначения – военное и гражданское, соответственно, излучают два типа сигналов с точностью 100 м и 10–15 м. В соответствии с назначением в каждой системе есть две базовые частоты – L1 (стандартной точности) и L2 (высокой точности).
Для NAVSTAR (GPS) L1 = 1575,42 МГц и L2 = 1227,6 МГц.
Для ГЛОНАСС L1 = 1602,56 до 1615,5 МГц и L2 = 1246,43 до 1256,53 МГц.
Надо вспомнить, что еще в 2007 году военные деятели нашей страны сняли ограничения на точность получаемых геоданных. Был сделан широкомасштабный переход от чисто военного режима использования служебных (некоммерческих) спутников, запущенных на орбиту Земли, к двойному, подразумевающему их использование гражданскими лицами в ГЛОНАСС. В то же время были сняты ограничения на определение точности координат. Нагрузка на ГЛОНАСС стала на 90 % гражданской. Сегодня это вполне заметно, как и то, что при использовании этой системы возросли и возможности ее нейтрализации.
Согласно действующему законодательству, большая часть транспортных средств уже оснащена системами спутниковой навигации. Если помимо места водителя в транспортном средстве 8 и более мест для сидения и не используются тахографы, либо они не позволяют передавать актуальную информацию операторам данных согласно поправкам, внесенным в Федеральный закон от 10 декабря 1995 г. № 196-ФЗ «О безопасности дорожного движения» – они оснащаются ГЛОНАСС в обязательном порядке. То же касается и новых легковых автомобилей, с годом выпуска после 2015-го. К слову сказать, некоторое удорожание этих новых моделей (вне зависимости от марки машины) прямо связано с издержками производителя на ГЛОНАСС и монтаж, а также на лицензирование и поверку собственного или аффилированного оборудования. Сюда же – по той же логике – относится и удорожание некоторых услуг по перевозке пассажиров и грузов, чтобы «компенсировать» затраты на обслуживание ГЛОНАСС.
Как нередко бывает, и в этом ключе производитель перекладывает на потребителя издержки по «навязываемым» требованиям по оснащению автомобилей навигационной системой. Об этих аргументах вас также ждет разговор в книге. Установку оборудования, тестирование и оплату услуг связи должен был оплачивать владелец. В противном случае автоперевозчики не могли ни получить, ни продлить лицензию. Немногим известно, но это факт, что сейчас (август 2017 – во время написания книги) в Государственной Думе Российской Федерации прорабатывается закон об обязательном лицензировании транспортных перевозчиков, в том числе пассажирских перевозок. Такое в стране уже было, но после 2011 года обязательное лицензирование «пассажирских» транспортных компаний было отменено, теперь вводится снова. И этот ожидаемый факт дает нашей книге актуальность с новой стороны.
Дополнительно Минтранс РФ разработал требования к электронным тахографам и аппаратуре спутниковой навигации, а также правила их эксплуатации и контроля. Необходимые документы должно будет разработать правительство в течение года со дня принятия предложенных изменений.
Экономическая сторона дела определяется тем, что согласно ценам 2017 года в регионе Санкт-Петербурга комплект спутниковой аппаратуры для пассажирского автотранспорта обходится примерно в 60 тысяч рублей. От 10 до 30 тысяч – в зависимости от опций – может стоить его установка. Суммарные (по всей стране) расходы на оснащение только «обязательных» машин могут превысить 60 млрд, а на обслуживание – более миллиарда. Бизнесменов, которые не будут соблюдать новых правил работы, обещают штрафовать на 50 тысяч рублей. Эта норма предусмотрена в новой статье Кодекса об административных правонарушениях Российской Федерации (КоАП РФ) под названием «Непредставление сведений о транспортных средствах, оснащенных тахографами и (или) аппаратурой спутниковой навигации, сведений о тахографах и (или) аппаратуре спутниковой навигации, которыми оснащены транспортные средства, информации, зарегистрированной тахографами и (или) аппаратурой спутниковой навигации».
Предпринимателям придется установить необходимое оборудование в автобусах и маршрутных такси до 1 июля 2018 года.
Сейчас за аппаратуру для одного транспортного средства, позволяющую передавать данные о месте нахождения, на рынке просят от 3,5 тыс. рублей. Установка обойдется еще в 1,5–2 тыс. рублей, хотя это можно сделать и самостоятельно. Тахографы значительно дороже: сам прибор стоит от 30 тыс. рублей, а за установку попросят от 4 до 10 тыс. рублей. В первой главе книги мы будем обсуждать и тахографы тоже, ведь современный электронный тахограф – это не бумажный круг, требующий специальной расшифровки (как было еще 15 лет назад), это современный электронный прибор, который с помощью микропроцессорного оборудования фиксирует, запоминает и в режиме реального времени передает информацию. Электронный тахограф оснащен выносной ГЛОНАСС-антенной, о разновидностях которых мы поговорим в третьей главе книги. Обмануть тахограф стало сложнее. Обо всем этом и о многом другом, не менее интересном, читайте в нашей книге.
1. Устройства ГЛОНАСС
1.1. Принцип действия системы безопасности ГЛОНАСС
Одна из основных задач ГЛОНАСС – обеспечение безопасности. Есть и контрольные функции, и возможности слежения за объектом транспортной или иной подвижной инфраструктуры, и мы об этом будем говорить на протяжении всей книги. Но главное – безопасность. Задумана ГЛОНАСС совсем даже неплохо.
При аварии происходит автоматическая передача информации, включая точные координаты автомобиля, сначала в региональный коммуникационный узел (РКУ), которых планируется иметь в каждом регионе по нескольку десятков, а затем в федеральный навигационный информационный центр ФНИЦ. Оператор ФНИЦ формирует карточку происшествия с данным автовладельца и координатами места, откуда поступил сигнал тревоги, и переадресует вызов через ближайшую службу спасения через «систему 112». При этом сообщить об аварии можно и вручную, нажав кнопку «sos».
Затем включается диспетчерский пункт системы 112. Диспетчер инициативно производит переговоры с водителем (ГЛОНАСС оснащена обратной связью, микрофоном и динамиком, работающими в полнодуплексном (от англ. full-duplex) режиме – говорить и слушать можно одновременно) и по ситуации организует выезд служб экстренного реагирования – МЧС, ГИБДД, Скорая помощь (могут быть задействованы иные службы). Вот так оно задумано. Функционал схематически показан на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Функционал работы ГЛОНАСС в режиме обеспечения транспортной безопасности на дорогах
При срабатывании подушек безопасности или вышеупомянутого акселерометра (терминал умеет распознавать фронтальный и боковой удары, а также опрокидывание) бортовое устройство подает через GSM сигнал SOS, который включает:
• точные координаты места происшествия;
• количество пристегнутых пассажиров;
• данные об аварии: скорость перед столкновением, величины перегрузок;
• данные об автомобиле: VIN, цвет, топливо – бензин, дизтопливо или газ.
Учитывая, что почти 100 % федеральных трасс покрыты сетью GSM, внедрение ГЛОНАСС предположительно снизит показатели смертности. Ведь данные уходят сразу после ДТП, значит, на ненужную суету («Куда звонить? Какой номер? Связи нет! Какой это километр?») не тратится драгоценное время, а экипажи «спасателей» получают достаточно точную информацию о месте и времени аварии, типе транспортного средства.
Весь пакет оперативной информации – всего 140 байт информации – электронный модем отправит даже при плохом качестве связи. Если передача данных недоступна, информация будет отослана как СМС. Модуль способен использовать любую доступную сеть сотовой связи. Приняв сигнал бедствия, сотрудник колл-центра – SOS уходит именно оператору ГЛОНАСС – должен позвонить на бортовое устройство и выяснить, что произошло. Если никто не ответит – отправить по точным координатам бригады спасателей и медиков, притом последним, чтобы прибыть на место, дается 20 минут. Вызвать помощь можно и вручную – для этого в устройстве имеется кнопка «SOS».
Мониторинг ГЛОНАСС представлен на рис. 1.2.
С 1 января 2015 года все без исключения легковые новинки, вышедшие на рынок Таможенного союза, уже оснащались устройством ГЛОНАСС. Но производители нашли сразу несколько лазеек, как это требование обойти. И первой машиной, где появился бортовой модуль, стала Lada Vesta. На рис. 1.3 представлена панель ГЛОНАСС этого автомобиля.
С 2017 года обмануть государство стало еще труднее. Согласно техническому регламенту, чтобы машина получила ПТС, требуется обязательное наличие ГЛОНАСС: для легковых автомобилей – с функцией автоматической передачи данных, для коммерческого транспорта и тяжелых внедорожников достаточно тревожной кнопки.