Система диспетчерського керування рухомими біологічними об`єктами з використанням сигналів глобальної супутникової системи радіонавігації

Система диспетчерського керування рухомими біологічними об'єктами з використанням сигналів глобальної супутникової системи радіонавігації (GPS), що містить N супроводжуваних об'єктів, кожний з яких має радіомодем, на другий вхід якого через лінії зв'язку надходять сигнали з центрального пункту, датчик (GPS приймач), вихід якого є першим входом радіомодема, а на вхід цього датчика надходять навігаційні сигнали, які потрапляють у ширококутову діаграму спрямованості антен, що закріплені на кожному рухомому об'єкті, а також містить центральний пункт у складі каскадно з'єднаних радіомодема, на перший та другий входи якого через телекомунікаційні канали зв'язку надходять сигнали від радіомодемів, встановлених на N супроводжуваних рухомих об'єктах, та пристрою обробки, вхід якого є виходом радіомодема, а вихід його є входом індикатора оператора центрального пункту, який відповідно ситуації через пульт керування змінює режими роботи блока керування, вихід якого є третім входом радіомодема; блок уточнення геометричних та кінематичних параметрів, перший вхід якого є виходом приладу зв'язку, другий вхід є першим додатковим виходом пристрою оброб 2 (19) 1 3 Корисна модель належить до галузі радіонавігації, автоматики та обчислювальної техніки, і може застосовуватись для контролю переміщення і супроводження різноманітних рухомих біологічних об'єктів, та для контролю за біологічними параметрами рухомого біологічного об’єкта, а також для збереження повних даних про переміщення і стан рухомого біологічного об’єкта з метою подальшої обробки і використання. Відома система для визначення місцезнаходження рухомих об'єктів, зокрема, транспортних засобів, що використовує глобальну навігаційну супутникову систему GNSS, наприклад GPS (Navstar), ГЛОНАСС, Галілео, що складається з І1, I2, І3,…, Im навігаційних штучних супутників Землі (ШСЗ), сигнали яких за допомогою встановленого на рухомому об'єкті приймача сигналів декількох навігаційних ШСЗ дозволяють визначити координати його миттєвого місцезнаходження [1]. Для підвищення точності визначення координат транспортних засобів у відомій системі додатково впроваджено опорний GPS приймач, координати місцезнаходження якого геодезично прив'язані і точно відомі. Недоліком відомої системи є те, що вартість апаратури формування диференційних виправлень на основі даних опорного GPS приймача на кілька порядків вища вартості самого мобільного GPS приймача. Крім цього, для забезпечення необхідної точності визначення координат багатьох супроводжуваних рухомих об'єктів у відомій системі потрібно реалізувати диференційний режим на кожному з них, що є економічно невигідним рішенням. Відома система для супроводження рухомих об'єктів з використанням сигналів глобальної супутникової системи радіонавігації яка містить центральний пункт рішення задач контролю, супроводження та керування рухомими об'єктами у складі; GPS приймача, робочої станції, яка складається з каскадно з'єднаних радіомодема, на перший та другий входи якого через лінії зв'язку надходять сигнали від кожного супроводжуваного рухомого об’єкта, пристрою обробки, вхід якого є виходом радіомодема, та індикатора, вхід якого є виходом пристрою обробки, супроводжуваного рухомого об’єкта у складі: радіомодема, на другий вхід якого через лінії зв'язку надходять сигнали з центрального пункта, і датчика (GPS приймача), вихід якого є першим входом радіомодема, а на вхід датчика (GPS приймача) надходять сигнали від навігаційних ШСЗ глобальної навігаційної супутникової системи, що знаходяться у зоні радіовидимості датчика (GPS приймача) [2]. Основними недоліками відомої системи є: недостатня точність і якість супроводження N транспортних засобів, що пов'язано з не стаціонарністю простору радіоканалу, стохастичністю та невизначеністю динаміки якості прийому сигналів з навігаційних ШСЗ, особливо в районах із значною забудовою, на різко пересіченій місцевості (яри, ліси, гори тощо), а також в умовах навмисного створення радіозавад, що у сукупності 39917 4 суттєво підвищує складність і знижує економічні показники такої системи. Найбільш близькою за технічною суттю до запропонованої системи є система диспетчерського керування рухомими об'єктами з використанням глобальної супутникової системи радіонавігації [3]. Відома система що вибрана в якості прототипу містить N супроводжуваних об'єктів, кожний з яких має радіомодем, на другий вхід якого через лінії зв'язку надходять сигнали з центрального пункта, датчик (GPS приймач), вихід якого є першим входом радіомодема, а на вхід цього датчика надходять навігаційні сигнали, які потрапляють у ширококутову діаграму спрямованості антен, що закріплені на кожному рухомому об'єкті, центральний пункт у складі каскадно з'єднаних радіомодема, на перший та другий входи якого через телекомунікаційні канали зв'язку надходять сигнали від радіомодемів, встановлених на N супроводжуваних рухомих об'єктах, пристрою обробки, вхід якого є виходом радіомодема, а вихід його є входом індикатора оператора центрального пункта, який відповідно ситуації через пульт керування змінює режими роботи блока керування, вихід якого є третім входом радіомодема, блок уточнення геометричних та кінематичних параметрів, перший вхід якого є виходом приладу зв'язку, другий вхід є першим додатковим виходом пристрою обробки, третій вхід є першим виходом бази даних електронних карт, четвертий вхід є першим виходом формувача вікна зони ситуаційної задачі, а п'ятий вхід є першим виходом блока гарантування точності вхідних даних, другий вихід якого є входом блока розв'язки ситуаційної задачі, перший та другий виходи якого, відповідно, є другим входом приладу зв'язку і другим входом пристрою обробки, третій та четвертий виходи якого, відповідно, зв'язані з першим входом бази даних електронних карт та першим входом виявника тривожної ситуації, другий вхід якого є другим виходом бази даних електронних карт, другий вхід якої є виходом блока уточнення геометричних та кінематичних параметрів, перший та другий входи формувача вікна зони ситуаційної задачі, відповідно, з'єднані з третім виходом бази даних електронних карт і другим виходом виявника тривожної ситуації, перший вихід якого є додатковим входом індикатора, перший вхід блока гарантування точності вхідних даних є другим виходом формувача вікна зони ситуаційної задачі; прилад зв'язку центрального пункта, який має двосторонню комутацію з окремою лінією зв'язку, що забезпечує доступ до сервера мережі Інтернет, куди надходять у реальному часі дані від К контрольних та опорних станцій, а також L пунктів радіоспостереження, антени яких приймають сигнал від радіомаяка N-ro супроводжуваного рухомого об'єкта, а їх виходи передають прийняті сигнали радіомаяків через мережу Інтернет та окрему лінію зв'язку на прилад зв'язку центрального пункта. Основними недоліками прототипу є: відсутність можливості отримання і передачі системою 5 інформації з зовнішніх датчиків контролю стану рухомих об'єктів, і відсутність можливості збереження повної (такої що не залежить від якості каналу зв'язку) інформації про координати і стан рухомого об'єкта, що в сукупності знижує надійність системи. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення системи диспетчерського керування рухомими об'єктами з використанням сигналів супутникової системи радіонавігації шляхом контролю стану рухомих біологічних об'єктів, та збереження отриманої інформації на рухомому об'єкті забезпечити контроль за станом рухомого біологічного об'єкта. Поставлена задача удосконалити корисну модель вирішується тим, що система диспетчерського керування рухомими біологічними об'єктами з використанням сигналів глобальної супутникової системи радіонавігації містить N супроводжуваних об'єктів, кожний з яких має радіомодем, на другий вхід якого через лінії зв'язку надходять сигнали з центрального пункта, датчик (GPS приймач), вихід якого є першим входом радіомодема, а на вхід цього датчика надходять навігаційні сигнали, які потрапляють у ширококутову діаграму спрямованості антен, що закріплені на кожному рухомому об'єкті, центральний пункт у складі каскадно з'єднаних радіомодема, на перший та другий входи якого через телекомунікаційні канали зв'язку надходять сигнали від радіомодемів, встановлених на N супроводжуваних рухомих об'єктах, пристрою обробки, вхід якого є виходом радіомодема, а вихід його є входом індикатора оператора центрального пункта, який відповідно ситуації через пульт керування змінює режими роботи блока керування, вихід якого є третім входом радіомодема, блок уточнення геометричних та кінематичних параметрів, перший вхід якого є виходом приладу зв'язку, другий вхід є першим додатковим виходом пристрою обробки, третій вхід є першим виходом бази даних електронних карт, четвертий вхід є першим виходом формувача вікна зони ситуаційної задачі, а п'ятий вхід є першим виходом блока гарантування точності вхідних даних, другий вихід якого є входом блока розв'язки ситуаційної задачі, перший та другий виходи якого, відповідно, є другим входом приладу зв'язку і другим входом пристрою обробки, третій та четвертий виходи якого, відповідно, зв'язані з першим входом бази даних електронних карт та першим входом виявника тривожної ситуації, другий вхід якого є другим виходом бази даних електронних карт, другий вхід якої є виходом блока уточнення геометричних та кінематичних параметрів, перший та другий входи формувача вікна зони ситуаційної задачі, відповідно, з'єднані з третім виходом бази даних електронних карт і другим виходом виявника тривожної ситуації, перший вихід якого є додатковим входом індикатора, перший вхід блока гарантування точності вхідних даних є другим виходом формувача вікна зони ситуаційної задачі; прилад зв'язку центрального пункта, який має двосторонню комутацію з окремою лінією зв'язку, що забезпечує доступ до сервера мережі Інтернет, куди надхо 39917 6 дять у реальному часі дані від К контрольних та опорних станцій, а також L пунктів радіоспостереження, антени яких приймають сигнал від радіомаяка N-ro супроводжуваного рухомого об'єкта, а їх виходи передають прийняті сигнали радіомаяків через мережу Інтернет та окрему лінію зв'язку на прилад зв'язку центрального пункта згідно з винаходом додатково введені блок контролю за станом біологічного об’єкта, входи якого є виходами датчиків контролю за біологічними та фізичними параметрами рухомого біологічного об'єкта, вихід якого є входом радіомодема, блок збереження інформації перший вхід якого є виходом датчика (GPS приймач), другий вхід якого є виходом блока контролю за станом біологічного об’єкта. На кресленні наведена структурна схема системи диспетчерського керування рухомими біологічними об'єктами з використанням сигналів супутникової системи радіонавігації. Згідно, креслення дана система містить: m навігаційних ШСЗ (І1-Im) глобальної навігаційної супутникової системи радіонавігації 1, К контрольних та опорних станцій (КС1-КСK) диференційної наземної підсистеми глобальної супутникової системи радіонавігації 2, телекомунікаційний канал зв'язку 3 між N рухомими об'єктами 4 та центральним пунктом 5, окрему лінію зв'язку 6, яка з'єднує центральний пункт 5 з мережею Інтернет 7, датчик (GPS приймач) 8, радіомодем 9, виконавчий пристрій 10, радіомаяк 11, блок збереження інформації 12, блок контролю біологічного стану об’єкта який встановлений на N-му рухомому об'єкті; радіомодем 14, пристрій обробки 15, індикатор оператора 16, блок і пульт керування 17, базу даних електронних карт 18, виявник тривожної ситуації 19, формувач вікна зони ситуаційної задачі 20, блок гарантування точності вхідних даних 21, блок розв'язку ситуаційної задачі 22, блок уточнення геометричних та кінематичних параметрів 23, прилад зв'язку 24, мережу L пунктів радіоспостереження (ПР1-ПPL) сигналів 25. Порівняльний аналіз з прототипом показує, що запропонована система диспетчерського керування рухомими об'єктами з використанням сигналів глобальної супутникової системи радіонавігації відрізняється наявністю нових блоків і нових зв'язків між елементами системи, які забезпечують нові якісні властивості, що дозволяє створювати систему диспетчерського керування рухомими біологічними об'єктами. Таким чином, запропонована система відповідає критерію винаходу "новизна". Система працює наступним чином. При супроводженні рухомих біологічних об'єктів 4 використовують GPS приймачі (датчики) 8 сигналів глобальної супутникової системи радіонавігації (наприклад "GPS"), що встановлені на рухомих об'єктах. Основні принципи визначення координат за допомогою супутникових радіонавігаційних систем широко висвітлені в науковотехнічній літературі [4,5,6]. Датчик (GPS приймач) 8 по навігаційним сигналам не менш ніж чотирьох супутників (І1-І4) 1 визначає місцезнаходження Nгo рухомого об'єкта 4, блок контролю стану біоло 7 гічного об’єкта 13 отримує з зовнішніх датчиків інформацію про параметри стану рухомого біологічного об’єкта, інформація з датчика і блока контролю стану біологічного об’єкта зберігається в блоці збереження інформації 12, радіомодем 9 який з заданою дискретністю передає інформацію з датчика і блока контролю стану біологічного об’єкта через телекомунікаційний канал зв'язку 3 на радіомодем 14 центрального пункта 5, де вони аналізуються у пристрої обробки 15, що об'єднаний з блоком керування 17 та результати відображаються на індикаторі 16 оператора системи, а в разі потреби записуються у базу даних електронних карт з S шарами 18. Точність визначення координат навігаційним приймачем складає 510м., але у ряді випадків, особливо під час руху транспортних засобів в умовах міста і сильно мінливої місцевості де відбувається часткове або повне екранування сигналів навігаційних ШСЗ, а також при неможливості роботи GPS приймача на час зловмисного створення завад, виникає різке погіршення точності вхідних даних при виконанні керування з диспетчерського пункта 5. В будь-яких непередбачених випадках виявник тривожної ситуації 19 активізує усі інформаційні ресурси саме центрального пункта 5 і тих контрольних та опорних станцій 2, що забезпечують підвищення точності визначення координат рухомих об'єктів 4, які відносяться до просторово-часового вікна ситуаційної задачі, що визначив формувач 20. За рахунок цілеспрямованої роботи блока гарантування точності вхідних даних 21, що потрібні блока розв'язку ситуаційної задачі керування 22 у поточній тривожній ситуації, блок уточнення геометричних та кінематичних параметрів 23 реалізує процедури оптимального послідовного оцінювання невизначених параметрів супроводжуваного рухомого об'єкта 4. Виконавчий пристій 10 - являє собою реле [7] яке при виникненні надзвичайної ситуації вмикає 39917 8 радіомаяк (передавач) 11. Радіомаяк після увімкнення починає передавати координати супроводжуваного об’єкта до мережі L пунктів радіоспостереження сигналів. Обмін даними між контрольними та опорними станціями 2, пунктами радіоспостереження сигналів 25 і центральним пунктом 5 відбувається через мережу Інтернет 7 за допомогою приладу зв'язку 24 і окремої лінії зв'язку 6. Блок контролю стану біологічного об’єкта 13 являє собою вузол призначений для прийому і обробки цифрових даних і аналогових сигналів з зовнішніх датчиків. Блок збереження інформації 12 являє собою компактний надійний накопичувач цифрових даних, який може бути реалізований наприклад в вигляді FLASH - пам'яті. Проведений аналіз відомих технічних рішень у даній галузі техніки показав, що сукупність ознак, яка відрізняє винахід від прототипу, має істотні відмінності. Використані джерела: 1. Заявка WO №93/09446,. клас G01S5/00.5/14, 13.05.1993; 2. Патент ЕПВ №0512789, М. кл. G01S5/14, 5/00, 11.11.1992; 3. Патент ЕПВ №75709, М. кл. G01S5/14, 15.05.2006; 4. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / Под ред. В.С.Шебшаевича. 2-е изд. - М. Радио и связь, 1993. -408с; 5. Гофман-Веленгоф Б., Колінз Д. Глобальна система визначення місцеположення (GPS) Теорія та практика. Пер. з англ. Під ред, Я.Ц.Яцніна. - К.: Наук. Думка, 1996. -387с; 6. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М: Зко-Тренд. 2000. -267с; 7. Патент №2027195, (Росія) Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию., М. кл. G01S5/1 // Дикарев В.И. и др. 9 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 39917 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601