Засоби моніторингу на транспорті

Задачі моніторингу

Сучасний розвиток електроніки та мікропроцесорної техніки призвів до переходу на транспорті до моніторингу — постійного контролю параметрів транспортних засобів, транспортного руху, навігації транспорту. Розрізняють моніторинг стану та моніторинг параметрів, принциповою відмінністю яких є наявність інтерпретатора вимірюваних параметрів у термінах стану — експертної системи підтримки ухвалення рішень про стан об'єкта та подальше керування. Впровадження моніторингу переводять організацію транспортних процесів на більш високий якісний рівень, шо підвищує ефективність загального управління перевізним процесом [22].

Інформація моніторингу, що надходить до водія транспортного засобу, диспетчера АТП, інформаційних систем виробників, перевізників, експедиційних компаній і споживачів забезпечує:

• — підвищення надійності та безпеки використання транспортних засобів;
• — швидке прийняття узгоджених рішень у випадку виникнення непередбачуваних обставин;
• — оперативне керування доставками та оцінювання ефективності виконання доставки;
• — обмін інформацією між учасниками доставки товарів про реальне просування товару.

За допомогою інформаційних систем стає можливим розв’язання таких задач:

• — збільшити швидкість обробки інформації, звести до мінімуму помилки при зборі та обробці інформації, що підвищує швидкість і точність прийняття рішення;
• — збільшити обсяги обробки інформації та за рахунок цього глибше аналізувати більшу кількість варіантів прийняття обгрунтованого рішення з метою отримання оптимального з використання ресурсів і відповідальності виконавців;
• — зменшити затрати праці організаторів перевезень за рахунок електронного обміну інформацією та документообігу.

Інструментами моніторингу на транспорті є:

• — датчики та бортові комп’ютерні системи контролю стану транспортного засобу, керування цим станом;
• — датчики проходження транспортних засобів через контрольні зони з фіксацією характерних ознак;
• — бортові модулі навігації та зв’язку — блок навігатора з приймачем та обчислювачем, радіопередавач; радіоприймач;
• — навігаційні супутникові системи, які забезпечують визначення на електронній карті місцевості місцезнаходження транспортних засобів з точністю до 10 м;
• — стільникові та супутникові системи зв’язку та обміну інформацією між логістичною системою та транспортним засобом;
• — комп'ютерна обробка великих масивів даних у центрах керування перевізним процесом або дорожнім рухом;
• — нейрокомп'ютерні технології розпізнавання образів;
• — датчики транспортного потоку на магістралях, що відображають оперативну інформацію та надають інформацію у реальному часі про окремі параметри транспортних потоків або про окремі транспортні засоби.

У міру розвитку автомобілебудування можливості подальшого механічного покращання параметрів автомобіля значно звузились і виросли за своєю вартістю. Разом із тим автомобільна електрика, а потім електроніка, стали набагато надійніші та дешевші. Колишнє керування багатьма пристроями автомобіля, що було виконане з використанням електромеханічних реле, перевели на мікропроцесорне керування, яке має пам’ять та можливість програмування, модульну структуру побудови. Електронні модулі керування (БМК, ECU — electronic controlled unit) стали основним напрямом подальшого вдосконалення автомобілів і їх показників. Практично на кожний автомобільний механічний вузол створені та впроваджуються їх електромеханічні аналоги з позитивними характеристиками — це стосується двигунів, приводів коліс, трансмісії, вузлів зчеплення, гальмування, керування тощо. У перспективі йдеться про перехід повністю на автоматично керований електромобіль, тому сучасний автомобіль отримав назву «комп'ютера на колесах» .

У конструкціях сучасних вантажівок та автобусів усе більше встановлюються інтегровані системи електронно-механічного керування (ЕМК) автомобілем, які значно покращують експлуатаційні характеристики транспортних засобів, знижують поточні витрати на утримання автомобілів, підвищують комфортність роботи водія та ефективність технічного обслуговування. Інтеграція ЕМК охоплює всі три складові конструкції автомобіля: дистриб’юторський інтегрований моніторинг.

• — механіка — двигун, трансмісія, гальма та інші системи, які забезпечують рух транспортних засобів, їх керованість і безпеку.
• — електрика — запалювання, фари, комп’ютеризовані системи керування.
• — транспортна логістика — моніторинг транспортних засобів, системи обліку пасажирів, системи оплати тощо.

Тому транспортні засоби останніх поколінь мають внутрішню бортову мережу передачі даних, яка підтримує обмін повідомленнями за певними правилами — протоколами. Це дозволяє всім ЕМК вузлам автомобілів «розуміти» один одного. За необхідності відбувається конвертація даних з одного протоколу в інший за допомогою спеціальних шлюзів. Таким чином ЕМК двигуна обмінюється даними з БМК трансмісії у момент перемикання передач, завдяки чому двигун миттєво зменшує крутний момент, щоб зміна передачі відбувалася плавно. Аналогічно ЕМК двигуна обмінюється даними із системою АБС для забезпечення стабільності гальмування, рушання або поворотів.

Моніторинг на автомобільному транспорті має певну історію розвитку. Спочатку це були діагностичні стенди і комплекси, що проводили опитування боргових датчиків для пошуку несправностей. Для стандартизації засобів діагностики ще 1980 року фірма General Motors реалізувала фірмовий інтерфейс ALDL (Assembly Line Diagnostic Link) і протокол для тестування модулів керування двигунами (ЕСМ) [11]. Протокол ALDL взаємодіяв при швидкості 160 біт/с і слідкував за станом систем автомобіля. Слідом за General Motors інші великі світові виробники автомобільної техніки почали активно впроваджувати комп’ютеризацію автомобілів. Основним завданням цього процесу було підвищення рівня безпеки водія і пасажирів, зниження кількості токсичних викидів у довкілля, підвищення рівня комфорту та кардинальна модернізація самого автомобіля в цілому.

Наступний протокол бортової діагностики OBD-II (On-Board Diagnostic) надає повний контроль за двигуном, дозволяє проводити моніторинг частин кузова та додаткових пристроїв, а також діагностує мережу керування автомобілем. Специфікація OBD-11 передбачає стандартизований апаратний інтерфейс і являє собою колодку діагностичного рознімання (DLC — Diagnostic Link Connector), що відповідає стандарту SAE J1962, з 16-ма контактами (2×8) для підключення діагностичного обладнання до автомобіля. У цьому стандарті виробники застосовують різні протоколи з'єднання з автомобілем. Є п’ять діагностичних протоколів, які регламентовані в OBD-II. Кожен з OBD-Р кодів несправностей складається з п’яти символів — букви та чотирьох цифр. У більшості транспортних засобів реалізований тільки один з протоколів на конкретну систему. Специфікація SAE J1962 визначає відповідність розташування виводів на рознімання з діагностичним протоколом. З 1996 року протокол бортової діагностики OBD-II прийнятий обов’язковим для всіх автомобілів, проданих у Сполучених Штатах.

З 2000 року Європа, а з 2003;го і Японія вводять версією OBD-II для автомобілів, що продаються у цих країнах. У рамках протоколу Сполучені Штати з 2008 року зобов’язують усіх виробників як бортову шину обміну даними використовувати стандарт Controller Area Network (CAN) bus) [3].

Сучасні реалізації OBD використовують стандартне цифрове рознімання, по якому можна отримувати дані з автомобіля у реальному часі, у тому числі стандартизовані коди несправностей (DTC — Diagnostic Trouble Codes), що дозволяють ідентифікувати несправність. Швидкість передачі даних у наступному бортовому протоколі UART (Universal Asynchronous Receiver — Transmitter) від 1,2 до 10,4 кбод і вміщує 8 біт даних, без перевірки парності, та стоп кадр. Повідомлення може містити до 255 байт у полі даних.

У більшості великих виробників вантажівок, таких як MAN, SCANIA, HINO та інших стали штатно монтуватись не тільки мікропроцесорні засоби автоматичного керування вузлами та приводами, але і засобами зовнішньої телекомунікації, які по безпровідних каналах GPS/GSM/W1-FI/RFID передають інформацію про роботу транспортних засобів на диспетчерські пункти перевізників. На автомобілях установлюється спеціалізований переносний комп’ютер (карп'ютер, онбордер, саг PC), який поєднує в собі функціональні можливості навігатора, автомагнітоли, персонального комп’ютера, DVDплеєра, обладнаний пристроями радіозв'язку стандарту D і Е-мережі та мобільного зв’язку стандарту GSM. Убудована CMOS-камера дозволяє зчитувати у режимі on-line кодові позначки, графічні зображення і текстові написи, вести відеозапис дорожньої ситуації тощо [І].

У світовій практиці керування транспортом бортові технічні засоби у сукупності з інформаційними технологіями отримали назву засобів телематики, що відображає зв’язок телекомунікацій з інформатикою [33]. Системи для керування транспортними комплексами, створені на базі засобів телематики, отримали назву інтелектуальні транспортні системи (ІТС).

Як показав досвід практичної експлуатації, порівняно із системами керування попередніх поколінь, вони мають низку принципово нових можливостей, основними з яких є такі.

• — глобальність і безперервність контролю у часі та просторі;
• — висока універсальність і гнучкість при розвитку та формуванні маршрутної мережі;
• — організація контролю маршрутного руху у будь-якій місцевості, доступній для засобів радіозв'язку;
• — обмін оперативними повідомленнями між водієм контрольованого транспортного засобу і диспетчером системи у будь-який момент часу та у будь-якій точці простору, доступною для засобів радіозв'язку;
• — визначення точного місцезнаходження контрольованого транспортного засобу та його відображення на електронній карті місцевості.

Усе це дозволяє на якісно новому рівні розв’язувати комплекс таких актуальних завдань, як забезпечення безпеки пасажирів у дорозі та оперативне визначення місць дорожньо-транспортних пригод, надання медичної допомоги та евакуація потерпілих. Завдяки оперативному контролю виконання розкладу руху транспорту, можливості термінової заміни рухомого складу, що вийшов з ладу на маршруті, упорядкуванню та координації державних, приватних і муніципальних перевезень, забезпечується підвищення якості пасажирських перевезень. Важлива перевага таких систем полягає у можливості підвищення рівня інформованості пасажирів. Змонтовані на зупинках кольорові графічні інформаційні табло через радіоканал або виділену телефонну лінію можуть отримувати інформацію у реальному масштабі часу про фактичний стан на маршруті пасажирських транспортних засобів та часу їх прибуття.

За своїми функціями і структурою моніторинг умовно поділяють на внутрішній (бортовий) і зовнішній, пов’язаний з телекомунікаційними засобами передачі бортових даних.

Під внутрішнім моніторингом будемо розуміти системи збору, обробки і використання бортової інформації для забезпечення ефективного керування транспортними засобами, без подальшого використання у логістичних системах.

Зовнішнім моніторингом називають дистанційний контроль з боку транспортних організацій та систем керування дорожнім рухом за параметрами транспортного засобу та вантажу, місцезнаходженням транспорту, його швидкістю та напрямком руху, відсутністю аварійних ситуацій тощо.

Внутрішній моніторинг розвивається децентралізовано у декількох напрямах, поступово поєднуючись у єдину бортову комп’ютерну систему. Використання систем моніторингу дозволяє перейти від періодичної профілактичної діагностики до постійного контролю та аналізу стану вузлів ТЗ, що дозволяє економити значні кошти за рахунок своєчасного усунення несправностей, скорочення вартості та терміну ремонтів. Тому початковим і найбільш розвиненим напрямом моніторингу є системи керування запаленням, які включають підсистеми подачі палива, контролю його згоряння та контролю якості викидів. Такі системи актуальні з огляду на високу вартість палива та значну залежність витрат від настроювань двигуна. У процесі роботи параметри роботи двигуна постійно змінюються (температура, навантаження, якість пального), а вплив водія на роботу двигуна не завжди своєчасний або не є можливим. Тому у керуванні системами подачі палива, запалення паливно-повітряної суміші все більше впроваджуються електронні засоби, що здатні забезпечити найбільш оптимальні параметри керування цими системами. У цих системах вирішуються питання подачі оптимальної кількості палива у двигун та його співвідношення з повітрям, оптимальний момент запалення та антидетонаційні заходи, якість згоряння суміші. У рамках цього напряму розвиваються системи керування температурою двигуна, системи змащення.

Наступний напрям упровадження телематики на транспортних засобах — це забезпечення безпеки руху. Цей параметр залежить від багатьох чинників — стану вузлів транспортного засобу, стану дорожнього полотна чи інтенсивності руху, індивідуальних характеристик водія тощо. Ці системи умовно поділяють на системи активної та пасивної безпеки. За напрямом активної безпеки впроваджуються антиблокувальні системи різного рівня функціональності, системи адаптивного круїз-контролю, паркування, керування освітленням тощо.

Напрям пасивної безпеки реалізується впровадженням систем підвищення комфорту, безпеки водія та пасажирів. Це системи клімат-контролю, адаптивного керування дзеркалами заднього виду, контролю стану водія і т. д. Упровадження цих систем покращує умови роботи водія, що також пов’язано із забезпеченням безпеки руху.

Одним із ранніх напрямів активного впровадження інформаційних технологій на транспорті є системи безпеки та охорони автомобіля. За цим напрямом на транспорті встановлюються охоронні системи різного рівня, які можуть забезпечувати як охоронні, протиугінні, так і попереджувальні та сервісні функції.