GNSS SYSTEMY GNSS W ZARZĄDZANIU FLOTĄ POJAZDÓW

Transkrypt

1 SYSTEMY GNSS W ZARZĄDZANIU FLOTĄ POJAZDÓW Jednym z podstawowych narzędzi działania nowoczesnego przedsiębiorstwa (nie tylko transportowego) jest własna flota pojazdów. Wykorzystując nowoczesne technologie oraz globalne systemy nawigacji satelitarnej (GNSS Global Navigation Satellite Systems) budowane są efektywne systemy zarządzania flotą pojazdów (fleet management). Rozwiązania te pozwalają na maksymalne jej wykorzystanie przy jednoczesnym obniŝeniu kosztów utrzymania. GPS GNSS EGNOS GLONASS GALILEO GSM Interfejs systemu zarządzania flotą Mapy wektorowe, procedury informatyczne, narzędzia do przeprowadzania analiz, łącza transmisyjne Rysunek 1. Technologie GNSS w systemach zarządzania flotą pojazdów. Autor: A. Tyszko Dzisiejsze wykorzystanie GNSS w zarządzaniu flotą pojazdów Zarządzanie flotą pojazdów ma bardzo wiele róŝnorodnych aplikacji, a ich wspólną cechą jest zbieranie informacji sprzęŝonych z lokalizacją i parametrami ruchu pojazdów. Gromadzenie danych prowadzone jest przez centrum zarządzania (logistyczne) w celu wykorzystania tych informacji do organizacji ruchu w czasie rzeczywistym oraz do późniejszych, róŝnorodnych analiz. Pierwsze rozwiązania polegały na odczycie informacji dotyczących np. przebiegu trasy, czasu trwania podróŝy, tankowania itp. po powrocie do bazy. Nowsze rozwiązania dają moŝliwość przesyłania danych w czasie rzeczywistym z rozbudowanych systemów pomiarowych zainstalowanych w pojazdach. Stosowanie systemu zarządzania flotą pojazdów daje wymierne korzyści. Do podstawowych moŝna zaliczyć: prezentację aktualnego połoŝenia obiektu ruchomego na tle mapy cyfrowej, zwiększenie efektywności wykorzystania posiadanych pojazdów, skrócenie czasu realizacji zamówienia, zwiększenie terminowości świadczonych usług, poprawę bezpieczeństwa osób, ładunków i pojazdów (połączenia alarmowe), ograniczenie a nawet eliminację naduŝyć popełnianych przez kierowców, moŝliwość bezpośredniego wprowadzania zbieranych informacji do systemów informatycznych przedsiębiorstwa w celu przeprowadzania dalszych analiz. Zarządzanie flotą pojazdów moŝe być powierzane firmom zewnętrznym lub teŝ prowadzone samodzielnie przez wydzielony oddział. Na pierwsze rozwiązanie decydują się zazwyczaj mniejsze firmy sprawując tylko merytoryczną kontrolę nad przekazanym zadaniem. DuŜe firmy transportowe, posiadając własne, działające w sposób ciągły centra logistyczne, zarządzają flotą samodzielnie. Typowe przykłady zastosowań systemów zarządzania flotą pojazdów: pogotowie ratunkowe, policja, straŝ poŝarna, straŝ miejska, firmy dystrybucyjne, transport towarów (krótko- i długodystansowy), komunikacja miejska, słuŝby oczyszczania miasta, transport pieniędzy i towarów wartościowych.

2 Nowoczesny monitoring floty pojazdów z wykorzystaniem GNSS nie ogranicza się tylko do biernego śledzenia pozycji pojazdu i jego ochrony przed kradzieŝą. Dzisiejsze rozwiązania pozwalają weryfikować wydajność i czas pracy kierowców, określać spalanie paliwa, prowadzić nawigację, wyznaczać dystans do najbliŝszej stacji tankowania. Zasadniczym narzędziem wykorzystywanym w systemach zarządzania flotą jest amerykański system Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System w skrócie nazywany NAVSTAR GPS lub po prostu GPS. System ten składa się z trzech ściśle powiązanych ze sobą segmentów: kosmicznego, naziemnego kontroli i uŝytkownika. Pierwszy z nich segment kosmiczny utoŝsamiany jest ze standardową konstelacją 30 aktywnych obecnie satelitów umieszczonych na orbitach okołoziemskich na wysokości około km. KaŜda z sześciu orbit, po której poruszają się satelity, jest nachylona do płaszczyzny równika pod kątem około 55. Kąt dwuścienny między sąsiednimi orbitami wynosi 60. Po kaŝdej orbicie poruszają się cztery lub pięć satelitów. Równomierne rozłoŝenie satelitów na stałych orbitach kołowych zapewnia dostęp do sygnałów co najmniej czterech z nich w kaŝdej chwili i z kaŝdego miejsca na powierzchni Ziemi. Drugi z omawianych segmentów segment kontroli spełnia rolę nadzorująco-kontrolującą a zarazem wspierającą pracę systemu. Polega to na ciągłym monitoringu i odbiorze przez naziemne stacje sygnałów z satelitów, sprawdzaniu poprawności działania satelitów, jak równieŝ komunikowaniem się ze stacją główną znajdującą się w Bazie Sił Powietrznych USA Falcon Base w Colorado Springs. Segment uŝytkowników składa się z róŝnorodnych wojskowych i cywilnych odbiorników satelitarnych zaprojektowanych w taki sposób, aby odbierać, dekodować i przetwarzać sygnały nadawane z satelitów. Są to odbiorniki funkcjonujące samodzielnie lub zintegrowane z innymi systemami. Ze względu na przeznaczenie i sposób wykorzystania, odbiorniki GPS róŝnią się cechami uŝytkowymi dotyczącymi wymagań środowiska, w którym mają działać, moŝliwościami pomiarowymi na róŝnych obiektach, w tym takŝe ruchomych, odpornością na zakłócenia itd. Dokładności sytemu GPS dla pozycji autonomicznej wynoszą około 10 metrów. Odbiorniki odbierające korekty z satelitarnych systemów wspomagających lub naziemnych stacji referencyjnych mogą wyznaczać swoje połoŝenie z dokładnością rzędu kilku metrów. NaleŜy jednak zaznaczyć, Ŝe dokładność wyznaczanej pozycji zaleŝna jest od wielu parametrów i moŝe ulegać zmianie. Rosyjski system satelitarny GLONASS (Globalnaja Nawigacjonnaja Sputnikowa Sistema) stanowi funkcjonalny odpowiednik wyŝej omawianego amerykańskiego systemu GPS. Segment kosmiczny stanowi obecnie konstelacja 12 aktywnych satelitów (docelowo 24 satelitów) rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych. Średnia wysokość satelity wynosi km. Kąt nachylenia orbity do płaszczyzny równika wynosi 64,8. Do głównych zadań segmentu kontroli naziemnej moŝna zaliczyć: obliczanie i uaktualnianie efemeryd wszystkich satelitów, synchronizację wzorców czasu zainstalowanych na satelitach ze skalą czasu systemu. Segment uŝytkowników scharakteryzować moŝna analogicznie do uŝytkowników systemu GPS, jednakŝe ze względu na mniejszą liczbę satelitów operacyjnych, błąd określania pozycji jest większy. EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) jest funkcjonującym w Europie satelitarnym system wspomagającym uŝytkowników lotniczych, morskich oraz lądowych dwóch militarnych systemów amerykańskiego GPS i (w przyszłości) rosyjskiego GLONASS a. UwaŜa się, Ŝe jest on pierwszym krokiem w tworzeniu europejskiego systemu satelitarnego Galileo. System EGNOS nie posiada jeszcze w roku 2007 statusu pełnej operacyjności. Składa się on z czterech segmentów: kosmicznego, naziemnego, uŝytkownika oraz urządzeń wspomagających. Segment kosmiczny stanowią trzy satelity geostacjonarne, których zadaniem jest retransmisja informacji przychodzących z naziemnych stacji NLES (Navigation Land Earth Station) do uŝytkowników. Dobór rozmieszczenia satelitów jest taki, by europejski uŝytkownik mógł w kaŝdym momencie odebrać sygnał z co najmniej dwóch z nich. PołoŜenie (długość geograficzna) satelitów jest następujące: AOR-E (Atlantic Ocean Region East) 15,5 W; IOR-W (Indian Ocean Region West) 25 E; ARTEMIS (Advanced Relay Technology Mission) 21,5 E. Do segmentu kosmicznego naleŝy takŝe zaliczyć konstelacje satelitarnych systemów nawigacyjnych GPS i GLONASS. Zadaniem satelitów geostacjonarnych jest transmitowanie za pomocą specjalnych transponderów pokładowych, sygnałów zbliŝonych swoją postacią do tych emitowanych przez satelity GPS. Przesyłane informacje zawierają poprawki róŝnicowe, które poprawiają obserwacje GPS i GLONASS zwiększając tym samym dokładność wyznaczania pozycji.

3 Rysunek 2. Segment kosmiczny systemu EGNOS. Autor: A. Tyszko Segment kontroli składa się z następujących komponentów: cztery główne stacje kontrolne MCC (Mission Control Center), 34 stacje obserwacyjno-pomiarowe RIMS (Ranging and Integrity Monitoring Stations), wspomniane wcześniej stacji NLES transmitujące dane do satelitów. Segment uŝytkownika stanowią odbiorniki z moŝliwością odbierania sygnałów EGNOS, transmitowanych z satelitów geostacjonarnych, których w danej chwili uŝytkownik powinien zaobserwować minimum dwa. Zadaniem tych odbiorników jest przetwarzanie napływających z segmentu kosmicznego informacji i wyznaczanie na ich podstawie pozycji uŝytkownika. Takie odbiorniki mogą określać pozycję z dokładnością kilku metrów. Perspektywy rozwoju zastosowań GNSS w zarządzaniu flotą pojazdów w horyzoncie roku 2012 Rozwój GNSS (Global Navigation Satellite System) zapewniał będzie równieŝ moŝliwość wprowadzania usprawnień w dziedzinie logistyki towarów. UmoŜliwiając dokładną i ciągłą kontrolę ruchu opakowań, kontenerów lub palet, GNSS w połączeniu z innymi technologiami, takimi jak telefonia komórkowa GSM (Global System for Mobile Communications), usprawni zarządzanie łańcuchami dostaw oraz zarządzanie flotą we wszystkich rodzajach transportu. Korzyści będą osiągalne zarówno na obszarach miejskich (przewozy krótkodystansowe), jak i w przypadku przewozów długodystansowych, międzynarodowych. Ponadto, w kontekście transportu modalnego, moŝna zwiększyć bezpieczeństwo dzięki zastosowaniu plomb elektronicznych i nowoczesnych urządzeń lokalizacyjnych. Rozwiązania konstrukcyjne będą zmierzały do połączenia systemów nawigacyjnych i systemów zarządzania flotą, tak by jedno urządzenie pokładowe dostarczało jednolitych informacji dla kierującego i zarządzającego bazą pojazdów. Niedaleka przyszłość przyniesie efekty działań ukierunkowanych na integrację Systemu Tachografów Cyfrowych (STC), Globalnych Systemów Nawigacji Satelitarnej (GNSS) a takŝe nowoczesnych technologii przesyłania informacji (GPRS, UMTS). Zintegrowane systemy przyczynią się do poprawy wielu czynników mających istotny wpływ na poprawę bezpieczeństwa i efektywności transportu drogowego. Specyfika usług wielu przedsiębiorstw będzie wymagała implementacji inteligentnych funkcji reagujących na sytuację panującą na drodze. Bardzo istotnym kryterium oceny jakości świadczonych usług przez firmę transportową jest dotrzymanie terminów realizacji przewozów. Jedne przedsiębiorstwa będą poszukiwały najkrótszej drogi omijającej zdarzenie na drodze, natomiast pojazdy innych firm oddziałując na infrastrukturę drogową będą wymuszały ograniczenia priorytetów pozostałych uczestników ruchu. DuŜa konkurencja na rynku transportowym spowoduje wzrost wymagań klientów z jednoczesną redukcją kosztów ze strony firm oferujących usługi transportowe. Coraz powszechniej stosowane będą systemy zarządzania flotą pojazdów oparte o GNSS, system telefonii komórkowej GSM i inne systemy kontrolnopomiarowe. Aktualna a zarazem dokładna znajomość pozycji pojazdu pozwalać będzie na efektywniejsze wykorzystanie poszczególnych jednostek poprzez przyjmowanie dodatkowych zleceń przewozowych, dysponowanie załadunku na pojazdy będące juŝ w trasie, szerszą kontrolę pracy kierowców itd.

4 Modernizacja systemu GPS Dla zastosowań cywilnych liczba satelitów, z których moŝliwy jest odbiór sygnałów jest często niewystarczająca, co stanowi ograniczenie moŝliwości systemu GPS. Jednak wysoki koszt umieszczenia satelity na orbicie wyklucza powaŝne rozwaŝania nad powiększeniem konstelacji satelitów GPS. Rozwój i upowszechnianie serwisów LAAS, WAAS i DGPS dystrybuujących korekty do pomiarów rejestrowanych przez odbiorniki GPS podnosić będzie dokładność i wiarygodność zapisanych informacji a takŝe stanie się alternatywą dla rozszerzenia liczby satelitów Zmodernizowane satelity GPS będą dostarczać cywilnym uŝytkownikom kod C/A w paśmie L2 o poziomie mocy porównywalnym z poziomem siły kodu C/A nadawanego w paśmie L1 (160dBw). Dla skompensowania wyŝszego poziomu zakłóceń i szumów, nowy sygnał nadawany na częstotliwości L5 będzie wymagał poziomu mocy o około 6dB większego niŝ moc sygnału C/A nadawanego w paśmie L1. Rozwiązania te mają na celu zmniejszenie błędu mierzonej pseudoodległości, co prowadzi do zwiększenia dokładności wyznaczanej pozycji. Pełna operacyjność systemu EGNOS System EGNOS zapewniał będzie trzy rodzaje nieodpłatnych usług dla wszystkich uŝytkowników: zwiększenie bezpieczeństwa uŝytkownika (w ciągu 6 sekund system EGNOS powinien powiadomić uŝytkownika o jakimkolwiek niepoprawnym działaniu systemu GPS), podniesienie dokładności określanej pozycji poprzez uwzględnienie poprawek róŝnicowych, zwiększenie zasięgu systemu GPS (geostacjonarne satelity systemu EGNOS będą mogły być wykorzystane jako dodatkowe satelity systemu GPS). Udostępnienie w pełni operacyjnego systemu EGNOS przyniesie uŝytkownikom zwiększenie liczby obserwowanych satelitów i jednoczesny wzrost dokładności określanej pozycji. Perspektywy rozwoju zastosowań GNSS w zarządzaniu flotą pojazdów w horyzoncie roku 2020 Główne cele podejmowanych przedsięwzięć będą ukierunkowane na poprawę bezpieczeństwa w ruchu drogowym, uczynienie go bardziej przewidywalnym i lepiej kontrolowanym w odniesieniu do zachowań pojedynczego kierowcy. Podstawową architekturę umoŝliwiającą pomyślną realizację zakładanych celów będą stanowiły w pełni operacyjne Globalne Systemy Nawigacji Satelitarnej (GNSS). Do roku 2020 planowane jest zakończenie modernizacji amerykańskiego systemu GPS. RównieŜ w tym okresie powinien być oddany do uŝytkowania w pełni operacyjny europejski system Galileo. Pięć rodzajów usług oferowanych przez ten ostatni znacznie rozwinie moŝliwości zarządzania flotą pojazdów. Pierwszy typ usług zamknięty w serwisie OAS (Open Access Service) będzie mógł być kojarzony z podstawowymi moŝliwościami serwisu SPS (Standard Positioning Service) systemu GPS. Dostęp do tego serwisu pozostanie bezpłatny. Usługi OAS oraz dodatkowo sygnały potwierdzające wiarygodność danych będą składały się na serwis SoL (Safety of Life). MoŜliwości trzeciego typu usług CS (Commercial Service) będą podstawą świadczenia usług zaawansowanych, będących rozwinięciem podstawowych zadań zarządzania flotą. Dla zastosowań kontrolowanych przez administrację państwową będzie udostępniony serwis PRS (Public Regulated Service), który będzie miał gwarantowaną ciągłość działania. Ostatnia usługa SaR (Search and Rescue) umoŝliwi rozbudowanie istniejących systemów zarządzania flotą o moduły poszukiwania i ratowania Ŝycia. Zwiększenie efektywności usług transportowych będzie moŝliwe dzięki budowaniu współdziałających systemów informacyjnych i komunikacyjnych tak, aby wyposaŝyć infrastrukturę drogową i pojazdy w inteligentne systemy zapewniające zwiększenie bezpieczeństwa ruchu drogowego oraz zwiększenie potoku pojazdów. Budowane systemy będą zapewniały komunikację w dwóch kierunkach: pomiędzy pojazdem a infrastrukturą drogową oraz między pojazdami uczestniczącymi w ruchu drogowym. Korzyści z rozwoju wykorzystania GNSS w zarządzaniu flotą pojazdów w kontekście polskim Globalne systemy nawigacji satelitarnej GNSS postrzegać moŝna jako podstawową architekturę, przy wykorzystaniu której tworzy się nowe aplikacje. Jak się szacuje, przewaŝającą większość zastosowań, będą znajdowały w transporcie. Funkcjonowanie przedsiębiorstw transportowych w coraz mocniej zatłoczonym otoczeniu staje się coraz bardziej problematyczne. Dlatego teŝ, rozwój tego rodzaju firm będzie mocno uzaleŝniony od prawidłowej logistyki posiadanego przez nie taboru pojazdów. RównieŜ zaspokojenie wciąŝ rosnących wymagań klientów

5 narzuca konieczność udoskonaleń w zarządzaniu flotą. Zmiany te powinny pozostawać pod silną presją zachowania kryteriów jakościowych. Wykorzystanie istniejących i nowobudowanych satelitarnych systemów pozycjonowania oraz technik nawigacyjnych stwarza duŝe moŝliwości rozwoju przedsiębiorstw, a co za tym idzie tworzenia nowych miejsc pracy. Bardzo duŝym sektorem korzystającym z rozwoju GNSS jest sektor transportu drogowego. Pojawią się nowe moŝliwości odkrywania, opracowywania i wdraŝania róŝnych rozwiązań naukowo-technicznych ukierunkowanych na poprawę bezpieczeństwa i jednocześnie zwiększenie efektywności transportu. Poprawa bezpieczeństwa przy jednoczesnym wzroście potoku pojazdów wymaga podejmowania nowatorskich przedsięwzięć, co jest doskonałą okazją dla polskich ośrodków naukowych na opracowanie innowacyjnych (nawet na skalę europejską, czy światową) rozwiązań. Poprawa efektywności transportu, poprzez rozwój metod i technik zarządzania flotą pojazdów, spowoduje iŝ stanie się on mniej uciąŝliwy i bardziej przyjazny dla środowiska. Dalszy rozwój sfery zarządzania flotą pojazdów nie będzie moŝliwy bez adaptacji nowych technologii informacyjnych. Działania nad rozwojem i wdraŝaniem tych technologii od 1991 r. koordynuje w Europie organizacja ERTICO, która grupuje blisko sto podmiotów ze sfery przemysłu, publicznych i prywatnych zarządów infrastruktury, władz publicznych, uŝytkowników infrastruktury drogowej i innych. Polska ma moŝliwość skorzystania z transferu nowych technologii transportowych związanych zarówno z profesjonalnym wykonywaniem przewozów, jak i z powszechnym ruchem drogowym. Wszystkie przedsiębiorstwa posiadające własną bazę pojazdów, zwłaszcza przedsiębiorstwa transportowe zainteresowane są wykorzystaniem aplikacji zarządzania flotą pojazdów. Upowszechnienie tych zastosowań doprowadzi do zwiększenia efektywności, oszczędności i, co najwaŝniejsze, bezpieczeństwa we wszystkich rodzajach transportu. Bariery zastosowania systemów GNSS w zarządzaniu flotą pojazdów Mimo świadomości korzyści płynących z posiadania systemu zarządzania flotą pojazdów, często barierą dla jego uruchomienia w firmie są ograniczone moŝliwości personalne czy brak odpowiednio wykwalifikowanej kadry. KaŜda firma koncentruje się przede wszystkim na swoich statutowych działaniach i nie zawsze ma moŝliwość zaangaŝowania kadry pracowniczej w obsługę systemu. RównieŜ powierzenie obsługi floty firmie zewnętrznej (outsoursing) rodzi pewne (często nieuzasadnione) obawy dotyczące przekazywania informacji firmom trzecim. Dodatkową barierę w zakresie monitorowania pojazdów moŝe stanowić aspekt prawny związany z uzyskaniem zgody osób na ich monitorowanie. Urządzenie, które rejestruje na bieŝąco połoŝenie pojazdu oraz parametry ruchu jest często niewygodne dla operatora/kierowcy tegoŝ pojazdu. Zaobserwować wówczas moŝna bardzo wysoką awaryjność instalowanych urządzeń. Rozwiązaniem tego problemu mogą być przeprowadzane na szeroką skalę szkolenia przeznaczone dla uŝytkowników systemów zarządzania flotą wykorzystujących technologie GNSS. Opracowanie: A. Tyszko