Transcript Sistema para Control Urbano de rutas basado en

Conferencia ofrecida en el Auditorio del Colegio de Ingenieros del Perú,
sede Arequipa por el aniversario del Capítulo de Ingeniería Electrónica
28/11/2012
SISTEMA PARA CONTROL
URBANO DE RUTAS BASADO EN
GPS
Una aplicación: NCP-300X
Msc. Ing. Ramiro Banda Valdivia
Contenido
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Sistemas de navegación
Señales GPS estándar
Transmisión vía GPRS
Transmisión en la banda no licenciada de 2.4GHZ
– Un módulo específico de fácil aplicación
Bloques en una aplicación GPS
Estado del transporte urbano local
Aplicación GPS: NCP-300X, características y ventajas
Simark
Recomendación |
SISTEMAS DE NAVEGACIÓN TERRESTRE
El GPS(NAVSTAR ) es un sistema de posicionamiento por satélites desarrollado por el
Departamento de la Defensa de los E.U., diseñado para apoyar los requerimientos
de navegación y posicionamiento precisos con fines militares. En la actualidad es
una herramienta importante para aplicaciones de navegación, posicionamientos
de puntos en tierra, mar y aire y el más usado en el mundo.
Manejado por: USAF NAVSTAR GPS Joint Program Office,
Space and Missile Systems Center
Otros sistemas:
Ruso: GLONASS
A octubre 2011 son los únicos con cobertura global
El Sistema Galileo de Europa estará disponible el 2020
a) Segmento espacial
Los GPS son una constelación de satélites de navegación que orbitan la
Tierra a una altitud de cerca de 20K kilómetros. En 6 planos orbitales
A esta altitud, los satélites completan dos órbitas en un poco menos de
un día. Aunque originalmente diseñado por el Departamento de Defensa
de EE.UU. para aplicaciones militares, su gobierno federal hizo el sistema
disponible para usos civiles y levantó las medidas de seguridad diseñadas
para restringir la precisión hasta 10 metros.
La constelación óptima consiste en 24 satélites operativos con algunos de
"repuesto(4)".
A partir de julio de 2006, había 29 satélites operacionales de la
constelación.
Las órbitas de los satélites GPS están inclinadas respecto al ecuador de la Tierra
en alrededor de 55°. La distribución espacial de la constelación de satélites
permite al usuario disponer de 5 a 8 satélites visibles en cualquier momento. El
sistema está diseñado para asegurar que al menos cuatro satélites estarán
visibles con una recepción configurada de la señal de 15 ° sobre el horizonte en
un momento dado, en cualquier parte del mundo. Localmente se accede hasta 12
7 satélites.
Aunque el GPS puede dar posiciones muy precisas, aún hay fuentes de error.
Estos incluyen los errores del reloj, los retrasos atmosféricos, sin saber
exactamente dónde están los satélites en sus órbitas, las señales que se refleja
de los objetos en la superficie de la Tierra, e incluso la degradación intencionada
de la señal del satélite.
b) Segmento de control
Es una serie de estaciones de rastreo, distribuidas en la superficie terrestre que
continuamente monitorea a cada satélite analizando las señales emitidas por
estos y a su vez, actualiza los datos de los elementos y mensajes de navegación,
así como las correcciones de reloj de los satélites.
Las estaciones se ubican estratégicamente cercanas al plano ecuatorial y en
todas se cuenta con receptores con relojes de muy alta precisión.
b) Segmento de Control, elementos:
1. Estación maestra de control (MCS), Colorado Spring
2. Estación alterna de control
3. Antenas terrestres: 3 antenas de tierra distribuidas cercanos al ecuador:
Isla de laAscension , Diego Garcia, Kwajalein.
4. Seis estaciones de monitoreo: Reciben las señales de los satélites,
Capturan Datos Meteorológicos y transmiten Datos a la Estación Maestra de
Control.
Estación de monitoreo en museo
En la actualidad se han anexado varias estaciones de
rastreo: Australia, Quito, Usno, Buenos Aires, Bahrain,
Inglaterra
Señales GPS
Los satélites del GPS transmiten dos señales de radio de baja potencia,
llamadas "L1“(Uso civil) a 1575,42 MHz y "L2“ a 1277.60 MHz
Cada señal GPS contiene tres componentes de información: un código
pseudoaleatorio, los datos de efemérides de satélite y datos de almanaque.
1. El código pseudoaleatorio identifica al satélite que transmite su señal.
2. Los datos de “efemérides” de un satélite proporcionan información sobre la
ubicación del satélite en cualquier momento.
3. El almanaque contiene información sobre el estado del satélite y la fecha y
hora actuales. Para cada satélite, el tiempo es controlado por los relojes
atómicos a bordo que son cruciales para conocer su posición exacta.
C) Segmento usuario
Lo integran los receptores GPS que registran la señal emitida por los satélites
para el cálculo de su posición tomando como base la velocidad de la luz y el
tiempo de viaje de la señal, así se obtienen las pseudodistancias entre cada
satélite y el receptor en un tiempo determinado, observando al menos cuatro
satélites en tiempo común; el receptor calcula las coordenadas X, Y, Z y el
tiempo.
Determinación de Posiciones del GPS
Las posiciones se obtienen mediante la determinación de las distancias a los satélites
visibles. Este proceso se conoce como "trilateración". El momento de la transmisión
de la señal en el satélite se compara con el momento de la recepción en el receptor.
La diferencia de estos dos tiempos nos dice cuánto tiempo tomó para que la señal
viajara desde el satélite al receptor. Si se multiplica el tiempo de viaje por la velocidad
de la luz, podemos obtener el rango, o de distancia, con el satélite. La repetición del
proceso desde tres satélites permite determinar una posición de dos dimensiones en
la Tierra (es decir, la longitud y latitud). Un cuarto satélite es necesario para
determinar la tercera dimensión, es decir la altura. Cuantos más satélites son visibles,
más precisa es la posición del punto a determinar.
Señales de un receptor GPS típico NMEA 0183
Typical Baud rate 9600
Data bits
Parity
8
None
Stop bits
1
Handshake
None
long lat_l=(long)((latitude/100));//int
double lat_min=latitude=latitude-(lat_l*100);
latitude=-1*(lat_l+(lat_min/60));
Ejemplo: 1625.416 => - 16.4236°
Trama de uso interno de GPS para verificar calidad de recepción
Transmisión via GPRS
1.3.
LIMITACIONES DE GSM PARA LA TRANSMISIÓN DE DATOS.
Las redes GSM tienen ciertas limitaciones para la transmisión de datos:
-
Velocidad de transferencia de 9,6 Kbps.
Tiempo de establecimiento de conexión, de 15 a 30 segundos.
Además las aplicaciones deben ser reinicializadas en cada sesión.
-
Pago por tiempo de conexión.
-
Problemas para mantener la conectividad en itinerancia (Roaming).
GPRS ( General Packet Radio Service) que unifica el mundo IP con el mundo
de la telefonía móvil, creándose toda una red paralela a la red GSM y
orientada exclusivamente a la transmisión de datos.
Al sistema GPRS (2.5) se le conoce también como GSM-IP ya que usa la
tecnología IP (Internet Protocol) para acceder directamente a los
proveedores de contenidos de Internet.
GPRS es una tecnología que comparte el rango de frecuencias de la red
GSM utilizando una transmisión de datos por medio de 'paquetes'. La
conmutación de paquetes es un procedimiento más adecuado para
transmitir datos.
En GPRS los canales de comunicación se comparten entre los distintos
usuarios dinámicamente. Para utilizar GPRS se precisa un equipo que
soporte esta tecnología. La mayoría de estos terminales soportarán también
GSM, por lo que podrá realizar sus llamadas de voz utilizando la red GSM de
modo habitual y sus llamadas de datos (conexión a Internet, WAP,...) tanto
con GSM como con GPRS.
Con GPRS no sólo la velocidad de transmisión de datos se ve aumentada hasta un
mínimo 40 Kbps y un máximo de 115 Kbps por comunicación, sino que además la
tecnología utilizada permite compartir cada canal por varios usuarios,
mejorando así la eficiencia en la utilización de los recursos de red.
Formato general de trama GPRS
ID del protocolo de los PDU, para direccionar SAP al
ID del Protocolo: distingue GSM/GPRS Desencapsular, tendrá un valor que define
Paquetes IP
Datos o información
De control
•
Característica de "Always connected": un usuario GPRS puede estar
conectado todo el tiempo que desee, puesto que no hace uso de recursos
de red (y por tanto no paga) mientras no esté recibiendo ni transmitiendo
datos.
•
Tarificación por volumen de datos transferidos, en lugar de por
tiempo.
•
Coste nulo de establecimiento de conexión a la red GPRS
•
Mayor velocidad de transmisión. En GSM sólo se puede tener un canal
asignado (un "timeslot"), sin embargo, en GPRS, se pueden tener varios
canales asignados, tanto en el sentido de transmisión del móvil a la estación
base como de la estación base al móvil. La velocidad de transmisión
aumentará con el número de canales asignados. Además, GPRS permite el
uso de esquemas de codificación de datos que permiten una velocidad de
transferencia de datos mayor que en GSM.
Transmisión de datos GPRS
Iniciar sesión GPRS con el proveedor de telefonía y
mantenerla abierta.
Abrir socket al servidor de comunicaciones en Internet
Transmitir tramas al servidor y recibir respuestas a
traves de Ips privadas.
APN: claro.pe
Puerto: 80
Nombre de usuario: claro
Contraseña: claro
Transmisión en la banda de 2.4GHz
Regulación en Perú:
Aun cuando la frecuencia sea "libre" (no licenciada), no implica que no se respeten
las normas técnicas emitidas por el MTC para su operación.
R.M. 777-2005-MTC: Condiciones de operación de los servicios cuyos equipos
utilizan las bandas 2.4 y 5.8 GHz.
Art. 7: Para su comercialización los equipos que emitan hasta 10mW de potencia
en antena no requieren homologación.
Equipos de uso privado GPS con radiomodem que operan en banda no licenciada.
Solución práctica: Módulos de transmisión:
Adquisión de datos, interruptores remotos, controles de temperatura, máquinas de
venta, controles remotos, teclados inalámbricos, etc.
La transmisión a 2.4GHz fue concebida para operar en forma secundaria a GPRS en
El NCP-300x
http://www.mtc.gob.pe/portal/comunicacion/concesion/interna/privados.htm
Un ejemplo:
Módulo RFD211735
Diagrama de Bloques en una dispositivo de Aplicación GPS
GPS en transporte Interprovincial en Perú
Control de:
Desvíos de ruta
Paradas en sitios prohibidos
Exceso de velocidad
Emergencias
Control en el transporte Urbano Público de Pasajeros
¿Que se controla?
• Frecuencias de salida
• Retrasos en puntos estratégicos, que se traducen en multas a la unidad
¿Como se controla actualmente?
Problemas derivados de los relojes que afectan la prestación del
Servicio
Falta de sincronía en los relojes
Se requiere supervisión de los relojes (aparte del relojero)
Retrasos en el marcado, el carro detenido y corre el cobrador
=>Accidentes
Falta de claridad en la impresión en la tarjeta, malentendidos
Se requiere trabajo manual para sumar los retrasos acumulados y al final todo
depende del “Controlador”.
Registro histórico no está disponible
Se pierde el paso del semáforo y excepcionalmente los pasajeros se bajan
Quedan fuera de control variables importantes, como velocidad, cortes de ruta, etc.
El uso de rastreadores GPS no sirve en el transporte urbano
El 100% de procesamiento lo hace el Servidor de Comunicaciones
Las empresas sancionan cortes de ruta y mediante estos dispositivos no se puede
detectarlos
El chofer puede saber como marcó sus controles solo al llegar al terminal
Equipos GPS en tiempo diferido con almacenamiento
comercializados en el mercado doméstico.
Vista Interna
Aplicación NCP-300X
Homologación
Pantalla Principal
PARTES:
Instalación del soporte y cables
Pantalla de tarjeta de control
Tecla subir y tecla bajar
En la pantalla de tarjeta de control nos permiten
ver las horas de marcado de los controles que no
son mostrados en la pantalla.
Función de Visor
Presionando la tecla visor uds podrá saber con cuantos minutos paso la unidad de
adelante .Esta función solo esta disponible en tiempo real.
Características de un dispositivo GPS a medida
Alta precisión en el marcado (de un solo sentido en la vía), incorporado en el firmware
Se puede saber de inmediato si se efectuó corte de ruta en puntos claves
A pedido del cliente se calcula los minutos a los que está la unidad anterior
Muestra marcados en pantalla de puntos de control previos
Botones reservados para funciones especiales
¿Que suelen requerir empresas para controlar unidades?
Cálculo automático de multas por retrasos
Despacho de primera vuelta, sin intervención de controlador
Sorteos de cronogramas de salida (opcional)
Ubicación en mapa de unidades (propietarios)
Determinar la presencia de unidades en terminales
Y seleccionar la siguiente para ser despachada.
que concluyeron vuelta
Diagrama de Bloques Simark
Elementos requeridos para el Sistema
Equipos NCP 300x instalados en las unidades de transporte. Con
Conectividad mediante GPRS y unos 10B/mes de volumen.
Computadora Servidor para instalar el Servidor de comunicaciones,
con disponibilidad pública en Internet, preferible Linux. Requerimientos
memoria RAM 1GB y decenas de Gigabytes en disco, procesador de 1GHz o
superior.
Computador con conexión a Internet, con navegador de Internet y
sistema operativo Microsoft Windows XP o superior, incluso Linux.
Despacho y registro de salidas con detalles
Ubicación actual en mapa
Recorrido por intervalo de tiempo
Reporte de deudas
Recomendación a mediano plazo
Luego de la Licitación de rutas, retomar y reestructurar (parte técnica) el Proyecto
del Municipio Provincial de Arequipa de crear el Centro de Localización
electrónica de vehículos de transporte público de pasajeros para mejorar la
calidad de servicio. Contenido en la Ordenanza Municipal 708 de agosto 2011.
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Inquitudes:
[email protected]
NCP-300x
[email protected]
Sinktec SAC
WWW.sinktec.com/ppt
REFERENCIAS
http://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/geodesia/gps.aspx
http://personales.mundivia.es/edomenecht/docs/gpsweb/introgps/prc01.htm
http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/11372/fichero/Memoria%252F03+-+GPRS.pdf
www.datasheetarchive.com/MC-1513-datasheet.html
http://www.spaceandtech.com/spacedata/constellations/navstar-gps_consum.shtml