FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Transkripcija

1 UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO EKONOMSKO POSLOVNA FAKULTETA DIPLOMSKA NALOGA MARIBOR, maj 2001 Edvard JUG

2 I FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO EKONOMSKO POSLOVNA FAKULTETA Diplomska naloga univerzitetnega študijskega programa GLOBALNI POZICIJSKI SISTEM Študent : Študijski program : Smer : Mentor : Somentor : Edvard JUG univerzitetni, gospodarsko inženirstvo GING - elektrotehnika izr.prof.dr. Žarko ČUČEJ red.prof.dr. Anton HAUC izr.prof.dr. Boris TOVORNIK MARIBOR, maj 2001

3

4 II Mentor FERI: Izredni profesor dr. Žarko ČUČEJ Mentor EPF: Redni profesor dr. Anton HAUC Študent FERI EPF: Absolvent GING Edvard JUG

5 III ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju dr. Žarku Čučeju pomoč, strokovne nasvete in vodenje pri izdelavi diplomske naloge. Zahvala velja tudi mentorju na ekonomski fakulteti dr. Antonu Haucu. Posebna zahvala velja mojim staršem in še posebej Mojci za podporo in potrpljenje skozi vsa leta študija.

6 IV GLOBALNI POZICIJSKI SISTEM Ključne besede: sledenje vozil, satelitska navigacija, delovanje GPS, delovanje DGPS UDK: :527:65 Povzetek Delo obravnava uvajanje sodobne tehnologije v poslovanje na področju transporta v smislu izgradnje sistema za sledenje vozil, ki vključuje trenutno dosegljivo tehnologijo. Predstavljen je posamezni sklop sistema s poudarkom na sistemu za določanje položaja s pomočjo satelitov - sistemu GPS (Global Positioning System). Obravnavana je zgodovina razvoja in princip delovanja osnovnega GPS ter njegove izboljšave DGPS (Diferencialni GPS). Pri obeh so navedena področja uporabe ter vizije, kjer v prihodnosti še vidimo njuno uporabnost. Delo zaključuje stroškovna ocena izgradnje sistema za sledenje vozil vključno z okvirnimi stroški obratovanja.

7 V GLOBAL POSITIONING SYSTEM Key words: tracking vehicles, satellite navigation, operation of GPS, operation DGPS UDK: :527:65 Abstract Introducing modern technology into operation in field of transport in sense of building a system for tracking vehicles, using technology accessible at the moment, is described in this work. Separate parts of the system are presented with emphasis on system for determining position with help of satellites - GPS system (Global Positioning System). History of development and operating principle of basic GPS and its improvement DGPS (Differential GPS) is also described. With both the field of usage is mentioned along with the visions of their future applicability. Diploma is finished with cost evaluation for building a system for tracking vehicles including approximate operational costs.

8 VI V S E B I N A Stran 1. UVOD SISTEM ZA SLEDENJE VOZIL SISTEM ZA DOLOČANJE POLOŽAJA VOZILA ŠTUDIJA LASTNOSTI POSAMEZNIH SISTEMOV Neodvisnost Sposobnost absolutnega določanja položaja Omejenost števila uporabnikov Natančnost Cena Obseg delovanja Občutljivost na motnje Zmožnost podatkovnega prenosa Tajnost IZBIRA PRIMERNEGA SISTEMA NA PODLAGI ŠTUDIJE NAVIGACIJSKI SISTEM GPS Vesoljski segment Kontrolni segment Uporabniški segment DELOVANJE GPS Triangulacija s pomočjo satelitov Meritev razdalje do satelitov in lastnosti GPS signala Časovna usklajenost med satelitom in sprejemnikom Natančni položaji satelitov v vesolju Nekatere napake, ki se pojavijo pri potovanju GPS signala NAVIGACIJSKI SISTEM DGPS SKLOP NAMEŠČEN V VOZILU RAČUNALNIK KOMANDNA ENOTA SENZORJI KOMUNIKACIJSKA ENOTA KOMUNIKACIJA UPORABA GSM INFRASTRUKTURE... 49

9 VII 5.2 VZPOSTAVITEV DIREKTNE POVEZAVE MED OBJEKTOM IN CENTROM VZPOSTAVLJANJE POVEZAVE Z UPORABO IZGRADNJE ANALO- GNE ALI DIGITALNE INFRASTRUKTURE NECIVLINEGA TIPA KOMUNIKACIJA PREKO GSM UPRAVLJALNO NADZORNI CENTER EKONOMSKI VIDIK OCENA STROŠKOV POSTAVITVE UPRAVLJALNO NADZORNEGA CENTRA OCENA STROŠKOV OBRATOVANJA UGOTOVITVE IN PREDLOGI ZAKLJUČEK UPORABLJENA LITERATURA IN VIRI MEDMREŽNI NASLOVI PRILOGE... 79

10 VIII S L I K E Stran Slika 2.1: Shema sistema za sledenje vozil... 3 Slika 3.1: Sistemi za določanje položaja... 8 Slika 3.2: Razmerje med ceno potrebne infrastrukture in ceno opreme v vozilu Slika 3.3: Simbolični prikaz območja delovanja sistema za določanje položaja na podlagi radijskih valov Slika 3.4: Segmenti sistema GPS Slika 3.5: Sistem 24 satelitov z vrisanimi orbitalnimi potmi Slika 3.6: Lokacije zemeljskih postaj kontrolni segment Slika 3.7: Kontrolni radar Slika 3.8: Pot potovanja korekcijskega signala Slika 3.9: Blokovna shema GPS sprejemnika Slika 3.10: Ponazoritev določanja položaja Slika 3.11: Signal psevdo naključne kode Slika 3.12: Sestavljenost nosilnih signalov L1 in L Slika 3.13: Oblika nosilnega signala pri posamezni kodi Slika 3.14: Določitev položaja v 2D Slika 3.15: Upoštevanje napake ure sprejemnika Slika 3.16: Uvedba dodatne meritve Slika 3.17: Dejansko signala Slika 3.18: Pot GPS Slika 3.19: Lom GPS signala na ionosferi Slika 3.20: Odboj GPS signala od odbojnih površin Slika 3.21: Slab GDOP Slika 3.22: Dober GDOP Slika 3.23: Povzetek izvorov napak v sistemu GPS Slika 3.24: Relativno majhna razdalja Slika 3.25: Referenčni sprejemnik togo lociran na znanem položaju Slika 3.26: Potek posredovanja popravkov napak... 40

11 IX Slika 3.27: Shema delovanja sistema SPREJMI-ODDAJ DGPS Slika 3.28: Možen zamik med signaloma Slika 3.29: Razmerje med signaloma Slika 4.1: Shema sklopa v vozilu Slika 4.2: Komandna konzola Slika 5.1: Shema komunikacijskega sklopa Slika 5.2: GSM modem - Siemens M20 Terminal Slika 5.3: GSM modem - Falcom A2 GPS Slika 6.1: Podatkovna shema upravljalno nadzornega centra Slika 6.2: Shema sklopa v upravljalno nadzornem centru Slika 7.1: Primerjava cen pogovorov iz tujine v Slovenijo Slika 7.2: Stroški sledenja v različnih intervalih za čas ene ure po Evropi Slika 7.3: Stroški sledenja v različnih intervalih za čas ene ure po Sloveniji 72 Slika p1.1: Satelit iz generacije Blok I... p1/1 Slika p1.2: Satelit iz generacije Blok II... p1/3 Slika p1.3: Satelit iz najnovejše generacije Blok IIR... p1/4 Slika p5.1: Potek signalov optimizacijsko-navigacijskega sistema...p5/5

12 X T A B E L E Stran Tabela 3.1: Primerjava obstoječih navigacijskih sistemov po lastnostih.. 18 Tabela 3.2: Tipične napake [v metrih na satelit] Tabela 7.1: Cena podatkovnega strežnika Tabela 7.2: Cena delovnega računalnika Tabela 7.3: Cena zakupljenega podatkovnega voda Tabela 7.4: Naprava nameščena v vozilih z GSM terminalom Tabela 7.5: Zbirna tabela potrebne investicije v izgradnjo sistema Tabela 7.6: Stroški rednih mesečnih naročnin Tabela 7.7: Italijanski operaterji GSM telefonije in njihove cene Tabela 7.8: Države oziroma operaterji GSM z dvostopenjskim obračunavanjem Tabela 7.9: Vrednosti za različne frekvence javljanja po Evropi Tabela 7.10: Informativni izračun rednih mesečnih stroškov delovanja Tabela 7.11: Vrednosti za različne frekvence javljanja po Sloveniji Tabela 7.12: Primerjava cen naprava v vozilih Tabela p1.1: Seznam lansiranih satelitov prve generacije Blok I... p1/2 Tabela p1.2: Seznam lansiranih satelitov druge generacije Blok II... p1/5 Tabela p1.3: Seznam lansiranih satelitov druge generacije Blok IIA... p1/5 Tabela p1.4: Seznam lansiranih satelitov druge generacije Blok IIR... p1/7

13 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 1 1. UVOD Ob poplavi informacij in hitrem tempu življenja si težko predstavljamo poslovanje brez izkoriščanja ugodnosti, ki nam jih nudi sodobna tehnologija. Hitrost prenosa informacij z uporabo medmrežja, mobilne telefonije in satelitske komunikacije omogoča razpolaganje z informacijami že ob njihovem nastanku, kjerkoli na svetu. Drugače je na področju prevoza ljudi in dostave blaga, za kar je potreben transport; celinski, pomorski in zračni. Za čim hitrejši transport potrebujemo zmogljiva transportna sredstva kot so vlaki, tovornjaki, avtomobili, ladje, letala, itn, katera brez upravljanja in poznavanja poti ne pomenijo nič. Globalno izraz upravljanje zajema dve področji. To sta upravljanje v smislu grobega vodenja (šofer v vozilu) in upravljanje v smislu logistike transporta (upravljanje flote vozil iz centra vodenja). Prvi pogoj za uspešno logistiko transporta je poznavanje trenutnih položajev vozil. Določanje položaja poti in smeri zajema skupen izraz navigacija. Že poznane metode za navigacijo, ki se naslanjajo predvsem na zemeljske pojave (magnetno polje, ozvezdje, orientacijski objekti, ) imajo določene pomanjkljivosti, saj njihova uporabnost postane vprašljiva, ko vreme ni najugodnejše (megla, sneg, noč, ). V diplomski nalogi bomo iskali optimalno tehnično rešitev za uspešno izvajanje logistike transportnega podjetja, ki deluje na mednarodni ravni. Najprej bo predstavljena zgradba takega sistema. Sledila bo obravnava posameznega sklopa. Večje pozornosti bo deležen sklop za pridobitev podatka o lokaciji vozila, kjer bomo s študijo izbrali najugodnejši sistem. Izbranemu navigacijskemu sistemu bo namenjena posebna pozornost s podrobnejšo obravnavo delovanja in uporabnosti.

14 Stran 2 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG

15 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 3 2. SISTEM ZA SLEDENJE VOZIL Podjetja si prizadevajo zagotoviti svoj obstoj s pridobitvijo konkurenčne prednosti. Predpogoj zanjo je dobra organiziranost in vključevanje sodobne tehnologije v poslovne procese. Na tem mestu se bomo osredotočili predvsem na podjetja, ki se ukvarjajo s transportom tovora in ljudi na mednarodni ravni. Za takšna podjetja predstavlja konkurenčno prednost dobra logistika transporta. Ta je mogoča le ob stalnem razpolaganju s podatki o trenutnih lokacijah potujočih objektov (vozila, plovila, ). Ciljna skupina naše študije je celinski cestni transport, zato bomo uporabljali namesto splošnega izraza potujoči objekt izraz vozilo. Pod logistiko transporta pojmujemo optimalno usklajenost med vsemi vozili in naročniki ter sprotno prilagajanje urnikov (prispetje, nakladanje, razkladanje, ) glede na trenutne položaje vozil. S tem prihranimo veliko časa, ki je vedno bolj cenjen. Ker je področje transporta zelo dinamična panoga je pogoj za zagotovitev kvalitetne logistike razpolaganje z ažurnimi podatki o lokacijah vozil. Zato bomo zasnovali sistem in ga poimenovali SISTEM ZA SLEDENJE VOZIL (SSV). Njegova shema je na sliki 2.1. Komunikacijska pot Radio tower Radio Sistem tower za določanje položaja Komunikacijski vmesnik Vozilo Komunikacijski vmesnik Nadzorni center Rač. obdel. Slika 2.1: Shema sistema za sledenje vozil

16 Stran 4 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Sistem za sledenje vozili deluje na podlagi, v vozilu vgrajenega, sistema za določanje geografskega položaja in oddajnika te pozicije. Oddajni signal sprejme upravljalno-nadzorni center, v katerem je zmogljiva računalniška oprema. Komunikacija med vozilom in upravljalno-nadzornem centrom poteka dvosmerno. Podrobnejšo obravnavo SSV-ja bomo razdelili na štiri ločena poglavja in sicer: sistem za določanje položaja vozila, sklop nameščen v vozilu, komunikacija vozilo upravljalno nadzorni center in upravljalno nadzorni center. V osnovi je SSV uporaben za različna podjetja in ustanove (reševalci, gasilci, komunalna podjetja, avtobusna podjetja, prevozi dragocenih predmetov, ). V primeru zasnove univerzalnega sistema, uporabnega za najširši krog uporabnikov, bi bil tak sistem za nekatere predrag ali celo neuporaben. Naš cilj je zasnovati SSV, ki bo najbolj ekonomičen, zato je potrebno njegovo zasnovo prilagoditi uporabnikovim potrebam. Kot je bilo že omenjeno, bomo zasnovali sistem prirejen za podjetja, ki se ukvarjajo z mednarodnim cestnim transportom. Dobro zasnovani sistemi za sledenje vozil imajo naslednje lastnosti: VARNOST (spremljanje vozil za prevoz denarja in dragocenih predmetov, v primeru kraje natančno določitev lokacije odtujenega vozila ), ZANESLJIVOST (omogočeno pravočasno obveščanje o zamudah, ), EKONOMIČNOST (zmanjševanje porabe goriva, prevoženih kilometrov, cenejša in hitrejša komunikacija med vozilom in centralo, skrajšanje časa mirovanja in vožnje brez tovora, ažurno pošiljanje podatkov in navodil o sprotnih naročilih za prevoz, optimalno izbiro alternativnih poti v primeru zastojev, itd, kar bistveno zmanjšuje stroške), USPEŠNOST (hitrejše in učinkovitejše posredovanje pri intervencijah, izboljševanje storilnosti), Poleg navedenih glavnih lastnosti, ki jih omogoča sistem SSV je še veliko tehničnih možnosti za pridobitev pomembnih podatkov, ki vplivajo na odločitve poslovanja. To so predvsem: podatki o operativnem stanju vozila,

17 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 5 upravljanje z vozili, posredovanje digitalnih zapisov o stanju vozila, logistično povezavo med vozilom in bazo, podatke potrebne za izdelavo planov analiz, itn,

18 Stran 6 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG

19 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 7 3. SISTEM ZA DOLOČANJE POLOŽAJA VOZILA Sistemov oziroma postopkov za določanje položaja (beri geografske koordinate) vozil je več. Medsebojno se razlikujejo predvsem po tehniških karakteristikah kot so: zanesljivost, natančnost, neodvisnost, obseg delovanja, zahtevnost aparaturne opreme, omejenost števila uporabnikov, zahtevano znanje uporabnika, čas potreben za določitev koordinate, sposobnost absolutnega določanja položaja, občutljivost na motnje, Žal so tehniške karakteristike pri odločanju o investiranju v večini primerov šele na drugem mestu, odločilnejši so ekonomski dejavniki, kot so: cena aparaturne opreme (fiksni stroški), cena posamezne meritve (variabilni stroški), cena vzdrževanja, Naš cilj bo poiskati sistem, ki bo imel najboljše razmerje med tehniškimi karakteristikami in ekonomskimi dejavniki. Najprej bomo pregledali obstoječe sisteme, iz katerih bomo kasneje, na podlagi odločujočih dejavnikov, izbrali najugodnejšega za vključitev v SSV. Na sliki 3.1 je pregledno prikazana delitev obstoječih sistemov za določanje položaja. To so sistemi za:

20 Stran 8 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Samo-določanje položaja vozila s pomočjo satelitov (SD-S) Sistem za samo-določanje položaja vozila s pomočjo satelitov deluje na podlagi, v vozilu nameščenega, sprejemnika za sprejemanje signalov, katere oddajajo sateliti. Sateliti so locirani v Zemeljski orbiti. Določitev položaja temelji na procesiranju sprejetih satelitovih signalov oziroma na algoritmu meritve časa potovanja signalov od satelita do sprejemnika in časovne zakasnitve med njimi. Primera takšnega sistema sta GPS (Global Positioning System) in GLONAS (GLObal NAvigation Satellite System). Slika 3.1: Sistemi za določanje položaja Določanje položaja vozila s pomočjo satelitov (D-S) Ta sistem za določanje položaja uporablja podoben algoritem, kot sistem za samo-določanje položaja vozila s pomočjo satelitov. Razlika je v poti signalov. Pri tem sistemu opravijo krožno pot vozilo-satelit-vozilo, podobno kot poteka komunikacija pri satelitski telefoniji. Slabost sistema je, da v vozilu potrebuje tudi oddajnik. Poleg meritve časa potovanja signalov in časovne zakasnitve signalov meri še KOT sprejetih signalov. Samo-določanje položaja vozila s pomočjo zemeljskih oddajnikov (SD-ZO) Ta sistem zahteva postavitev oddajnikov na fiksnih točkah. Lokacije oddajnikov morajo biti izbrane tako, da oddani signali pokrijejo celotno območje, na katerem želimo določevati položaj. Sprejemnik se nahaja v vozi-

21 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 9 lu. Algoritem za izračun položaja temelji na merjenju časa potovanja signalov, ter faznega in časovnega zamika med sprejetimi signali. Primer takšnega sistema je Loran-C in Omega. Določanje položaja vozila s pomočjo zemeljskih sprejemnikov (D-ZS) Ta sistem je zgrajen iz oddajnika nameščenega v vozilu in sprejemnikov lociranih na stalnih lokacijah okoli območja, na katerem želimo omogočiti delovanje sistema. Tudi pri tem sistemu poteka krožna komunikacija. Algoritem za izračun položaja temelji na merjenju časa potovanja signalov, faznega in časovnega zamika med oddanimi in sprejetimi signali ter KOT sprejema signalov. Takšen sistem je namenjen predvsem intervencijskim službam (gasilci, reševalci, policija, varnostniki, ). Približna določitev položaja vozila brez pomoči zemljepisnih kart (PD) Ta sistem uporablja le magnetni kompas in števec za merjenje prepotovane razdalje. Ne uporablja zemljepisnih kart. Takšen sistem je neuporaben pri sistemih za spremljanje potujočih objektov. Približna določitev položaja vozila z pomočjo zemljepisnih kart (PD- ZK) Ta sistem je enak, kot sistem za približno določitev položaja vozila brez pomoči zemljepisnih kart. Razlika je v tem, da se tu uporabljajo zemljepisne karte za preverjanje oziroma korekcijo položaja, ki ga določimo. Samo-določanje položaja vozila s pomočjo kažipotov 1 (SD-K) Ta sistem deluje na principu oddajanja signalov iz oddajnikov (svetilnikov, ), kar omogoča določitev položaja relativno majhni oddaljenosti od oddajnikov. Pri teh sistemih dvosmerne izmenjave podatkov ni. Določanje položaja vozila s pomočjo kažipotov (D-K) Ta sistem ima smisel, ko se vozilo nahaja v bližini kakšnega kažipota. 1 Kažipot so razni usmerjevalni napisi, svetilniki in znameniti objekti.

22 Stran 10 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG 3.1 Študija lastnosti posameznih sistemov Spoznali smo osnovne skupine sistemov za določanje položaja. V tem razdelku bomo iz naštetih skupin sistemov, na podlagi analize po karakteristikah, izbirali najugodnejši sistem za vključitev v sistem za sledenje vozil. Pri analizi bomo upoštevali naslednje karakteristike: neodvisnost, sposobnost absolutnega določanja položaja, omejenost števila uporabnikov, natančnost, cena, obseg delovanja, občutljivost na motnje, zmožnost podatkovnega prenosa in tajnost Neodvisnost Neodvisnost sistema za določanje položaja je sposobnost določanja položaja brez pomoči postavitve dodatne infrastrukture. Od naštetih sistemov sta neodvisna le sistem za približno določitev položaja vozila brez pomoči zemljepisne karte in sistem za približno določitev položaja vozila s pomočjo zemljepisne karte. Vsi ostali sistemi potrebujejo postavitev dodatne infrastrukture. Največjo potrebo po uporabi neodvisnih sistemov za določanje položaja ima vojska. Pri sistemu sledenja vozil potrebe po neodvisnem sistemu za določanje položaja ni, kajti tako ali tako je potrebna uporaba telekomunikacijske infrastrukture Sposobnost absolutnega določanja položaja Absolutno določanje položaja pomeni, da s posamezno meritvijo določimo položaj v prostoru brez potrebne referenčne točke. Sistemi, ki ne omogočajo absolutnega določevanja položaja (sistem za približno določevanje, ) potre-

23 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 11 bujejo določitev izhodiščne (referenčne) točke. Položaj izračunajo z meritvijo razdalje med poznano točko in točko merjenega položaja. Izhodiščno točko lahko določimo s sistemi, ki omogočajo absolutno določitev položaja (GPS ali zemljepisna karta). Glavni predstavnik sistema za absolutno določanje položaja je GPS, ki za svoje delovanje potrebuje sprejem signalov iz satelitov v Zemeljski orbiti. Ker pa sateliti predstavljajo referenčne točke lahko zaključimo, da popolnoma absolutnega sistema ni. Za funkcionalnost in uporabnost sistemov sledenja vozil je absolutna določitev položaja zelo pomembna Omejenost števila uporabnikov Omejenost števila uporabnikov pomeni, da je število uporabnikov, ki istočasno uporabljajo sistem za določevanje položaja omejeno. Sistema za določevanje položaja s pomočjo satelitov in zemeljskih sprejemnikov imata omejitev števila hkratnih uporabnikov, ki je odvisno od več dejavnikov. Ti so: pogostost pošiljanja signalov vsakega uporabnika, čas, ki je potreben za sprejem posamezne meritve, frekvenčna pasovna širina sistema, razmerje signal šum, tehnika multipleksiranja in prostorska razpršenost uporabnikov. Tudi sistem za določanje položaja s pomočjo kažipotov ima omejitev števila hkratnih uporabnikov. Vendar gre zgolj za teoretično omejitev. Do nasičenja bi prišlo le v primeru, da se pred kažipotom (orientacijsko točko) hkrati zbere preveliko število uporabnikov, tako le ta ne bi bila vsem vidna. Trend števila uporabnikov navigacijskih sistemov v vozilih močno raste in kaže, da bo do leta 2010 vsako vozilo imelo serijsko vgrajen sistem za navigacijo oziroma določanje položaja. Ta ugotovitev nas sili v izbiro sistema, ki nima omejitve števila hkratnih uporabnikov oziroma uporabniki niso med sabo odvisni. Tak sistem je GPS.

24 Stran 12 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Natančnost Natančnost je stopnja odstopanja koordinat izmerjenega položaja od dejanskih koordinat. Z manjšanjem razlike med dejanskim in izmerjenim položajem, natančnost raste. Najpopolnejši sistemi so sposobni določevati položaj že skoraj brez napake oziroma imajo napako manjšo kot centimeter. Natančnost obravnavanih sistemov je težko primerjalno analizirati, ker je njihova natančnost močno odvisna od uporabljene tehnologije. Prav tako prihaja do posameznih odstopanj že v posameznem sistemu, kjer se natančnost spreminja v odvisnosti časa in kraja opravljene meritve. Za primer poglejmo sistem za določanje položaja s pomočjo zemeljskih oddajnikov. Njegova natančnost je odvisna od pasovne širine signala in njegove moči. Signal s frekvenco 10 MHz in oddajno močjo 30 W daje neprimerno boljše rezultate, kot signal s frekvenco 30 khz in 100 mw moči. V sistemih za spremljanje vozil je zadovoljiva natančnost določitve položaja z odstopanjem nekaj metrov. Takšno natančnost po ukinitvi namerne motnje s strani ameriške vlade, 2. maja 2000, omogoča sistem GPS Cena V analizi bomo upoštevali le ceno za izgradnjo sistema (fiksno), ne pa tudi ceno obratovanja (variabilno). Najprej velja opomniti, da je pri ceni sistemov za določanje položajev potrebno ločiti med dvema tehničnima sklopoma in posledično tudi z dvema sklopoma cen, ki ju je smiselno obravnavati posebej. To sta: cena postavitve infrastrukture in cena sklopa za vgradnjo v vozilo. Ceno infrastrukture bomo razdelili na kategoriji VELIKO in ZELO VELIKO. Za veliko bomo smatrali vrednosti in več ameriških dolarjev. Zelo veliko pa več kot 1 milijardo ameriških dolarjev. Kategorije za ceno sklopa vgrajenega v vozilu pa na NIZKO, SREDNJO in VISOKO. Nizka cena bo za sklope v cenovnem območju 100 ameriških dolarjev, srednja v območju ameriških dolarjev in visoka za sklope, ki presegajo ameriških dolarjev. Razmerje med ceno infrastrukture in ceno sklopa za vgradnjo v vozilo, za vse zgoraj predstavljene sisteme za določevanje položaja, je prikazano na sliki 3.2.

25 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 13 Sistemi za določevanje položaja s pomočjo satelitov imajo zelo visoko ceno infrastrukture, milijardo in več ameriških dolarjev. Razvoj satelitov in lansiranje v Zemeljsko orbito, je namreč povezan z ogromnimi stroški. Za razliko od infrastrukture se cena sklopa za vgradnjo v vozila giblje med 100 in nekaj ameriškimi dolarji. Predstavnik takega sistema je GPS, ki je predvsem zaradi nizke cene opreme, potrebne v vozilu, zelo zanimiv. Sistemi za določevanje položaja, s pomočjo zemeljskih oddajnikov, imajo ceno postavitve infrastrukture v rangu ameriških dolarjev. To je predvsem zaradi potrebe po pridobitvi zemljišč za postavitev oddajnikov oziroma sprejemnikov na območju, kjer želimo zagotoviti njegovo delovanje. Dejstvo, da je cena pridobitve zemljišč za postavitev v večini primerov višja od cene tehnične opreme za oddajnik nas sili v uporabo drugih sistemov. Pri sistemu za približno določanje položaja, brez pomoči zemljepisne karte, nimamo stroškov z infrastrukturo. Edini stroški so za opremo v vozilu, ki je v razponu od 100 do nekaj ameriških dolarjev in je odvisna od kvalitete vgrajenih senzorjev. Pri sistemu za približno določanje položaja, z uporabo zemljepisne karte, je cena infrastrukture velika ( in več ameriških dolarjev) in vključuje izdelavo natančnih zemljepisnih kart. Sistem za določanje položaja s pomočjo kažipotov ima višjo ceno izgradnje infrastrukture v primerjavi s ceno infrastrukture sistema z zemeljskimi oddajniki na površinsko enoto (področje, ki ga pokriva). Cena opreme v vozilu je nekaj 100 ameriških dolarjev, ker gre za zelo enostavne sklope.

26 Stran 14 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Slika 3.2: Razmerje med ceno potrebne infrastrukture in ceno opreme v vozilu Legenda: SD-S D-S SD-ZO D-ZS PD PD-ZK SD-K D-K samo-določanje položaja vozila s pomočjo satelitov, določanje položaja vozila s pomočjo satelitov, samo-določanje položaja vozila s pomočjo zemeljskih oddajnikov, določanje položaja vozila s pomočjo zemeljskih sprejemnikov, približna določitev položaja vozila brez pomoči zemljepisnih kart, približna določitev položaja vozila z pomočjo zemljepisnih kart, samo-določanje položaja vozila s pomočjo kažipotov, določanje položaja vozila s pomočjo kažipotov. Analiza cen je pokazala, da je za potrebe sistema za sledenje vozil najbolj primeren sistem za določanje položaja s pomočjo satelitov, to je GPS. Njegova slabost je zelo visoka cena infrastrukture, toda upoštevanje, da sistem že deluje in se njegova izgradnja in vzdrževanje financira iz ameriškega proračuna, zaradi velikih vojaških interesov, prinaša prednost pri odločitvi. V primeru uporabe GPS je privatni sektor le uporabnik sistema. Za uporabniški sklop smo ugotovili, da je cenovno zelo ugoden glede na lastnosti, ki jih ponuja Obseg delovanja Obseg delovanja (pokrivanje) je geografsko območje na katerem je omogočeno določanje položaja s posameznim sistemom za določanje položaja.

27 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 15 Sistemi za določevanje položaja s pomočjo satelitov imajo globalen obseg delovanja, kar pomeni, da pokrivajo celotno Zemeljsko oblo. Zgodi se, da zaradi narave (visoke zgradbe, soteske, jezera na katerih se signali odbijajo, ) nastanejo določene cone, v katerih je satelitov signal moten oziroma onemogočen in tako določitev položaja onemogočena. Slika levi kvadrat simbolično ponazarja območje delovanja z belo in mrtve cone s črno barvo. Pomembno je upoštevati, da se pri sistemu za določanje položaja s pomočjo satelitov, zaradi stalnega potovanja satelitov v orbiti (niso geostacionarni), lokacije mrtvih con spreminjajo. Tako dejansko mrtvih con ni, če pa že, so trenutnega značaja. Slika 3.3: Simbolični prikaz območja delovanja sistema za določanje položaja na podlagi radijskih valov (levo) in sistema s pomočjo kažipotov (desno). Bela predstavlja območje delovanja. Slika obsega delovanja je za sisteme, ki delujejo s pomočjo zemeljskih oddajnikov enaka (slika leva) s to razliko, da kvadrat predstavlja le področje, ki ga oddajniški sistem pokriva (npr. območje mesta). Pri takem sistemu so lokacije mrtvih con konstantne in se časovno ne spreminjajo. Spremenijo se le s postavitvijo novega oddajnika ali s spremembo oddajne moči obstoječih oddajnikov. Desni kvadrat na sliki 3.3 ponazarja območje delovanja sistemov za določanje položaja s pomočjo kažipotov. Ti sistemi so uporabni le na majhnih področjih, kot so mrežni sistemi ulic. Spreminjanje območja delovanja pri teh sistemih je zelo dolgotrajno. Za sistem sledenja vozil potrebujemo sistem, ki deluje na velikem območju, torej globalno. Navedenim kriteriju najbolje ustreza sistem GPS Občutljivost na motnje Občutljivost na motnje je stopnja občutljivosti na namerne in nenamerne motilne dejavnike, ki otežujejo oziroma onemogočajo določevanje položaja, s pomočjo posameznega sistema, namenjenega za njegovo določevanje. Je

28 Stran 16 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG tesno povezana z neodvisnostjo sistema (točka a) in je z njo v naslednji odvisnosti: BOLJ, KOT JE SISTEM ODVISEN, LAŽJE JE NJEGOVO DELOVANJE OMEJIITI OZIROMA ONEMOGOČITI Z MOTILNIMI DEJAVNIKI. Približno določanje je primer neodvisnega sistema na katerega je izredno težko vplivati z motilnimi faktorji. Za svoje delovanje namreč izkorišča naravno magnetno polje, torej je motenje možno le z vsiljenim magnetnim poljem in s tem zmotiti magnetni kompas. Zagotoviti umetno magnetno polje, v tako velikem obsegu, je praktično nemogoče. Iz omenjenega sledi, da je sistem za približno določanje neobčutljiv na motnje. Drugače je pri sistemih, ki delujejo na podlagi radijskih valov. Najpreprostejši način njihovega motenja je namestiti izvor motenj blizu enot za sprejemanje signalov. Običajno so pred sprejemniki radijski valovi izredno majhnih moči, zato je njihovo motenje še toliko lažje. Faktor občutljivosti na motnje v sistemu za sledenje vozil ni zelo pomemben. Bolj pomemben je pri določanju položaja v varnostne namene, kot je spremljanje ukradenih vozil Zmožnost podatkovnega prenosa Zmožnost podatkovnega prenosa je sposobnost posredovanja podatkov o položaju. Najenostavneje je to omogočiti, če je oblika zapisa o položaju že v digitalni obliki. Sistem za približno določanje v osnovi ne omogoča prenosa podatkov. Ugodnejši so sistemi za določanje položaja, ki temeljijo na radijskih valovih. Takim sistemom je komunikacija s pomočjo radijskih valov, osnova za delovanje. Razlikujejo se le v smeri potovanja radijskih valov (prenosa podatkov). Pri sistemih za samo-določanje položaja poteka krožna komunikacija. Pri sistemih za sledenje vozil je potreba po podatkovnem prenosu (komunikaciji) v smeri vozilo-center velika.

29 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran Tajnost Tajnost je onemogočiti pridobitev podatkov o položaju vozila nepooblaščenim osebam (konkurenca, kriminalci, ). Glede stopnje tajnosti lahko sisteme za določanje položaja razdelimo v dve skupini. V prvi so sistemi za samo-določanje položaja. Pri teh sistemih je vpogled o lokaciji vozila nepooblaščenim osebam onemogočen in znan le uporabniku v vozilu. V primeru, kjer se položaj določuje s pomočjo oddajanja radijskih valov iz vozila je tajnost zelo izpostavljena. Sistem sledenja vozil zahteva veliko stopnjo tajnosti oziroma varnosti podatkov. Na srečo obstajajo metode, ki omogočajo dodatno varnost podatkov. 3.2 Izbira primernega sistema na podlagi študije Naš cilj je najti najoptimalnejši sistem za določanje položaja. Zahteve oziroma kriteriji za izbiro so: globalen obseg delovanja, neomejeno število uporabnikov, natančnost, nizka cena, sposobnost absolutnega določanja položaja in zmožnost prenosa podatkov. Na žalost noben sistem v popolnosti ne ustreza zadanim zahtevam. Najbolj izpopolnjen sistem bi dobili ob združitvi dveh ali več obstoječih sistemov. Naš namen je najti sistem, ki bo samostojno zadovoljil čimveč zahtevam. Za lažjo primerjavo lastnosti posameznih sistemov so v tabeli 3.1 zbrani podatki, do katerih smo prišli na podlagi študije posameznega sistema. Ustrezen sistem bo izbran s pomočjo izločanja sistemov, ki ne izpolnjujejo zahtevanim pogojem. Prvi pogoj, ki ga mora izpolniti sistem za izgradnjo SSV-ja je globalni obseg delovanja. Temu ustrezata le sistem za:

30 Stran 18 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Tabela 3.1: Primerjava obstoječih navigacijskih sistemov po lastnostih Določanje položaja vozila s pomočjo Kažipotov D-K NE DA OMEJEN VELIKA NIZKA CESTE SREDNJA DA NE SREDNJE Samo-Določanje položaja vozila s pomočjo Kažipotov SD-K NE DA VELIKA NIZKA CESTE SREDNJA NE DA NIZKO Približna Določitev položaja vozila z pomočjo Zemljepisnih Kart PD-ZK DA NE VELIKA SREDNJA ŠIROKO OBMOČJE NIZKA NE NE NIZKO Približna Določitev položaja vozila brez pomoči zemljepisnih kart PD DA NE NIČ NIZKA ŠIROKO OBMOČJE NIZKA NE NE NIZKO Določanje položaja vozila s pomočjo Zemeljskih Sprejemnikov D-ZS NE DA OMEJEN VELIKA NIZKA- SREDNJA ŠIROKO OBMOČJE NIZKA DA NE SREDNJE Samo-Določanje položaja vozila s pomočjo Zemeljskih Oddajnikov SD-ZO NE DA VELIKA NIZKA- SREDNJA ŠIROKO OBMOČJE VISOKA NE DA NIZKO D-S NE DA OMEJEN ZELO VELIKA Določanje položaja vozila s pomočjo Satelitov NIZKA- SREDNJA GLOBALNO NIZKA DA NE SREDNJE Samo-Določanje položaja vozila s pomočjo Satelitov SD-S NEODVISNOST ABSOLUTNO DOLOČANJE POLOŽAJA NE OMEJENOST ŠTEVILA UPORABNIKOV DA ZELO VELIKA NIZKA- SREDNJA GLOBALNO VISOKA NE DA CENA INFRASTRUKTURE NIZKO CENA OPREME ZA VGRADNJO V VOZILO OBSEG DELOVANJA OBČUTLJIVOST NA MOTNJE ZMOŽNOST PRENOSA PODAKKOV (UPLINK) ZMOŽNOST PRENOSA PODATKOV (DOWNLINK) TVEGANJE IZGUBE TAJNOSTI

31 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 19 samo-določanje položaja vozil s pomočjo satelitov in določanje položaja vozil s pomočjo satelitov. Druga odločilna zahteva je neomejenost števila uporabnikov. Temu zadostuje le sistem za SAMO-DOLOČANJE POLOŽAJA S POMOČJO SATELITOV. Iz izbrane skupine sistemov za določanje položaja se bomo opredelili na točno določen sistem. Obstoječi navigacijski sistemi, ki omogočajo samodoločitev položaja s pomočjo satelitov so: ameriški GPS (Global Positioning System), ruski GLONASS (Global Navigation Satellite System), japonski MS-SAT in evropski EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) še v razvoju. Najbolj dodelan in uporabljiv je Ameriški GPS, zato se bomo osredotočili predvsem na ta sistem, ki je nenazadnje tudi brezplačno dosegljiv za civilno rabo in že zelo razširjen. V nadaljevanju bo podrobneje predstavljeno njegovo delovanje in tehniške lastnosti. Pred tehnično preučitvijo sistema GPS poglejmo njegovo ekonomsko plat. Vprašanje, ki se zastavlja je: Zakaj Američani omogočajo brezplačno uporabo (kot uporabnik potrebujemo le nakup GPS sprejemnika) navigacijskega sistema v katerega so vložili ogromna sredstva proračuna (12 milijard ameriških dolarjev)? Ali drugače, na kakšen način pričakujejo povračilo vložka? Ne smemo zanemariti podatka, da je po svetu število civilnih uporabnikov že preseglo število vojaških uporabnikov, katerim je bil sprva sistem namenjen. Trenutno je v svetu že preko 4 milijone uporabnikov sistema GPS. Napovedi strokovnjakov pravijo, da se bo v naslednjih treh letih število uporabnikov še podvojilo. Eden izmed glavnih vzrokov za takšno pričakovanje je ukinitev namerne motnje signala GPS (2. maja 2000), ki je povečala natančnost določanja pozicije za 10 krat. To pomeni, da lahko že z navadnimi napravami določimo položaj natančneje od 20 m. Po svetu je ogromno proizvajalcev GPS sprejemnikov a vsi, brez izjeme, imajo vgrajeno GPS integrirano vezje, ki ga izdelujejo izključno v Ameriki in ga tržijo po»njihovi«ceni. Iz tega naslova si ameriška oblast v bodoče obeta

32 Stran 20 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG povrnitev stroškov ter pridobivanje proračunskih sredstev za izboljšanje in razširitev celotnega sistema. Zaradi naštetega in predvsem zaradi brezplačne uporabe je GPS postal že nek nenapisan standard za določanje položaja na Zemlji, kar Američanom vsekakor prinaša konkurenčno prednost pred ostalim svetom. 3.3 Navigacijski sistem GPS Začetek izgradnje GPS navigacijskega sistema sega v leto Tedaj je ameriško ministrstvo za obrambo (US DoD; United States Department of Defense), skupaj z ministrstvom za transport (DoT; Department of Transportation), odobrilo del proračuna za financiranje projekta izgradnje GPS sistema. Podrobnejši opis razvoja GPS sistema je v PRILOGI 1. Sistem GPS še posebej odlikujejo naslednje lastnosti: omogoča sorazmerno visoko natančnost določanja položaja (od nekaj 10 m do manj kot centimeter natančno), poleg točne pozicije še informacija o točenem času in hitrosti gibanja, GPS signali so dosegljivi kjerkoli na zemeljski obli (v zraku, na kopnem in na morju), vse kar potrebujemo za uporabo GPS navigacijskega sistema je cenovno zelo dostopen GPS sprejemnik, slabi vremenski pogoji nimajo vpliva na meritev, njegovo delovanje je omogočeno 24 ur na dan in 365 dni letno, določi položaj v prostoru, torej poleg horizontalnih koordinat še nadmorsko višino. GPS je radijsko navigacijski sistem, ki pokriva celotno površje zemeljske oble. Sestavljen je iz treh segmentov predstavljenih na sliki 3.4. To so: vesoljski segment, kontrolni segment in uporabniški segment.

33 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 21 Slika 3.4: Segmenti sistema GPS Vesoljski segment Sestavlja ga mreža 24 satelitov (slika 3.5). Njihova osnovna funkcija je: sprejemanje in shranjevanje podatkov poslanih iz kontrolnega segmenta, obdržati točen čas s pomočjo atomskih ur 2 vgrajenih v satelitih, neprekinjeno oddajanje informacij in GPS signalov uporabnikom (oblika signala bo predstavljena kasneje). 2 Atomska ura je ura, ki uporablja oscilacijo posameznih atomov za svoj takt (Glej PRILOGO 2).

34 Stran 22 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Slika 3.5: Sistem 24 satelitov z vrisanimi orbitalnimi potmi Kontrolni segment Sestavlja pet zemeljskih postaj, ki so enakomerno razdeljene blizu ekvatorja po obsegu Zemlje (slika 3.6) in so med sabo časovno sinhronizirane. Slika 3.6: Lokacije zemeljskih postaj KONTROLNI SEGMENT Legenda slike 3.6: 1 Colorado Springs (glavni kontrolni center + kontrolna postaja), 2 Ascension Island (kontrolna + oddajna postaja), 3 Diego Garcia (kontrolna + oddajna postaja), 4 Kwajalein (kontrolna + oddajna postaja), 5 Hawaii (kontrolna postaja). Naloga kontrolnega segmenta je preverjanje:

35 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 23 delovanja satelitov, orbite - poti satelitov, ure satelitov, izračun korekcijskih faktorjev in pošiljanje izračunanih popravkov. Napake nastanejo zaradi gravitacijske privlačnosti lune in sonca, sevanja sonca na satelit ter lezenja (drift-a) sicer natančne atomske ure. Kontrolne postaje so zelo natančni radarji (slika 3.7). Dejansko gre za GPS sprejemnike za spremljanje sledi posameznih satelitov, ki se pošiljajo v glavno kontrolno postajo. Postopek preverjanja položaja satelitov je obraten postopku določanja pozicije sprejemnika. Na podlagi znanih in fiksnih koordinat kontrolnih postaj je vnaprej znan čas potovanja GPS signala od posameznega satelita in s tem posredno tudi točen položaj satelitov. V kolikor je med izmerjenim in pričakovanim časom diferenca, le ta predstavlja napako položaja satelita. Ta diferenca predstavlja korekcijski faktor in se pošlje satelitu. Slika 3.7 Kontrolni radar Satelit jo shrani in pošlje poleg PRC kode (slika 3.8), kot navigacijsko sporočilo. Le tri od petih kontrolnih postaj opravljajo še funkcijo posredovanja korekcijskih parametrov satelitom. Te postaje so: Ascension Island, Diego Garcia in Kwajalein.

36 Stran 24 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Njihova lokacija zagotavlja, da posamezna postaja najmanj enkrat dnevno komunicira z vsakim izmed 24-ih satelitov. Slika 3.8: Pot potovanja korekcijskega signala V kolikor je potrebno omogoča kontrolni segment osveževanje satelitov z novimi korekcijskimi faktorji, do trikrat dnevno. Poleg zagotavljanja točnega položaja, kontrolni segment skrbi za popolno sinhronizacijo ure med sateliti, ki so pogoj za določitev natančne pozicije Uporabniški segment Direktno zajema vse uporabnike GPS sistema, saj predstavlja uporabniški vmesnik. Princip določanja položaja bo predstavljen kasneje, vrste in področja uporabe pa so v PRILOGI 3 in 4. Na tem mestu bo predstavljena le osnovna zgradba GPS sprejemnikov. Njegova blokovna shema je prikazana na sliki 3.9. Slika 3.9: Blokovna shema GPS sprejemnika

37 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 25 Glavni sestavni deli GPS sprejemnikov so: sprejemna antena, radio-frekvenčni (RF) sklop, mikroprocesor, uporabniški vmesnik, spominska enota in napajanje. SPREJEMNA ANTENA: Naloga antene je pretvarjanje, šibkih sprejetih elektromagnetnih signalov, v obliko primerno procesni obdelavi. Je kompaktna in veliko manjša (oblika kratke palice) od antene za sprejemanje TV. Dopušča različne oblike, zato gre njihov trend v smeri integracije anten v sprejemnik. RADIO-FREKVENČNI (RF) DEL IN MIKROPROCESOR: Sestavlja ga elektronika za signalno procesiranje, ki najprej pretvori signal na nižje frekvence, ki so manj zahtevne za procesiranje. Naloga mikroprocesorja ni le izračun lege satelitov (višina, azimut, ), ampak še obdelava drugih dodatnih funkcij. UPORABNIŠKI VMESNIK: Je vgrajen v ohišje sprejemnika in sestavljen iz tipkovnice (le nekaj tipk) ter LCD prikazovalnika. Uporabnik preko tipkovnice izbira funkcije, ki jih omogoča mikroprocesor. Njihovo število je odvisno od vrste oziroma namembnosti sprejemnika in je močno povezano s ceno. POMNILNIK: Je tipa RAM, vanj se shranjujejo podatki (položaj, čas, hitrost, smer potovanja, ) za kasnejše procesiranje oziroma analizo. Kapaciteta pomnilnika je odvisna od namembnosti sprejemnika. NAPAJANJE: Napajalna napetost omogoča uporabo standardnih baterij. 3.4 Delovanje GPS Postopek za določanje položaja s pomočjo sistema GPS je za uporabnika sicer preprost, njegova zasnova pa je zelo kompleksna. V naslednjih podpoglavjih bomo na kratko povzeli njegovo zasnovo. Opisali jo bomo v petih sklopi: triangulacija s pomočjo satelitov. Meritev razdalje do satelitov in lastnosti GPS signala.

38 Stran 26 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Časovna usklajenost med satelitom in sprejemnikom. Natančni položaji satelitov v vesolju. Napake, ki se pojavijo pri potovanju GPS signala Triangulacija s pomočjo satelitov Izraz triangulacija 3 ni najbolje izbran, kajti pri določanju pozicije srečujemo več razdalj, kot KOTOV. Uvedli smo ga zato, ker s sistemom GPS podobno kot pri triangulaciji, določimo točko na zemeljski površini. Pri določanju izhajamo iz lege satelitov. Njihova lega na orbiti okoli zemlje je v naprej natančno znana, zato sateliti predstavljajo referenčne točke podobno kot imajo to funkcijo triangulacijske točke (kote) pri topografiji. Princip določanja položaja s sistemom GPS je naslednji. Če izmerimo razdaljo do satelita, na primer da znaša km, potem vemo, da je naš položaj nekje na sferi s premerom km (slika 3.10a). Ker se položaj nahaja na Zemlji oziroma blizu nje, seveda upoštevamo le del sfere, ki je usmerjena proti Zemlji. Slika 3.10: Ponazoritev določanja položaja Drugi satelit, na primer, zaznamo na oddaljenosti km. S tem dobimo drugo, nekoliko večjo sfero, na kateri se nahajamo. Presek teh dveh sfer omejuje krožnica, na kateri se nahajamo (slika 3.10b). Če sedaj izmerimo še razdaljo od tretjega satelita, ki je oddaljen na primer km, dobimo tretjo sfero na kateri je možen naš položaj. Presečišče vseh treh sfer določa le dve 3 Triangulacija je postopek, pri katerem se v mreži trikotnikov na zemeljskem površju izmerijo vsi koti in dolžina vsaj ene stranice.

39 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 27 točki, v katerih je možen merjen položaj (slika 3.10c). Katera izmed teh točk je naš pravi položaj lahko določimo na dva načina: s četrto meritvijo, z logičnim sklepanjem, s katerim izločimo točko z nerealnimi vrednostmi. Na primer, točka je nenormalno oddaljena od zemeljskega površja ter kaže nerealno hitrost. Boljši GPS sprejemniki lahko določijo položaj že z meritvijo razdalj le do treh satelitov. Četrta meritev za samo določitev pozicije ni najnujnejša, je pa potrebna. Zakaj bomo opisali kasneje Meritev razdalje do satelitov in lastnosti GPS signala Natančnost meritve razdalje do satelita je zelo pomembna za natančnost določanja položaja. Teoretično je razdaljo zelo enostavno določiti. Ker poznamo hitrost radijskih valov, ta je enaka hitrosti svetlobe (2,99792 * 10 8 m/s) 4, potrebujemo le meritev časa trajanja potovanja signala od satelita do točke, ki ji določamo položaj. Natančnost meritve časa je močno odvisna od natančnosti ure s katero merimo. Približen čas, ki ga radijski signal potrebuje, da prispe od satelita do površja Zemlje (sprejemnika) je; kjer je: pot km čas = = = 0,066s (3.1) hitrost km s čas pot hitrost potovalni čas radijskega signala od satelita od sprejemnika približna razdalja od satelita do površja zemlje (sprejemnika) približna hitrost radijskih valov Čas 0,066 s je le groba ocena o potrebni natančnosti ure. V (3.2) je izračunana natančnost meritve časa, če želimo pozicijo določiti vsaj na 100 m natančno. 4 To je hitrost za širjenje svetlobe oziroma radijskih valov v vakuumu.

40 Stran 28 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG pozicija 0,1km čas = = = 0,333 µ s hitrost km s (3.2) kjer je: čas pozicija hitrost čas, ki ga potrebuje radijski signal za pot dolgo 100 m še sprejemljiva razdalja natančnosti pozicije približna hitrost radijskih valov Iz enačbe (3.2) je jasno, da je potrebna natančnost ure manjša od ene mikro sekunde (µs). Kako zagotoviti tako natančno uro v cenenem sprejemniku nekoliko kasneje. Na tem mestu se osredotočimo na postopek meritve časa potovanja signala od satelita v orbiti, do sprejemnika na Zemlji. Ob upoštevanju, da so vse ure v sistemu GPS časovno sinhronizirane je postopek naslednji. Ob istem trenutku, ko satelit začne oddajati periodičen signal, ki temelji na psevdo naključni kodi oziroma PRC (Pseudo Random Code), sprejemnik prične generirati po obliki enak signal. Algoritem za izračun časovne zakasnitve sprejetega signala, temelji na pomikanju sprejetega signala po časovni osi v levo. Zamik traja toliko časa, da je vrednost križne korelacije med signaloma enaka ena, kar pomeni popolno ujemanje obeh signalov (slika 3.11) Slika 3.11: Signal psevdo naključne kode Čas, ki je potreben za zamik do popolne sinhronizacije signalov je enak času potovanja signala od satelita do sprejemnika. Ob upoštevanju hitrosti širjenja radijskih valov in tako dobljenega časa, razdalja do satelita ni več vprašanje. GPS sateliti oddajajo signale z dvema nosilnima frekvencama;

41 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 29 nosilni signal L1 s frekvenco f L1 in nosilni signal L2 s frekvenco f L2. Slika 3.12: Sestavljenost nosilnih signalov L1 in L2 Sestavljenost signalov kaže slika Vsaka frekvenca je mnogokratnik osnovne frekvence atomske ure (f 0 ), ki znaša 10,23 MHz. Frekvenca nosilnega signala L1 (slika 3.13) znaša f L = f 154 = 10,23MHz , 42MHz (3.3) 1 0 = in je 154 mnogokratnik frekvence takta. V njem je modulirani kod C/A (Coarse Acquisition code), ki se ponavlja vsakih 1023 bitov s frekvenco 1 MHz in je lastna vsakemu satelitu ter predstavlja osnovo za GPS za civilno uporabo ter navigacijsko sporočilo z informacijami o orbiti satelita, korekcijah ure in druga sistemska sporočila. Frekvenca nosilnega signala L2 (slika 3.13) je 120 mnogokratnik frekvence atomske ure: f L = f 120 = 10,23MHz , 60MHz (3.4) 2 0 = Vanj je poleg navigacijskega sporočila moduliran še kod P (Precise code) s frekvenco 10 MHz. Kod P se ponavlja vsakih sedem dni in je namenjen vojaški uporabi sistema GPS. Ta kod je bolj zapleten kot kod C/A in ga sprejemnik zaradi tega težje dekodira. Zato vojaški sprejemniki najprej začno s sprejemom koda C/A, šele potem preklopijo na kod P. Dekodirani kod P se imenuje kod Y. Koda C/A in P predstavljata zaporedje psevdo naključnih bifaznih modulacij nosilnega signala.

42 Stran 30 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Slika 3.13: Oblika nosilnega signala pri posamezni kodi Zapletenost GPS signalov ima svoj namen. Glavni razlogi zanjo so: Zagotoviti hkratno uporabo GPS sistema neomejenemu številu uporabnikov (to je možno le z enosmerno komunikacijo satelit-sprejemnik). Omogočiti pozicioniranje v realnem času (potreba po istočasnem sprejemanju signalov enake frekvence iz več satelitov - vsak signal ima svojo kodo). Omogočiti oceno zamika signala pri prehodu skozi ionosfero (z dvofrekvenčnim signalom). Zagotoviti različno natančnost (za vojaško in civilno rabo). Onemogočiti, da bi lahko signal namerno motila kakšna sovražna vojaška sila. Zagotoviti s strani Ameriškega ministrstva za obrambo kontrolo nad uporabniki - predvsem s P kodo. PRC koda je dobro teoretično obdelana - poznana in omogoča ojačenje GPS signala (to omogoča sprejem brez večjih satelitskih sprejemnih anten (krožnikov), kar zelo poceni uporabniško stran) Časovna usklajenost med satelitom in sprejemnikom Potrebno natančnost izmerjenih časov iz (3.1) in (3.2) dosežemo le z uporabo najnatančnejše ure, kar jih je človek uspel ustvariti. Trenutno takšnim kriterijem zahteva le ura, poznana pod imenom atomska ura. Seveda to ne pomeni, da deluje na atomsko energijo, ampak uporablja oscilacijo posameznih atomov za svoj takt. Med satelitom in GPS sprejemnikom je potrebna popolna sinhronizacija PRC kode. Najlažja rešitev je, da bi oba uporabljala atomsko uro. Toda cena atomske ure (od do ameriških dolarjev)

43 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 31 sili v drugačno rešitev. Na srečo je z uporabo algoritmov uspelo doseči natančnost atomske ure z manj natančno uro v sprejemniku. Postopek odpravljanja napake ure je temelj delovanja GPS. Za določitev točke v tridimenzionalnem prostoru potrebujemo meritev časa (razdalje) iz treh satelitov. Nastalo napako zaradi nenatančnosti ure odpravimo s pomočjo dodatne meritve časa od četrtega satelita in uporabo algebre. Razlago postopka bo omejena le na določitev točke v dvodimenzionalnem (2D) prostoru, kajti tretjo dimenzijo vključimo z dodatno - tretjo meritvijo. Predpostavimo, da je merjen položaj v točki X na sliki 3.14, od satelita A oddaljen 4 sekunde ter od satelita B 6 sekund (glede na to, da je hitrost širjenja radijskih valov znana naj ne moti, da za razdaljo uporabljamo čas). Slika 3.14: Določitev položaja v 2D Če bi v GPS sprejemniku uporabljali atomsko uro bi bila določitev pravilnega položaja s tem opravljena. Ker temu ni tako, predpostavimo, da ura GPS sprejemnika, v primerjavi sprejetega koda zakasni za sekundo. Zato je izračunan položaj v točki XX (slika 3.15), ki je od satelita A oddaljena 5 sekund namesto 4 in od satelita B 7 sekund namesto 6. Slika 3.15: Upoštevanje napake ure sprejemnika

44 Stran 32 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Razdalja med točko X in XX predstavlja napako netočnosti oziroma neusklajenosti ur. Napako odpravimo z meritvijo časa iz tretjega satelita C (v 3D četrtega), ki je oddaljen 8 sekund (slika 3.16). Slika 3.16: Uvedba dodatne meritve Idealno gledano določajo vse tri meritve točko X, ki je točen položaj. Z upoštevanjem realnega stanja, v našem primeru sekundne zakasnitve, nastane situacija prikazana na sliki Ker mejno območje satelita C ne poteka skozi točko XX kot potekata A in B, algoritem vrne informacijo o nastali napaki netočnosti ure. Slika 3.17: Dejansko stanje po uvedbi tretje meritve Točen položaj se nahaja v polju, ki je na sliki 3.17 označen z sivino. Računalnik začne z uporabo algebre izračunavati korekcijski faktor tako dolgo, da se vse tri meritve sekajo v eni točki. V našem primeru je korekcijski faktor " 1" sekunda, kar pomeni, da je potrebno vsako meritev skrajšati za sekundo.

45 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 33 S tem je ura v sprejemniku sinhronizirana s sistemsko oziroma satelitovo in deluje z natančnostjo atomske ure. Izračun korekcijskega faktorja se izvaja neprenehoma, s čimer je zagotovljena stalna odprava napake ure. Točno izmerjeni časi, oziroma razdalje do vseh satelitov (najmanj štirih), še ne zadostujejo za določitev točnega položaja s pomočjo triangulacije. Potrebne so še koordinate referenčnih točk satelitov, do katerih imamo izmerjene razdalje Natančni položaji satelitov v vesolju Določitev položaja na podlagi izmerjenih razdalj do satelitov je možna, če poznamo njihove točne položaje v orbiti. Višina satelitov je približno km, kar je izven atmosfere in omogoča zaradi "čistega 5 " prostora poenostavitev matematike. Vsi sateliti so utirjeni zelo precizno v orbito po t.i. GPS MASTER PLANU, ki zagotavlja, da je najmanj pet satelitov vedno pod kotom najmanj 15, vidnih iz katerekoli točke na zemeljski površini (slika 3.5). Vsak GPS sprejemnik ima že vgrajen koledar v katerem je zapisano kdaj in kje se v orbiti nahaja posamezni satelit. Idealno je postopek določanja položaja z GPS sistemom s tem zaključen. Realno pa je žal prisotnih še veliko ovir. Na pravilno delovanje GPS sistema namreč vpliva še ogromno motenj, ki so v večini že uspešno odpravljene Nekatere napake, ki se pojavijo pri potovanju GPS signala Poleg že omenjenih stranskih dejavnikov, ki onemogočajo točno določevanje položaja je še vrsto drugih. Pojavijo se pri potovanju GPS signala od satelita do sprejemnika in so: vpliv atmosfere oziroma ionosfere, odboj signalov, napake ure satelita, 5 Manjša gostota zraka (zaradi ne-težnosti), ni vodne pare ali drugih delcev, ki bi ovirali izračun. Torej upoštevamo zakonitosti vakuuma.

46 Stran 34 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG neugoden položaj satelitov in namerne motnje. Pot, ki jo signal GPS opravi, od satelita do sprejemnika, je ponazorjena na sliki Pri širjenju signala smo upoštevali hitrost svetlobe v vakuumu. Signal pa mora preiti tudi zemeljsko atmosfero, ki predstavlja prvo oviro. Slika 3.18: Pot GPS signala Na srečo zavzema le slabe 4% celotne poti. Največji problem povzroča ionosfera z električno nabitimi delci (ioni in elektroni). Nahaja se med 50 in 500 km višine. Gostota ionov ima zelo močan vpliv na širjenje radijskih valov. Visokofrekvenčni valovi prodrejo skoznjo, nizkofrekvenčni se od nje odbijajo. Pri prehajanju skozi ionosfero se GPS signal rahlo odkloni (slika 3.19), podobno kot svetloba pri prehodu skozi steklo. Ta lom je v matematični model zelo težko precizno vpeljati, kajti atmosferski pogoji se spreminjajo iz dneva v dan. Zato ni tipične formule za odpravo teh napak. Slika 3.19: Lom GPS signala na ionosferi Še najbolj te napake zmanjšamo s profesionalnimi dvo-frekvenčnimi sprejemniki. Le-ti merijo oba signala L1 in L2. Upočasnitev signala pri potovanju sko-

47 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 35 zi ionosfero je obratno sorazmerna frekvenci signala. Če primerjamo časa prihoda (TOA; Time of Arrival) obeh signalov, lahko zelo natančno določimo zakasnitev. Civilni sprejemniki do signala L2 nimajo dostopa, zato imajo to napako odpravljeno na drug način, ki zaradi poslovne skrivnosti še ni razkrit. Zanimivo, da troposfera, ki je najnižja plast atmosfere, glede na svojo naravo (vodna para, oblaki, različni delci, ), predstavlja relativno majhno motnjo za širjenje GPS signala. Motenje GPS signala po prehodu na zemeljsko površje še ni končano. Predno prispe do sprejemnika se lahko GPS signal odbije še od odbojnih površin, kot so razne visoke zgradbe, jezera, gore, (slika 3.20). Signal iz satelita ne potuje direktno do antene sprejemnika, ampak se odbije tudi od bližnjih objektov. Ob takih primerih isti signal prihaja do sprejemnika iz več strani naenkrat oziroma z minimalnimi zakasnitvami. Boljši sprejemniki odpravljajo "večplastnost" sprejetih signalov z upoštevanjem močnejših direktnih signalov oziroma zavrnitvijo šibkih odbitih signalov. Te napake zmanjšamo z uporabo posebnih anten, ki prestrežejo odbojne signale ter signale z nizko elevacijo 6. Slika 3.20: Odboj GPS signala od odbojnih površin Naslednja motnja je napaka "nezmotljive" atomske ure v satelitu. Realno gledano ta ura ni povsem natančna. Občasno se pojavlja lezenje (drift). Sicer so vse atomske ure v satelitih sinhronizirane iz kontrolnih centrov. Sinhronizacija 6 Elevacija kot v navpični ravnini, merjen proti vodoravni premici (skoraj vzporedni signali horizontu).

48 Stran 36 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG satelitskih ur se vrši vsako uro, zato je med tem časom omogočena napaka ure satelita. Pomembno vlogo pri določanju točnega položaja predstavljajo še KOTI sprejetih GPS signalov. Tehnično ime za to napako je "ne-preciznost zaradi geometrije" oziroma GDOP (Geometric Dilution of Precision). Običajno sprejemnik sprejema signale od več kot štirih satelitov hkrati. Za določitev položaja si izbere najugodnejše, ostale pa zavrže jih ne uporabi. Če se zgodi, da so sateliti na nebu preblizu skupaj, so koti sprejemanja GPS signalov premajhni. S tem se poveča polje v katerem je točen položaj (črna kara na sliki 3.21). Slika 3.21: Slab GDOP Boljše je, da so sateliti dovolj narazen in se sprejeti signali sekajo pod ostrim kotom. S tem določajo manjšo možno območje položaja (slika 3.22) in je napaka preciznosti zmanjšana. Takemu primeru pravimo ugoden GDOP. Slika 3.22: Dober GDOP Boljši GPS sprejemniki imajo vgrajen algoritem, da izmed vseh sprejetih signalov izberejo tiste, ki omogočajo minimalen GDOP. Poznamo še VDOP za vertikalni DOP, HDOP za horizontalni DOP, PDOP za 3D pozicijo in TDOP za čas. Načeloma velja, da je napaka pri določanju horizontalne pozicije (ge-

49 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 37 ografska dolžina in širina) vedno manjša od določanja vertikalne (nadmorske višine). Poleg vseh omenjenih motenj obstajajo še namerne motnje. Te povzroča Ameriško obrambno ministrstvo. Tu gre za izbirno uporabnost sistema oziroma nadzor nad uporabniki (onemogočena zloraba v teroristične namene, ). Ta motnja je znana pod imenom Selective Availability (SA). Deluje na principu motnje ure satelita ter oddajanja nenatančnih podatkov o pozicijah satelitov in s tem posledično onemogočenje določitve natančne pozicije. Seveda je znane motnje najlažje odpraviti, zato imajo GPS sprejemniki ameriške vojske odpravljeno to motnjo. Na srečo je poznana t.i. nadgradnja GPS sistema, ki zmanjša ali celo odpravi, vse do sedaj naštete, napake. Tak sistem se imenuje Diferencialni GPS oziroma DGPS. V tabeli 3.2 je primerjava vrednosti napak med standardnim in diferencialni GPS sistemom. 3.5 Navigacijski sistem DGPS Osnovni GPS v praksi za približno, nekaj 10 m natančno določanje položaja zadostuje. Takšna natančnost določanja položaja pa ni vedno zadostna. Zato je bila razvita nadgradnja GPS oziroma Diferencialni GPS (DGPS). Odlikuje ga njegova natančnost oziroma sposobnost eliminiranja skoraj vseh napak, navedenih v tabeli 3.2 oziroma na sliki Z razvojem DGPS so se odprla nova področja uporabe GPS-ja, prodrl je celo na področja, kjer je potrebna izredno natančna (nekaj mm) pozicijska mreža. Osnova delovanja DGPS je sodelovanje dveh sprejemnikov. Eden je nameščen na točno določenem, znanem položaju, drugi je mobilni s katerim opravljamo meritve. Tabela 3.2: Tipične napake [v metrih na satelit] Vzrok napake Standardni GPS Diferencialni GPS Ura satelita Orbita Vpliv Ionosfere Vpliv Troposfere Šumi sprejemnika Odboj signalov Izbirna uporabnost (SA)* 0 (30) 0

50 Stran 38 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Vzrok napake Standardni GPS Diferencialni GPS Tipične pozicijske natančnosti Horizontalno Vertikalno D * Ameriški predsednik Bill Clinton je 2. maja 2000 ukazal ukinitev namerne motnje SA kljub temu, da je bila ukinitev planirana do leta To predstavlja prelomnico za civilne uporabnike GPS sistema. Praktično ukinitev pomeni izboljšanje natančnosti civilnih GPS sprejemnikov iz 100 in več metrov na le nekaj metrov. Legenda slike 3.23: Slika 3.23: Povzetek izvorov napak v sistemu GPS 1 Napaka ure satelita (atomske ure). 2 Premik satelita iz začrtane orbite. 3 Vpliv atmosfere oziroma ionosfere. 4 Napaka zaradi odbojev GPS signala. 5 Napaka ure sprejemnika, itd Za uspešno delovanje DGPS sistema se izkorišča dejstvo, da je oddaljenost in hitrost satelitov v primerjavi z razdaljami in hitrostmi, ki jih merimo na Zemlji mnogokrat večja. To pomeni, da lahko za oba sprejemnika predpostavimo enake pogoje, čeprav sta lahko oddaljena tudi po nekaj 100 km (slika 3.24).

51 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 39 Slika 3.24: Relativno majhna razdalja Referenčni sprejemnik je potrebno togo namestiti in poznati njegov točen položaj (tega dobimo s pomočjo klasičnih-lokalnih metod za določanje položaja). Referenčni sprejemnik je zgrajen podobno kot mobilni sprejemnik. To pomeni, da na podlagi sprejema GPS signalov in shranjene knjižnice o trenutnih položajih satelitov določi svoj položaj. Iz sprejetih GPS signalov referenčni sprejemnik izračuna pozicijo (vključno z napakami). Denimo, da je sprejemnik lociran na položaju ' (zaradi poenostavitve je obravnavana le ena koordinata in satelit), za kar je potreben čas potovanja GPS signala 67 milisekund (slika 3.25). Zgodi se, da je potovanje omenjenega signala 66,99997 ms. Izračun pokaže, da je izmerjen čas krajši za 30 ns (0,00003 ms). Vrednost +30 ns predstavlja velikost napake. Referenčni sprejemnik odda preko radijskega signala to napako, katero sprejme in upošteva mobilni sprejemnik. Problem nastane pri večjih razdaljah med referenčnim in mobilnim sprejemnikom, kjer ni nujno, da oba istočasno sprejemata GPS signale istih satelitov. To je rešeno tako, da referenčni sprejemnik sprejema signale vseh, trenutno dosegljivih, satelitov. Za vsakega posebej izračuna vrednost napake in generira listo napak, ki poenostavljeno izgleda takole: "Zakasnitev [Satelit #1] = 10 ns, Zakasnitev [Satelit #2] = 03 ns, Zakasnitev [Satelit #3] = 07 ns, itn ".

52 Stran 40 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Slika 3.25: Referenčni sprejemnik togo lociran na znanem položaju Lista napak se nato oddaja preko radijskih valov (Slika 3.26). Mobilni sprejemnik uporabi vrednost napak tistih satelitov, s pomočjo katerih trenutno določuje pozicijo. Slika 3.26: Potek posredovanja popravkov napak Lista napak ni sestavljena le iz vrednosti časovnih zakasnitev posameznega GPS signala ampak vključuje še razmerje med spremembo posamezne zakasnitve. To razmerje izkorišča mobilni sprejemnik za odpravo napake v časovnem intervalu med osveževanjem vrednosti napak. Trenutno poznamo tri sisteme DGPS, ki se razlikujejo glede na velikost območja, ki ga pokrivajo. Ti so: 1. DGPS z eno referenčno postajo, 2. Lokalni DGPS (Local Area DGPS LADGPS), 3. DGPS za velika območja (Wide Area DGPS - WADGPS).

53 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 41 DGPS z eno referenčno postajo Ta je najenostavnejši in se uporablja za meritve na površinsko majhnih območjih. Lokalni DGPS (Local Area DGPS LADGPS) Zgrajen je iz lokalne mreže več referenčnih postaj. Zasnovan je kot razširjeni DGPS ali kot pravi LADGPS. V obeh primerih je več referenčnih postaj. Razlika med obema je v izračunu popravkov psevdo-razdalj. Pri razširjenem DGPS se popravki izberejo med najbližjimi referenčnimi postajami ali pa se popravki interpolirajo med najbližjimi postajami. Pravi LADGPS računa popravke psevdo-razdalj, na podlagi meritev, na vseh referenčnih postajah. Načelo izračuna popravkov je aritmetična sredina vseh popravkov, izračunana s pomočjo algoritmov. Pogreški naraščajo z oddaljenostjo in to približno en milimeter na en kilometer razdalje. DGPS za velika območja (Wide Area DGPS - WADGPS) Ta je namenjen za delovanje na velikih površinah, nekaj 100 km. Potrebuje najmanj osem referenčnih postaj. Po načinu delovanja oziroma obdelave merilnih podatkov poznamo še nekatere tehnike DGPS sistema, ki so odvisne od namembnosti in potrebne natančnosti. Vse bazirajo na osnovnem načinu delovanja. Najbolj znane tehnike so: Zakasnjeno procesiranje (Post Processing DGPS). Sprejem-oddaja DGPS (Inverted DGPS). Centimetrska natančnost v realnem času. Zakasnjeno procesiranje (Post Processing DGPS) Pri tej tehniki gre za delovanje brez uporabe radijske zveze med mobilnim in referenčnim sprejemnikom. Namenjena je meritvam, pri katerih ne potrebujemo takojšnih popravkov. Primer je pri zapisu sledi nove ceste na geodetsko karto ali pri iskanju mesta za postavitev naftne ploščadi na oceanskem dnu, itd. Deluje na principu shranjevanja podatkov. Mobilni sprejemnik shranjuje v določenih intervalih svojo pozicijo, pri tem je zelo pomembno, da je poleg vsake pozicijske vrednosti shranjen še precizen podatek o času njene me-

54 Stran 42 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG ritve. Podobno podatke shranjuje tudi referenčni sprejemnik s to razliko, da vsebujejo popravke in točen čas. Pri kasnejšem procesiranju shranjene podatke združimo na podlagi časov meritve in s tem odpravimo napake. Sprejem-oddaja DGPS (Inverted DGPS) Ta tehnika je uporabna v primerih, ko potrebujemo natančno spremljanje več mobilnih GPS sprejemnikov hkrati. Primer je mestni avtobus oziroma sledenje vozil, kjer želimo iz nadzornega centra imeti natančen pregled gibanja posameznih vozil. Shema delovanja sistema je prikazana na sliki Slika 3.27: Shema delovanja sistema SPREJMI-ODDAJ DGPS Zasnova sistema omogoča, da je posamezno vozilo opremljeno le z osnovnim GPS sprejemnikom in posebnim oddajnikom, ki oddaja standardni GPS položaj. Signal, ki ga oddaja posamezen oddajnik, nameščen na vozilu, sprejemamo v nadzornem centru, kjer je referenčni GPS sprejemnik. Z računalniško obdelavo sprejetih signalov dobimo natančno pozicijo posameznega vozila izrisano na digitalni karti mesta. Prednost te metode je, da ni potrebno v vsako vozilo vgraditi "dragega" DGPS sprejemnika, kar zelo zniža ceno. Potrebujemo le en (skupen) referenčni sprejemnik ter standardne GPS sprejemnike z oddajnikom položaja. Centimetrska natančnost v realnem času Ta tehnika predstavlja vrhunec DGPS sistema in s tem seveda tudi sistema GPS. Odlikuje jo izredna natančnost, ki je celo manjša od centimetra v realnem času. Takšno natančnost v realnem času je mogoče uporabiti na

55 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 43 vseh področjih tehnike. Gradnja cest bo s tem omogočena brez posebnih meritev (gradbeni stroj bo s pomočjo GPS poznal natančno traso oziroma pot gibanja). Primer civilne uporabe je vodenje vozil, za vožnjo z avtomobilom, brez voznika. Slaba lastnost metode je v njeni zapletenosti. Uporablja se podobno kot običajni DGPS s to razliko, da uporablja več sprejemnikov hkrati. Za delovanje izkorišča interferenco (ojačitve in oslabitve) med oddanimi signali. Za razliko med osnovnim sistemom GPS, ki deluje na principu kodiranih signalov (PRC koda), ta izkorišča visokofrekvenčne nosilne signale. Pri standardni metodi je problem v premajhni ločljivosti. Frekvenca 1MHz pomeni ločljivost do 1 mikro sekunde (slika 3.28), kar v primeru svetlobe hitrosti pomeni 300 m. To je v primeru odstopanja celotne periode, največje odstopanje. Slika 3.28: Možen zamik med signaloma Sodobni sprejemniki omogočajo skoraj popolno ujemanje signalov (sinhronizacijo) in s tem napako znižajo na 1 oziroma 2 odstotka maksimalne, kar še vedno znaša 3 do 6 metrov. Z uporabo nosilne frekvence v območju GHz (Slika 3.29) se ločljivost poveča za faktor 1000, kar prevedeno v razdaljo pomeni preciznost pod centimetrom. Slika 3.29: Razmerje med signaloma

56 Stran 44 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Zaradi visoke frekvence in enotne oblike nosilnega signala se pojavi problem štetja period. Vendar je z uporabo sodobne tehnologije tudi ta že ugodno rešen.

57 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran SKLOP NAMEŠČEN V VOZILU Tehniški razvoj tega sklopa je ekonomsko zelo opravičljiv, saj si od njega obetamo največ dobička. Vgraditi ga bo potrebno v vsako vozilo, zato je zagotovljena serijska proizvodnja. Dejansko gre za razvoj mini računalnika, s prilagojenimi funkcijami in specifično periferijo. Za komunikacijo z uporabnikom (voznikom) bo izdelana namenska konzola, ki bo tudi končni uporabniški vmesnik v SSV. Za pridobitev informacije o položaju bo preko serijskega vmesnika RS 232 priključen GPS sprejemnik. Za komunikacijo z nadzorno upravljalnem centrom pa GSM modem. Shema sklopa je na sliki 4.1. Slika 4.1: Shema sklopa v vozilu Podrobnejši opis celotnega sklopa bo s posamezno obravnavo sestavnih elementov, ti so: računalnik, komandna enota, senzorji in komunikacijska enota.

58 Stran 46 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG 4.1 Računalnik Je jedro sklopa nameščenega v vozilu. Za komunikacijo s komandno konzolo, nameščenimi senzorji in nenazadnje tudi z motorjem vozila, bo uporabljal že uveljavljeno podatkovno vodilo CAN (Control Aera Network). Njegovi glavni sestavni elementi so: CPU (centralno procesna enota), pomnilnik, DSP (Digital Signal Processing) in digitalno vhodno izhodna enota. Za delo potrebuje delovni pomnilnik in spomin v katerega začasno shranjuje podatke, katere kasneje potrebuje za procesiranje ali pa jih v obliki podatkovnih paketov pošlje v upravljalno nadzorni center. Digitalna vhodno izhodna enota omogoča krmiljenje relejev preko katerih imamo možnost vplivati na vozilo (centralno zaklepanje, blokada motorja, indikator priključene prikolice, vklop/izklop gretja kabine ali hladilnika, alarmna naprava ) Slika 4.2: Komandna konzola DSP potrebujemo, če želimo pri komunikaciji preko modema zagotoviti hkraten prenos podatkov in govora po protokolu VOIP (Voice Over Internet Protokol). Funkcija DSP-ja je, da analogni govor pretvori v digitalno obliko, kar kasneje združi s podatki. V primeru prenosa podatkov s hitrostjo 9600 bps za podatkovni del uporabimo 4600 bps, za govorni del pa 4600 bps, kar še zagotavlja zadovoljivo kvaliteto govora. Omogočen mora biti tudi samostojen

59 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 47 prenos podatkov ali samo govora s hitrostjo 9600 bps. V primeru, da ni potrebe po hkratnem prenosu podatkov in govora DSP-ja ne potrebujemo. 4.2 Komandna enota Preko komandne enote voznik dobiva informacije iz upravljalsko nadzornega centra, v obliki tekstovnega ali grafičnega izpisa na LCD zaslonu. Poleg izpisa podatkov bo konzola omogočala normalno prostoročno govorno komunikacijo, kot GSM telefon. Upravljanje s konzolo mora biti izvedeno enostavno, tako da bo vozniku omogočeno upravljanje z njo med vožnjo, najbolje z glasovnim izbiranjem. 4.3 Senzorji Podatkovno vodilo CAN omogoča, da nanj priključimo še dodatne senzorje oziroma naprave. Najpogostejši bo tahometer s pomočjo katerega bodo razvidni vsi parametri o vožnji vozila. Drugi najpogosteje uporabljen in priporočljiv je pospeškometer. Ta se potrebuje v primeru vožnje skozi dolge tunele, ozke ulice obdane z visokimi zgradbami, itd, skratka povsod tam, kjer je sprejem GPS signala oslabljen ali celo onemogočen. Poleg pospeškometra je zelo priporočljiv še kompas oziroma giroskop. S temi senzorji je omogočena natančna navigacija v krajših odsekih, kljub izgubi GPS signala. Poleg navigacijskih senzorjev je potrebno predvideti priključitev tiskalnika, kateri bi vozniku omogočal tiskanje potnih nalogov kar na poti. 4.4 Komunikacijska enota Naloga te enote je omogočiti izmenjavo podatkov med vozilom in upravljavsko nadzornim centrom. Podrobno bo obravnavana v naslednjem poglavju.

60 Stran 48 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG

61 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran KOMUNIKACIJA Komunikacija (slika 5.1) zagotavlja prenos podatkov in govora med vozilom in centrom. Obstajajo dve metodi za prenos podatkov: Prva je občasna (OFF-LINE), kar pomeni, da se veza vzpostavi le na zahtevo voznika ali upravljalca v centru oziroma se prinese po končani poti direktno na računalnik v centru. Podatki, ki nastajajo med posameznimi vzpostavitvami komunikacije se shranjujejo v spomin in kasneje pošljejo v obliki podatkovnega paketa. Druga je sprotna v realnem času (ON-LINE). Ta način omogoča, da komunikacija poteka nepretrgoma oziroma se vzpostavlja intervalno. Slika 5.1: Shema komunikacijskega sklopa V obeh primerih je povezava radijska. Načine radijskih povezav med sprejemnikom in oddajnikom delimo na tri skupine: uporaba GSM (Global System for Mobile communication) infrastrukture, vzpostavitev direktne povezave med vozilom in centrom in vzpostavljanje povezave z uporabo izgradnje analogne ali digitalne infrastrukture necivilnega tipa. 5.1 Uporaba GSM infrastrukture V tem primeru je računalnik za prenos podatkov med centrom preko mobilnega modema vezan na GSM telefon. Protokola za pretvorbo podatkov računalnik - modem in modem - center sta različna. Dobra stran takšnega komuniciranja je velika pokritost po Sloveniji in Evropi v zadnjem času pa tudi drugje po svetu. Infrastruktura omrežja je zgrajena in

62 Stran 50 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG vse kar potrebujemo s strani radijskega dela je GSM terminal. Slaba stran je visoka cena mobilne telefonije. Če hočemo vozilo spremljati v realnem času in podatke o lokaciji obnavljamo vsakih 10 minut, je to 6 klicev na uro. Čas potreben za prenos podatkov pri vsakem klicu, je od 15 do 20 sekund. Za sledenje vozila 8 ur dnevno je to že 48 klicev, kar skupaj znaša 16 minut (960 s) odprte telefonske linije za eno vozilo. Ob upoštevanju srednje velikega podjetja, ki se ukvarja z mednarodnim transportom in so njihova vozila vsakodnevno na poti predstavlja celotna vzpostavitev telefonske veze ogromen strošek. 5.2 Vzpostavitev direktne povezave med objektom in centrom V tem primeru GSM telefon zamenja radijska postaja. Še vedno potrebujemo komunikacijski vmesnik (modem) med računalnikom in radijsko postajo. Ta najprej, na oddajni strani, digitalni podatek analogno modulira, nato pa na sprejemni strani demodulira in pretvori v prvotno digitalno obliko. Dobra stran takega sistema je nizka cena (edini strošek je plačilo letne frekvenčnine). Protokol prenosa podatkov preprečuje kakršno koli zamenjavo podatkov, zato je možna vzpostavitev veze z večino uporabniki hkrati. Slaba stran sistema je majhna pokritost, saj smo omejeni le na ozko področje (nekaj kilometrov okrog centra oziroma repetitorja). 5.3 Vzpostavljanje povezave z uporabo izgradnje analogne ali digitalne infrastrukture necivlinega tipa Eno takšnih omrežij je sistem snopovnega prenosa (trunck), ki se pojavlja v dveh oblikah: kombinacija digitalnega in analognega ter digitalni. V prvem se zveza vzpostavi digitalno, govor se prenaša analogno, v drugem primeru celotni prenos poteka digitalno. V prvem primeru se pojavijo problemi, saj vsi tipi analognih sistemov nimajo ustreznega podatkovnega vmesnika in je s takimi radijskimi postajami nemogoče komunicirati preko zunanjih

63 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 51 naprav. Obstajajo pa tudi radijske postaje "databox", to je normalna analogna radijska postaja z vgrajenim podatkovnim portom preko katerega lahko komuniciramo z zunanjimi napravami (z komunikacijskim vmesnikom). Digitalni snopovni prenos se v Sloveniji šele uveljavlja in še ni dopolnjen do popolnosti. Tipični predstavnik tega sistema je TETRA (Terrestial Trunk Radio). Ta sistem je namenjen hkratnemu prenosu govora in podatkov (tipična ročna radijska postaja zmore v 25 khz širokem frekvenčnem pasu hkratno, z uporabo časovnega multipleksa, prenesti 4 kanale po 9600 bps). Ima že poskrbljeno avtomatsko povezovanje (routanje), kar pomeni, da moramo vedeti le številko naslovnika in sistem bo sam našel najkrajšo pot (kot pri GSM telefoniji). Snopovni prenos omogoča tudi možnost prevezave (roaming). Prevezava pomeni preklop iz enega repetitorja na drugega, ko pridemo iz področja slišnosti, kar je nujno pri mobilnih uporabnikih. Poskrbljeno je tudi za varnost podatkov, saj so morebitni vdori onemogočeni. Radijska pokritost sistemov snopovnih prenosov je odvisna od položaja in števila repetitorjev, ki gradijo sistem. Izmed vseh obstoječih komunikacijskih sistemov je glede na zastavljen cilj sistem delujoč globalno, trenutno kljub relativno visoki ceni, najprimernejša uporaba mobilne telefonije GSM. 5.4 Komunikacija preko GSM Edina slabost njene uporabe so relativno visoki stroški prenosa podatkov oziroma vzpostavljene povezave. Te stroške je z uporabo določenih metod oziroma z različnimi režimi delovanja mogoče zmanjšati. Na voljo imamo dve metodi za prenos podatkov: SMS (Short Message Service) sporočila in podatkovni prenos preko modema. Metoda pošiljanja SMS sporočil temelji na pošiljanju kratkih sporočil, kar omogočajo že osnovni GSM terminali. Druga prednost je pri hkratnem spremljanju večjega števila vozil. V takem primeru, po metodi prenosa podatkov preko modema, potrebujemo večje število vstopnih točk (več modemov) v U-N centru. Z uporabo SMS sporočil to ni potrebno. Zelo velika slabost SMS sporočil je njihova nezanesljivost. Pri pošiljanju nimamo potrditve ali je naslovnik sporočilo sprejel ali ne, poleg tega se dostikrat zgodi, da sporočilo

64 Stran 52 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG zakasni ali celo ne prispe. Ta lastnost je ključnega pomena, da delovanja pod režimom SMS sporočil ne bomo vključili v sistem SSV. Pri metodi prenosa podatkov preko modema, imamo možnost delovanja v več režimih, ki se razlikujejo od potreb in so tesno povezani s ceno. Razlike med posameznimi režimi so v dolžini časovnih intervalov, med posameznimi vzpostavitvami komunikacije. Način delovanja pri katerem je komunikacija vzpostavljena skozi celotno pot vozila je nesmiseln. Ekonomsko najbolj opravičljiva je intervalna komunikacija, od primera pa zavisijo dolžine intervalov. Poleg določitve dolžin intervalov vzpostavitve komunikacije je pomembno katera enota (vozilo ali center) ima funkcijo kličočega oziroma klicanega. Primer, ko je enota v vozilu kličoča je smiseln če zadostujejo informacije o stanju vozila ob večjih spremembah kot so: premaknitev za določeno razdaljo, prekoračitev maksimalna oddaljenost od začrtane poti, nakladanje razkladanje, start po daljšem mirovanju, prekoračitev maksimalne dovoljene hitrosti, okvara oziroma poškodba na vozilu, Tak primer je uporaben za spremljanje manjšega števila vozil. Če je število vozil večje se lahko zgodi, da center naenkrat kliče več vozil, kot imamo na razpolago vhodnih linij. Rešitev takih problemov je mogoča z izdelavo algoritma, ki bo deloval po sistemu krožnega intervalnega klicanja vsakega vozila posebej iz centra. Kot smo že omenili, za prenos podatkov preko GSM, potrebujemo modem. Na trgu se pojavlja že nekaj svetovnih podjetij, ki izdelujejo GSM modeme. Glavni predstavniki so Siemens, Falcom, Wavecom, Motorola, Tehnično najzanimivejša sta modema podjetja Siemens model M20 Terminal (slika 5.2) in Falcom A2 GPS (Slika 5.3). Siemens-ov M20 ima zelo dobre tehnične karakteristike vendar na trgu, v majhnih količinah za individualne uporabnike, ni dostopen. Drugače je z Falcom-ovim A2 GPS, ki je trenutno najhitreje dobavljiv. Omogoča prenos podatkov, govora in SMS sporočil v GSM omrežju. Poleg tega pa že vključuje GPS funkcije (ima vgrajen GPS sprejemnik GARMIN GPS 35 - opcija) za določitev položaja. Registracija Falcom A2 GPS je v omrežju GSM enostavna in je enaka, kot pri običajnem Fax/data modemom. Sposoben je prenašati podatke s hitrostjo 9600 bitov na sekundo (pro-

65 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 53 gramsko od 1200 do bitov na sekundo), kar našim potrebam zaenkrat zadostuje. Novi cilji v razvoju GSM telefonije gredo v smer, ki bo na področju prenosa podatkov omogočala še več. Komunikacijska tehnika se bo z uvedbo t.i. izboljšane druge oziroma tretje faze mobilne telefonije močno spremenila. Sedanji GSM sistem zahteva vzpostavitev zveze, ki traja tudi, če ni prenosa podatkov in to zelo draži uporabo takega sistema. Slika 5.2: GSM modem - Siemens M20 Terminal Slika 5.3: GSM modem - Falcom A2 GPS

66 Stran 54 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Drugače bo z uvedbo splošne paketne radijske storitve ali GPRS (General Packet Radio Service), ki je nadgradnja sistema GSM, oziroma je storitev GSM faze 2+. Omogoča brezžični mobilni dostop, do vseh telekomunikacijskih podatkovnih storitev, za učinkovit prenos podatkov. Pri sitemu GPRS bo zadoščala le prijava v omrežje. Pomembna prednost sistema GPRS je zasedanje virov omrežja le, kadar je potrebno prenesti podatke. To ponuja možnost obračunavanja na podlagi dejanske količine prenesenih podatkov in ne na podlagi časa zasedanja kanalov. Povedano z drugimi besedami, GPRS bo omogočal nenehno oddajanje svoje pozicije v širšem območju (kjer bo pokrivalo GSM omrežje), za zelo sprejemljivo ceno. Še več, mobilni terminali GPRS nam bodo omogočali izbiro med tremi razredi A, B in C. Najzanimivejši je razred A, ki lahko hkrati deluje kot terminal GSM in kot terminal GPRS. Oba slovenska operaterja mobilne telefonije Mobitel in Simobil napovedujeta v drugi polovici letošnjega leta uvesti GPRS. Žal o načinu in ceni tarifiranja še ne dajejo podatkov.

67 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran UPRAVLJALNO NADZORNI CENTER Upravljano nadzorni center (U-N center) je center, ki omogoča vodenje transportne logistike in ima varnostni nadzor nad vsemi vozili vključenimi v SSV. V Sloveniji je že nekaj podjetij, ki ponujajo storitve sledenja in varnostnega nadzora vozil, ne omogočajo pa direktne dvosmerne komunikacije center voznik in obratno. Zaradi slednjega in predvsem zaradi cen najema spremljanja vozila, ki so trenutno ekonomsko opravičljive le za manjša podjetja, v velikih transportnih podjetjih (nekaj 10 vozil) opravičeno razmišljajo o izgradnji lastnega U-N centra. Zato bomo v tem poglavju predstavili strukturno zgradbo in pomembnejše funkcije takega centra. Upravljalno nadzorni center sestavljata dva večja dela. Prvi je komunikacijski in se nanaša na povezavo z zunanjim svetom. Sestavljajo ga: ustrezno število GSM vstopnih modemskih linij, dostop do javne telefonije (PSTN, ISDN) in povezanost v medmrežje. Drugi, aplikacijski zajema predvsem programska orodja in algoritme. Zanj potrebujemo: natančne zemljevide in mestne plane v digitalni obliki, algoritmi za vodenje logistike, sprejemnik DGPS, modul za pregled podatkov o stanju vozil, modul za vzdrževanje podatkovne base in modul za govorno upravljanje. Računalniška oprema s pripadajočo programsko opremo nam mora omogočati: datoteko vseh vozil, vključenih v sistem spremljanja, ažurno datoteko vseh aktivnih vozil (vozil na poti), sprotno (ON-LINE) sprejemanje podatkov lokaciji in stanja posameznega vozila,

68 Stran 56 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG posredovanje podatkov posameznemu vozilu (potni nalogi, navodila, opozorila in ostala sporočila), poleg tekstovnega prikaza podatkov o vozilih omogočiti možnost grafičnega prikaza na digitalnih zemljepisnih kartah, na osnovi shranjenih (arhivskih) podatkov omogočiti analizo poti posameznega vozila za pretekli čas, možnost tiskanja podatkov v tekstovni in grafični obliki, hitra ločitev med vozili na poti in vozili v mirovanju, arhivirati vse podatke, ki se izmenjujejo med vozili in centrom, ob izpadu kateregakoli sklopa sistema sprožiti opozorilni alarm. Povezava med komunikacijskem in aplikacijskim delom U-N centra poteka preko zmogljivega podatkovnega strežnika (slika 6.1). Slika 6.1: Podatkovna shema upravljalno nadzornega centra Ključnega pomena za zmogljivost U-N centra so vstopne GSM modemske linije, saj smo z njimi omejeni pri številu istočasno spremljajočih vozil. Idealno je zagotoviti toliko vstopnih linij, kot je spremljajočih vozil. Glede na to, da je cilj tudi ekonomično poslovanje ter dejstvo, da neprekinjena povezava med

69 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 57 vozilom in centrom ni nujna, se odločimo za intervalno vzpostavljanje zvez s posameznim vozilom. V tem primeru se število potrebnih modemskih linij močno zmanjša. Druga vrsta komunikacije centra z zunanjim svetom je javno telefonsko omrežje, katera bo uporabljena predvsem za prenašanje podatkov oziroma za povezavo v medmrežje. Ravno povezanost U-N centra z medmrežjem odpira nove razsežnosti. Ponazoritev ključnih elementov upravljalno nadzornega centra je prikazana na sliki 6.2. Jedro centra v sredini sheme med črtkanima črtama predstavlja aplikacijski del. Levo in desno je komunikacijski del, ki je vez z zunanjim svetom. Na levi je centrala mobilnega operaterja, s katerim bo potrebna fiksna kabelska povezava. Preko nje bomo komunicirali z vozili (govor + podatki v digitalni obliki) in pridobivali potrebne neposredne podatke od vozil. Na desni pa je komunikacija za pridobitev posrednih podatkov oziroma omogočitev daljinskega vpogleda v že obdelane podatke. Slika 6.2: Shema sklopa v upravljalno nadzornem centru Tehnično zahtevnejši je aplikacijski del. Na srečo že obstaja veliko zemljepisnih kart, ki so cenovno zelo dostopne. Potrebno bo razviti program za učin-

70 Stran 58 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG kovito vodenje vozil, ki bo sposoben povezati delo z digitalnimi zemljepisni kartami in podatkovno bazo. Za nemoteno delovanje upravljalno nadzornega centra bo potreben dežurni operater. Poleg podatkovne izmenjave v grafični in tekstovni obliki bo imel možnost govornega komuniciranja z vozniki. Ta funkcija bo še posebej uporabna v primeru potrebe "ON-LINE" vodenja vozila po mestu iz U-N centra. S tem bo prihranek na času in denarju, katerega sedaj voznik potroši za naročanje taksija. Omenjeno vodenje zahteva natančnejše podatke o lokaciji vozila, kot jih omogoča osnovni GPS. Natančnost položaja lahko izboljšamo na več načinov. Najenostavnejša je uporaba DGPS sistema. Diferencialni sprejemnik je v takem primeru nameščen na lokaciji U-N centra. Delovanje DGPS sistema smo obravnavali v poglavju Problem nastane, ko je vozilo zelo oddaljeno od U-N centra (več kot 500 km zračna linija). S tem ni zagotovljeno, da GPS in DGPS sprejemnik sprejemata GPS signale istih satelitov. Rešitvi takih slučajev sta: pridobitev DGPS podatkov ustreznih satelitov ali uporaba drugih senzorjev. Pridobitev DGPS podatkov ustreznih satelitov Obstajajo podjetja, ki ponujajo (prodajajo) DGPS podatke za posamezna območja. Za večji del Evrope že lahko naročimo DGPS podatke, ki jih preko medmrežja vključimo v ON-LINE obdelavo. Uporaba drugih senzorjev Pri tej metodi natančen položaj določamo na podlagi merjenja premikov vozila (hitrosti, smeri, naklonov, ). Preden začnemo s postopkom potrebujemo natančno določitev izhodiščnega položaja, katerega določimo s pomočjo GPS-ja in zemljepisnih kart. Kot je že bilo omenjeno potrebujemo povezanost v medmrežje za pridobitev DGPS podatkov. Druga zelo uporabna funkcija je dostop oziroma vpogled stanja vozil na daljavo. S tem imamo omogočeno ponujanje storitev za nadzor oziroma upravljanje vozil, kar nam zagotavlja dodaten zaslužek. Poleg tega je trgovskim potnikom oziroma managerjem, omogočen takojšnji vpogled trenutnega stanja vozil, na podlagi česar lahko hitreje reagirajo pri poslovnih odločitvah.

71 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran EKONOMSKI VIDIK Poleg obravnavanih tehničnih značilnosti sistema SSV bomo na celoten sistem pogledali še iz stroškovne plati. Natančna obravnava stroškov izgradnje in predvsem delovanja sistema SSV je nemogoča zaradi veliko spremenljivih dejavnikov (možnih veliko različnih režimov delovanja, itd,..). Zaradi tega bomo izdelali oceno stroškov izgradnje in obratovanja sistema SSV. Ocenjene stroške izgradnje SSV delimo na dva dela: stroške postavitve upravljalno nadzornega centra (so neodvisni od števila vključenih vozil) in stroški namestitve sklopa v vozilu (so odvisni od števila vozil). Stroški postavitve upravljalno nadzornega centra predstavljajo fiksni oziroma enkratni strošek. Slednje ne velja za redno obratovanje sistema. Stroški rednega delovanja oziroma spremenljivi stroški zajemajo predvsem prenos podatkov. 7.1 Ocena stroškov postavitve upravljalno nadzornega centra V oceni stroškov bodo zajeti stroški aplikacijskega dela (to so elektronske in računalniške komponente s pripadajočo programsko opremo), ne pa tudi stroški gradbenih in inštalaterskih del. Predpostavimo, da ustrezne prostore s potrebno električno in telefonsko inštalacijo že imamo. Delo v centru zagotavljata minimalno dva osebna računalnika. Prvi, kot podatkovni strežnik z zmogljivo programsko opremo, zagotavlja delo s podatkovnimi bazami (Microsoft SQL Server ali Oracle,..). Njegova konfiguracija z okvirnimi cenami vključno z potrebno programsko opremo je predstavljena v spodnji tabeli 7.1. Drugi osebni računalnik je delovni računalnik, na katerem bo operater izvajal svoje naloge (optimalno logistiko, pregled nad vozili, komunikacija z vozili, ). Njegova konfiguracija s pripadajočo osnovno programsko opremo je navedena v spodnji tabeli 7.2. Kot je predvideno bo sistem omogočal vpogled nad vozili tudi preko medmrežja. Zaradi tega potrebujemo zagotoviti stalno povezanost na medmrežje, za kar potrebujemo zakup digitalnega telefonskega ISDN voda oziroma po-

72 Stran 60 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG podatkovnega voda. Predvidevamo, da hkratno število uporabnikov v povprečju ne bo večje od deset. Izračunajmo minimalno zmogljivost podatkovnega voda. Tabela 7.1: Cena podatkovnega strežnika z. št. Opis 1 Procesor Intel Pentium III 700 MHz, 512kB cache Pomnilnik 256 MB, SDRAM LONG DIMM, 100MHz Trdi disk 20Gb ULTRA/100 3,5" disketna enota Pogon CD/DVD-ROM Grafična kartica 32MB VRAM GSM modem Mrežna kartica Ohišje ATX midi tower 17" monitor CENA BREZ DDV [SIT] Cena z DDV [SIT] Enota za arhiviranje podatkov (BACK UP) Enota za neprekinjeno napajanje (UPS) Microsoft Windows 2000 server z Internet Information server Microsoft SQL Server Skupaj Tabela 7.2: Cena delovnega računalnika z. št. Opis 1 Procesor Intel Pentium III 850 MHz, 512kB cache Pomnilnik 512 MB, SDRAM LONG DIMM, 100MHz Cena brez DDV Cena z DDV [SIT] [SIT] Trdi disk 30Gb ULTRA/100 3,5" disketna enota mrežna kartica Pogon CD/DVD-ROM Grafična kartica 128MB VRAM Ohišje ATX midi tower 21"monitor

73 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 61 z. št. Opis Cena brez DDV [SIT] Cena z DDV 2 Microsoft Windows 2000 server Programski paket za vodenje optimalne logistike vključno z geografskimi kartami kjer so: [SIT] Skupaj Hit = PŠU Hitup = 10 25kbit / s 250kbit / s (7.1) min = Hit min PŠU Hit up najmanjša potrebna hitrost podatkovnega voda povprečno število uporabnikov še zadovoljiva hitrost prenosa podatkov za posameznika Iz enačbe (7.1) vidimo, da potrebujemo zakup podatkovnega voda, ki omogoča hitrost prenosa podatkov najmanj 250 kbit/s. Na žalost je trenutno v Sloveniji le en konkurenčen ponudnik (Telekom, d.d) podatkovnih linij in storitev za gostitev računalnikov. V njihovi ponudbi je najbližja odgovarjajoča hitrost 256 kbit/s. Tabela 7.3: Cena zakupljenega podatkovnega voda Z. št. Opis Cena brez DDV [SIT] Cena z DDV [SIT] 1 Zakup podatkovnega voda (256 kbit/s) Za obratovanje sistema SSV potrebujemo še napravo nameščeno v vozilih. Te omogočajo določanje položaja in prenos podatkov med vozili in centrom. Tabela 7.4: Naprava nameščena v vozilih z GSM terminalom Z. Cena brez DDV Cena z DDV Opis št. [SIT] [SIT] 1 GSM modem + GPS sprejemnik GSM terminal Upravljalna konzola Skupaj

74 Stran 62 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Za celovit pregled nad stroški postavitve sistema je v tabeli 7.5 ocena investicije za izgradnjo predstavljenega sistema SSV. Sistem SSV dejansko omogoča vključitev neomejenega števila vozil. V izračunu bo upoštevano 100 vozil, kar je za slovenske razmere že veliko podjetje. Stroške potrebnega šolanja operaterjev, ki bodo upravljali s sistemom, nismo navedli. Ti so zajeti v ceno razvoja programskega paketa za vodenje optimalne logistike. Za nemoteno obratovanje sistema moramo zagotoviti minimalno tri operaterje. Tabela 7.5: Zbirna tabela potrebne investicije v izgradnjo sistema Z. št. A Opis Cena [SIT] Stroški neodvisni od števila vozil Kol Vrednost 1 Računalniška oprema Ostala tehniška oprema (UPS, ) Zakup podatkovne linije (256kbit/s) Programska oprema B Stroški odvisni od števila vozil 1 Naprava v vozilu Naročniško razmerje GSM 7 (podatkovni paket) [SIT] Skupaj stroški neodvisni od števila vozil (A) Skupaj stroški odvisni od števila vozil (B) Skupaj A+B Ocena stroškov obratovanja Pri odločitvi za investicijo v sistem SSV je pomembno upoštevati stroške rednega delovanja sistema. Največji delež teh stroškov sestavljajo stroški komunikacije oziroma prenosa podatkov med vozilom in centrom. V poglavjih kjer je bil sistem SSV obravnavan iz tehnične plati smo ugotovili, da zadan obseg delovanja sistema omogoča le GSM telefonija. Za obravnavo stroškov komunikacije smo izbrali slovenskega operaterja, družbo Mobitel, ki ima trenutno sklenjenih največ komercialnih pogodb (roaming pogodb) s tujimi operaterji in tako pokriva največ držav. V obravnavo je zajeto večino evropskih 7 Ob sklenitvi naročniškega razmerja je potrebno plačati priključno takso, ki znaša SIT.

75 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 63 držav. Natančna ocena stroškov komunikacije je nemogoča, ker so odvisni od dejavnikov, kot so: čas spremljanja, interval zbiranja - shranjevanja podatkov, interval pošiljanja podatkov, število vozil vključenih v sistem sledenja, na območju katerih operaterjev GSM se vozila nahajajo, Osnova za informativni izračun odvisnih stroškov bodo naslednji kriteriji: čas spremljanja 1 ali 8 ur interval zbiranja - shranjevanja podatkov 5, 15, 30, 60 in 300 sekund interval pošiljanja podatkov 5, 15, 30 in 60 minut število vozil vključenih v sistem sledenja 100 območje operaterjev GSM Območje Evrope V tabeli 7.6 so navedeni redni stroški, ki so odvisni le od števila vključenih vozil v sistem SSV. To so GSM naročnine in naročnina zakupljenega voda. Tabela 7.6: Stroški rednih mesečnih naročnin z.š. Opis Cena [SIT] Kol Vrednost [SIT] 1 Naročnina GSM (podatkovni paket) Naročnina zakupljenega voda (256 kbit/s) Skupaj Kot je bilo omenjeno natančen izračun stroškov prenosa podatkov ni mogoč zaradi velikega števila operaterjev mobilne telefonije in prav toliko različnih cen. V Evropi je trenutno že preko 120 operaterjev GSM telefonije s katerimi ima družba Mobitel sklenjene komercialne pogodbe. Na sliki 7.1 so grafično prikazane povprečne cene pogovorov v tolarjih na minuto in imajo že obračunan 15% administrativni strošek in 19% davka na dodano vrednost. Izračun povprečna cena minute pogovora iz tujine si poglejmo na primeru izračuna cene pogovor z Italijo. Velja: C 285 sit min 283 sit min 168 sit OP + CTIM + CW + + min Povp 245 sit cena = = = min (7.2) 3 3 C = C + C = = OP P Z 180 sit min + 105sit 285 sit min

76 Stran 64 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG kjer so: C = C + C = = TIM TIM P P Z Z 191sit min + 92sit 283 sit min C = C + C = = Povp cena C OP C TIM C W C P C Z 168 sit min + 0sit 168 sit min povprečna cena pogovora iz Italije v Slovenijo v SIT na minuto skupna cena minute pogovora operaterja Omnitel Pronto skupna cena minute pogovora operaterja Telecom Italia Mobile skupna cena minute pogovora operaterja Wind cena minute pogovora v Slovenijo cena vzpostavitve zveze Tabela 7.7: Italijanski operaterji GSM telefonije in njihove cene z.š. Operater Cena pogovora v SLO Cena vzpostavitve zveze C P [SIT/minuto] C Z [SIT/zvezo] 1 Omnitel Pronto Telecom Italia Mobile Wind Nekateri operaterji obračunavajo pogovore dvostopenjsko. To pomeni, da poleg časa vzpostavljene zveze zaračunajo še enkratni strošek vzpostavitve. V tabeli 7.8 so navedene države oziroma operaterji s takšnim obračunavanjem. Pri njih je potrebno paziti na pogostost vzpostavljanja veze. Glede na to, da je povprečen čas komunikacije za prenos podatkov krajši od minute (glej tabelo 7.9), lahko pri izračunu povprečne cene pogovora vključimo v ceno še vzpostavitev zveze. Tabela 7.8: Države oziroma operaterji GSM z dvostopenjskim obračunavanjem z.š. Država Operater 1 Albanija AMC 2 Avstrija Mobilkom austria 3 Danska Sonofon, TDK Mobil 4 Grčija Telestet 5 Italija Omnitel Pronto, Telecom Italia Mobile 6 Norveška NetCom GSM, TeleNor Mobil 7 Slovaška Globtel 8 Španija Airtel Movil, Amena, Telefonica Moviles 9 ZR Jugoslavija Telekom Srbija

77 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 65 Slika 7.1: Primerjava cen pogovorov iz tujine v Slovenijo Povprečna cena minute prenosa podatkov in držav Evrope v Slovenijo je 304 SIT. Na podlagi tega podatka bo narejen izračun rednega mesečnega stroška pošiljanja podatkov ob predpostavki, da želimo lokacijo in stanje vseh (100) vozil spremljati v intervalih po 15 minut, 24 ur dnevno in 30 dni mesečno. Pošiljanje podatkov se vrši štirikrat dnevno, torej vsakih 6 ur.

78 Stran 66 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Število sporočil pri posameznem javljanju: čas med posameznim javljanjem 360min Št.sporoči l = = = 24 (7.3) interval beleženja lokacije 15min Podatkovna kapaciteta enega javljanja: Kapaciteta = Št.sporoč il Velikost sporočila = 24 50B = 1200B (7.4) Potreben čas prenosa podatkov: t t kjer so: = t + t = 2s + 20s 22s (7.5) P PP Z = Kapaciteta 1200B = = = v 600 B 2 PP data s s t P t PP t Z v data celoten čas prenosa podatkov čas prenosa podatkov čas vzpostavitve zveze hitrost prenosa podatkov Strošek prenosa enega podatkovnega paketa S kjer sta: CMP 304sit = tp = 22s = 111, sit (7.6) 60s 60s PP 5 S PP C MP strošek prenosa podatkovnega paketa povprečna cena prenosa podatkov iz držav Evrope na minuto Mesečni strošek prenosa podatkov za 100 vozil S = S D 30 dni 100vozil = 446sit = sit (7.7) S D = f D S PP = 4 111,5sit = 446sit kjer sta: S D f D dnevni strošek prenosa podatkov za eno vozilo število podatkovnih paketov na dan V primeru potrebe po intenzivnejšem sledenju posameznega vozila so v tabeli 7.9 izračunane vrednosti za različne frekvence javljanja oziroma posre-

79 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 67 dovanja podatkov. Na sliki 7.2 pa tudi grafično prikazane. Pri izračunu je upoštevano: Povprečna cena prenosa podatkov iz evropskih držav v Slovenijo Dolžina posameznega zapisa položaja z parametri vozila Hitrost prenosa podatkov preko modema Čas vzpostavitve zveze 304 SIT na minuto Do 50 znakov Najmanj 4800 bit/s 20 s Tabela 7.9: Vrednosti za različne frekvence javljanja po Evropi Interval pošiljanja podatkov Interval zbiranja podatkov Število sporočil na interval Kapaciteta vseh podatkov Potreben čas prenosa podatkov Cena prenosa podatkov za dobo intervala Cena prenosa podatkov za dobo ene ure Cena prenosa podatkov za dobo osmih ur [min] [s] [B] [s] [SIT] [SIT] [SIT] ,0 126, , , ,7 109, , , ,8 105, , , ,4 103, , , ,1 101, , , ,0 177,33 709, , ,0 126,67 506, , ,5 114,00 456, , ,3 107,67 430, , ,3 102,60 410, , ,0 253,33 506, , ,0 152,00 304, , ,0 126,67 253, , ,5 114,00 228, , ,5 103,87 207, , ,0 405,33 405, , ,0 202,67 202, , ,0 152,00 152, , ,0 126,67 126, , ,0 106,40 106,40 851,20

80 Stran 68 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Študija vrednosti v zgornji tabeli pokaže, da v povprečju delež stroškov prenosa podatkov zavzame le 21%, ostalih 79% so stroški vzpostavitve zveze. V primeru, da bi čas vzpostavitve razpolovili, se cena prenosa podatkov v povprečju zmanjša za 39%. Ta izračun pokaže, da bo uvedba GPRS tehnologije, kjer je čas vzpostavitve zveze minimalen (testi kažejo od 2 do 4 s), temu sistemu zelo naklonjena. Slika 7.2: Stroški sledenja v različnih intervalih za čas ene ure po Evropi Celovit pregled ocenjenih stroškov rednega delovanja sistema SSV je v tabeli Pri izračunu upoštevamo, da po Evropi spremljamo 100 vozil vsak dan v mesecu v intervalih po 15 minut, 24 ur dnevno in 30 dni mesečno. Pošiljanje podatkov se vrši štirikrat dnevno, torej vsakih 6 ur. Tabela 7.10: Informativni izračun rednih mesečnih stroškov delovanja z.št. Opis Vrednost [SIT] 1 Naročnine Prenos podatkov vozilo center Redno posodabljanje sistema Skupaj Predvideni stroški za arhiviranje podatkov, posodabljanje geografskih kart,

81 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 69 Do sedaj obravnavani stroški so se nanašali za delovanje sistema na področju Evrope. V primeru potrebe sledenja vozil izključno na lokalni ravni, torej na območju Slovenije ali le na območju večjega mesta je stroškovni izračun bistveno drugačen. Podjetja, ki bi uporabljala sistem SSV na lokalnem območju so avtobusna podjetja, komunalna podjetja, taksi službe, Izračun stroškov komunikacije v primeru lokalnega delovanja sistema (območje Slovenije), bo prilagojen za 50 vozil. Najprej smo za komunikacijo uporabili GSM telefonijo. Iz tehniškega stališča lahko za lokalno področje delovanja uporabimo tudi druge metode. Zato bomo izračunali približne stroške še za sistem radijskih zvez. Pri GSM telefoniji upoštevamo naročniški Podatkovni paket, katerega priključna taksa znaša SIT, mesečna naročnina pa SIT. Ugodna je predvsem cena prenosa podatkov, ki znaša 20 oziroma 10 SIT na minuto. Na podlagi navedenih cen smo izdelali izračun rednega mesečnega stroška pošiljanja podatkov ob predpostavki, da želimo lokacijo in stanje 50 vozil spremljati v intervalih po 1 minuto, 8 ur dnevno in 30 dni mesečno. Pošiljanje podatkov se vrši vsakih 15 minut, torej 32 krat na dan. V tem primeru je število sporočil pri posameznem javljanju enako: čas med posameznim javljanjem 15min Št.sporoči l = = = 15 (7.8) interval beleženja lokacije 1min Podatkovna kapaciteta enega javljanja: Kapaciteta = Št.sporoč il Velikost sporočila = 15 50B = 750B (7.9) Potreben čas prenosa podatkov: t P = t + t = 1,3s + 20s 21s (7.10) PP Z t Kapaciteta 750B = = v 600 B =1, 3 PP data s s kjer so: t P t PP t Z v data celoten čas prenosa podatkov čas prenosa podatkov čas vzpostavitve zveze hitrost prenosa podatkov

82 Stran 70 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG Strošek prenosa enega podatkovnega paketa S kjer sta: CMP 20sit = tp = 21s = sit (7.11) 60s 60s PP 7 S PP C MP strošek prenosa podatkovnega paketa povprečna cena minute pogovora po Sloveniji Mesečni strošek prenosa podatkov za 50 vozil S = S D 30 dni 50vozil = 224sit = sit (7.12) S D = f D S PP = 32 7sit = 224sit kjer sta: S D f D dnevni strošek prenosa podatkov za eno vozilo število podatkovnih paketov na dan V primeru potrebe po intenzivnejšem sledenju posameznega vozila so v tabeli 7.11 izračune vrednosti za različne frekvence javljanja oziroma posredovanja podatkov. Na sliki 7.3 pa tudi grafično prikazane. Pri izračunu smo upoštevali: Cena pogovora Dolžina posameznega zapisa položaja z parametri vozila Hitrost prenosa podatkov preko modema Čas vzpostavitve zveze 20 SIT na minuto Do 50 znakov Najmanj 4800 bit/s 20 s

83 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 71 Tabela 7.11: Vrednosti za različne frekvence javljanja po Sloveniji Interval pošiljanja podatkov Interval zbiranja podatkov Število sporočil na interval Kapaciteta vseh podatkov Potreben čas prenosa podatkov Cena prenosa podatkov za dobo intervala Cena prenosa podatkov za dobo ene ure Cena prenosa podatkov za dobo osmih ur [min] [s] [B] [s] [SIT] [SIT] [SIT] ,0 8,33 100,00 800, ,7 7,22 86,67 693, ,8 6,94 83,33 666, ,4 6,81 81,67 653, ,1 6,69 80,33 642, ,0 11,67 46,67 373, ,0 8,33 33,33 266, ,5 7,50 30,00 240, ,3 7,08 28,33 226, ,3 6,75 27,00 216, ,0 16,67 33,33 266, ,0 10,00 20,00 160, ,0 8,33 16,67 133, ,5 7,50 15,00 120, ,5 6,83 13,67 109, ,0 26,67 26,67 213, ,0 13,33 13,33 106, ,0 10,00 10,00 80, ,0 8,33 8,33 66, ,0 7,00 7,00 56,00 Delovanje le na območju Slovenije nam bistveno zmanjša stroške, to smo seveda tudi pričakovali. Kljub temu še obstajajo metode za zmanjšanje teh stroškov. To je uporaba radijskih zvez, katerih uporaba je smiselna v lokalnih primerih večjih mest. V primeru uporabe radijskih zvez odpadejo stroški komunikacije in prav tako stroški naročnin. S stališča rednih stroškov delovanja, za primer lokalnega delovanja, je uporaba radijskih zvez zelo opravičljiva. Razlika je v potrebni

84 Stran 72 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG začetni investiciji pri sklopu nameščenim v vozilu. V tabeli 7.12 je narejen izračun razlike potrebne investicije v en ali drugi način. Slika 7.3: Stroški sledenja v različnih intervalih za čas ene ure po Sloveniji Tabela 7.12: Primerjava cen naprava v vozilih z.š. Opis Cena [SIT] Kol Vrednost [SIT] 1 Naprava z GSM modemom Naprava z FM modemom Razlika Opomba: Vse obravnavane vrednosti v tem poglavju so navedene v slovenskih tolarjih (SIT) in že vključujejo davek na dodano vrednost (DDV). 7.3 Ugotovitve in predlogi Izračuni kažejo, da prenašamo majhne količine podatkov, za kar bi zadostoval prenos podatkov preko SMS sporočil, ki je cenovno bistveno ugodnejši. Glavni vzrok, da se za SMS nismo odločili je njegova nezanesljivost, kajti eden naših ciljev je, zagotoviti čimbolj zanesljivo delovanje sistema SSV. Za cene SMS sporočil veljajo podobne razmere, kot za telefonijo; vsak operater ima svoje cene.

85 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran 73 Vse cene, ki so bile vključene v izračun so vzete iz rednih cenikov, ki so v veljavi. Stroški bi se v dogovoru z operaterjem mobilnega omrežja in sklenitvijo pogodbe o ravni storitev (Service Level Agreement) lahko zmanjšali. Poleg cene se v pogodbi doreče še raven zagotavljanja kvalitete storitev. Omenjene pogodbe so pri tujih operaterjih že utečene. Za povečanje zanesljivosti, pokritosti in ugodnejših cen predlagamo tudi sklenitev pogodb z več operaterji hkrati. Drugi način za zmanjšanje stroškov obratovanja sistema je zagotovitev prihodka s sistemom. Glede na to, da število spremljajočih vozil ni omejeno je dolgoročno smiselno razmisliti o ponujanju storitev manjšim podjetjem, ki se jim investicija v izgradnjo sistema ne izplača. Z ponujanjem storitev bi imeli zagotovljen vir prihodka za redno vzdrževanje. Sistem, kot smo ga zasnovali, bi nam omogočal ponujanje dveh storitev: storitev spremljanja vozil (v osnovi) in ponujanje DGPS popravkov za področje Slovenije (opcija). Na koncu še enkrat poudarimo, da bo področje stalnega prenosa podatkov preko mobilne telefonije pridobilo veliko z uvedbo GPRS tehnologije. Domnevamo, da bo uporaba GPRS obratovanje sistema SSV ekonomsko še bolj opravičila. Žal še kljub poskusnemu obratovanju GPRS-ja, operaterji ne ponujajo cenika storitev, kar bi za primerjavo vsekakor bilo izredno zanimivo.

86 Stran 74 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG

87 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran ZAKLJUČEK Zastavljen cilj diplomske naloge je bil najti rešitev za učinkovitejše poslovanje podjetij, ki se ukvarjajo z mednarodnim transportom. Kmalu se je pokazalo, da bi podrobnejša študija posameznega sklopa predstavljenega sistema za spremljanje vozil bila preobsežna. Zato smo se že na začetku odločili, da predstavimo SSV le idejno. Zaradi splošne zanimivosti in uporabnosti tudi v druge namene smo se odločili sistemu, za določitev položaja vozil oziroma navigacijskemu sistemu, posvetiti posebno pozornost. S študijo obstoječih metod smo prišli do zaključka že prej predvidenega, da je trenutno najbolj primeren sistem za določitev položaja sistem GPS. V obravnavi smo predstavili njegovo delovanje in dodatne možnosti, ki jih omogoča. Poleg tega smo predstavili še vizijo uporabe GPSja na področjih (glej prilogo 5) za katere menimo, da so realne in bodo v prihodnosti tudi realizirane. Celoten predstavljen sistem za sledenje vozil temelji na trenutno obstoječih in dostopnih tehnologijah. V prihodnosti se z razvojem predvsem mobilne telefonije lahko nadejamo neslutenih razsežnosti na navigacijskem področju. Strokovnjaki napovedujejo, da bodo navigacijski sistemi v serijski opremi novih vozil (tako osebnih kot tovornih) že okoli leta Izgradnja sistema SSV je razvojni projekt s posrednimi ekonomskimi učinki, zato natančna določitev stroškov oziroma časa povrnitve investicije, ni mogoča. Za podjetje, ki bi tak sistem uvedla v poslovanje bi to pomenilo konkurenčno prednost, saj prinaša posredno boljše rezultate, ki se kažejo v: - stalni kontroli nad vozili (večja varnost), - zagotovitev optimalne logistike, - skrajšanje časa med naročilom prevoza in njegovo realizacijo, - znižanje stroškov prevoza, - zmanjšanje časov mirovanja vozil, Iz navedenega zaključujemo, da je odločitev v izgradnjo sistema SSV vsekakor opravičljiva za podjetja, ki razpolagajo z več vozili (nekaj deset). To potr-

88 Stran 76 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG juje že podatek, da potreben vložek za izgradnjo sistema ne presega vrednosti boljšega tovornega vozila. Pri manjših podjetjih, kjer razpolagajo le z nekaj tovornimi vozili (do 10) velja razmisliti o najemu storitev sledenja vozil. Prednost najema je predvsem, da podjetje z uporabo sistema SSV nima nobenih stroškov, razen stroškov obratovanja.

89 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran UPORABLJENA LITERATURA IN VIRI [1] Čučej Žarko: KOMUNIKACIJE V SISTEMIH DALJINSKEGA VODENJA, Fakulteta za elektrotehniko računalništvo in informatiko, [2] Čučej Žarko: VREDNOTENJE TELEKOMUNIKACIJSKIH SISTEMOV, Fakulteta za elektrotehniko računalništvo in informatiko, [3] Hauc Anton: Organiziranje in vodenje projektov, Maribor: EPF-IEOI. [4] Hauc Anton: Projektno usmerjen strateški management, Maribor: EPF-PMI, [5] Zapiski predavanj iz predmeta ORGANIZIRANJE PROJEKTOV pri prof.dr. HAUC Anton. [6] Zapiski predavanj iz predmeta SENZORJI pri dr. ĐONLAGIČ Denis. [7] Milan ŠVAL: Ministrstvo za promet in zveze RS. Urad za pošto in telekomunikacije. Ustni razgovor, Ljubljana 2001 [8] Martin PEC: Ultra, d.o.o. Ustni razgovor, Maribor 2001 [9] Uradni list RS Št. 50; Ljubljana [10] Anton GRAD, Ružena ŠKERLJ, Nada VITROVIČ: VELIKI ANGLEŠKO SLOVENSKI SLOVAR, Ljubljana, DZS, d.d., Založništvo literature, [11] N.I.Koškin - M.G.Širkevič: PRIROČNIK ELEMENTARNE FIZIKE, Ljubljana: Tehniška založba Slovenije, [12] Christopher DRANE, Chris RIZOS: Positioning Systems in Inttlligent Transportation Systems, [13] William R. Duncan.: A GUIDE TO THE PROJECT MANAGEMENT BODY OF KNOWLEDGE, PMI Standard Committee, Project Management Institute. [14] U.S. Department of Transportation United States Coast Guard Broadcast standard for the uscg dgps navigation service comdtinst M Medmrežni naslovi:

90 Stran 78 DIPLOMSKO DELO Edvard JUG in drugi,

91 Edvard JUG DIPLOMSKO DELO Stran PRILOGE PRILOGA 1: PRILOGA 2: PRILOGA 3: PRILOGA 4: PRILOGA 5: PRILOGA 6: Zgodovina razvoja GPS Primerjalna shema pričakovanih absolutnih napak različnih tipov ur v odvisnosti od časa, ki je pretekel med dvema odčitkoma ure Vrste uporabe GPS sistema Področja uporabe GPS sistema Možna uporaba GPS v prihodnosti Diploma v elektronski obliki

92 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 1 Stran 1/7 PRILOGA 1: ZGODOVINA RAZVOJA GPS Celoten razvoj sistema sta zaznamovali dve glavni obdobji. V prvem - poskusnem, imenovanem Blok I, je bilo lansiranih 11 satelitov. Ti so predstavljali prvo generacijo GPS. Na sliki p1.1 je prikazan en izmed njih. Prvi GPS satelit je bil izstreljen pet let po začetku projekta, leta S tem je bil postavljen glavni mejnik na področju satelitske navigacije ali bolje rečeno začetek novega obdobja navigacije. Slika p1.1: Satelit iz generacije Blok I Tabela p1.1 vsebuje podatke vseh satelitov, vključno z datumom izstrelitve in datumom usposobljenosti, ki so predstavljali prvo generacijo GPS v Bloku I. Osnovne značilnosti vseh satelitov prve generacije so: poreklo: uporabnik: Združene države Amerike, U.S. Air Force, izdelovalec: Rockwell Space Systems, velikost: 5,3 m z raztegnjenimi sončnimi celicami, napajanje: sončne celice z zmogljivostjo dobrih 400 W, orbita: m z 63 naklonom na ekvator, (perioda obhoda zemlje 12 ur), predvidena življenjska doba: 5 let.

93 Stran 2/7 Priloga 1 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Vsak satelit Bloka I ima vgrajene po tri atomske ure (eno cezijevo - Cs in dve rubidijevi - Rb). Tabela p1.1: Seznam lansiranih satelitov prve generacije Blok I Z. št Ime GPS 1-1 (Navstar 1) GPS 1-2 (Navstar 2) GPS 1-3 (Navstar 3) GPS 1-4 (Navstar 4) GPS 1-5 (Navstar 5) GPS 1-6 (Navstar 6) GPS 1-7 (Navstar 7) GPS 1-8 (Navstar 8) GPS 1-9 (Navstar 9) GPS 1-10 (USA 5) GPS 1-11 (USA 10) Oznaka Lansiran [Datum] Usposobljen [Datum] Nosilna raketa Teža [kg] A 22.feb mar.1978 Atlas F A 13. maj jul.1978 Atlas F A 6. okt nov.1978 Atlas F A 10. dec jan.1979 Atlas F A 9. feb feb.1980 Atlas F A 26. apr maj 1980 Atlas F 204 Neuspešno 18. dec Atlas E A 14. jul , avg.1983 Atlas E A 13. jun jul.1984 Atlas E A 8. sep okt.1984 Atlas E A 9. okt okt.1985 Atlas E 74 Že dobra tri leta po izstrelitvi zadnjega satelita prve generacije so izstrelili prvi satelit druge generacije imenovane Blok II. To je bilo leta Na sliki p1.2 je satelit druge generacije iz Blok II. Sistem satelitov druge generacije je že predstavljal t.i. operativen sistem. V tabelah p1.2, p1.3 in p1.4 so predstavljeni vsi sateliti druge generacije.

94 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 1 Stran 3/7 Slika p1.2: Satelit iz generacije Blok II Po preteku življenjske dobe satelita le-ta preneha delovati, njegovo funkcijo pa prevzame drug nov satelit iz višje generacije. Osnovne značilnosti satelitov druge generacije so: Ime: poreklo: uporabnik: NAVSTAR (NAVigation System with Timming And Ranging) Združene države Amerike, U.S. Air Force, izdelovalec: Rockwell Space Systems, velikost: 5,3 m z raztegnjenimi sončnimi celicami, napajanje: sončne celice z zmogljivostjo dobrih 710 W, orbita: m z 55 naklonom na ekvator, 6 orbitnih obročev - ravnin, (perioda obhoda zemlje 12 ur), predvidena življenjska doba: 7,5 let. Sistem satelitov, ki ga uporabljamo danes in predstavlja popolno delujoči sistem sestavljajo sateliti Bloka II/IIA/IIR. Druga generacija satelitov je bila dokončana z lanisiranjem zadnjega, ključnega "elementa" satelita, 10. marca Sicer je bilo po tem datumu izstreljenih še nekaj satelitov, ki predstavljajo generacijo IIA in IIR. Sateliti Bloka II so bili izstreljeni z nosilnimi raketami od številke 13 do 21 in so predstavljali prvi - popolno funkcionalen sistem. Sateliti tega bloka so

95 Stran 4/7 Priloga 1 E.Jug: DIPLOMSKO DELO zmožni delovati kljub 14 dnevni prekinitvi veze z zemeljskim kontrolnim sistemom. Nosilne rakete satelitov Bloka IIA so bile od številke 22 do 40. Sateliti Bloka IIA predstavljajo drugo serijo popolnoma delujočega GPS sistema in so zmožni brez komunikacije z zemeljskim kontrolnim centrom normalno delovati kar 180 dni. V času 180-ih dni se degradirana natančnost evidentira v t.i. navigacijsko sporočilo. Vsak satelit ima vgrajene po štiri atomske ure (dve cezijevi - Cs in dve rubidijevi - Rb). Od novembra 1990 je bilo izstreljenih 18 od 19-ih satelitov Bloka IIA. Sateliti najnovejšega Bloka IIR (slika p1.3) so bili izstreljeni z nosilnimi raketami od številke 41 do 62. Le-ti so dopolnilni in bodo podaljšali delovanje GPS v novo tisočletje. Sateliti Bloka IIR so sposobni neodvisno delovati (brez komunikacije z zemeljskim kontrolnim centrom) najmanj 14 dni. Do 180 dni brez komunikacije pa delujejo v t.i. neodvisnem navigacijskem načinu. Popolno natančnost obdržijo s pomočjo komuniciranja med sateliti IIR. Slika p1.3:satelit iz najnovejše generacije Blok IIR Komunikacija med sateliti omogoča izmenjavo navigacijskega sporočila, ki vsebuje ocenjene in obnovljene parametre. Tudi ti sateliti imajo vgrajene atomske ure in sicer tri (eno cezijevo - Cs in dve rubidijevi - Rb).

96 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 1 Stran 5/7 Tabela p1.2: Seznam lansiranih satelitov druge generacije Blok II Z. št Ime GPS II-1 (USA 35) GPS II-2 (USA 38) GPS II-3 (USA 42) GPS II-4 (USA 47) GPS II-5 (USA 49) GPS II-6 (USA 50) GPS II-7 (USA 54) GPS II-8 (USA 63) GPS II-9 (USA 64) Oznaka Lansiran [Datum] Usposobljen [Datum] Nosilna raketa Teža [kg] A 14. feb apr Delta A 10. jun avg.1989 Delta A 18. avg okt.1989 Delta A 21. okt nov.1989 Delta A 11. dec jan Delta A 24. jan feb Delta A 26. mar apr Delta A 2. avg avg Delta A 1. okt okt Delta Tabela p1.3: Seznam lansiranih satelitov druge generacije Blok IIA Z. št Ime GPS IIA-10 (USA 66) GPS IIA-11 (USA 71) GPS IIA-12 (USA 79) GPS IIA-13 (USA 80) Oznaka Lansiran [Datum] Usposobljen [Datum] Nosilna raketa Teža [kg] A 26. nov dec.1990 Delta A 4. jul avg.1991 Delta A 23. feb mar.1992 Delta A 10. apr apr Delta

97 Stran 6/7 Priloga 1 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Z. št Ime GPS IIA-14 (USA 83) GPS IIA-15 (USA 84) GPS IIA-16 (USA 85) GPS IIA-17 (USA 87) GPS IIA-18 (USA 88) GPS IIA-19 (USA 90) GPS IIA-20 (USA 91) GPS IIA-21 (USA 92) GPS IIA-22 (USA 94) GPS IIA-23 (USA 96) GPS IIA-24* (USA 100) GPS IIA-25 (USA 117) GPS IIA-26 (USA 126) GPS IIA-27 (USA 128) Oznaka Lansiran [Datum] Usposobljen [Datum] Nosilna raketa Teža [kg] A 7. jul jul Delta A 9. sep sep.1992 Delta A 22. nov dec.1992 Delta A 18. dec jan Delta A 19, feb apr Delta A 30. mar apr Delta A 13. maj jun Delta A 26. jun jul Delta A 30. avg sep.1993 Delta A 26. okt nov.1993 Delta A 10. mar mar.1994 Delta A 28. mar apr Delta A 16. jul avg.1996 Delta A 12. sep okt Delta GPS IIA nov dec.1997

98 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 1 Stran 7/7 Tabela p1.4: Seznam lansiranih satelitov druge generacije Blok IIR Z. št. Ime Opomba Lansiran [Datum] Usposobljen [Datum] Nosilna raketa Teža [kg] 1. GPS IIR-1 Neuspešno 17. jan Neuspešno 2. GPS IIR jul jan GPS IIR-3 7. okt jan GPS IIR maj jun GPS IIR jul avg GPS IIR-6 9. nov. 2000? 7. GPS IIR-7 Predvideno 30. jan. 2001? Iz primerjave podatkov o satelitih, ki sestavljajo posamezni Blok je razvidno, da so sateliti vedno težji in imajo daljšo življenjsko dobo. Poleg tega omogočajo še več funkcij. V razvoju je že najnovejša generacija satelitov z imenom Blok IIF, ki bodo lansirani od leta 2005 dalje.

99 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 2 Stran 1/2 PRILOGA 2: PRIMERJALNA SHEMA PRIČA- KOVANIH ABSOLUTNIH NAPAK RAZLIČNIH TI- POV UR V ODVISNOSTI OD ČASA, KI JE PRETE- KEL MED DVEMA ODČITKOMA URE. Leta 1967 so na 13. Conférence Générale des Poides et Mesures (CGPM) sklenili, da je sekunda definirana z atomskim standardom: SEKUNDA JE ENAKA TRAJANJU NIHAJNIH ČASOV ELEKTROMAGNETNEGA SEVANJA, KI GA ODDA ATOM CEZIJEVEGA IZOTOPA 133CS PRI PREHODU MED DVEMA HIPERFINIMA NIVOJEMA OSNOVNEGA STANJA.

100 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 2 Stran 2/2 V idealnih razmerah, bi vsak atom cezija 133 oddal ali sprejel fotone pri tej frekvenci. Trenutno najboljša realizacija tako definirane sekunde je francoska ura z oznako LPTF-FO1, katere točnost ocenjujejo na 2,2*10-15, kar z drugimi besedami pomeni, da bi se za 1 sekundo zmotila šele v 5 milijardah letih.

101 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 3 Stran 1/3 PRILOGA 3: SISTEMA VRSTE UPORABE GPS GPS lahko uporabljamo v različne namene. Danes najbolj poznane vrste uporabe so: LOKACIJA (določanje položaja). NAVIGACIJA (usmerjanje na poti). SLEDENJE (prikaz poti gibanja). KARTOGRAFIJA (izdelava zemljevidov). KOORDINIRANJE (časovna uskladitev po celem svetu). A) Lokacija DOLOČANJE POLOŽAJA Lociranje ali določitev položaja pomeni, pridobitev podatka o geografski širini, dolžini in nadmorski višini. GPS je prvi sistem, namenjen za določanje lokacije kjerkoli na Zemlji, ki je neodvisen od vremenskih ali kakšnih drugih vplivov. Je trenutno najboljše orodje za precizno določanje položajev. Poleg tega omogoča z uporabo elektronike posamezne nadgradnje. Slednje se je izkazalo kot pravilo, saj danes poznamo že nešteto raznih pripomočkov oziroma dodatkov. B) Navigacija - USMERJANJE NA POTI Dostikrat ni dovolj poznati samo geografski položaj. Za uspešen prihod na cilj potrebujemo navigacijo. Navigacija ali usmerjanje na poti pomeni usmerjanje od startne do ciljne točke. Navigacijo delimo na tri področja: - navigacijo na morju, - navigacijo v zraku in - navigacijo na kopnem. Kot prvi so GPS začeli uporabljati mornarji (že leta 1985) in piloti. Kajti tako na oceanih, kot v zraku je poznavanje poti ključnega pomena za uspešen

102 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 3 Stran 2/3 prihod na cilj. Poleg tega natančno usmerjanje pripomore k prihranku goriva in časa. Še najbolj je navigacija pomembna ob slabi vidljivosti. Danes GPS navigacija prodira tudi v "kopensko" navigacijo - usmerjanje po cestah. Za razliko od morja in zraka na kopnem skoraj nikoli pot ne vodi od ene do druge točke po ravni liniji. Ta veja uporabe je zapletenejša saj potrebuje usklajevanje natančnega položaja cest in poti ter našega trenutnega položaja. C) Sledenje - PRIKAZ POTI GIBANJA Medtem ko navigacija kaže pot po kateri bi naj potovali do ciljne točke, nam sledenje oziroma prikaz gibanja poti prikazuje, kje dejansko se ali smo se gibali. Poleg trenutne točke imamo možnost z uporabo računalniškega spomina shraniti vse predhodne točke in tako zapisati celotno sled gibanja. Če bi sledenje in navigacijo predstavili na časovni osi bi bilo sledenje levo od trenutnega položaja - časa (točke v katerih smo že bili - preteklost), navigacija pa desno (točke skozi katere še moramo - prihodnost). Sledenje je uporabno na veliko področjih; policija, gasilci, reševalci, taksisti, Z njegovo pomočjo je mogoče iz dispečerskega centra kar najhitreje aktivirati vozila, ki so najbližja mestu intervencije. D) Kartografija - IZDELAVA ZEMLJEVIDOV S sistemom GPS se je začelo novo obdobje pri izdelavi geodetskih kart in zemljevidov. Vsi dosedanji postopki niso tako natančni oziroma za enak učinek zahtevajo veliko več časa in denarja. Danes je že nekaj katastrov opremljenih z računalniško opremo, najsodobnejši pa že s podporo GPS tehnike. Takšni geodetski sistemi so znani pod imenom GIS (Geografski Informacijski Sistemi). Seveda je pri izdelavi zemljevidov potrebna natančnost, katero zaenkrat podpira le DGPS. E) Koordiniranje - ČASOVNA USKLADITEV PO CELEM SVETU Čeprav je GPS sistem v prvi vrsti namenjen za lociranje, navigacijo, sledenje in kartografijo se je pokazalo, da je zelo uporaben tudi za sinhronizacijo časa povsod na Zemlji. Kot poznamo je ura v sistemu GPS sinhonizirana v vseh satelitih in izredno natančna. Zato je mogoče kjerkoli na Zemlji imeti usklajen čas, celo natančneje od sekunde. To je seveda pomembno pri določenih bančnih in borznih poslih, televizijskih in radijskih postajah, elektrodistributerjih, računalniških omrežjih, vesoljskih centrih in nenazadnje tudi v vsakodnevnem življenju pri določanju raznih voznih redov, urnikov, itd

103 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 3 Stran 3/3 Skratka danes skorajda ne poznamo boljšega sistema za časovno uskladitev.

104 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 4 Stran 1/2 PRILOGA 4: SISTEMA PODROČJA UPORABE GPS Iz dneva v dan se pojavlja vse več amaterskih uporabnikov, kot so; športniki, športni piloti, popotniki - turisti, kmetje, amaterski pomorščaki in še mnogi drugi, katerim služi GPS za lažje, varnejše in hitrejše delo ali pa le kot zabava. Sledi pregled posameznih področij uporabe GPS sistema in seveda njegove nadgradnje DGPS: Uporaba v prometu: - kontrola zračnega, pomorskega in kopenskega prometa, - določanje položaja letal med poleti, - avtomatsko pristajanje letal, - opozorila pilotom pri letenju preko visokogorskih grebenov, - kontrola plovbe ladij v kanalih in morskih ožinah, - hitro upravljanje tovornjakov, taksijev in avtobusov, - upravljanje z zabojniki v lukah, Uporaba na področju varnosti in obrambe: - hitro vodenje policijskih, gasilskih in reševalnih vozil, - nadzor transporta nevarnih snovi, denarja in dragocenosti, - podpora in nadzor vojaških in oborožitvenih sistemov, Uporaba v topografski in inženirski izmeri:

105 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 4 Stran 2/2 - izmera zemljišč v geodetske, topografske in katastrske namene, - kontrola položajev naravnih in zgrajenih objektov, - zakoličba cest in objektov v gradbeništvu, - uporaba v katastru komunalnih vodov, Uporaba v znanstvene in raziskovalne namene: - navigacija v divjinah, - preučevanje določenih živalskih vrst, njihovega gibanja in sledenja, - določanje položajev naravnih bogastev (nafta, rude), Uporaba za določanje položaja za različne namene: - določanje položaja v geologiji, gozdarstvu, hidrografiji, - določanje položaja v agronomiji, arheologiji, ekologiji, - določanje položaja naslovnikov pri dostavi blaga,...

106 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 5 Stran 1/5 PRILOGA 5: PRIHODNOSTI MOŽNA UPORABA GPS V Kljub širokem področju uporabe GPS sistema, ki se že uporablja, še vedno ostaja veliko možnosti za njegovo uporabo. Pravzaprav področij in namenov uporabe nikoli ne bo zmanjkalo. Uporabnost sistema se močno poveča z vključitvijo računalnika, radijskih postaj ali drugih naprav. Tako rekoč si lahko vsak izmisli svojo aplikacijo. V nadaljevanju predstavljamo nekaj predlogov za uporabo GPS sistema. Predvsem v področjih, kjer še ni zaslediti dejanskih realizacij oziroma obstajajo določene alternativne rešitve ter za katere menimo, da bi uporaba GPS sistema bila zanimiva. MOBILNA TELEFONIJA IN GPS Vemo, da je mobilna telefonija zelo progresivna panoga, saj bo kmalu bolj razširjena kot klasična telefonija. Menimo, da bi se z uporabo GPS-a na področju mobilne telefonije odprle nove razsežnosti. Sicer že obstajajo določene verzije GPS sprejemnikov, ki imajo integriran GSM telefonski aparat, vendar ne mislimo na tovrstno uporabo. Predvsem vidimo veliko uporabnost v integraciji GPS sprejemnika v GSM telefone. Osnovne verzije takih telefonov bi imele vgrajeno anteno za sprejem GPS signala in integrirano vezje za njegovo dekodiranje. Ob vzpostavitvi telefonske povezave bi telefonski aparat, klicanemu aparatu oziroma sistemu, samodejno poslal navigacijsko sporočilo, ki bi vsebovalo podatke o trenutni poziciji telefonskega aparata. Seveda bi bilo potrebno, za čim širšo združljivost takega sistema, po svetu predpisati obliko navigacijskega sporočila s standardom. Ob upoštevanju, da govor ne zavzame veliko podatkovnega prostora na GSM liniji (sedanji GSM sistem omogoča prenos podatkov s hitrostjo 9600 bitov na sekundo), vključitev navigacijskega sporočila ne bi predstavljala ovire. Navigacijsko sporočilo bi se pošiljalo ob vzpostavitvi veze (enkratno) ali pa neprekinjeno, vsake toliko časa. Medtem ko oddaja navigacijskega sporočila ne predstavlja prav velikega problema, ga povzroča uporaba tega sporočila. Pod uporabo mislimo pretvorbo kodiranega sporočila, v uporabniku razumljivo in logično obliko prikaz

107 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 5 Stran 2/5 na digitalni karti. Sistem za prepoznavanje in prikaz položaja na digitalni karti zahteva nekoliko več znanja in elektronskih sklopov (več denarja). Zato bo do časa, ko bodo takšni sistemi postali ceneni (široko potrošnji), trajalo nekoliko dlje. Z uporabo omenjenega sistema bi ukinili lokacijsko anonimnost 1. To bi sprva najbolj koristilo intervencijskim službam (policija, gasilci, reševalci, pomoč na cestah, ), kasneje pa tudi vsem civilnim uporabnikom. S tem bi pospešili odzivni čas na intervencije in hkrati preprečili oziroma takoj ugotovili lažne klice. ELEKTRONSKI TURISTIČNI VODIČ Elektronski turistični vodič bi bil še posebej uporaben v deželah, kot je Slovenija majhna, raznolika in pestra. Čas, ki bi bil potreben za uveljavitev omenjenega sistema, bi bil dolgotrajnejši. Pri sami realizaciji bi se bilo potrebno ukvarjati z tehničnimi in organizacijskimi rešitvami. Tehnična rešitev je zasnova aparaturne in programske opreme. Po velikosti elektronski turistični vodnik ne bi smel preseči velikosti srednje velike knjige. To bi bil miniaturen računalnik z vgrajenim GPS sprejemnikom. Odlikovati bi ga morali hiter procesor, velika kapaciteta spomina in kvaliteten barvni zaslon. Poleg omenjenega še minimalna poraba električne energije, odpornost na udarce in vodo. Podatki za posamezna področja bi se vnašali preko osebnega računalnika ali preko mobilnega telefona direktno iz medmrežja. Uporaba bi morala biti zelo enostavna - čim manj tipk. Glede programske opreme menimo, da ne bi smelo biti problem, omogočiti spodaj omenjeno. Organizacijsko bi projekt morali zasnovati globalno, le tako bi vodnik postal vsesplošno zanimiv, uporaben ter cenovno dostopen. S tem bi bilo možno zagotoviti dovolj odjemalcev in tudi sponzorjev. Celoten sistem bi baziral izključno na sponzorstvu, predvsem zaradi dejstva, da v današnjem času ljudi posebno pritegnejo zelo uporabne zadeve, za katere je potrebno potrošiti malo ali celo nič denarja. Sponzorji bi bili razni gostinci, hotelirji, muzeji, parki, športni centri, zdravilišča, in nenazadnje tudi država, skratka vsi, ki jim turizem predstavlja dohodek. Datoteke za posamezna območja, pokrajine, države, bi bile brezplačno dostopne na medmrežju. Seveda, bi bilo glede 1 Lokacijska anonimnost Pri sprejemu klica iz GSM omrežja ni mogoče vedeti od kje kličoči kliče.

108 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 5 Stran 3/5 na globalno zastavljen sistem zelo priporočljivo datoteke nuditi v čimveč svetovnih jezikih. Posamezna datoteka bi vsebovala podatke o državi in predpisih, ki veljajo in se nanašajo na popotnika (hitrostne omejitve, prazniki, pomembne telefonske številke, ). Vsebovala bi še podatke o mestih (lokacijah), katerih obisk se priporoča. To bi bile izključno lokacije sponzorjev sistema. Ravno v tej točki bi se jim investicija v sponzorstvo povrnila. Poleg same lokacije posameznega "sponzorja" bi bili na voljo še njegovi osnovni podatki (telefonska številka, odpiralni čas, osnovna ponudba, ), za državne znamenitosti pa opis posamezne, npr.: narodni parki, spomeniki, zgradbe,. Poleg teh točk bi uporabnik imel možnost izbire med že predlaganimi potmi, ki bi vodile po znanih področjih (vinske ceste, ogled mest, ). Seveda bi na zaslonu ves čas poleg naštetih podatkov bila na digitalni karti prikazana tudi trenutna lokacija uporabnika. IZPOPOLNJENA PROMETNA - MESTNA NAVIGACIJA Promet je iz dneva v dan v porastu, še posebno v večjih mestih, kjer so razmere že skoraj nevzdržne. Zato je skrajni čas, da poiščemo rešitev za čim večji pretok prometa skozi mesta. Individualen uporabnik bi s tem pridobil na času in še čem. Za širše okolje bi pomenilo manj stoječega prometa in s tem manj onesnaževanja ozračja. Rešitev je izgradnja optimizacijsko - navigacijskega sistema. Za posameznega uporabnika bi bila uporaba izredno preprosta. Vnesti bi moral le dva parametra: - določiti ciljno točko in - določiti vrsto optimuma: - cilj dosežen po najkrajši poti ali - cilj dosežen po najhitrejši poti. Izračuni bi se vršili ažurno, upoštevana bi bila celo trenutna gostost prometa posamezne ulice. Končni cilj takega projekta bi bil vgradnja optimizacijsko navigacijskega sistema v vsa vozila oziroma cenovno dostopen sistem za vse uporabnike avtomobilov.

109 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 5 Stran 4/5 Zaradi kompleksnosti sistema, bi ga bilo potrebno razvijati po korakih. Kot prvo bi morali zagotoviti dovolj dobro natančnost osnovnega GPS sistema. V mestih so namreč nekatere ulice zelo blizu skupaj, zato je potrebno natančnost določanja položaja zagotoviti pod 10 m. To je rešljivo z uporabo DGPS sistema. Večji problem bi predstavljala izgradnja sistema za izračun optimalne poti. Najprej bi bilo potrebno razviti algoritem za izračun optimalne poti. Izračun bi se vršil na podlagi velikosti in usmerjenosti ulic, hitrostnih ovir, trenutne prometne gostote, itn. Na podlagi teh znanih podatkov, bi moral algoritem omogočati izračun optimalne poti glede na uporabnikovo izbiro. Za tak sistem bi potrebovali mestni prometni center oziroma optimizacijski - navigacijski center v katerem bi se zbirali vsi podatki o gostoti prometa, zastojih (delo na cesti, prometna nezgoda, ). Problem je v variabilnosti skoraj vseh zajetih podatkov. Največjo variabilnost ima podatek o gostoti prometa, ki bi bil merjen s pomočjo senzorjev, induktivnih zank, kamer ali uporabe česa drugega. Vsi ti senzorji bi bili povezani v optimizacijsko - navigacijski center, v katerem bi bil izredno zmogljiv računalniški sistem. Na sliki p5.1 je shematično prikazan podatkovni potek v sistemu. V optimizacijsko-navigacijskem centu bi bil nameščen diferencialni GPS sprejemnik. Poleg tega bi sprejemal podatke senzorjev gostote prometa in signal uporabnika, ki bi vseboval podatek o trenutni poziciji avtomobila, želeni cilj in optimizacijski parameter. Nato bi zmogljiv računalnik s pomočjo algoritma izračunal pot. To bi v obliki signala poslal preko oddajnika. Ta signal bi sprejel mobilni sprejemnik in pot prikazal na zaslonu, oziroma usmerjal voznika v križiščih. Opisani krog komunikacije bi seveda potekal neprekinjeno. Na drugi strani bi uporabnik potreboval osnovni GPS sprejemnik in oddajnik - sprejemno radijsko postajo.

110 E.Jug: DIPLOMSKO DELO Priloga 5 Stran 5/5 Slika p5.1: Potek signalov optimizacijsko-navigacijskega sistema Celoten sistem bi na začetku zasnovali le za intervencijske službe, kasneje pa ponudili še ostalim "civilnim" uporabnikom. Največji tehnični problem je seveda kako ažurno izračunavati po nekaj 1000 algoritmov. VARNOSTNI SISTEMI Tu ciljamo na varnost oseb posameznikov. Takšno varnost bi lahko razdelili na dve kategoriji. Ena je zaščita pred teroristi, druga pa varnost raziskovalcev in športnikov. V osnovi to ni posebno zapleten sistem. Deloval bi na principu oddajanja pozicije. Oseba, ki bi sistem uporabljala bi morala nositi GPS sprejemnik in oddajnik. Če ne bi bilo omejitev z velikostjo take naprave, potem že obstajajo. Problem je izdelati izredno miniaturno napravo. Celo tako miniaturno, da bi napravo lahko vsadili pod kožo uporabnika in bi s tem imeli nadzor nad njegovim gibanjem (zaporniki, begosumne osebe,...). Bolj realen in uporaben je razvoj omenjenega sistema v obliki ročne ure. Takšne "ure" bi lahko uporabljali vsi. Tako znanstveniki, športniki, planinci, alpinisti, turni smučarji, skratka vsi za katere obstaja nevarnost, da postanejo pogrešani. Iskalne akcije potem ne bi bile več potrebne, kajti po ponesrečene bi se odpravili na znan kraj.