1

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени В.П. ГОРЯЧКИНА»

УМО ФГОУ ВПО МГАУ

Лаборатория геоинформационных технологий (межкафедральная лаборатория ИНТК ФГОУ ВПО МГАУ)

УТВЕРЖДАЮ

ПЕРВЫЙ ПРОРЕКТОРПРОРЕКТОР ПО УЧЕБНОЙ

РАБОТЕ

П.Ф. Кубрушко «20» августа 2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ СПЕЦИАЛИСТОВ,

УЧРЕЖДЕНИЙ И ПРЕДПРИЯТИЙ Г.МОСКВЫ НА ОСНОВЕ НОВЕЙШИХ

ДОСТИЖЕНИЙ В НАУКЕ И ТЕХНОЛОГИЯХ

«ДИСТАНЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ МОБИЛЬНЫХ СИСТЕМ»

Научно-образовательная методика «H-4-4.56.5.2.9»

Направление: H-4. Мероприятие H-4-4.56.5:

«Совершенствование методик преподавания. Способ осуществления образовательной деятельности на основе индивидуальных образовательных траекторий с использованием возможностей учебно-методического портала дистанционного обучения E-Learning ФГОУ ВПО МГАУ (Образовательная web-платформа @Moodle) Москва - 2011 г.

1. Цели и задачи курса повышения квалификации Основная цель дисциплины – дать специалисту комплекс знаний по выбору эффективных решений в области применения новых навигационных и геоматических технологий в области дистанционного мониторинга мобильных систем.

Инженерные задачи, методы которых свойственны курсу повышения квалификации – выбор адаптированных к местным условиям процессов управления парком автомобильного и специального транспорта, выбор оптимальных методов диагностики автоматизированных систем и машин, выбор методов оптимального контроля при эксплуатации парка машин.

Задачи:

Получение научно практических основ для:

применения наземных приборов космических навигационных систем;

понимания принципов автоматизации машинно-тракторных агрегатов с использованием различных технологий управления;

применения геоинформационных и геоматических технологий при выполнении задач дистанционного мониторинга технического состояния и диспетчерского управления парком автомобилей и специальныхт машин;.

применения ГИС различного назначения с ядром «Панорама» при планировании и выполнении основных технологических операций в основных процессах;

использования полного потенциала техники в конкретных производственных условиях;

применения систем связи в различных геоматических системах 2. Требования к уровню освоения дисциплины В ходе изучения дисциплины специалист должен:

Иметь представление:

о назначении и основных функциональных возможностях систем дистанционного мониторинга;

о задачах пространственного анализа, возникающих при использовании автомобильного и тракторного парка и возможностях геоинформационных систем различного назначения;

Знать различные способы автоматизации работы современных автомобилей и специальной техники;

причины возникновения и сущность ограничений, накладываемых на средства и системы дистанционного мониторинга;

условия безопасной эксплуатации навигационных приборов;

основные принципы построения цифровых карт Уметь производить пространственный анализ распределенных объектов с использованием геоинформационных систем;

адекватно оценивать условия окружающей среды при применении новых геоинформационных систем;

производить оценку новых технологий по критерию стоимость/эффективность;

использовать новые приборы и машины;

Иметь практические навыки в применении ГИС «Карта-2011», бесплатных web-сервисов Google Eath;

в использовании навигационных приборов различного типа;

в оценке рентабельности геоматических систем в условиях конкретного производственного процесса.

3. Объем дисциплины и виды учебной работы индивидуальные) образовательной траектории.

тестирование с использованием ЭВМ и обучающего алгоритма учебнометодического портала E-Learning ФГОУ ВПО МГАУ) 4. Содержание учебного курса повышения квалификации 4.1. Разделы курса и виды занятий картографию. Математическая основа карт. Искажения и проекции. Цифровые карты.

NAVSTAR, ГЛОНАСС, GNSS.

Основы применения. Приемная аппаратура мобильных объектов.

NMEA 0183. NMEA-2003.

Пространственный анализ и управление распределенными объектами. Интерфейсы, датчики и исполнительные устройства автоматизированных мобильных систем.

УКВ, СВЧ диапазон. Сотовая связь. GPRS и EDGE Internet.

Связь 4-го поколения. WI-FI, WIMAX. Самоорганизующиеся сети ZeegBee торинг мобильных систем.

Комплексные организационнотехнические решения. Задачи мониторинга и пути их решения.

4.2. Содержание тем и разделов дисциплины Тема 1. Введение в геодезию и картографию. Математическая основа карт. Искажения и проекции. Цифровые карты.

История ГИС. Понятие об информации. Понятие о геоинформации. Понятие о многомерной информации. Понятие о системе. Понятие о геоинформационной системе. ГИС как инструмент пространственного анализа и управления сложными системами.

Картографическое изображение. Математическая основа (картографическая проекция, координатная сетка, масштаб, опорная геодезическая сеть). Вспомогательное оснащение (легенда, название карты, сведения).

Понятие о фигуре земли – геоиде. Математическая основа карт – эллипсоид вращения.

Основные земные эллипсоиды и их параметры. Расчет земных эллипсоидов вращения в России. Важнейшие эллипсоиды WGS-84, ПЗ-90 и Красовского. Понятие об опорной геодезической сети и способах ее построения. Погрешности при картографировании поверхности. Референц-эллипсоиды и референцные системы координат. Взаимосвязь референц-эллипсоида с астрономическими координатами в некотором исходном пункте.

Общеземная координатная система ПЗ-90.2. Референцная система координат для геодезических и картографических работ в России СК-95.

Наземная съёмка. Аэрофотосъёмка. Цифровые карты. Космическая съёмка.

Дистанционное зондирование земли как наиболее быстрый метод построения цифровых карт. Сведения о видах зондирования земли: ультрафиолетовая съёмка (ultraviolet), съёмка в видимом диапазоне (optical), съёмка в ближнем диапазоне (near infrared), съёмка в среднем диапазоне (middle infrared), съёмка в дальнем (тепловом) инфракрасном (thermal infrared) диапазоне, съёмка в микроволновом радиодиапазоне (microwave, passive microwave).

Принципы трехмерного моделирования в ГИС. Возможности комплекса 3-D анализа Тема 2. Навигационные системы NAVSTAR, ГЛОНАСС, GNSS. Основы применения.

Приемная аппаратура мобильных объектов. NMEA 0183. NMEA-2003.

История систем навигации, космические навигационные системы. Фактическое состояние Navstar (GPS), ГЛОНАСС, БЭЙДОУ, ГАЛЛИЛЕО. Различия между геостационарными орбитами и орбитами навигационных спутников. Основные принципы местоопределения. Основы применения имеющейся аппаратуры. Соотношение сигнал/шум в навигационных системах и критические пороги применения навигационных сигналов в приборах импортного производства.

Геометрические факторы потери точности и причины их вызывающие. Проекция спутниковой группировки на место применения и расшифровка состояния системы с целью оценки возможности применения технологии. WGS-84 и ПЗ-90.2. Маски возвышения и методика их применения. Картирование полей. Потери точности в навигационных системах и причины их вызывающие. Понятие HDOP, GDOP, VDOP, PDOP. Количественные оценки параметров GDOP.

Формат представления данных в приборах измерения позиции. Простейшие способы преобразования координат геодезических приборов. Фактическая и кратковременная динамическая точность приборов определения позиции. Влияние метеоусловий.

Количественные оценки «скачков» WGS-84. Расшифровка протокола NMEA- Зависимость точности определения местоположения от типа используемой технологии DGPS - дифференциальной системы позиционирования и скорости привязки подвижного объекта к положению опорной (базовой) станции или виртуальной базовой станции. Движение НКА в группировке. Технические параметры навигационной аппаратуры с учетом наихудших условий ее применения. Наилучшие условия применения навигационной аппаратуры в задачах точного земледелия. Ограничения на местоположение систем точного земледелия.

Проблемы применения корректирующих сигналов в спутниковых системах. Методы и цели коррекции. Дифференциальная зонная коррекция. Виртуальная базовая станция.

Платные дифференциальные системы. Локальная коррекция. Местная референц - станция и особенности ее использования. Доступные скорости и целесообразность использования данных корректирующих станций. Корректирующие системы реального времени.

Различия сигналов Navstar и ГЛОНАСС. GPS (NAVigation Satellite Providing Time and Range) как основная система наведения в Военно-Воздушных Сил США.. Типовые ошибки в использовании корректирующих сигналов для навигационных приемников. Возможные методы сбора информации через каналы коррекции геостационарных спутников OMNISTAR, AFSAT и возможные экономические риски для предприятия.

Фактические точности приборов навигации в системах. Особенности аппаратуры «Trimble», «New Holland», «Topcon». Понятие о шифрованных системах кодирования с временным доступом в каналах коррекции и связи. Эффективная мощность свернутого радиосигнала с широкой базой. Эффективная апертура приемной и передающих антеннн.

Энергетические характеристики радиолинии с ИСЗ на геостационарной орбите. Оценка возможности утечки геопространственной и экономической информации по каналам коррекции систем импортного производства.

Тема 3. Введение в геоматику. Пространственный анализ и управление распределенными объектами. Интерфейсы, датчики и исполнительные устройства автоматизированных мобильных систем.

Понятие о геоматике. Контроль местонахождения, маршрутов движения, высоты над уровнем моря, скорость и направление движения подвижных объектов. Прикладные задачи ГИС в АПК: организация автомобильных перевозок, дистанционный мониторинг технического состояния машин, автоматическое вождение агрегата, точное земледелие.

Способы организации телематического контроля и управления исполнительными устройствами, установленными на подвижных объектах. Способы управления режимами и настройками оборудования системы, установленного на подвижных объектах. Способы организации охраны подвижных объектов. Элементы контроля доступа. Особенности осуществления контроля аудиообстановки внутри подвижных объектов и видеоконтроля с использованием каналов сотовой связи и GPRS. Каналы с вытеснением трафика.

Распространенные организационно - технические решения. Алгоритмы сбора информации о техническом состоянии самоходной машины и распространенные способы передачи информации на центральный пост инженера (диспетчера) на примере организационно-технических решении «Геликс». Сведения о контактных датчиках уровня топлива, бесконтактных ультразвуковых датчиках топлива, Реле давления и температуры КРМ, проточные датчики расхода жидкости (топлива), измерительные системы расхода дизельного топлива.

Технические решения Геликс для получения данных от автоматизированных систем из Controller Area Network FMS-интерфейсы Squarell, подключение через интерфейс RS232.

Squarell - возможность работы с шинами данных бортового компьютера транспортного средства (силового агрегата) CAN-bus, K-line или J-bus (J1708) и поддержка протоколов FMS, J1939, E OBD, J1587 и ISObus. Решение мониторинга технического средства производится с помощью регистратора данных iLogCAN производства Squarell. Алгоритмы сбора информации о техническом состоянии самоходной машины и распространенные способы передачи информации на центральный пост инженера (диспетчера). Программнотехнические решения ООО «НТЦ Талисман-Логистик». Программно- технические решения ООО «Семь Печатей».

Тема 4. Основы систем связи. КВ, УКВ, СВЧ диапазон. Сотовая связь. GPRS и EDGE Internet. Связь 4-го поколения. WI-FI, WI-MAX. Самоорганизующиеся сети ZeegBee.

Варианты организации связи.

Системы связи в диапазоне 1-27 мГц. Достоинства и недостатки. Мощность передающих устройств, длина волны и дальность радиосвязи. Распространение радиоволн КВ радиостанции в 27 мГц (безлицензионный диапазон) земной волной с огибанием поверхности и с отражением от ионосферы. Размеры передающих и приемных антенн.

Системы связи в ультракоротких диапазонах частот: 300–344 мГц; 350–372 мГц;

368,5–400 мГц; 400–433 мГц; 440–473 мГц; 806/825 + 851/870 мГц (транковая радиосвязь);

Скорость передачи модема в канале. Полоса частот, занимаемых каналом. Особенности использования диапазона частот в 450-470 мГц и безлицензионного диапазона 868 мГц.

Выбор системы связи. Требований надежности к беспроводному каналу связи.

Пропорциональность энергии и четвертой степени частоты. Отражение от ионосферы.

Распространение радиоволн с частотой свыше 300 мГц. Связь на дальности прямой видимости.

Введение в сотовую связь. GSM. 2,5G, 3G, 4G. G- Generation - поколение. Особенности организации и установления связи по каналам GPRS/EDGE/3G..Каналы с вытеснением данных. General Packet Radio Service — пакетная радиосвязь общего пользования) — надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю мобильного телефона производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет. Достоинства и недостатки канала связи по варианту GPRS/EDGE.

Особенности организации и установления связи по каналам транковой связи, Wi-Max, каналам геостационарных спутников.

Мощность ретранслятора геостационарного спутника. Компактность антенн СВЧ диапазона. Сравнительные характеристики различных систем.

Выбор системы по критерию надежность/стоимость/эффективность.

Тема 5. Дистанционный мониторинг мобильных систем. Комплексные организационнотехнические решения. Задачи мониторинга и пути их решения.

Основные цели и задачи мониторинга в технологических процессах автомобильных грузоперевозок и дорожного строительства в г. Москве и Московской области.

Целесообразные пути решения различных задач дистанционного мониторинга.

Организация противокражной системы дорожно-строительной техники. Дистанционный контроль доступа к технике. Организация персонального учета водителей. Организация контроля использования топлива. Удаленное видеонаблюдение за дорожно-строительной техникой. Управление патрульными службами и контроль перемещения грузового транспорта.

Обеспечение безопасности груза и личной безопасности водителей. Поиск машин в случае их угона. Организация сопровождения транспортных средств и ценных грузов.

Контроль выхода из зоны наблюдения. Автоматическая блокировка двигателей при пересечении границы зоны.

Система комплексного контроля. Подсистема «диспетчерская». Эффект присутствия в нескольких местах. Централизованный контроль объектов мониторинга в реальном масштабе времени. Периодический автоматизированный запрос информации и ведение архива операций.

Отображение объектов на карте (карт-сервере внешнего оператора). Автоматизированный контроль датчиков системы (время события, тип события). Географический поиск объектов инфраструктуры с использованием цифровой карты. Решение ситуационных задач.

Подсистема «дистанционного сопровождения» ценного или опасного груза.

Дистанционный контроль перемещения подвижного объекта с помощью специально оборудованной автомашины или вспомогательного транспортного средства.

Подсистема восстановления маршрута. задачу определения маршрута или мест пребывания транспортного средства в режиме постобработки на основе полученных данных.

Получение статистических данных о маршрутах.

Точность местоопределения объектов. Влияние местных условий. Особенности работы дистанционных мониторов (радиометок) по отраженным сигналам. Особенности режимов слежения при проведении силовых операций и операций по контролю правопорядка.

5. Тема 6 для самостоятельного изучения Тема 6 Использование ГИС для дистанционного мониторинга на примере организационно-технических решений компании М2М - Телематика Семейство систем спутникового мониторинга и управления транспортом BusinessNavigator® Системы контроля транспорта и спутникового мониторинга BusinessNavigator® для управления передвижением автотранспорта в компаниях различного вида деятельности, имеющих собственные автопарки.

М2М-РЕГИОН «Пассажирские перевозки». Навигационно-информационная система мониторинга и управления пассажирскими перевозками. Система слежения и управления транспортом для автопредприятий, осуществляющих пассажирские перевозки по маршрутам регулярного сообщения.

М2М-РЕГИОН «03».Навигационно-информационная система мониторинга и управления выездными бригадами скорой и неотложной медицинской помощи. М2МРЕГИОН «Патруль».Навигационно- информационная система мониторинга автотранспорта и управления мобильными нарядами органов внутренних дел субъекта РФ.

М2М-РЕГИОН «Опасные грузы». авигационно-информационная система мониторинга и управления перевозок особо опасных грузов.

М2М-РЕГИОН МЧС. Навигационно-информационная система ГЛОНАСС/ GPS мониторинга транспорта, управления транспортом региональных и местных структур МЧС.

M2M-CityBus. ГЛОНАСС/GPS-решение, предназначенное для автоматизации деятельности государственных и коммерческих пассажирских автотранспортных предприятий.

М2М-ЖКХ.Сотовая он-лайн система мониторинга автотранспорта и управления автотранспортом предприятий ЖКХ.

Выездные занятия по отдельному плану, согласованному с Учебно-методическим отделом.

6. Содержание учебно – исследовательской работы специалистов (реферата) В учебном курсе H-4-4.56.5.2.9 не является обязательным элементом обучения. Может выполняться по желанию обучаемого специалиста с целью дополнительной квалификации и выработки рекомендаций по контролю бизнес – процессов заказчика и потребителя. Целесообразное содержание и рубрикация реферата Введение.

Назначение и возможности производственного процесса.

Характеристика производственного процесса и условий его выполнения.

Требования к основным операциям.

Выбор и обоснование производственного решения для предлагаемой технологии.

Формирование организационной и технологической схемы производственного процесса.

7. Выбор методов дистанционного контроля процесса и состояния автопарка.

8. Анализ предлагаемого проекта по одной из выбранных методик (SWOT, Porter five forces analysis, SNW).

9. Расчет Cash-Flow проекта (на основании потребностей в первоначальных средствах, трудовых ресурсах, норме прибыли, заработной плате, налогах) с использованием готового шаблона расчета NPV.

10. Выводы и предложения по старту проекта.

Реферат иллюстрируется на 3-4 х листах формата А4 (функциональная схема технологического процесса, предлагаемая топология системы управления парком машин, предлагаемая функциональная схема автоматизации машины, карта хозяйства или схема организации связи – на выбор) 7. Практикумы 7.2. Лабораторный практикум картой Подольского района. Управление пользовательской приемником. Изучение мгновенной и статистической точности радиозавода. Изучение основных возможностей и недостатков Лабораторная работа 2.2. Практическая работа с навигационными спутниковыми системами. Изучение задач и методов дифференциальной коррекции на основе локальной базовой проблем дистанционного мониторинга. Работа в аудитории с Изучение особенностей организации канала сотовой связи.

7.3. Темы практических занятий № п/п № раздела Наименование практических занятий (семинаров) Недвижимость». Автоматическое тестирование по разделу.

аппаратуры иностранного производства. Изучение протокола диагностическую систему. Автоматическое тестирование по радиосвязи в различных диапазонах радиоволн. Пропускная способность канала. Автоматическое тестирование по разделу.

8. Учебно методическое обеспечение дисциплины 8.2. Организационно – методические основы обучения Полнота и достоверность информации о состоянии и проблемах геоинформационных и навигационных систем;

Проведение части практических работ в полевых условиях;

Обеспечение эксперимента материальными ресурсами (навигационные приемники различного типа, учебный стенд);

8.3. Методические основы лабораторно-полевых работ Документирование полученных результатов эксперимента, оценка и анализ результатов;

Выявление фактических причин и ошибок в применении технологии;

Обеспечение безопасности при выполнении работ;

8.4. Рекомендуемая литература Литература, приведенная в списке основной и дополнительной литературы, загружена в соответствующие тематические разделы Учебно-методического портала ФГОУ ВПО МГАУ «E-Learning» и доступна для каждого студента.

Разработка курса лекций и методических рекомендаций будет произведена в течение 2011-2012 гг.

Основная литература 1. Материалы международного стандарта ISO 2. Материалы National Marine Electronics Association» - «NMEA 0183» — текстовый протокол связи морского навигационного оборудования. Официальные документы;

3. Руководство по эксплуатации навигационного радиомодуля ГЛОНАСС МНП-М3, Ижевский радиозавод 2009 г.;

4. Материалы Sauer-Danfoss: Electrohydraulic Actuator PVED –CX Теchnical Information http://www.boschrexroth.com/country_units/europe/russia/ru/products_neu/brm/index.jsp.

Техническая документация по разделу http://www.boschrexroth.com/mobile-hydraulics-catalog/Vornavigation.

документация по разделу 7. Научно-технический отчёт «Разработка методики создания и применения местных систем координат в проекции Гаусса-Крюгера» Ефимов Г.Н, Федеральная служба геодезии и картографии России. Московское аэрогеодезическое предприятие.

Дополнительная литература 1. Эксплуатационная документация ГИС Карта 2011-07-12. Производство ЗАО «КБ Панорама»

2. Методика установления местных систем координат (О.В.Беленков // Геопрофи № 2009) 3. Поиск пунктов ГГС с помощью навигационного приемника GPS и ГИС «Карта 2005»

(О.Н.Бейчук, С.В.Парахин, Л.С.Терентьева // Геопрофи № 1 2007) 4. Компьютерные программы для растениеводства (А.В.Трубников, Д.В.Востриков // Агроснаб Черноземья № 1 2010) 5. ГИС Карта 2005 - Расчеты по карте ГИС Карта 2005 - Объемное моделирование Импорт данных из геодезических приборов в ГИС (А.Г.Демиденко) 9. Материально техническое обеспечение дисциплины Стенд стационарный А-108.479300.007- Ноутбук c установленным программно-техническим комплексом ГЛОНАСС-МГАУ Навигационный приемник Seiwa GPL00;

Навигационный приемник на базе радиомодуля MНП-M3;

Локальная станция дифференциальной коррекции с каналом связи ZeegBee Промышленная ЭВМ Twister 227H c установленным программным комплексом базовой станции дифференциальной коррекции Программа составлена в соответствии с :

Методическими указаниями по проведению мероприятия H-4.56. Программу составили Зав кафедрой ЭМТП., доктор технических наук, профессор:_А.Г Левшин Зав. лаб. геоинформационных технологий: Л.В. Кожухов.

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры ЭМТП «23» августа 2011 «»., протокол № Зав кафедрой ЭМТП., доктор технических наук, профессор _А.Г Левшин Программа одобрена Учебно методическим отделом, протокол № _ От «24» августа 2011 г. Председатель методической комиссии кандидат технических наук, профессор А.Д. Ананьин.