SISTEMA PARA CONTROL URBANO DE RUTAS BASADO EN GPS Conferencia ofrecida en el Auditorio del Colegio de Ingenieros del Perú, sede Arequipa por el aniversario del Capítulo de Ingeniería Electrónica 28/11/2012 SISTEMA PARA CONTROL URBANO DE RUTAS BASADO EN GPS Una aplicación: NCP-300X Msc. Ing. Ramiro Banda Valdivia

Contenido Sistemas de navegación Señales GPS estándar Transmisión vía GPRS Transmisión en la banda no licenciada de 2.4GHZ Un módulo específico de fácil aplicación Bloques en una aplicación GPS Estado del transporte urbano local Aplicación GPS: NCP-300X, características y ventajas Simark Recomendación |

SISTEMAS DE NAVEGACIÓN TERRESTRE El GPS(NAVSTAR ) es un sistema de posicionamiento por satélites desarrollado por el Departamento de la Defensa de los E.U., diseñado para apoyar los requerimientos de navegación y posicionamiento precisos con fines militares. En la actualidad es una herramienta importante para aplicaciones de navegación, posicionamientos de puntos en tierra, mar y aire y el más usado en el mundo. Manejado por: USAF NAVSTAR GPS Joint Program Office, Space and Missile Systems Center Otros sistemas: Ruso: GLONASS A octubre 2011 son los únicos con cobertura global El Sistema Galileo de Europa estará disponible el 2020

a) Segmento espacial Los GPS son una constelación de satélites de navegación que orbitan la Tierra a una altitud de cerca de 20K kilómetros. En 6 planos orbitales A esta altitud, los satélites completan dos órbitas en un poco menos de un día. Aunque originalmente diseñado por el Departamento de Defensa de EE.UU. para aplicaciones militares, su gobierno federal hizo el sistema disponible para usos civiles y levantó las medidas de seguridad diseñadas para restringir la precisión hasta 10 metros. La constelación óptima consiste en 24 satélites operativos con algunos de "repuesto(4)". A partir de julio de 2006, había 29 satélites operacionales de la constelación.

Las órbitas de los satélites GPS están inclinadas respecto al ecuador de la Tierra en alrededor de 55°. La distribución espacial de la constelación de satélites permite al usuario disponer de 5 a 8 satélites visibles en cualquier momento. El sistema está diseñado para asegurar que al menos cuatro satélites estarán visibles con una recepción configurada de la señal de 15 ° sobre el horizonte en un momento dado, en cualquier parte del mundo. Localmente se accede hasta 12 7 satélites. Aunque el GPS puede dar posiciones muy precisas, aún hay fuentes de error. Estos incluyen los errores del reloj, los retrasos atmosféricos, sin saber exactamente dónde están los satélites en sus órbitas, las señales que se refleja de los objetos en la superficie de la Tierra, e incluso la degradación intencionada de la señal del satélite.

b) Segmento de control Es una serie de estaciones de rastreo, distribuidas en la superficie terrestre que continuamente monitorea a cada satélite analizando las señales emitidas por estos y a su vez, actualiza los datos de los elementos y mensajes de navegación, así como las correcciones de reloj de los satélites. Las estaciones se ubican estratégicamente cercanas al plano ecuatorial y en todas se cuenta con receptores con relojes de muy alta precisión.

b) Segmento de Control, elementos: 1. Estación maestra de control (MCS), Colorado Spring 2. Estación alterna de control 3. Antenas terrestres: 3 antenas de tierra distribuidas cercanos al ecuador: Isla de laAscension , Diego Garcia, Kwajalein. 4. Seis estaciones de monitoreo: Reciben las señales de los satélites, Capturan Datos Meteorológicos y transmiten Datos a la Estación Maestra de Control. Estación de monitoreo en museo En la actualidad se han anexado varias estaciones de rastreo: Australia, Quito, Usno, Buenos Aires, Bahrain, Inglaterra

Señales GPS Los satélites del GPS transmiten dos señales de radio de baja potencia, llamadas "L1“(Uso civil) a 1575,42 MHz y "L2“ a 1277.60 MHz Cada señal GPS contiene tres componentes de información: un código pseudoaleatorio, los datos de efemérides de satélite y datos de almanaque. El código pseudoaleatorio identifica al satélite que transmite su señal. Los datos de “efemérides” de un satélite proporcionan información sobre la ubicación del satélite en cualquier momento. El almanaque contiene información sobre el estado del satélite y la fecha y hora actuales. Para cada satélite, el tiempo es controlado por los relojes atómicos a bordo que son cruciales para conocer su posición exacta.

C) Segmento usuario Lo integran los receptores GPS que registran la señal emitida por los satélites para el cálculo de su posición tomando como base la velocidad de la luz y el tiempo de viaje de la señal, así se obtienen las pseudodistancias entre cada satélite y el receptor en un tiempo determinado, observando al menos cuatro satélites en tiempo común; el receptor calcula las coordenadas X, Y, Z y el tiempo.

Determinación de Posiciones del GPS Las posiciones se obtienen mediante la determinación de las distancias a los satélites visibles. Este proceso se conoce como "trilateración". El momento de la transmisión de la señal en el satélite se compara con el momento de la recepción en el receptor. La diferencia de estos dos tiempos nos dice cuánto tiempo tomó para que la señal viajara desde el satélite al receptor. Si se multiplica el tiempo de viaje por la velocidad de la luz, podemos obtener el rango, o de distancia, con el satélite. La repetición del proceso desde tres satélites permite determinar una posición de dos dimensiones en la Tierra (es decir, la longitud y latitud). Un cuarto satélite es necesario para determinar la tercera dimensión, es decir la altura. Cuantos más satélites son visibles, más precisa es la posición del punto a determinar.

Señales de un receptor GPS típico NMEA 0183 Typical Baud rate 9600 Data bits 8 Parity None Stop bits 1 Handshake None

long lat_l=(long)((latitude/100));//int double lat_min=latitude=latitude-(lat_l*100); latitude=-1*(lat_l+(lat_min/60)); Ejemplo: 1625.416 => - 16.4236°

Trama de uso interno de GPS para verificar calidad de recepción

Transmisión via GPRS 1.3. LIMITACIONES DE GSM PARA LA TRANSMISIÓN DE DATOS. Las redes GSM tienen ciertas limitaciones para la transmisión de datos: - Velocidad de transferencia de 9,6 Kbps. - Tiempo de establecimiento de conexión, de 15 a 30 segundos. Además las aplicaciones deben ser reinicializadas en cada sesión. - Pago por tiempo de conexión. - Problemas para mantener la conectividad en itinerancia (Roaming).

GPRS ( General Packet Radio Service) que unifica el mundo IP con el mundo de la telefonía móvil, creándose toda una red paralela a la red GSM y orientada exclusivamente a la transmisión de datos. Al sistema GPRS (2.5) se le conoce también como GSM-IP ya que usa la tecnología IP (Internet Protocol) para acceder directamente a los proveedores de contenidos de Internet. GPRS es una tecnología que comparte el rango de frecuencias de la red GSM utilizando una transmisión de datos por medio de 'paquetes'. La conmutación de paquetes es un procedimiento más adecuado para transmitir datos. En GPRS los canales de comunicación se comparten entre los distintos usuarios dinámicamente. Para utilizar GPRS se precisa un equipo que soporte esta tecnología. La mayoría de estos terminales soportarán también GSM, por lo que podrá realizar sus llamadas de voz utilizando la red GSM de modo habitual y sus llamadas de datos (conexión a Internet, WAP,...) tanto con GSM como con GPRS.

tecnología utilizada permite compartir cada canal por varios usuarios, Con GPRS no sólo la velocidad de transmisión de datos se ve aumentada hasta un mínimo 40 Kbps y un máximo de 115 Kbps por comunicación, sino que además la tecnología utilizada permite compartir cada canal por varios usuarios, mejorando así la eficiencia en la utilización de los recursos de red. Formato general de trama GPRS ID del Protocolo: distingue GSM/GPRS ID del protocolo de los PDU, para direccionar SAP al Desencapsular, tendrá un valor que define Paquetes IP Datos o información De control

• Característica de "Always connected": un usuario GPRS puede estar conectado todo el tiempo que desee, puesto que no hace uso de recursos de red (y por tanto no paga) mientras no esté recibiendo ni transmitiendo datos. • Tarificación por volumen de datos transferidos, en lugar de por tiempo. • Coste nulo de establecimiento de conexión a la red GPRS Mayor velocidad de transmisión. En GSM sólo se puede tener un canal asignado (un "timeslot"), sin embargo, en GPRS, se pueden tener varios canales asignados, tanto en el sentido de transmisión del móvil a la estación base como de la estación base al móvil. La velocidad de transmisión aumentará con el número de canales asignados. Además, GPRS permite el uso de esquemas de codificación de datos que permiten una velocidad de transferencia de datos mayor que en GSM.

Transmisión de datos GPRS Iniciar sesión GPRS con el proveedor de telefonía y mantenerla abierta. Abrir socket al servidor de comunicaciones en Internet Transmitir tramas al servidor y recibir respuestas a traves de Ips privadas. APN: claro.pe Puerto: 80 Nombre de usuario: claro Contraseña: claro

Transmisión en la banda de 2.4GHz Regulación en Perú: Aun cuando la frecuencia sea "libre" (no licenciada), no implica que no se respeten las normas técnicas emitidas por el MTC para su operación. R.M. 777-2005-MTC: Condiciones de operación de los servicios cuyos equipos utilizan las bandas 2.4 y 5.8 GHz. Art. 7: Para su comercialización los equipos que emitan hasta 10mW de potencia en antena no requieren homologación. Equipos de uso privado GPS con radiomodem que operan en banda no licenciada. Solución práctica: Módulos de transmisión: Adquisión de datos, interruptores remotos, controles de temperatura, máquinas de venta, controles remotos, teclados inalámbricos, etc. La transmisión a 2.4GHz fue concebida para operar en forma secundaria a GPRS en El NCP-300x http://www.mtc.gob.pe/portal/comunicacion/concesion/interna/privados.htm

Un ejemplo: Módulo RFD211735

Diagrama de Bloques en una dispositivo de Aplicación GPS

GPS en transporte Interprovincial en Perú Control de: Desvíos de ruta Paradas en sitios prohibidos Exceso de velocidad Emergencias

Control en el transporte Urbano Público de Pasajeros ¿Que se controla? Frecuencias de salida Retrasos en puntos estratégicos, que se traducen en multas a la unidad ¿Como se controla actualmente?

Problemas derivados de los relojes que afectan la prestación del Servicio Falta de sincronía en los relojes Se requiere supervisión de los relojes (aparte del relojero) =>Accidentes Retrasos en el marcado, el carro detenido y corre el cobrador Falta de claridad en la impresión en la tarjeta, malentendidos Se requiere trabajo manual para sumar los retrasos acumulados y al final todo depende del “Controlador”. Registro histórico no está disponible Se pierde el paso del semáforo y excepcionalmente los pasajeros se bajan Quedan fuera de control variables importantes, como velocidad, cortes de ruta, etc.

El uso de rastreadores GPS no sirve en el transporte urbano El 100% de procesamiento lo hace el Servidor de Comunicaciones Las empresas sancionan cortes de ruta y mediante estos dispositivos no se puede detectarlos El chofer puede saber como marcó sus controles solo al llegar al terminal

Equipos GPS en tiempo diferido con almacenamiento comercializados en el mercado doméstico.

Vista Interna

Aplicación NCP-300X

Homologación

Pantalla Principal

PARTES:

Instalación del soporte y cables

Pantalla de tarjeta de control Tecla subir y tecla bajar En la pantalla de tarjeta de control nos permiten ver las horas de marcado de los controles que no son mostrados en la pantalla.

Función de Visor Presionando la tecla visor uds podrá saber con cuantos minutos paso la unidad de adelante .Esta función solo esta disponible en tiempo real.

Características de un dispositivo GPS a medida Alta precisión en el marcado (de un solo sentido en la vía), incorporado en el firmware Se puede saber de inmediato si se efectuó corte de ruta en puntos claves A pedido del cliente se calcula los minutos a los que está la unidad anterior Muestra marcados en pantalla de puntos de control previos Botones reservados para funciones especiales

¿Que suelen requerir empresas para controlar unidades? Cálculo automático de multas por retrasos Despacho de primera vuelta, sin intervención de controlador Sorteos de cronogramas de salida (opcional) Ubicación en mapa de unidades (propietarios) Determinar la presencia de unidades en terminales que concluyeron vuelta Y seleccionar la siguiente para ser despachada.

Diagrama de Bloques Simark

Elementos requeridos para el Sistema  Equipos NCP 300x instalados en las unidades de transporte. Con Conectividad mediante GPRS y unos 10B/mes de volumen.  Computadora Servidor para instalar el Servidor de comunicaciones, con disponibilidad pública en Internet, preferible Linux. Requerimientos memoria RAM 1GB y decenas de Gigabytes en disco, procesador de 1GHz o superior.  Computador con conexión a Internet, con navegador de Internet y sistema operativo Microsoft Windows XP o superior, incluso Linux.

Despacho y registro de salidas con detalles

Ubicación actual en mapa

Recorrido por intervalo de tiempo

Reporte de deudas

Recomendación a mediano plazo Luego de la Licitación de rutas, retomar y reestructurar (parte técnica) el Proyecto del Municipio Provincial de Arequipa de crear el Centro de Localización electrónica de vehículos de transporte público de pasajeros para mejorar la calidad de servicio. Contenido en la Ordenanza Municipal 708 de agosto 2011.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN Inquitudes: r.banda@cromosoft.com NCP-300x operaciones@sinktec.com Sinktec SAC WWW.sinktec.com/ppt

REFERENCIAS http://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/geodesia/gps.aspx http://personales.mundivia.es/edomenecht/docs/gpsweb/introgps/prc01.htm http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/11372/fichero/Memoria%252F03+-+GPRS.pdf www.datasheetarchive.com/MC-1513-datasheet.html http://www.spaceandtech.com/spacedata/constellations/navstar-gps_consum.shtml