česky english Vítejte, dnes je středa 27. říjen 2021

Moje poloha: Nositelné a vozitelné trackery polohy od Rystonu

DPS 2/2021 | Součástky - články
Autor: Tomáš Svoboda, Ing. Tomáš Navrátil Ryston Electronics s. r. o.
01.jpg

Tento projekt vznikl jako vedlejší produkt vývoje Wifi/BT komunikátorů a GNSS (GPS, Galileo, Glonass) aplikací v Rystonu. Vyvinuté trackery (jednotky pro sledování polohy) spojují výhody a možnosti určování polohy jak vně budov, tak i uvnitř nich, kde je často signál GNSS nedostupný.

Jelikož naše firemní budova je železobetonová a má plechovou fasádu, i okna jsou pokovená, je kvalitní Faradayovou klecí a kvalita mobilního signálu i signálů GNSS uvnitř je nevalná. Naproti tomu uvnitř budov bývá dobré pokrytí privátním signálem Wifi.

V rámci vývoje jsme si pro testování doby stanovení fixu polohy GNSS přijímače instalovali repeatery (opakovače) signálu. Na střeše jsou antény a zesilovače, v prostoru haly, kde se testují vývojové kusy, jsou rozmístěny vysílače. Ukázalo se, že problém je větší, než se zpočátku zdálo, opakovače se totiž ruší navzájem atd. Dále byly instalovány základnové stanice Wifi pro připojení pohyblivých terminálů k intranetu. Pak přišel nápad.

Tracker polohy vyvinutý v Rystonu obsahuje jak přijímač GPS, tak Wifi transceiver. Tak slučuje možnosti obou systémů a je schopen mezi nimi přecházet při vyhodnocování informace o poloze. Osazená destička trackeru a některá pouzdra jsou na obr. 1. Anténa GPS je keramický „čtvereček“ a anténa Wifi je integrována na desce. Dále je na destičce akcelerometr měřící zrychlení ve třech osách. Informace z akcelerometru jednak doplňuje informace od přijímačů, jednak doplňuje funkčnost při použití v „nositelné“ aplikaci, hlídá např. pád člověka nebo změnu jeho prostorové orientace.

soucastky-1
Obr. 1 Destička trackeru a pouzdra

Trackery nejsou osazeny GSM modulem, takže nepotřebují SIM kartu a jejich provoz nic nestojí. Data o poloze se ukládají do bufferu ve vyhrazené paměti, a jakmile je detekován signál „volné“ sítě Wifi, přenesou se z trackeru po internetu do databáze v našem serveru.

Mimo budovu, v módu GPS, systém využívá komfort této služby, která poskytuje i info o rychlosti, výšce, času atd. Jakmile GPS signál zmizí, tracker čeká na jeho obnovení v přerušovaném „spánku“ a současně hledá „známé“ Wifi sítě uvnitř budovy anebo v areálu firmy.

Při jejich nalezení tracker skenuje intenzitu signálu od jednotlivých základen a současně se periodicky navazuje spojení se sítí, po níž se v reálném čase anebo z bufferu předává informace ve formě „vět“ do databáze. Systém počítá polohu originálním výpočetním postupem.

Interval zjišťování a spojení je samozřejmě možné dle potřeb klienta upravit na delší i kratší interval. Zde jsme však limitování procesem skenování sítě Wifi v celém pásmu a nejkratší možný interval je v tuto chvíli 10 s.

Dále tracker obsahuje tlačítko „SOS“ přidané pro bezpečnostní aplikace (domovy seniorů, nemocnice, manipulace s nebezpečným materiálem) a jeden další vstup a dva výstupy určené spíše pro aplikace ve vozidlech nebo manipulaci s materiálem. Ty jsou ošetřeny pro vnější signály až +24 V, takže jsou slučitelné s osobními a nákladními auty i motocykly. A dále je v trackeru reproduktorek pro zvukovou signalizaci a tříbarevný LED indikátor. Tracker může být tedy i obousměrný, aspoň pokud je v dosahu „své“ Wifi sítě.

Součástí trackeru je také akcelerometr. Ten se dá využít například pro vytvoření záznamu o pádu (ManDown), který vyvolá poplach / SOS signál. Poplach / SOS signál lze vyvolat také pomocí tlačítka. Tato funkce je velmi žádoucí v nemocnicích, léčebnách a jiných sociálních zařízeních, kde si tak lidé mohou snadno zavolat pomoc v rámci celého areálu.

Informace z akcelerometru také doplňuje polohu, zvlášť je-li tracker mimo signál (např. v podzemí). Pak lze aspoň přibližně rekonstruovat pohyb po nějakou dobu.

Další stavové informace a vstupy trackeru jsou rovněž ukládány do databáze. Podobně pokud operátor dohledu aktivuje výstup nebo zvukovou signalizaci, toto se Wifi sítí přenese do trackeru. Tak je možné udržovat oboustranné spojení operátora a nositele trackeru.

Jednotka trackeru obsahuje lithiovou baterii s integrovanou dobíječkou, která zaručuje vysokou životnost a velký počet cyklů baterie. Baterie se v současném modelu dobíjí přes konektor, např. v nabíjecím stojánku nebo kabelem. Na konektoru jsou dále proprietární signály umožňující konfiguraci, administrátorské funkce, upload softwaru a testování. V dalším modelu předpokládáme bezdrátové dobíjení a vodotěsné pouzdro, které umožní např. dezinfekci. Baterie vydrží v běžném provozu 48 hodin a její výdrž lze dále prodloužit zvětšením intervalu zjišťování polohy.

Pouzdro je plastové, s oblými rohy pro nošení na těle, s připevňovacími prvky, které dovolují nošení trackeru na náramku, pásku nebo na pásce na krku. V úvahu připadá i nesnímatelné připevnění na tělo anebo odolnější pouzdro pro umístění na stroje, do vozidel, na vozíky, palety a podobně.

Systém trackerů a databáze polohy doplňuje webový portál „Moje poloha“, který firma Ryston provozuje jako službu zákazníkům. Umožňuje napojení nejen na naše trackery, ale i na trackery od jiných výrobců.

Tracking osob a vozidel (motorových, ale i kolejových) je v dnešní době velice žádoucím doplňkem pro firmy vlastnící flotily automobilů, stroje, ale i pro firmy zaměstnávající či dohlížející větší skupiny osob, například na různých stavbách, ve zdravotnických a sociálních zařízeních.

Na obr. 2 a 3 jsou záběry z testovacího provozu. Obr. 2 zobrazuje na mapě trasu ujetou autem okolo sídla Rystonu (budova je čtvereček u konce trasy). Modrá barva signalizuje normální provoz bez vstupů a tlačítka SOS. Aktivace vstupů umožňuje „obarvení“ trasy podle signálu od vstupů, např. napětí baterie, zařazený rychlostní stupeň, vibrace apod., a časové značky. Trasa vypadá jako běžný export z navigace, avšak jako uživatel „Mojí polohy“ můžete on-line sledovat pohyb své flotily nebo pracovního týmu a předávat jim signály.

soucastky-2
Obr. 2 Záběry pohybu v módu GPS (vně budovy)

Na obr. 3 je několikanásobně zazoomovaný detail naší budovy a uvnitř ní pohyb trackeru v části pracovního dne. Zoomování umožňuje hladký přechod zobrazení mezi mapou a půdorysem budovy a jejími podlažími. Shluky modrých bodů ukazují reálný šum klidové polohy určené z Wifi. A dále jsou vidět pohyby po podlaží budovy.

soucastky-3
Obr. 3 Záběry pohybu v módu Wifi (uvnitř budovy)

Je zde několik rušivých faktorů: samotný provoz na Wifi síti, nábytek, kovové prvky stavby, odrazy, útlumy, odstínění. Rastr sloupů je 6 m. Prakticky lze očekávat, že při správném nastavení úrovně základnových stanic je přesnost rozlišení polohy na jednotlivé místnosti kolem tří metrů. Stropy budovy umožňují oddělení aktivit v jednotlivých podlažích. Vše závisí na správném rozmístění základen (v rozích haly) a jejich nastavení.

Trackery využívající GPS lokalizaci a GSM data jsou primárně používány pro monitorování polohy automobilů a strojů, ať už v aktuálním čase, nebo zpětně. Ve vylepšeném GPS/Wifi módu se však trackery osvědčily i například u dělníků na stavbách či v podzemí s privátní Wifi sítí, kde se díky funkci „Aktivní prostor” dá snadno vytvořit „docházka“, která nahrazuje tzv. „píchačky”. Systém také umožňuje optimalizaci pohybu (osob, vozíků) při opakovaných činnostech.

U automobilů a jiných strojů může být na základě dat vytvářena Kniha jízd (obr. 4), která zobrazuje trasu, čas jízdy a přestávky dle nastavení zákazníka a typu stroje. Může také zobrazovat mnohé další informace jako vývoj napětí akumulátoru, počet start-stopů, zdvihy, stav nádrže atd.

soucastky-4
Obr. 4 Příklad přehledu generovaného jako Kniha jízd

Jednou z našich dalších aplikací je monitorování pohybu a výklopů (se čtením a vážením nádob) sběrného vozu na komunální odpad, včetně administrace nádob a rozúčtování. Další rozšíření systému je možné například vysledováním jiných volných (nezaheslovaných) Wifi sítí ve veřejném prostoru, kdy tracker aktualizuje svou polohu a pošle data v dosahu této sítě.

Článek referuje o zajímavé konstrukci trackeru kombinující GNSS, Wifi a akcelerometrická data pro zjišťování polohy vně i uvnitř budov, který se obejde bez GSM placené komunikace. Na systém trackerů navazuje databáze a prezentační aplikace. Možností exportu a prezentace z databáze polohy je nepřeberná řada a přesahují rozsah tohoto článku.

Jako službu zákazníkům neustále systém vylepšujeme a nabízíme jeho úpravy na zakázku. Jedním z témat je i bezpečnost dat a ochrana osobních údajů, kterou bezezbytku zajišťujeme.

www.ryston.cz
www.mojepoloha.cz

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik