Як відстежити крадений культиватор. Частина 1

У наш досить непростий час геолокація стала одним із способів захистити свою рухому та нерухому власність. Особливо актуальним це стало в аграрній сфері, де ціна культиватора, трактора чи причепа може бути астрономічною, тому і втрата техніки може серйозно вдарити по вашому гаманцю. До того ж, геолокацію можна використовувати не лише для розшуку сільськогосподарської техніки, а й для впровадження комплексних систем точного землеробства або діджиталізації сільського господарства.

Геолокація і метамодернізм

Точно невідомо, коли людина почала створювати перші мапи. Ми достеменно знаємо, що зображення міст вже зустрічались у Месопотамії у 2500 р. до н.е., а зображення рік, гір, поселень та шляхів викарбовували на бивнях мамонтів ще понад 25 тисяч років тому. З часом бивні змінились на глиняні таблички, потім почали використовувати папірус, згодом пергамент, папір і, нарешті – людство дійшло до цифрового представлення місцевості у віртуальному середовищі 21 століття. Протягом всього часу, коли людина винаходила нові підходи до створення мап, незмінним у картографії залишалось одне – бажання людини знати, що і де знаходиться.

Геолокація – це визначення розташування об’єкта на поверхні Землі за допомогою географічної широти, довготи, а інколи і висоти об’єкта над рівнем моря. Однією із важливих особливостей геолокації є її точність, тобто радіус кола на мапі, всередині якого може міститися об’єкт. Чим вища точність – тим менший радіус, і навпаки.

На що впливає точність? Насамперед на час пошуку об’єкта, оскільки залежно від точності змінюється площа для пошуку. Вона також визначає кількість задіяних для пошуку ресурсів, оскільки чим більша площа, тим більше людей і техніки залучаються до процесу.

Супутникова геолокація

Це найбільш точний вид геолокації. Радіус площі пошуку для GPS технології складає від 500 м до 30 см.

Розташування об’єкта визначається за допомогою супутників, що знаходяться над відповідною місцевістю. Чим їх більше – тим вища точність. Кількість супутників, що можуть бути використані для позиціонування, залежить не тільки від місцезнаходження необхідного об’єкта, а і від якості прийому сигналу на місцевості. Тому GPS-системи вимагає високого рівня радіопрозорості над встановленим на об’єкті трекером – приладом, що приймає навігаційний сигнал від супутників.

Недоліки GPS-системи у великому споживанні енергії. Все через те, що трекери для геолокації мають приймати сигнали від супутників протягом довгих проміжків часу (десятки секунд у нестабільному середовищі) та виконувати багато обчислень. Щоб один такий трекер пропрацював хоча б 3-4 місяці без перезарядки, йому потрібен акумулятор щонайменше на 10 000 mAh. Звісно, така батарея збільшує і розміри пристрою, і його вагу, і ціну, і свою цінність для крадіїв.

Саме через такий недолік трекери з супутниковим геопозиціонуванням традиційно використовують або в транспортних засобах, де є джерело електричного струму, або на інших об’єктах з використанням акумулятора, але ненадовго.

Маякова геолокація

Принцип маякової геолокації ґрунтується на визначенні розташування об’єкта по відношенню до маяків – інших об’єктів, місцеположення яких фіксоване та незмінне. Способів для маякової геолокації декілька: за допомогою визначення сили GSM сигналу або шляхом BLE чи RFID сканування.

У першому випадку роль маяків виконують базові станції стільникової мережі. Для позиціонування об’єкта використовується техніка тріангуляції і технічна інформація про силу сигналу. Оскільки всі обчислення проводяться за рахунок потужностей стільникової мережі, то трекер може бути дуже простим 2G пристроєм. Недоліки такого виду геолокації – незначний показник точності (приблизний радіус кола для пошуку становить 200 м) і високий рівень споживання енергії, оскільки трекер постійно має перебувати у пошуках найближчої базової станції.

А ось Bluetooth Low Energy (BLE) і Radio Frequency ID (RFID) мають доволі непогані показники енергоефективності. RFID-мітки – це пасивні пристрої без батарейки. Для них необхідно будувати певну інфраструктуру і встановлювати зовнішні маяки-сканери на місцевості. Ефективна відстань, на якій маяк може зафіксувати появу RFID-мітки поряд, обмежена кількома десятками метрів. Тому таке рішення зазвичай обирають для позиціонування об’єктів у приміщеннях та їхніх прилеглих територіях.

Як BLE-маяки використовуються у Європі та США для відстеження контактів інфікованих вірусом співробітників на підприємстві, читайте тут: https://iotji.io/business-ta-zdorovya-pratsivnykiv/

Геолокація LoRa TDoA

Розробки останніх років – технологія LPWAN (Low Power WAN – мережа із малим споживанням енергії) та один з її різновидів LoRa – демонструють поєднання принципів маякової та супутникової геолокації. Тут, як і у GPS, використовується механізм TDoA (Time Difference of Arrival), тобто розташування об’єкта визначається часом проходження радіосигналу від трекера до базових станцій. І, як в маякових системах, нам необхідно точно знати місцезнаходження цих самих базових станцій.

На відміну від супутників базові станції мають бути відносно недалеко від об’єкту. Тому для коректного обчислення відстані потрібне спеціальне обладнання, яке може записувати час проходження сигналу з точністю до наносекунд (1 нс – одна мільярдна секунди).

Сам метод такого визначення місцеположення об’єктів називається «методом гіперболічних кривих», і використовувався ще за часів Першої світової війни для геопозиціонувань артилерійських батарей.

Оскільки LoRa працює за асинхронним принципом, то передача сигналу відбувається у певний час відповідно до налаштувань, а в інші моменти пристрій-передавач спить. Визначення місцеположення виконується за рахунок потужностей LoRaWAN-мережі – так забезпечується економія споживання енергії обладнання, бо трекери не працюють постійно на прийом сигналів і не виконують ніяких обчислень для геолокації. Стандарт LoRaWAN передбачає, що пристрої можуть працювати роками, допомагаючи визначати локацію об’єктів, до яких вони прикріплені.

Як і усі проміжні рішення, показники точності LoRa теж знаходяться посередині. Чим більше базових станцій одночасно приймають сигнал трекера, тим вища точність. Одна базова станція створює коло з радіусом декілька кілометрів, що стане у нагоді лише як спосіб геолокації на рівні населеного пункту (наприклад, для відстеження маршруту поштових відправлень чи палет з товаром). Чотири базові станції дадуть точність близько 100 м. П’ять, а то і шість, вже зменшать радіус кола до 10-15 м.

Продовження читайте у частині другій…