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5/20/2018 Thesis Rastro

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Tesis para obtener el grado de Ingenieria en

telecomunicaciones

DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE

LOCALIZACIN, RASTREO Y MONITOREO SATELITAL DE

CAMIONES DE ENTREGA DE ENCOMIENDAS; MEDIANTE

EL USO DE GPS Y UN DISPOSITIVO MVIL.

Gina Catalina Quevedo Quevedo

Director: Hermes Javier Eslava Blanco M.Sc. Ph.D (c)

Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas

Facultad Tecnolgica

Ingeniera en telecomunicaciones


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ndice generalResumen 1

1. Captulo 31.1. Introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2. Ventajas de este dispositivo: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.3. Estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.4. Justificacin e importancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.5. Definicion del problema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.6. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.6.1. General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.6.2. Especficos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2. Captulo 72.1. Alcances y limitaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2. Resultados esperados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.3. Metodologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.3.1. Captura: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3.2. Procesamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.3.3. Visualizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.3.4. Base de datos:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.4. Cronograma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.5. Presupuesto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Bibliografa 13

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Resumen

Este artculo muestra el proceso de un sistema de localizacin, rastreo y monitoreo

satelital de camiones; mediante el uso de GPS y un dispositivo movil. Las coordena-

das enviadas desde dicho dispositivo a la central de monitoreo son procesadas en va-

rias etapas: Captura (coordenadas satelitales), procesamiento (interpretar los datosobtenidos del GPS y la red GPRS), visualizacin (ubicacin del vehculo en un mapa

digital), y por ultimo la base de datos (reportes detallados y estadsticos de la infor-

macin recibida).

Abstract

This article shows the process of a tracking system, satellite tracking and monitoringof trucks using GPS and a mobile device. The coordinates sent from the device to

the monitoring station are processed in several stages: capture (satellite coordina-

tes), processing (interpreting the data obtained from GPS and GPRS), visualization

(vehicle location on a digital map), and Finally the database (detailed reports and

statistical information received).

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1.1. Introduccin

El Sistema de Posicionamiento Global ("Global Positioning System" - GPS) es unsistema de navegacin compuesto de una otilla de satlites puestos en rbita porel Departamento de Defensa de los Estados Unidos, y sus estaciones en tierra rme.Usando GPS, uno puede detrminar automaticamente su posicin (latitud y longi-

tud) en la tierra. Funciona continuamente en todas partes del mundo y es disponiblea todos libre de cargos. Con orgenes en aplicaciones militares secretas, GPS se haconvertido en parte de nuestra vida cotidiana. Con la experiencia de la llegada deltratado de libre comercio (TLC), los operadores logsticos, necesitan soluciones demonitoreo GPS que le permitan tener control de sus rutas de entrega de encomien-das; donde tambin pueda acceder a informacin del funcionamiento de su vehculo(posicin geogrfica, velocidad, altitud, longitud, rumbo, estado de las diferentesentradas, notificacin de eventos, tiempos de inactividad, salidas de ruta, informa-cin histrica de posicin y otras alertas adicionales), consultar reportes detalladosde estos informes y optimizar la operacin de entrega. Este dispositivo utilizaraGPS-GPRS (Satlite + Celular), instalado en el vehculo de encomienda, que trans-mitir informacin que es enviada a una central de operaciones a travs de la red decomunicaciones.

1.2. Ventajas de este dispositivo:

Monitoreo permanente de la ruta de entrega y llegada de las encomiendas.

Conocer la posicin exacta de su vehculo a travs del dispositivo mvil.

Obtener informacin detallada del funcionamiento de su vehculo.

Ahorrar tiempo determinando en el recorrido.

1.3. Estado del arte

El sistema GPS (Sistema de Posicionamiento Global) fue creado por el Departa-mento de Defensa de los Estados Unidos, para constituir un sistema de navegacin

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preciso con fines militares, que sustituyera al antiguo sistema utilizado, que no eraotro que las mediciones Doppler sobre la constelacin Transit. Para ello, aprovecha-ron las condiciones de la propagacin de las ondas de radio de la banda L en elespacio, as como la posibilidad de modular las ondas para que en ellas se puedaincluir la informacin necesaria, que permita posicionar un objeto en el sistema de

referencia apropiado. Este proyecto se hizo realidad entre los meses de febrero y di-ciembre de 1978, cuando se lanzaron los cuatro primeros satlites de la constelacinNAVSTAR, que hacan posible el sistema que resolvera la incgnita de nuestra po-sicin en la Tierra. Actualmente, el GPS funciona mediante una red de 29 satlitesque se encuentran orbitando alrededor de la Tierra. Cuando se desea determinarla posicin especifica de un punto, lugar u objeto, el dispositivo utilizado, localizaautomticamente cuatro satlites de la red como mnimo, de los que recibe sealesindicando la posicin del objeto o lugar y el reloj de cada uno de los satlites. Enbase a estas seales, el dispositivo sincroniza el reloj del GPS y calcula el retraso delas seales, es decir, la distancia del satlite. Por triangulacin calcula la posicin

en el que objeto o lugar se encuentra. La triangulacin, en el caso del GPS, se basaen determinar la distancia de cada satlite respecto al punto de medicin, por loque, conocidas las distancias, se determina fcilmente la posicin relativa del objetorespecto a los satlites que enviaron las seales. Adems, conociendo las coordena-das o posicin de cada satlite (por la seal que emite cada satlite), se obtiene laposicin absoluta o las coordenadas reales del punto de medicin. De igual forma, seobtiene una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atmi-cos que desde la Tierra sincronizan a los satlites. La antigua Unin Sovitica tenaun sistema similar llamado GLONASS, ahora gestionado por la Federacin Rusa.Actualmente la Unin Europea intenta lanzar su propio sistema de posicionamiento

por satlite denominado Galileo.[1].El estudio del monitoreo y localizacin por GPS mediante la red de comunicacioneses relativamente nuevo en Colombia, pero est aumentando rpidamente. Actual-mente se cuenta con la ms completa y actualizada base de datos de mapas vectorde Colombia, esto permite soportar aplicaciones mviles y en internet de ltima ge-neracin.Un sistema capaz de realizar tal tarea tiene diversos usos; permite realizarel monitoreo o seguimiento de la flota de vehculos, en la comodidad de su telfonocelular y tener el reporte a tiempo del estado de los mismos. Tambin puede cono-cer estadsticas de los recorridos, que le ayudara a tomar decisiones y optimizar lostiempos y rutas de entrega. En este artculo se presentan los hechos mas relevantesde la historia del GPS, funcionamiento y sus principales aplicaciones.

1.4. Justificacin e importancia

El diseo e implementacin de un sistema de localizacin, rastreo y monitoreo sateli-tal de camiones de entrega de encomiendas; mediante el uso de la red GPS y un dispo-sitivo mvil, es un proyecto de investigacin que se desarrollara para el grupo de in-

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1.5 Definicion del problema

vestigacin TELETECNO de la Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas y es-tar dividido en 4 etapas:

Captura (coordenadas satelitales),

procesamiento (interpretar los datos obtenidos del GPS y la red GPRS),visualizacin (ubicacin del vehculo en un mapa digital),

base de datos (reportes detallados y estadsticos de la informacin recibida).El sistema de posicionamiento global es una herramienta til que puede seraprovechada por una gran cantidad de aplicaciones para diferentes usos. El mscomn hoy en da es para determinar las rutas y trayectorias de vehculos, pararastreo de automotores, aplicaciones militares, etc. En la telefona celular seest incluyendo dentro de los equipos un receptor GPS que tiene las mismasfuncionalidades y que pueden ser usadas de manera gratuita en un dispositivo

mvil.

1.5. Definicion del problema

El estudio del monitoreo y localizacin por GPS mediante la red de comunicacioneses relativamente nuevo en Colombia, pero est aumentando rpidamente. Actual-mente se cuenta con la ms completa y actualizada base de datos de mapas vectorde Colombia, esto permite soportar aplicaciones mviles y en internet de ltimageneracin.

Un sistema capaz de realizar tal tarea tiene diversos usos; permite realizar el moni-toreo o seguimiento de la flota de vehculos, en la comodidad del telfono celular ytener el reporte a tiempo del estado de los mismos. Tambin puede conocer estads-ticas de los recorridos, que le ayudara a tomar decisiones y optimizar los tiempos yrutas de entrega.

Con el fin de desarrollar esta investigacin y a su vez apropiarse de las nuevastecnologas, TELETECNO a querido aportar en la creacin de un software dondesea posible identificar, mediante el tratamiento digital de imgenes, y as ofrecer alconductor un viaje seguro dentro de su vehculo.

1.6. Objetivos

1.6.1. General

Disear e implementar un sistema de localizacin, rastreo y monitoreo satelital decamiones de entrega de encomiendas; mediante el uso de GPS.

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1.6.2. Especficos

Disear un interfaz GPS que permita conocer la posicin geogrfica, velocidady estado del vehculo.

Desarrollar un software que permita interpretar los datos obtenidos del GPSy la red GPRS.

Visualizar mediante el uso de un dispositivo mvil, la ubicacin del vehculoen un mapa digital.

Crear una base de datos con reportes detallados y estadsticos de la informacinrecibida.

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2.1. Alcances y limitaciones

2.1.0.1. Alcances:

Nuevos mtodos estn en desarrollo contnuo para hacer los sistemas GPS ms pre-cisos y confiables. En el presente, los ms comunes son el GPS diferencial (DGPS),

y el Sistema de Aumento en Areas Amplias ("Wide Area Augmentation System" -WAAS). El DGPS basicamente utiliza estaciones basadas en tierra, cuya ubicacinse conoce precisamente, para recibir las seales de los satlites, aplicar correcciones(como se conoce su ubicacin exacta, las estaciones pueden determinar los erroresen las seales), y diseminarlas de modo que receptores adecuadamente equipados laspuedan recibir y usarlas para corregir sus propias seales. WAAS es un sistema desatlites segundario desarrollado por la Administracin Federal de Aviacin que nosolo transmite seales de GPS, sino tambin monitorea y reporta el estado de lossatelites de GPS, y transmite informacin de DGPS. El sistema solo es disponiblesobre Norteamrica y el Ocano Pacfico.

La mayora de los posicionadores GPS disponibles hoy en da son capaces de preci-sin de 10 metros o menos. Uso de tcnicas avanzadas, como las ya descritas puedenaumentar la precisin a un metro o menos. Aplicaciones especializadas que utilizantecnicas sofisticadas de manipulacin de datos y equipos de primera clase puedenobtener precisiones medidas en centmetros.[3]

Esta aplicacin GPS permite a dispositivos moviles tener funcionalidades de posicio-namiento geogrfico, enva datos de posicionamiento al servidor GPS. Al iniciar elprograma enva la posicin GPS al servidor y almacena los datos de seguimiento en

este en forma gratuita. Permite compartir con otras personas o mquinas los datosde posicionamiento.

2.1.0.2. Limitaciones:

El presente proyecto solo implementa lo expuesto en los objetivos general y espec-ficos para cumplir con lo ya descrito en la propuesta. El sistema de posicionamientoglobal es una herramienta til que puede ser aprovechada por una gran cantidad de

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aplicaciones para diferentes usos. El ms comn hoy en da es para determinar lasrutas y trayectorias de vehculos, para rastreo de automotores, aplicaciones militares,etc.

2.2. Resultados esperadosMediante un interfaz GPS permitir conocer la posicin geogrfica, velocidad y estadodel vehculo con el desarrollo de un software que interprete los datos obtenidos delGPS y la red GPRS para visualizar la ubicacin del vehculo en un mapa digital,por medio del uso de un dispositivo mvil y finalmente, obtener una base de datosque permita obtener reportes detallados y estadsticos de la informacin recibida.

Figura 1. Diseo e implementacin de un sistema de localizacin, rastreo y monitoreo satelital de camiones deentrega de encomiendas; mediante el uso de gps y un dispositivo mvil.

2.3. Metodologa

Las coordenadas enviadas desde dicho dispositivo a la central de monitoreo sonprocesadas en varias etapas: Captura (coordenadas satelitales), procesamiento (in-terpretar los datos obtenidos del GPS y la red GPRS), visualizacin (ubicacin delvehculo en un mapa digital), y por ultimo la base de datos (reportes detallados yestadsticos de la informacin recibida).

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2.3 Metodologa

2.3.1. Captura:

La distancia a los satlites se calcula midiendo el tiempo que toma la seal al llegardel satlite al recibidor (Distancia = velocidad X tiempo). Debido a que las sealesde radio viajan a la velocidad de la luz (186,000 millas por segundo) los tiemposen trnsito de satlites a recibidores son extremadamente pequeos y se necesitandispositivos de cronometraje extremadamente precisos para medirlos con exactitud,por lo cual surge la necesidad de llevar relojes atmicos en los satlites. Sin embargo,los receptores no llevan relojes atmicos lo cual introduce errores en ese lado delsistema, y an errores de cronometraje pequeos pueden resultar en grandes erroresde posicin. Aqu es donde entra en juego la cuarta medida.

Si las cuatro medidas son exactas, la esfera definida por la cuarta medida debe cruzarlas otras tres en un punto que representa la posicin actual. Si existen errores,la cuarta esfera no cruzar a todas las otras. Debido a que el error del recibidor

es el mismo para las cuatro medidas, un ordenador en el recibidor puede calcularuna correccin que haga que las cuatro esferas cruzen, y aplicar la correccin a lasmedidas para obtener la posicin correcta.

La cuarta medida tambin permite al sistema calcular una posicin en tres dimen-siones que incluye no solo latitud y longitud, sino tambien altitud. Las medidas dealtitud, sin embargo, se reportan con referencia a un modelo matemtico de la tierrapara poder expresarlas en relacin a un datum convencional (normalmente nivel delmar). El modelo es solo una aproximacin por lo cual las medidas de altitud sonmenos precisas que las de latitud y longitud, y los errores son diferentes en diferentespartes del planeta.[2]

Nuevos mtodos estn en desarrollo contnuo para hacer los sistemas GPS msprecisos y confiables. En el presente, los ms comunes son el GPS diferencial (DGPS),y el Sistema de Aumento en Areas Amplias ("Wide Area Augmentation System" -WAAS). El DGPS basicamente utiliza estaciones basadas en tierra, cuya ubicacinse conoce precisamente, para recibir las seales de los satlites, aplicar correcciones(como se conoce su ubicacin exacta, las estaciones pueden determinar los erroresen las seales), y diseminarlas de modo que receptores adecuadamente equipados laspuedan recibir y usarlas para corregir sus propias seales. WAAS es un sistema desatlites segundario desarrollado por la Administracin Federal de Aviacin que no

solo transmite seales de GPS, sino tambin monitorea y reporta el estado de lossatelites de GPS, y transmite informacin de DGPS. El sistema solo es disponiblesobre Norteamrica y el Ocano Pacfico.

La mayora de los posicionadores GPS disponibles hoy en da son capaces de precisinde 10 metros o menos. Uso de tcnicas avanzadas, como las ya descritas puedenaumentar la precisin a un metro o menos. Aplicaciones especializadas que utilizantecnicas sofisticadas de manipulacin de datos y equipos de primera clase puedenobtener precisiones medidas en centmetros.[3]

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2.3.2. Procesamiento

Para calcular la posicin geogrfica, el GPS capta seales y determina la distancia re-lativa a cada uno y por triangulacin (interseccin de tres circunferencias espaciales)determina las coordenadas x,y,z de la posicin geogrfica del GPS, y la muestra con

un cono en la pantalla del equipo. Si el GPS tiene incorporadas cartas geogrficas,el usuario ver su posicin en el mapa, a tiempo real.

Para determinar la posicin de un punto en el espacio, es suficiente conocer lasdistancias a tres puntos de coordenadas conocidas. Se trata de una interseccinespacial inversa. Es un problema geomtrico relativamente simple, ms all de lasdificultades que su clculo suponga. Se trata, en definitiva de una pirmide de basetriangular.

Cuando se dise GPS se estableci que el cdigo C/A (cdigo de adquisicin comn)fuera de libre adquisicin, es decir no reservado para uso militar. El problema a

resolver es MEDIR LAS DISTANCIAS entre satlites y receptor. Recordemos elmtodo aplicado en los distancimetros electrnicos: el aparato emite una ondahomognea de frecuencia conocida, la cual se refleja en un prisma colocado en elotro extremo del segmento a medir; el rebote es recibido por el aparato, el cual mideel desfasaje, lo convierte en tiempo y por lo tanto en distancia equivalente. Dejamosde lado aspectos particulares de la distanciometra electrnica que no vienen alcaso. En GPS la medicin es de va nica, es decir no hay reflexin. Debe medirseel tiempo necesario para que la seal recorra la distancia satlite - receptor. Puestoque se trata de medir tiempos es necesario contar con relojes adecuados tanto enlos satlites como en el receptor. En realidad son instrumentos que distan mucho dela nocin usual de reloj. Se trata de osciladores de frecuencias muy estables capacesde sealar medidas de tiempo del orden de 10 -13 segundos (o 10 -14 ) en los sat-lites y 10 -8 segundos en los receptores.

Al cdigo lo podemos imaginar como una serie de ceros y unos, o bien de (+1) y(-1), en un cierto orden. Al multiplicar la onda portadora por el cdigo, aquella nose altera cuando se encuentra con los (+1), pero se invierte donde aparecen los (-1).Todo ello da como resultado una onda deformada, un seudo ruido aparentementealeatorio, que es lo que llega al receptor.[4]

2.3.3. Visualizacin

El sistema de posicionamiento global es una herramienta til que puede ser apro-vechada por una gran cantidad de aplicaciones para diferentes usos. El ms comnhoy en da es para determinar las rutas y trayectorias de vehculos, para rastreo deautomotores, aplicaciones militares, etc. En la telefona celular se est incluyendodentro de los equipos un receptor GPS que tiene las mismas funcionalidades y quepueden ser usadas de manera gratuita en un dispositivo mvil.Una vez tenga instalada la aplicacin, al momento de ingresar el GPS se activa y con

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2.5 Presupuesto

solo presionar la tecla cero se muestra en el mapa la ubicacin exacta en donde seencuentra usted. Es sencillo y prctico para encontrar direcciones ya que en el mapaestn rotuladas las vas tal y como las conocemos como calles y carreras.Esta aplicacin GPS permite a dispositivos moviles tener funcionalidades de posicio-namiento geogrfico, enva datos de posicionamiento al servidor GPS. Al iniciar el

programa enva la posicin GPS al servidor y almacena los datos de seguimiento eneste en forma gratuita. Permite compartir con otras personas o mquinas los datosde posicionamiento.[6]

2.3.4. Base de datos:

Que permita obtener reportes detallados y estadsticos de la informacin recibida.

2.4. Cronograma

Mes 1 2 3 4 5 6

Levantamiento de informacin semanas 4Estructuracin de la secuencia semanas 2 2

Diseo de la interfaz semanas 2 3Pruebas preliminares semanas 4

Procesamiento de los datos semanas 2 3Diseo del aplicativo movil semanas 4

Pruebas preliminares semanas 1 2Base de datos semanas 4 1

Ajustes y pruebas finales semanas 1 2Publicaciones semanas 1

Tabla1. C ronograma de actividades

2.5. Presupuesto

Descripcin Valor

GPS Receiver Module Model: GM-1315LA UBX-G6010 $81.200M10EVB-KIT $58.000

Mdulo GSM Quectel M10 $58.000Otros materiales $10.000

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Captulo 2 Captulo

Computador (uso propio) $1.050.000Gastos de personal investigador $1.500.000

TOTAL COSTOS $2757.000

Tabla2. Presupuesto

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Bibliografa[1] T. Casamen and R. Daniel, Diseo e implementacin de un sistema automtico

para asistencia de conduccin vehicular, 2010, pag 14.

[2] J. R. Rey, El Sistema de Posicionamiento Global - GPS, 01-Jul-2010. [Online].Available: http://edis.ifas.ufl.edu/in657. [Accessed: 09-Jun-2012].

[3] E. Huerta, A. Manguiaterra, and G. Noguera, GPS posicionamiento satelital,vol. 1. Argentina: UNR, 2005.

[4] GEO-A-FranciscoSaldaa_curso gps_.pdf. .[5] J. Corts and F. Medina, IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE POSI-

CIONAMIENTO GLOBAL UTILIZANDO EL MDULO GPS SIRFSTARIII.MTI-6 DE STARSNAV. Agosto de-2010.

[6] Mi celular tiene GPS, cmo funciona y para que mesirve?, El Universal - Cartagena. [Online]. Available:http://www.eluniversal.com.co/cartagena/tecnologia/mi-celular-tiene-gps- %C2 %BFcomo-funciona-y-para-que-me-sirve-16585. [Accessed: 20-Jun-2012].

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