RU158415U1 - Бортовое устройство транспортного средства для начисления платы - Google Patents

Abstract

1. Бортовое устройство (БУ) транспортного средства (ТС) для начисления платы за использование автомобильных дорог, содержащее корпус и размещенный в нем процессор, функционально взаимосвязанный с модулем 1 позиционирования, принимающим сигнал от глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), с модулем 2 беспроводной связи, снабженным внутренней антенной GSM и разъемно установленной SIM-картой, с модулем 3 криптографической защиты информации (СКЗИ), с модулем 4 интерфейса «человек-машина», снабженным зуммером, а также выведенными на лицевую панель корпуса клавишей управления и визуальными индикаторами, с модулем 5 электропитания, с модулем 6 интерфейса сервисного обслуживания, с датчиком 7 контроля целостности корпуса, с блоком 8 энергонезависимой памяти и с модулем 9 детектора движения, причем модуль 1 позиционирования выполнен с возможностью приема сигнала позиционирования от систем ГЛОНАСС и/или GPS через внутреннюю антенну и приемник ГНСС для определения навигационных параметров ТС (долгота, широта, скорость и направление движения, время) с передачей информации о навигационных параметрах через процессор на вход модуля 3 криптографической защиты информации, который снабжен разъемно установленной картой СКЗИ, при этом выход модуля 3 криптографической защиты информации через процессор и приемопередатчик (UART) соединен с входом модуля 2 беспроводной связи, выполненным с возможностью передачи оператору посредством радиоканала GSM/GPRS преобразованной текущей и накопленной информации о навигационных параметрах ТС, причем для управления бортовым устройством выходы процессора соединены со входами модуля 4 инт�

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к устройству бортовой электроники, которое устанавливается в кабине грузового автомобиля для осуществления мониторинга его местонахождения. Заявленное бортовое устройство (БУ) предназначено для использования в рамках системы взимания платы в счет возмещения вреда, причиняемого автомобильным дорогам грузовыми транспортными средствами массой свыше 12 тонн.

Уровень техники

Из описания патента РФ на изобретение RU 2453923, G07B 15/02, опубликованного 20.06.2012, известна используемая в Германии система для взимания сборов с грузовых автомобилей за пользование автодорогами (LKW-Maut), включающая в себя установленный в автомобиле бортовой модуль и инфраструктуру, построенную на основе спутниковой системы навигации GPS с возможностью автоматической регистрации пройденного автомобилем пути. При этом регистрация осуществляется с помощью электронного прибора учета дорожного сбора, называемого бортовым модулем, который устанавливается в виде отдельного блока на приборной панели грузового автомобиля и вводится в эксплуатацию уполномоченной на это мастерской. Известны бортовые модули различной конструкции. Обычно они пломбируются и должны отвечать высоким требованиям безопасности. Защита от несанкционированного доступа может обеспечиваться, например, механизмом саморазрушения, срабатывающим при несанкционированном вскрытии корпуса прибора для учета сумм дорожного сбора.

В Германии используются, например, бортовые модули с приемником спутниковой системы навигации GPS, позволяющим определять местоположение автомобиля. Кроме того, в бортовой модуль встроены мобильный приемопередатчик и запоминающее устройство, в котором хранятся данные, идентифицирующие автомобиль, а также сведения о положении всех автомагистралей Германии, за пользование которыми взимается обязательный дорожный сбор. На основе этих данных в сочетании с сигналом GPS бортовой модуль во время движения подсчитывает причитающуюся сумму сбора и запоминает ее в форме пакета данных. В форме короткого сообщения (SMS-сообщения) этот пакет данных по достижении определенного объема данных передается оператору по мобильной сотовой связи GSM в центральный компьютер организации, эксплуатирующей дорогу.

Существуют бортовые модули, устанавливаемые за ветровым стеклом в качестве предварительно запрограммированного блока и имеющие двухкнопочное управление. Другие бортовые модули состоят из двух частей, а именно небольшого инфракрасного транспондера, устанавливаемого за ветровым стеклом, и бортового компьютера, размещаемого в стандартной ячейке приборной панели грузового автомобиля.

Упомянутым выше патентом RU 2453923 охраняется система для взимания сбора за пользование автодорогами, функционирующая с помощью соответствующей инфраструктуры, включающей в себя установленный в автомобиле бортовой прибор для учета сумм дорожного сбора, который осуществляет автоматическую регистрацию пройденного пути и выполнен защищенным от несанкционированного доступа. Замысел изобретения состоит в том, чтобы выделить из состава бортового прибора для учета сумм дорожного сбора ту часть конструкции, которая не требует защиты от несанкционированного доступа, поместить ее в другое устройство - систему информирования водителя, и соединить это другое устройство с бортовым прибором для учета сумм дорожного сбора через интерфейс.

Аналогичное решение известно из заявки на выдачу патента Германии на изобретение DE 102009000466, G07B 15/06, опубликованной 05.08.2010. В описании заявки раскрыто бортовое устройство для установки в автомобиле, предназначенное для автоматического выставления счетов в системе платных дорог. Бортовое устройство имеет центральный блок управления, соединенный с коллектором данных, взаимодействующим с датчиками транспортного средства, которые фиксируют специфические характеристики вождения и/или динамику вождения и/или данные по маршрутизации движения транспорта, например, скорость и ускорение. Коллектор собирает данные, а компьютерная программа фильтрует и/или анализирует данные с коллектора, направляя их в блок управления. Конструкция бортового устройства позволяет также учитывать данные с датчиков, которые расположены за пределами корпуса бортового устройства. Для этого его нужно подключить интерфейсом к шине данных CAN-авто, чтобы получить доступ к необходимым данным.

Недостатком упомянутых выше бортовых устройств является отсутствие гарантии достоверности сведений по мониторингу местонахождения транспортного средства, поскольку оно использует данные с других устройств, незащищенных от несанкционированного доступа к их настройке.

Из описания патента РФ на изобретение RU 2537892, G08G 1/123, B60R 25/00, опубликованного 10.01.2015, известен терминал транспортного средства, включающий управляющий микроконтроллер, содержащий не менее семи входов-выходов, антенну GPS/ГЛОНАСС, корпус, в котором размещены резервный источник питания и печатная плата, на которой размещены flash-память, трехосевой акселерометр, приемник GPS/ГЛОНАСС, модуль управления электропитанием, GSM-модуль с антенной, светодиодные индикаторы, модуль подключения для интерфейсных устройств, слот для установки SIM-карты оператора сотовой связи, модуль внешнего электропитания. Выход антенны GPS/ГЛОНАСС соединен с входом приемника GPS/ГЛОНАСС, вход-выход GSM-модуля соединен с соответствующим входом-выходом управляющего микроконтроллера, приемник GPS/ГЛОНАСС соединен с соответствующим входом-выходом управляющего микроконтроллера, вход-выход flash-памяти соединен с соответствующим входом-выходом управляющего микроконтроллера, выход трехосевого акселерометра - с соответствующим входом управляющего микроконтроллера, входы-выходы модуля подключения интерфейсных устройств подключены к соответствующим входам-выходам управляющего микроконтроллера, выход модуля управления электропитанием соединен с выходами модуля внешнего электропитания и резервного источника электропитания, вход светодиодных индикаторов соединен с соответствующим выходом управляющего микроконтроллера, вход-выход слота для установки SIM-карты соединен с входом-выходом GSM-модуля. В состав терминала дополнительно введен SIM-чип и датчик вскрытия устройства, а датчик ускорения выполнен с дополнительной функцией определения значений ускорений по трем осям координат. Вход-выход датчика вскрытия соединен с соответствующим входом-выходом управляющего микроконтроллера, вход-выход SIM-чипа соединен с входом-выходом GSM-модуля. Терминал предназначен для работы в любой системе мониторинга, в том числе для взимания платы. Описанное устройство выбрано в качестве наиболее близкого аналога (прототипа) заявленного технического решения.

Недостатками данного технического решения является низкий уровень защиты передаваемой информации, а также недостаточная компактность компоновки устройства, поскольку антенны выполнены выносными.

Сущность полезной модели

Полезная модель направлена на решение задачи создания малогабаритного и высоконадежного бортового устройства (БУ) для установки в кабине грузовых транспортных средств (ТС) для использования исключительно в рамках системы взимания платы в счет возмещения вреда, причиняемого автомобильным дорогам общего пользования федерального значения транспортными средствами, имеющими разрешенную максимальную массу свыше 12 тонн. Заявленное бортовое устройство должно надежно выполнять функции сбора, хранения и передачи данных, необходимых для начисления платы с пользователей автомобильных дорог, обеспечивать интерфейс для взаимодействия пользователя (водителя ТС) с бортовым устройством путем аудио- и визуальной информации, а также передачу оператору информации о состоянии БУ и о выполнении команд, поступивших со стороны системы взимания платы.

Технический результат полезной модели заключается в обеспечении компактности бортового устройства при одновременном повышении надежности работы и высокой степени защиты и достоверности сведений, передаваемых в систему взимания платы в счет возмещения вреда, причиняемого автомобильным дорогам общего пользования федерального значения транспортными средствами массой свыше 12 тонн.

Заявленное бортовое устройство поясняется представленной на фиг. 1 блок-схемой, на которой элементы устройства обозначены следующими позициями:

1 - модуль позиционирования, принимающий сигнал от глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС);

2 - модуль беспроводной связи, снабженный внутренней антенной GSM и гнездом для установки SIM-карты;

3 - модуль криптографической защиты информации (СКЗИ) с гнездом для разъемной установки карты СКЗИ;

4 - модуль интерфейса «человек-машина», снабженный зуммером, визуальными индикаторами, а также клавишей управления;

5 - модуль электропитания;

6 - модуль интерфейса сервисного обслуживания;

7 - датчик контроля целостности корпуса;

8 - блок энергонезависимой памяти;

9 - модуль детектора движения.

Фиг. 2 поясняет работу системы взимания платы в счет возмещения вреда, причиняемого автомобильным дорогам транспортными средствами. Фиг. 3 иллюстрирует возможные режимы работы бортового устройства.

Для решения поставленной задачи заявлено бортовое устройство (БУ) транспортного средства (ТС) для начисления платы за использование автомобильных дорог, содержащее корпус и размещенный в корпусе процессор, функционально взаимосвязанный с модулем 1 позиционирования, принимающим сигнал от глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС); с модулем 2 беспроводной связи, снабженным внутренней антенной GSM и разъемно установленной SIM-картой; с модулем 3 криптографической защиты информации (СКЗИ); с модулем 4 интерфейса «человек-машина», снабженным зуммером, визуальными индикаторами, а также выведенной на лицевую панель корпуса клавишей управления; с модулем 5 электропитания; с модулем 6 интерфейса сервисного обслуживания; с датчиком 7 контроля целостности корпуса; с блоком 8 энергонезависимой памяти и с модулем 9 детектора движения. Модуль 1 позиционирования выполнен с возможностью приема сигнала позиционирования от систем ГЛОНАСС и/или GPS через внутреннюю антенну и приемник ГНСС для определения навигационных параметров транспортного средства (долгота, широта, скорость и направление движения, время) с передачей информации о навигационных параметрах через процессор на вход модуля 3 криптографической защиты информации, который снабжен разъемно установленной картой СКЗИ; при этом выход модуля 3 криптографической защиты информации через процессор и приемопередатчик (UART, Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) соединен с входом модуля 2 беспроводной связи, выполненного с возможностью передачи оператору посредством радиоканала GSM/GPRS преобразованной текущей и накопленной информации о навигационных параметрах транспортного средства, причем для управления бортовым устройством выходы процессора соединены с входами модуля 4 интерфейса «человек-машина» с возможностью подачи сигнала на зуммер и/или на визуальные индикаторы, а выход клавиши управления блока 4 обратной связью соединен с процессором с возможностью отображения через зуммер и визуальные индикаторы режима работы, состояния лицевого счета, результатов самодиагностики бортового устройства, включающих в себя показания датчика контроля целостности корпуса: о состоянии целостности корпуса и/или попытке извлечения карты СКЗИ.

Заявленное бортовое устройство снабжено держателем с присосками, обеспечивающим крепление корпуса бортового устройства на лобовое стекло транспортного средства. При этом следует отметить, что бортовое устройство устанавливается внутри салона автомобиля на лобовом стекле так, чтобы не закрывать обзор водителю. Если транспортное средство оборудовано металлизированным стеклом, следует устанавливать бортовое устройство за пределами зоны металлизации.

Корпус бортового устройства защищает плату и размещенные на ней электронные блоки от механических и климатических воздействий, а также от несанкционированного доступа к ним.

Модуль 5 электропитания бортового устройства выполнен с возможностью подключения его к цепи электропитания автомобиля или к встроенному резервному аккумулятору. Выход модуля 5 электропитания соединен с входами всех электронных блоков 1-4 и 6-9, размещенных на печатной плате в корпусе бортового устройства (подводка электропитания от блока 5 к электронным блокам 1-4 и 6-9, размещенным на печатной плате, на фиг. 1 не показана). При этом вся схемотехника бортового устройства рассчитана на постоянную работу от напряжения в интервале 11-32 В и выдерживает кратковременное повышение напряжения до 200 В.

Бортовое устройство снабжено кабелем питания, обеспечивающим подключение модуля 5 электропитания к бортовой сети питания транспортного средства. Бортовое устройство подключается к бортовой сети электропитания транспортного средства через штатный автомобильный штекер питания («прикуриватель»).

Процессор бортового устройства выполнен с возможностью производить запись информации о навигационных параметрах транспортного средства в энергонезависимую память блока 8 при отсутствии возможности передачи указанной информации посредством сетей мобильной радиотелефонной связи стандарта GSM/GPRS через модуль 2 беспроводной связи.

Элементы индикации модуля 4 интерфейса «человек-машина» бортового устройства выполнены с использованием цветных светодиодов, выбор цвета которых характеризует, например, режимы функционирования бортового устройства, наличие средств на счету пользователя (баланс), исправность и состояние модуля навигации ГНСС и модуля беспроводной мобильной связи (GSM), выбор и уровень заряда источника питания, состояние звукового оповещения.

Модуль 6 интерфейса сервисного обслуживания снабжен сервисным USB разъемом, через который доступны для считывания результаты самодиагностики бортового устройства.

Модуль 9 детектора движения бортового устройства выполнен с возможностью подачи на вход процессора сигнала, отображающего пройденное расстояние и скорость транспортного средства для обеспечения возможности корректировки сведений, поступающих в процессор от модуля 1 позиционирования.

Как показано на фиг. 2, принцип работы заявленного бортового устройства основан на постоянном определении местоположения транспортного средства по сигналам спутниковых навигационных систем GPS/ГЛОНАСС. Заявленное бортовое устройство выполняет функции измерения текущих навигационных параметров, определения на их основе координат транспортного средства в системе координат ПЗ-90.11 и синхронизации внутренней шкалы времени устройства с национальной шкалой времени Российской Федерации UTC(SU) для обеспечения задач мониторинга места нахождения транспортного средства, проводимого с целью взимания платы в счет возмещения вреда, причиняемого автомобильным дорогам общего пользования федерального значения транспортными средствами, имеющими разрешенную максимальную массу свыше 12 тонн. Для этого в штатном режиме работы бортового устройства данные о местонахождении транспортного средства с использованием мобильной связи периодически передаются в систему взимания платы. При неисправности бортового устройства его ремонт и настройку выполняет сервисный центр, уполномоченный системой взимания платы.

При подаче питающего напряжения на бортовое устройство через блок 3 электропитания происходит включение управляющего процессора и взаимосвязанных с ним электронных блоков 1-4 и 6-9, размещенных на печатной плате в корпусе бортового устройства. Когда бортовое устройство включается, производится звуковое оповещение пользователя, и все световые индикаторы загораются зеленым. Далее запускается процедура самодиагностики бортового устройства, прогресс которой можно видеть по состоянию визуальных индикаторов. После завершения процедуры самодиагностики индикаторы загораются тем цветом, который в данный момент характеризует состояние того или иного модуля либо бортового устройства в целом.

Если в процессе самодиагностики не обнаружены какие-либо аппаратные либо программные неисправности, бортовое устройство переключается в штатный режим работы. При этом модуль 1 принимает сигнал позиционирования от систем ГЛОНАСС и/или GPS через внутреннюю антенну и приемник ГНСС для определения навигационных параметров транспортного средства, таких как долгота, широта, скорость, направление движения и время, с последующей передачей информации о навигационных параметрах через процессор на вход модуля 3 криптографической защиты информации, снабженного съемной картой СКЗИ. Модуль 3 криптографической защиты информации осуществляет шифрование/дешифрование передаваемой и получаемой информации. Карта СКЗИ обеспечивает криптографическую защиту данных, передаваемых оператору системы взимания платы. При этом выход модуля 3 криптографической защиты информации через процессор и приемопередатчик типа UART соединен с входом модуля 2 беспроводной связи для передачи оператору посредством радиоканала GSM/GPRS преобразованной текущей и накопленной информации о навигационных параметрах транспортного средства. SIM-карта, установленная в разъеме модуля 2 беспроводной связи, обеспечивает доступ к услугам передачи данных посредством радиоканалов GSM.

Модуль 4 интерфейса «человек-машина» бортового устройства обеспечивает отображение режима работы и состояния лицевого счета с помощью световой индикации, звуковое информирование о событиях бортового устройства, возможность управления работой бортового устройства пользователем посредством нажатия клавиши управления, выведенной на лицевую панель корпуса.

Бортовое устройство может эксплуатироваться в одном из следующих режимов работы (показаны на фиг. 3):

- режим «Активный»;

- режим «Неактивный»;

- «Аппаратная блокировка» (при срабатывании датчика вскрытия корпуса). В режиме «Активный» выделяются подрежимы:

1) «Штатный»: бортовое устройство полностью работоспособно и выполняет свои функции в рамках системы взимания платы;

2) «Сон»: бортовое устройство полностью работоспособно, находится в режиме пониженного энергопотребления, не контролирует местоположение ТС, не осуществляет обмен информацией с сервером подсистемы приема и обработки данных с бортовых устройств (ППОД БУ). Переход в данный подрежим происходит либо при отсутствии движения транспортного средства, либо при отключении бортового устройства от сети электропитания автомобиля на срок более 5 минут. При обнаружении движения транспортного средства либо при подключении к сети электропитания автомобиля бортовое устройство переходит в режим «Штатный»;

3) «Вне территории РФ»: бортовое устройство полностью работоспособно, не происходит обмен информацией с сервером ППОД БУ. Переход в данный подрежим происходит, когда БУ обнаруживает выезд за пределы границы территории РФ. При фиксации въезда на территорию РФ бортовое устройство переходит в режим «Штатный»;

4) «Аварийный»: бортовое устройство неработоспособно. Переход в данный подрежим происходит, когда самодиагностика бортового устройства завершилась ошибкой либо произошла внутренняя (аппаратная и программная) ошибка;

5) «Блокировка» (логическая): бортовое устройство выполняет функции в рамках системы взимания платы, однако посылаемые данные помечены специальным признаком. Переход в данный подрежим происходит, если получена соответствующая команда от ППОД БУ или не удается определить местоположение транспортного средства в течение длительного времени. Переход в подрежим «Штатный» из подрежима «Блокировка» (логическая) происходит автоматически или по команде от ППОД БУ;

6) «Сервисный»: бортовое устройство обеспечивает функции диагностики состояния, настройки и обновления программного обеспечения посредством сервисного USB-разъема. Переход в данный подрежим происходит по команде от ППОД БУ.

В режиме «Неактивный» выделяются подрежимы:

1) «Хранение»: бортовое устройство находится на складе, выполняется мониторинг состояния питания и датчика вскрытия корпуса. Переход в режим «Активный» осуществляется после подключения к источнику питания;

2) «Транспортировка»: бортовое устройство выдано пользователю, выполняется мониторинг состояния питания и датчика вскрытия корпуса. Переход в подрежим «Транспортировка» осуществляется по команде от ППОД БУ. Переход из подрежима «Транспортировка» в подрежим «Штатный» происходит после подключения бортового устройства к источнику питания.

Текущий режим работы бортового устройства отображается с помощью шести трехцветных светодиодных индикаторов:

- индикатор «Статус» характеризует режим функционирования бортового устройства;

- индикатор «Баланс» характеризует наличие средств на счету пользователя;

- индикатор «ГНСС» характеризует состояния модуля 1 позиционирования;

- индикатор «Связь» характеризует состояние модуля 2 беспроводной связи GSM;

- индикатор «Питание» характеризует состояние заряда источника питания;

- индикатор «Звук» характеризует состояние включено/выключено звуковое оповещение.

Например, если индикатор «Связь» горит зеленым светом, это означает, что установлена связь с сервером ППОД БУ. Если индикатор «Связь» горит желтым светом, это означает, что бортовое устройство не зарегистрировано в сети мобильной связи, нет связи с сервером ППОД БУ. Если индикатор «Связь» горит красным светом, это означает неисправность модуля 2 беспроводной связи либо обнаружение средств радиоподавления сигналов GSM.

В составе модуля 4 интерфейса «человек-машина» бортового устройства для выбора класса транспортного средства, для возможности включения/выключения звуковых оповещений, а также инициации немедленного подключения к серверу ППОД БУ на корпусе бортового устройства предусмотрена клавиша управления, которая функционирует следующим образом:

- нажатие длительностью до 1 с позволяет включать и выключать звуковые оповещения;

- нажатие длительностью от 2 до 5 с инициирует немедленную передачу данных оператору системы взимания платы;

- нажатие длительностью более 7 с позволяет выбрать один из классов транспортных средств, разрешенных для установки этого бортового устройства.

Функция звукового информирования о текущем состоянии и смене режима работы бортового устройства реализована следующим образом.

Однократный звуковой сигнал подается при подключении к бортовой сети транспортного средства; при отключении от бортовой сети и переключении на работу от встроенного аккумулятора; при переключении режимов работы бортового устройства; при включении режима звукового оповещения.

Троекратный звуковой сигнал подается при обнаружении любой неисправности в работе бортового устройства; при отсутствии или недостаточном количестве средств на счете.

При подключении к бортовой сети транспортного средства бортовое устройство включается, производится звуковое оповещение, и все световые индикаторы загораются зеленым. Далее запускается процедура самодиагностики бортового устройства, прогресс которой отражается состоянием визуальных индикаторов. После завершения процедуры самодиагностики индикаторы загораются тем цветом, которое характеризует состояние того или иного модуля либо бортового устройства в целом.

Если в процессе самодиагностики обнаружены какие-либо аппаратные либо программные неисправности, бортовое устройство переключается в подрежим «Аварийный», при котором выполняется только мониторинг датчика 7 контроля целостности корпуса (вскрытие корпуса). Индикатор «Статус» при этом мигает красным, и дальнейшая эксплуатация бортового устройства невозможна. Пользователю необходимо передать бортовое устройство в пункт сервиса.

Если в процессе самодиагностики либо в ходе эксплуатации фиксируется срабатывание датчика 7 контроля целостности корпуса (вскрытие корпуса), бортовое устройство переключается в режим «Аппаратная блокировка». Индикатор «Статус» горит красным, дальнейшая эксплуатация бортового устройства невозможна. Пользователь должен передать бортовое устройство в пункт сервиса.

При обнаружении неисправностей модулях 1 или 2 индикаторы «ГНСС» и «Связь» загораются красным, дальнейшая эксплуатация бортового устройства невозможна. Пользователю необходимо передать бортовое устройство в пункт сервиса.

Если индикаторы «ГНСС» и/или «Связь» горят желтым, модули 1 и 2 работоспособны, но не зафиксированы координаты и/или не установлена связь с сервером системы взимания платы. Необходимо подождать или переместить бортовое устройство в зону прямой видимости спутников на открытое пространство вдали от устройств радиоподавления.

Если сигнал «ГНСС» отсутствует длительное время (более 48 часов), бортовое устройство переходит в режим «Блокировка» (логическая), и индикатор «Статус» начинает гореть зеленым цветом с периодическим миганием красного.

Если в процессе самодиагностики или эксплуатации индикатор «Питание» начинает светиться желтым, это означает, что бортовое устройство переключилось на работу от встроенного аккумулятора из-за отсутствия питания (или низкого уровня) в бортовой сети либо плохого контакта с автомобильным разъемом питания («прикуривателем »).

Если в процессе самодиагностики или эксплуатации индикатор «Питание» начинает светиться красным, это означает, что заряд аккумулятора достиг критического уровня и требует подзарядки.

При первом запуске бортового устройства индикатор «Баланс» будет гореть зеленым до тех пор, пока не произойдет обмен информацией с сервером ППОД БУ о состоянии лицевого счета пользователя. При отсутствии средств на счету индикатор «Баланс» загорается красным.

При последующих запусках состояние индикатора «Баланс» будет соответствовать его состоянию на момент последнего выключения бортового устройства, вплоть до успешного обмена с сервером информацией, когда индикация будет соответствовать текущему состоянию лицевого счета.

Если индикатор «Баланс» загорается красным в процессе эксплуатации бортового устройства, это свидетельствует о том, что остаток средств на лицевом счете достиг критически малой величины и необходимо пополнить счет любым удобным способом.

По умолчанию при первом включении звуковые оповещения активны, индикатор «Звук» горит зеленым.

Для включения/выключения звуковых оповещений необходимо кратковременное нажатие (длительностью до 1 с) клавиши управления. После выключения звука индикатор «Звук» загорается желтым.

В случае успешного прохождения процедуры запуска и диагностики индикатор «Статус» загорается зеленым - бортовое устройство находится в «Штатном» режиме и готово к эксплуатации. Нормальной работе соответствует индикация зеленого или желтого цвета индикаторов модуля 4 бортового устройства.

При остановке транспортного средства (датчики модуля 9 детектора движения показывают отсутствие вибрации и движения) или при отсутствии бортового питания в течение 5 мин. бортовое устройство переходит в режим «Сон». В этом режиме индикатор «Статус» мигает зеленым. В подрежиме «Сон» выполняется только мониторинг подключения к бортовой сети, датчика модуля 9 детектора движения и состояние датчика 7 контроля целостности корпуса. Выход из подрежима «Сон» происходит автоматически при обнаружении движения транспортного средства или при подключении к бортовой сети.

Вывод бортового устройства из подрежима «Сон» в «Штатный» режим можно осуществить и вручную, а именно нажатием управляющей клавиши на корпусе бортового устройства.

Модуль детектора 9 движения на основе анализа показаний акселерометра формирует одно из двух логический состояний - покой или движение. Если зафиксировано движение, таймер покоя останавливается и, если БУ находится в подрежиме «Сон», формируется запись массива данных о начале движения.

Если зафиксирован покой, оценивается длительность нахождения в состоянии покоя. Если длительность достигает 5 мин., а запись о переходе в режим покоя еще не сформирована, создается запись массива данных, и, в случае если устройство находится в режиме «Активный», осуществляется переход в режим «Сон». При этом при наличии сеанса связи с ППОД он не прерывается, а отключение модема производится после завершения сеанса.

Если в процессе эксплуатации транспортное средство выезжает за границы территории РФ, бортовое устройство фиксирует данный факт и переключается в подрежим «Вне территории РФ». В этом режиме не осуществляется обмен данными с сервером ППОД БУ. При фиксации въезда на территорию РФ бортовое устройство возвращается в «Штатный» подрежим работы.

При отсутствии возможности передачи модулем 2 бортового устройства сигналов с помощью сетей подвижной радиотелефонной связи стандарта GSM/GPRS (индикатор «Связь» горит желтым или красным цветом) процессор бортового устройства производит запись сигналов во встроенную энергонезависимую память блока 8, которая выполняет функцию «черного ящика». После восстановления связи по каналу GPRS бортовое устройство автоматически передает сохраненные сообщения в ППОД БУ. Размер «черного ящика» обеспечивает хранение информации о местоположении транспортного средства не менее чем за 30 суток.

В процессе функционирования процессор бортового устройства формирует информацию о текущих координатах и векторе направления движения автомобиля путем приема и обработки сигналов спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS модулем 1 позиционирования по факту события и/или времени:

- в момент изменения состояния аппаратной части бортового устройства;

- периодически с интервалом времени, значение которого задается командой от подсистемы приема и обработки данных с бортовых устройств (ППОД БУ) системы взимания платы;

- в промежуточных контрольных точках.

Бортовое устройство через модуль 2 позиционирования и модуль 3 криптографической защиты информации осуществляет периодическую передачу накопленной информации в ППОД БУ с использованием сетей подвижной радиотелефонной связи стандарта GSM/GPRS:

- о местоположении автомобиля, в котором установлено бортовое устройство;

- о внутренних событиях, связанных с функциональностью и целостностью бортового устройства.

Процессор бортового устройства при помощи соответствующего программного обеспечения осуществляет формирование информации о местоположении транспортного средства в виде массива координатных последовательностей, который записывается во внутреннюю память процессора бортового устройства, при этом:

- запись массива координатных последовательностей происходит циклически;

- цикл записи массива координатных последовательностей определяется объемом доступной памяти.

Накопление и хранение информации о местоположении транспортного средства осуществляется не менее чем за 30 суток с размещением в памяти постоянного хранения блока 8 бортового устройства, причем под хранение данной информации предусмотрена свободная память в объеме не менее 128 Мбайт.

Процессор бортового устройства осуществляет регистрацию и запись в перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство блока 8, имеющего энергонезависимую память, информации о следующих внутренних событиях в активном режиме функционирования:

- подключение/отключение бортового питания ТС;

- начало и прекращение движения транспортного средства;

- завершение режима транспортировки;

- уменьшение заряда аккумулятора до критически низкого уровня;

- результаты самодиагностики;

- нарушение целостности корпуса;

- длительная потеря сигнала ГНСС;

- определение помех сигнала ГНСС;

- длительная потеря GSM сигнала;

- определение помех сигнала GSM;

- результат обновления ПО БУ;

- неспособность определить положение;

- автономная блокировка в случае обнаружения неисправности;

- информация о неисправностях, ошибках работы программного обеспечения;

- изменение текущего режима работы БУ;

- прохождение известной точки контроля;

- изменение класса транспортного средства.

Бортовое устройство обеспечивает автоматическое отключение передачи данных по сетям подвижной радиотелефонной связи стандарта GSM/GPRS в случае пересечения границы государства.

Бортовое устройство содержит в памяти информацию не менее чем о двух тысячах контрольных координатных точек (геозон), при прохождении которых запускается сеанс связи и осуществляется передача данных координатной информации события мониторинга на ППОД БУ.

Модуль 1 позиционирования бортового устройства обеспечивает прием данных от систем ГЛОНАСС/GPS через внутреннюю антенну, а также определение следующей информации:

- географические широта и долгота;

- направление и скорость движения;

- снижение точности позиционирования в горизонтальной плоскости HDOP (Horizontal Dilution of Precision);

- снижение точности позиционирования в вертикальной плоскости VDOP (Vertical Dilution of Precision);

- количество видимых и используемых спутников;

- список спутников с определением уровня сигнала и отношение сигнал/шум (SNR).

Полученная модулем 1 информация о позиционировании транспортного средства направляется для шифрования в модуль 3 криптографической защиты информации (СКЗИ).

Модуль 2 беспроводной связи бортового устройства соответствует требованиям Правил применения абонентских станций (абонентских радиостанций) сетей подвижной радиотелефонной связи стандарта GSM-900/1800. Модуль 2 беспроводной связи бортового устройства отправляет данные в ППОД БУ пакетами, размер которых (количество позиций в одном пакете) устанавливается системой взимания платы.

На базе модуля 3 криптографической защиты информации в заявленном устройстве функционирует подсистема шифрования/дешифрования передаваемой/получаемой информации (СКЗИ). Подсистема обеспечивает криптографическую защиту следующих данных, касающихся перемещения транспортного средства, при взаимодействии с ППОД БУ:

- информации о местоположении транспортного средства;

- накопленной информации о местоположении транспортного средства;

- иной информации, утеря которой может привести к возникновению споров относительно произведенных оператором расчетов подлежащей взиманию платы;

- данных мониторинга состояния бортового устройства;

- данных и команд управления бортового устройства;

- данных и команд обновления программного обеспечения (ПО) бортового устройства.

При установке модуля 3 криптографической защиты СКЗИ в бортовое устройство упомянутая подсистема выполняет однозначное сопоставление экземпляра бортового устройства и криптографического средства СКЗИ, а информацию о сопоставлении передает в ППОД БУ.

Особенностью заявленного бортового устройства является то, что используемое средство криптографической защиты информации снабжено отчуждаемым аппаратным или программно-аппаратным элементом, выполненным, предпочтительно, в виде карты СКЗИ.

Используемое средство криптографической защиты информации (СКЗИ) обеспечивает выполнение следующих функций:

- криптографические преобразования в соответствии с алгоритмом ГОСТ 28147-89;

- генерация случайной последовательности;

- генерация ключевой информации для выполнения криптографических преобразований;

- хранение не менее 10 наборов ключевой информации;

- удаление ключевой информации.

Программное обеспечение бортового устройства позволяет процессору выполнять процедуру самодиагностики бортового устройства. Процедура самодиагностики выполняется:

- при каждом переходе в «Активный режим»;

- по команде с ППОД БУ;

- по команде через сервисный USB разъем.

Подсистема самодиагностики бортового устройства выполняет следующие проверки при проведении процедуры самодиагностики:

- целостность образа программного обеспечения;

- работоспособность модуля 2 беспроводной связи;

- работоспособность модуля 1 позиционирования;

- работоспособность датчика 7 контроля целостности корпуса;

- работоспособность модуля 5 электропитания;

- целостность корпуса и попытку извлечения модуля 3 СКЗИ, при обнаружении которых происходит удаление наборов ключевой информации в модуле 3 СКЗИ.

Подсистема самодиагностики бортового устройства сохраняет данные результатов проверок в память постоянного хранения блока 8.

Результаты самодиагностики доступны для считывания через сервисный USB разъем.

Подсистема интерфейса «человек-машина» функционирует на основе модуля 4.

Подсистема интерфейса «человек-машина» позволяет пользователю посредством нажатия управляющей клавиши инициировать соединение с ППОД БУ, включить или выключить звуковое оповещение, установить в бортовом устройстве класс используемого транспортного средства.

Визуальные индикаторы подсистемы интерфейса «человек-машина» позволяют пользователю однозначно определять следующие состояния бортового устройства:

- бортовое устройство находится в спящем режиме;

- бортовое устройство корректно функционирует;

- бортовое устройство неисправно (в случае возможности);

- бортовое устройство находится в состоянии инициализации (готовится к функционированию в рамках процесса взимания платы);

- предупреждение о низком остатке средств на счете пользователя, на имя которого выдано бортовое устройство;

- установленный в бортовом устройстве тип используемого транспортного средства;

- перезаряжаемая батарея полностью разряжена;

- уровень заряда перезаряжаемой батареи достаточен для функционирования бортового устройства;

- низкий уровень заряда перезаряжаемой батареи.

Средства звукового оповещения подсистемы интерфейса «человек-машина» обеспечивают информирование в следующих случаях:

- нажатие управляющей клавиши бортового устройства;

- изменение режима работы бортового устройства;

- включение и отключение внешнего источника электропитания;

- поступление специальной команды ППОД БУ, предусматривающей звуковое оповещение (определяется на этапе технического проектирования).

Подсистема интерфейса «человек-машина» модуля 4 поддерживает сервисный интерфейс USB с нестандартной распайкой. Активация сервисного USB-разъема происходит по специальной команде ППОД БУ для перевода бортового устройства в сервисный режим работы. Команда ППОД БУ для перевода бортового устройства в сервисный режим работы подается с использованием средств криптографической защиты информации.

Через сервисный интерфейс USB подсистема интерфейса «человек-машина» поддерживает следующие функции:

- тесты комплексного функционального тестирования бортового устройства на завершающей стадии производства;

- системные тесты;

- тесты работоспособности электронных компонентов;

- обеспечение задач общей диагностики;

- обновление прикладного и системного программного обеспечения бортового устройства.

При подключении бортового устройства к сети бортового питания автомобиля аккумулятор отключается от нагрузки и заряжается, если уровень его заряда ниже 50%.

Рабочий диапазон температур функционирования бортового устройства составляет от минус 40°C до плюс 55°C. Разработанное устройство предназначено для круглосуточного режима работы.

Одним из существенных отличий и преимуществ предлагаемой полезной модели в сравнении с известными аналогами является то, что вся выходящая из устройства информация шифруется.

Криптографические преобразования выполняются с использованием сертифицированного в соответствии с законодательством средства криптографической защиты информации (СКЗИ), выполненного, например, в форм-факторе ID-000 по ГОСТ Р ИСО/МЭК 7810-2006, ГОСТ Р ИСО/МЭК 7816-1-2013 и ГОСТ Р ИСО/МЭК 7816-2-2010. Преимуществом является то, что форм-фактор модуля СКЗИ в виде съемной смарт-карты позволяет сертифицировать в соответствующих органах, например ФСБ, на встроенные средства шифрования не все устройство целиком, а только сам модуль СКЗИ. Кроме того, при выходе из строя модуля шифрования ремонт осуществляется простой заменой смарт-карты на новую.

В качестве примера конкретного исполнения заявляемой полезной модели в состав модуля СКЗИ БУ может входить микроконтроллер NXP Р5СС081, реализованный в виде смарт-карты производства ООО «МультиСофт Системз» с операционной системой Vigrid версии 1.0 в форм-факторе ID-000. На смарт-карте реализован усиленный генератор случайных чисел, что позволяет генерировать ключевую информацию. Инструкция по встраиванию представлена в документе «46448059.4012402.002.95.01.1-1. Средство криптографической защиты информации «MS_KEY К». Варианты исполнения 5.1, 5.2. Инструкция по встраиванию. Операционная система Vigrid версии 1.0 для интеллектуальных карт». Держатель для установки смарт-карты представлен на рисунке 3 документа «ЦВКЕ.464425.001.С1. Бортовое устройство БУЦСИ 1201. Схема структурная комплекса технических средств».

Указанный модуль СКЗИ предназначен для шифрования, вычисления имитовставки, получения хеш-функции, криптографической аутентификации, выработки ключевой информации по алгоритму Диффи-Хеллмана в соответствии с RFC4357, генерации случайных последовательностей произвольной длины с помощью программного датчика случайных чисел, а также хранения ключевой информации во внутренней памяти. Длина сессионного ключа составляет 32 байта. На одном сессионном ключе может быть зашифровано не более 2 МБ информации, а по достижении этого порога требуется смена сессионного ключа. Для штатной авторизации пользователя СКЗИ применяется PIN-код, который случайным образом генерируется БУ в момент регистрации устройства. Размер PIN-кода составляет 8 символов.

В указанном модуле СКЗИ реализованы следующие алгоритмы:

- алгоритм шифрования в соответствии с требованиями ГОСТ 28147-89 «Системы обработки информации. Защита криптографическая»;

- алгоритм вычисления имитовставки в соответствии с требованиями ГОСТ 28147-89 «Системы обработки информации. Защита криптографическая».

Таким образом, заявленное бортовое устройство является малогабаритным, компактным, а также простым в управлении и надежным в эксплуатации при одновременном обеспечении высокой степени защиты и достоверности сведений, передаваемых в систему взимания платы в счет возмещения вреда, причиняемого автомобильным дорогам общего пользования федерального значения транспортными средствами, имеющими массу свыше 12 тонн.

Claims (8)

1. Бортовое устройство (БУ) транспортного средства (ТС) для начисления платы за использование автомобильных дорог, содержащее корпус и размещенный в нем процессор, функционально взаимосвязанный с модулем 1 позиционирования, принимающим сигнал от глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), с модулем 2 беспроводной связи, снабженным внутренней антенной GSM и разъемно установленной SIM-картой, с модулем 3 криптографической защиты информации (СКЗИ), с модулем 4 интерфейса «человек-машина», снабженным зуммером, а также выведенными на лицевую панель корпуса клавишей управления и визуальными индикаторами, с модулем 5 электропитания, с модулем 6 интерфейса сервисного обслуживания, с датчиком 7 контроля целостности корпуса, с блоком 8 энергонезависимой памяти и с модулем 9 детектора движения, причем модуль 1 позиционирования выполнен с возможностью приема сигнала позиционирования от систем ГЛОНАСС и/или GPS через внутреннюю антенну и приемник ГНСС для определения навигационных параметров ТС (долгота, широта, скорость и направление движения, время) с передачей информации о навигационных параметрах через процессор на вход модуля 3 криптографической защиты информации, который снабжен разъемно установленной картой СКЗИ, при этом выход модуля 3 криптографической защиты информации через процессор и приемопередатчик (UART) соединен с входом модуля 2 беспроводной связи, выполненным с возможностью передачи оператору посредством радиоканала GSM/GPRS преобразованной текущей и накопленной информации о навигационных параметрах ТС, причем для управления бортовым устройством выходы процессора соединены со входами модуля 4 интерфейса «человек-машина» с возможностью подачи сигнала на зуммер и/или на визуальные индикаторы, а выход клавиши управления указанного блока 4 обратной связью соединен с процессором с возможностью отображения через зуммер и визуальные индикаторы режима работы состояния лицевого счета, результатов самодиагностики бортового устройства, включающих в себя показания датчика контроля целостности корпуса о состоянии целостности корпуса и/или попытке извлечения карты СКЗИ.

2. Бортовое устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено держателем с присосками, обеспечивающим крепление корпуса на лобовое стекло ТС.

3. Бортовое устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль 5 электропитания выполнен с возможностью подключения его к цепи электропитания автомобиля или к встроенному аккумулятору.

4. Бортовое устройство по п. 3, отличающееся тем, что снабжено кабелем питания, обеспечивающим подключение модуля 5 электропитания к бортовой сети питания ТС.

5. Бортовое устройство по п. 1, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью производить запись информации о навигационных параметрах ТС в энергонезависимую память блока 8 при отсутствии возможности передачи указанной информации посредством сетей мобильной радиотелефонной связи стандарта GSM/GPRS через модуль 2 беспроводной связи.

6. Бортовое устройство по п. 1, отличающееся тем, что элементы индикации модуля 4 интерфейса «человек-машина» выполнены с использованием цветных светодиодов, которые характеризуют режимы функционирования бортового устройства, отражая уровень средств на счету пользователя (баланс), состояние модуля 1 позиционирования (ГНСС), состояние модуля 2 беспроводной (мобильной) связи (GSM), выбор и состояние источника питания, состояние звукового оповещения.

7. Бортовое устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль 6 интерфейса сервисного обслуживания снабжен сервисным USB-разъемом, через который доступны для считывания результаты самодиагностики.

8. Бортовое устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль 8 детектора движения выполнен с возможностью подачи на вход процессора сигнала, отображающего пройденное расстояние и скорость транспортного средства с возможностью корректировки данных модуля 1 позиционирования.

Images