Solutii wirless de tip DSRC in transportul urban

Si steme teme int i nte el i gent gente e de tr anspor ansportt

Profesor indrumator: dr.ing. Stanciu Alina

CALIN Cosmina SIMA Denis

Master SIT 2014/2015

Soluţii wireless de tip DSRC în transportul urban DSRC (Dedicated Short Range Communications) Co mmunications) este în principiu un link de comunicaţie între vehicul şi infrastructură. infrastructură. În special, special, este un serviciu oferit pe distanţe distanţe scurte şi medii de comunicaţie care suportă operaţii private şi de siguranţă publică în mediile de comunicaţie dintre infrastructură şi vehicul şi între vehicul şi vehicul. Scopul DSRC este de a fi un complement al comunicaţiilor celulare prin furnizarea unor rate rat e de transfer foarte mari în circumstanţe unde sunt importante izolarea relativă a unor zone mici de comunicaţie şi acolo unde se doreşte minimizarea întârzierii în link -ul de comunicaţie. Aceasta tehnologie pentru aplicaţiile ITS lucrează în banda 5.9GHz (U.S.A) sau 5.8GHz (Japonia, Europa). Vechiul standard folosea banda 915MHz. ASTM (American Society for Testing and Material ) şi IEEE (Institute IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers Standards Association ( IEEE -SA -SA)) sunt comitetele care au dezvoltat standardele necesare implementării DSRC. ITS America se foloseşte cel mai mult de aceste standarde, împreuna cu FCC (Federal Communications Commission). De când FCC a alocat banda 5.9 GHZ în Octombrie Octo mbrie 1999, ASTM a lucrat la standardul pentru p entru acest nou serviciu. Ei Ei au aprobat primul nou standard DSRC, ASTM E2213-02, E2213-02, în mai mai 2002 pentru două straturi 1 şi 2, stratul fizic şi legătură de date ale modelului OSI. modelului OSI. În octombrie 2002, ASTM a publicat acest standard. Comitetul lucrează acum la standardele DSRC pentru straturile superioare în cooperare cu IEEE. Noul standard coexista cu ASTM E2158-01, standardul DSRC 915MHz. DSRC se bazează pe standardele recomandate de IEEE 802.11a. Acesta posedă următoarele nivele: - Nivelul fizic este impactul cu autostăzile autostăzile de mare viteză. - Întărzierea foarte mică (<50ms) are impact la nivelul MAC. - Adrese MAC aleatoare pentru a conserva securitatea (intimitatea) - IPv6 pentr u nivelul de reţea - Opţiuni multiple de protocoale deasupra nivelului reţea - Suport pentru reţele în interiorul autovehiculului Arhitectura DSRC a fost dezvoltată în concordanţă conco rdanţă cu modelul stratificat ISO-OSI. ISO-OSI. Dar, din cauza constrângerilor constrângerilor datorate necesităţii necesităţii serviciilor în timp real a fost abordată o stratificare pe 3 nivele. Standardul stratului fizic (CEN ENV(EN)12253) asigură specificarea pentru banda de frecvenţă 5.8GHZ. Datorită faptului că trebuie acoperită doar o distanţă relativ scurtă între echipamentul de pe marginea drumului (RSE - Road Side Equipment) şi echipamentul de la bord (OBE - On Bord Equipment) a fost aleasă soluţia folosirii unei tehnologii de transpondere semisemi pasive şi foarte eficiente din punctul de vedere al costurilor, costurilor, în care semnalul venit de pe marginea drumului este folosit pentru transmisia up-link prin retransmiterea lui de catre OBE dupa o schimbare a frecvenţei şi o codare a datelor de upup -link. Acest lucru evită folosirea oscilatoarelor locale cum este în cazul transiver elor elor active şi permite producerea la dimensiuni şi


preţuri foarte mici a etichetelor -OBE alimentate de baterii. Rata de date uplink/downlink este de 500 kbiţi/sec şi respectiv 250 kbiţi/s. Stratul legătură de date (CEN ENV (EN) 12795) este construit din substraturile LLC (Logical Link Control, rom: controlul legaturii logice) şi MAC(Medium Access ControlControlul Accesului la Mediu). Subnivelul LLC a fost adoptat de la specificaţiile IEEE 8088.2 pentru serviciile fără conexiune şi cele orientate pe conexiune. Substratul MAC furnizează mecanisme eficiente de conexiune pentru rezolvarea şi evitarea coliziunilor.

Implementarea DSRC în domeniul rutier Aplicaţii specifice în mediul urban

1. Siguranţa publică şi privată a tuturor vehiculelor pe raze scurte de răspândire: o o o o o o o

control al accesului sonde de colectare a datelor informaţie cu privire la trafic colectarea taxelor de drum plata benzinei plata directă din autovehicul transfer de date (IDB, J1708, J1939, PCI, etc)     

o

date ATSI date de diagnostic înregistrări ale serviciilor de reparaţii actualizări ale programului computerului din vehicul. actualizări ale datelor sub formă de muzică sau hărţi.

procesarea cererilor de închiriere a maşinilor

2. Siguranţa publică - pe raze extinse de răspândire o

semnalizare în vehicul 

 

o

avertizarea existenţelor zonelor de lucru în imediata vecinătate a vehiculului avertizarea intersecţiilor cu autostrăzile respectiv trenurile avertizarea condiţiilor de drum

evitarea coliziunilor în intersecţii Master SIT 2014/2015

o

vehicul cu vehicul  

avertizarea stării de încetinire a vehiculului sau a staţionării. evitarea coliziunilor dintre vehicule

3. Siguranţa publică şi privată pe raze scurte de răspândire pentru CVO: o o o o o o o o o

transferul sigur al datelor la bordul vehiculelor managementul unic al flotei de autovehicule CVO avertizarea unei posibile răsturnări a vehiculului avertizarea podurilor joase monitorizarea cantităţii de combustibil inspectarea siguranţei vehiculului păstrarea jurnalelor zilnice ale şoferului reîncărcarea vehiculelor de tranzit transferul datelor către vehiculele de tranzit (poartă)

4. Siguranţa publică şi privată pe raze largi de răspândire o o o o

reîncărcarea vehiculelor de tranzit (triaj) colectarea taxelor de drum transferul de date la nivel de locomotivă transferul de date cu privire la locurile unde au oprit autocamioanele CVO

5. Siguranţa publică – intersecţie şi urgenţa o o o o

semnalizarea pentru prioritizarea vehiculelor de urgenţă semnalizarea pentru prioritizarea vehiculelor de tranzit releeajul video al vehiculelor de urgenţă avertizarea apropierii vehiculelor de urgenţă


Câteva exemple relevante ale acestui tip de aplicaţie se vor prezenta în figurile următoare:

Figura 1 : Echipamentele DSRC pot fi direcţionate spre arii specifice, spre direcţii de călătorie a vehiculelor, dar nu acoperă arii largi

Figura 2 : Acces la Internet (se pot transmite date sub forma de e-mail de la autovehicul către reţeaua ce are terminale fixate pe stâlpurile de pe marginea şoselei)

Figura 3 : Navigare dinamică/la cerere


Figura 4 : Consultarea informaţiilor despre trafic

Figura 5 : Utilizarea vehiculelor ca sonde de trafic

Figura 6 : Asistent în trafic


Figura 7 : Cererea de tranzacţii sau de informaţii

Figura 8 : Cererea informaţiei prin intermediul Internet -ului

Figura 9: Datele pot fi descărcate ulterior.


Tendinţe de modernizare a sistemelor de management al circulaţiei - Soluţii de monitorizare a traficului prin echipamente DSRC DSRC vine în întâmpinarea rezolvării problemelor ce apar în imediata vecinătate a conducătorului vehiculului. Necesitatea de a şti ceea ce se întamplă la o distanţă ce este cuprinsă într-o arie apropiată cu cea a autoturismului duce la dorinţa cunoaşterii condiţiilor carosabilului, a condiţiilor vremii sau a stării celorlalte vehicule ce tranzitează o zonă de interes comun cu vehiculul obiect. Informaţia despre o anumită maşină care se îndreaptă neaşteptat către vehiculul obiect, o ambuscadă care nu poate fi văzută de conducătorul vehiculului sau mici schimbări ce pot apare în trafic, sunt date ce pot fi oferite prin tehnologia DSRC. Necesar pentru a putea obţine aceste informaţii sunt: echipamentele de tip senzor, comunicaţii fiabile şi de înaltă performanţă atât vehicul-vehicul cât şi vehicul-carosabil. Aceste servicii pot oferi date dacă dispun de timpi de acces rapizi, management pentru priorităţi, capacităţi foarte mari de date, raze mai mari de comunicaţii faţă de ceea ce se oferă în pr ezent. Din punct de vedere al aspectului comercial putem privi acest serviciu ca un serviciu generator de noi oportunităţi pentru afaceri. Apariţia de noi oportunităţi poate conduce la un real interes în diferite arii ale industriei, cum ar fi: fabricanţii, integratorii de servicii etc. Se estimează ca la începutul anului 2009 să apară pe piaţă primul model real al unei aplicaţii software şi hardware funcţional. În prezent echipamentele ce folosesc tehnologie „veche” se grupează în jurul a 10 aplicaţii principale: colectarea electronică a taxelor de drum, managementul traficului, plata pentru parcare, comerţ electronic oarecare – sau e-commerce, bypass-uri pentru staţiile de cântărire a autovehiculelor comerciale, verificarea electronică a bordului, managementul flotei de vehicule, control al accesului şi altele. Această dezvoltare în viitorul apropiat este limitată deocamdată prin natura de bază a tehnologiei folosite.

Posibile aplicaţii ale DSRC: 

Operaţii la punctele de acces: o



Managementul traficului o o o o



Controlul accesului pe anumite tronsoane.

Sonde pentru colectarea datelor Informaţii despre trafic Semne pentru avertizarea intersecţiilor dintre autostrăzi/străzi Semnalizări în vehicul (numeroase aplicaţii)

Interfaţă de semnalizare a traficului o o

Evitarea coliziunilor din intersecţii Semnalizarea reţinerii dinainte a locurilor pentru vehiculele de urgenţă


o



Plata electronică (în mişcare)

o o o



o o

o

o o o o o

Avertismente împotriva rostogolirilor Verificarea bypass la staţiile de cântărire Verificarea bordului Transfer de date sigur la bordul vehiculului Managementul flotei CVO Interfaţă între motorul tractor şi trailer

Operaţii ale vehiculelor comerciale (staţionar) –urile zilnice ale conducătorului auto o Log o o



Avertizări pentru siguranţă (numeroase semne şi semnalizări) Transfer de date de la vehicul la vehicul

Operaţii ale vehiculelor comerciale (în mişcare)

o



Actualizări ale hărţilor Acces la Internet Divertisment (numeroase aplicaţii)

Siguranţa publicului

o



Colectarea taxelor de drum Plata pentru parcare Procesarea închirierilor de maşini

Plata electronică (staţionară)

o



Semnalizarea pentru prioritizarea vehiculelor în tranzit

Inspecţii pentru siguranţa autovehiculului Adaptarea trailer-tractor

Tranfer de date în tranzit

o o

Transfer de date pentru vehiculele aflate în tranzit Realimentarea vehiculului aflat în tranzit




Mentenanţa

o o o

Raport privind reparaţiile de service Diagnosticul tranferului de date Actualizări ale software-ului vehiculului

Cantitativ tipurile de aplicaţii 5,9 GHz pot fi: 50 – 60 de aplicaţii pentru siguranţa vehiculelor, 10 – 15 aplicaţii pentru siguranţa publicului şi aproximativ 40 de aplicaţii diferite precum e-commerce, alte sisteme de plată etc. În total pot fi definite peste 125 de aplicaţii în prezent. Un exemplu concludent al unei aplicaţii se înţelege mai bine din următorul comunicat oferit de Adam Ülrich (specialist în domeniu) presei germane: "Pe autostrăzile din Germania se percepe o taxă de drum pentru toate camioanele de peste 12 tone greutate totală admisă. Pe autostrăzile din Germania circulă anual 1,2 milioane de camioane grele. Aceste vehicule, majoritatea fiind în tranzit, împovărează enorm autostrăzile germane. De aceea, Guvernul Federal a hotărât înfiinţar ea unei taxe de drum pentru camioanele de peste 12 tone greutate. Cu banii încasaţi se vor repara autostrăzile şi parcările afectate. Condiţia pentru înfiinţarea sistemului de încasare a fost: încasarea nu are voie să provoace deranjări în circulaţia fluentă şi să fie cât mai confortabilă. De aceea, Ministerul Circulaţiei s-a hotărât pentru sistemul automat al firmei Toll Collect. Firma - un joint venture ale firmelor Daimler Crysler, Deutsche Telecom şi Cofiroute - favorizează căile de comunicare cele mai moderne, cu navigare prin satelit (GPS) şi comunicarea datelor prin GSM. Prima încercare a fost acompaniată de pene şi a eşuat din cauza unor probleme electronice, a unui soft cu greşeli enorme şi o infrastructură incompletă. Toate aceste probleme au fost rezolvate şi testele au arătat o corectitudine de 99,6% a datelor înregistrate. Taxa de drum devine scadentă înainte de a circula pe o porţiune de autostradă. Pentru aceasta şoferul este nevoit să se înregistreze înainte de călătorie. Acest lucru se poate rezolva în trei feluri: din birou - prin internet, la terminaluri speciale - pe lângă staţiile de benzină şi prin înregistrarea automată prin satelit. Pentru plătirea confortabilă şi automată este nevoie de un aparat instalat în camion, aşa numitul On-Board-Unit (OBU). Acesta este pus la dispoziţie în mod gratuit de o firmă specializată, iar pentru instalare trebuie să plătească proprietarul camionului. Cu ajutorul semnalelor GPS şi al senzorilor infraroşii, acest aparat recunoaşte automat traseele obligatorii de taxă, calculează taxa respectivă şi o trimite codificat centrului de calcul aferent. Prin acesta se trimite periodic factura la proprietarul camionului. La înregistrarea pe Internet sau la terminalurile speciale, orice modificare de traseu trebuie imediat efectuata la următorul terminal (ştergerea rutei anterioare şi înregistrarea rutei noi), singurele excepţii fiind abaterile ordonate de poliţie. Modificarea cea concludentă la introducerea sistemului taxei de autostradă în Germania sunt cele 300 de poduri - înalte de 7,5 metri - de verificare. Acestea au pentru fiecare bandă de autostradă câte o «pereche de ochi», care verifică «furioşi» circulaţia. Toate vehiculele sunt supuse unui control riguros. Cu ce viteză, pe ce bandă se apropie, ce fel de vehicul este. Senzorii şi soft -ul instalat recunosc imediat vehiculele aferente. Autobuzele şi maşinile mici nu se înregistrează în mod automat. La vehiculele mari se face comparaţie cu modelele înregistrate în calculatorul central, pentru a stabili greutatea maximă admisă. Cu o comunicare pe bază de raze infraroşii se controlează prezenţa unui eventual OBU. Nu se retransmite nici un răspuns pe această cale, se citeşte doar numărul de înregistrare al camionului.


Acesta se transmite în fracţiuni de secundă la centrul de calcul, unde se compară cu plăţile făcute manual. În caz de acord, datele înregistrate se şterg, fiind trimişi numai infractorii. Jumătate din podurile de control fiind instalate la numai câteva sute de metri înaintea unei parcări, cei care nu plătesc pot fi foarte uşor scoşi din circulaţie fără a afecta traficul fluent. În afară de aceasta, circa 300 de autovehicule speciale sunt zi şi noapte pe drum, pentru a controla circulaţia camioanelor grele. În caz de abateri, patrulele de control pot percepe o taxă de drum de până la 500 de kilometri plus amendă". Pe de altă parte din punct de vedere al aplicaţiilor pentru siguranţa vehiculelor întâlnim trei categorii:

1. Aplicaţii RSU (roadside unit) OBU (Onboard units) – în esenţă sunt acele aplicaţii dezvoltate pentru a prioritiza şi oferi informaţiile în sensul indicat mai sus, de la unităţile (echipamentele) amplasate pe carosabil la unităţile (echipamentele) amplasate pe bordul vehiculului. În această categorie regăsim: intensificarea navigării şi a ghidării prin rute, atenţionarea asupra punctelor de interes menţionate de conducătorul auto, actualizări şi descărcări de hărţi, corectare GPS, avertizări la intrarea în curbe, avertizări cu privire la coliziunile de pe autostrăzi, informaţii despre trecerea pe porţiunile marcate a pietonilor, avertizarea prezenţei copiilor sau pietonilor în imediata apropiere a vehiculului, avertizarea prezenţei unei scoli în zona de tranzitare a vehiculului, semne ce oferă informaţii cu privire la starea fizică a carosabilului: moale, foarte aspră, avertizarea podurilor joase, avertizarea zonelor de lucru, avertizarea pentru întoarcerea la stânga, asistent pentru schimbările parametrilor funcţionali ai unui vehicul etc. 2. Aplicaţii OBU (Onboard units) RSU (roadside unit) – în esenţă sunt acele aplicaţii dezvoltate pentru a prioritiza şi oferi informaţiile în sensul indicat mai sus, de la unităţile (echipamentele) amplasate pe bordul vehiculului la unităţile (echipamentele) amplasate pe carosabil. În această categorie pot intra: rezervarea dinainte a anumitor locaţii pentru a fi ocupate de vehicule de urgenţă – serviciu oferit printr-o semnalizare adecvată, măsurarea inteligentă la intrarea pe rampă, semnalizare luminoasă inteligentă, infrastructură bazată pe managementul traficului – sonde, servici SOS, semnalizare post-accident, preaviz de reparare de tip „just-in-time” (la momentul şi timpul potrivit), semnalizarea transformării vizibilităţii în obscur. 3. Aplicaţii OBU (Onboard units) OBU (Onboard units). Acest tip de aplicaţii este gândit pentru a oferi informaţii cât mai complete conducătorului vehiculului. În această categorie intră: asistent pentru schimbările parametrilor funcţionali ai unui vehicul, senzori pre-accident, mesagerie instantă pentru probleme ce pot aparea, aparat pentru îmbunătăţirea vizibilităţii, avertizarea coliziunilor în intersecţiile hibride, asistent pentru schimbarea benzii de circulaţie, asistent pentru virarea la stânga, reducerea corelantă a strălucirii puternice, avertizare vehicul-către-vehicul, îmbunătăţirea diferenţială a corecţiilor GPS, asistent pentru semnele de stop, etc.


Mai jos sunt prezentate aplicaţii ce explică mai bine cele prezentate în această clasificare:

Figura 10 : Majoritatea aplicaţiilor axate pe siguranţa sunt avertizări.

Figura 11 : Semn de avertizare – pod îngust + baliză DSR


Figura. 12 : Avertizare „Pod de gheaţă în faţă”. Avertizare cu privire la condiţiile vremii

Figura 13 : Avertizare „Zona de lucru în faţă”. Avertizare zonă de lucru


Figura 14: „Obstacol pe şosea în faţă”. Avertizare a vehiculului de urgenţă.

Figura 15: Evitarea coliziunilor vehicul – vehicul – avertizarea vehiculelor staţionate.


Figura 16 : Realimentarea cu benzină şi informarea vehiculelor din trafic cu privire la starea de ocupare a pompelor aflate lângă şoseaua unde se colectează taxele de drum.

Figura 17 : Semnal pentru ocuparea în avans a unei benzi pentru vehiculul de urgenţă


Figura 18 : Semnal pentru prioritatea vehiculelor aflate în tranzit, pentru ocuparea în avans a unei benzi şi de evitare a coliziunii.

Figura 19 : Avertizarea podurilor joase şi avertizarea unei posibile răsturnări a vehiculului – aplicaţii cu specific CVO Master SIT 2014/2015

Figura 20 : Operaţii de coordonare între vehicule.

Figura 21 : Evitarea accidentului în mod cooperant. Reţelele mobile includ şi marginile de drum.


Figura 22 : Mesaj de rutină – evitarea coliziunilor între vehicule. Propagarea datelor de tip: condiţiile vremii, ale traficului, ştiri, planificarea rutelor în mod cooperant

Vehiculele compară informaţiile de la celelalte vehicule cu cele aflate la propriul bord. Prima evidenţă a unei posibile coliziuni rezultă în avertizările către conducătorul vehiculului.

Figura 23 : Avertizarea vehiculului staţionat – evitarea coliziunilor între vehicule


Dacă coliziunea devine inevitabilă, vehiculele schimbă o cantitate mare de informaţii în ultimele milisecunde ale impactului pentru a proteja celelalte vehicule implicate în trafic. Informaţii ca greutatea vehiculului implicat în coliziune, capacităţi şi caracteristici ale acestuia. Vehiculele pot şti totul despre accident înainte ca acesta să se întâmple. Răspunsuri la întrebări de genul: Mă va lovi un vehicul? În ce parte a vehiculului voi fi lovit? Câtă energie va fi în coliziune? Paraşocurile vehiculelor vor interacţiona? Cunoscând aceste informaţii se pot lua numeroase măsuri de protecţie: pretensionarea centurilor de siguranţă, prepoziţionarea paraşocului pentru o mai bună aliniere cu scopul de a absorbi mai multă energie, comandarea direcţiei „în ultimul moment” sau operaţii de frânare, deschiderea airbag -ului într-un mod special pentru a proteja cât mai bine cu putinţă într -un astfel de accident particular.

Figura 24 : Zona pieţei – colectarea taxelor de drum.


Figura 25 : Zone în interiorul zonelor – staţia de benzină.

Dezvoltarea comunicaţiilor 5,9 GHz DSRC sunt în continuă accelerare. Ambele oportunităţi pentru afaceri sau iniţiative de siguranţă prezintă interes. Se investesc sume semnificative de bani în cercetare pentru dezvoltarea aplicaţiilor. Fabricanţii de autoturisme susţin acest program şi foarte multe aplicaţii noi vor fi activate. Plaja de valori a anilor viitori va fi ca un pivot în dezvoltarea acestui tip de comunicaţii.


Bibliografie

http://www.easts.info/on-line/proceedings_05/1572.pdf http://findarticles.com/p/articles/mi_m1YFN/is_2_9/ai_n25013438/ http://global-sei.com/tr/pdf/info/60-10.pdf http://www.usc.edu/dept/ise/assets/007/64788.pdf


Solutii wirless de tip DSRC in transportul urban

Recommend Documents