1. Úvod Řešitelé

PRŮBĚŽNÁ ZPRÁVA O ČINNOSTECH, PROVEDENÝCH V PROJEKTU UNIR V ROCE 2012 Program ALFA TA02031360

zpracovatel:

ELTODO dopravní systémy s. r. o. Doc. Ing. Bc. Tomáš Tichý, Ph.D. ČVUT FD Ing. Zuzana Bělinová, Ph.D. ELTODO EG, a.s. Ing. Milan Smutný

počet stran:

38

datum vydání:

01/2013

© 2013 ELTODO dopravní systémy, s.r.o., držitel certifikátu ISO 9001. Všechna práva vyhrazena. Reprodukování, přizpůsobování nebo překládání bez písemného souhlasu je zakázáno, mimo případů povolených kopírovacími právy.

Program ALFA TA02031360

UNIR – Průběžná zpráva o činnosti 2012

Anotace Tento dokument shrnuje výzkumnou činnost projektu Univerzální inteligentní řídicí jednotka – (UNIR) za rok 2012. Obsahuje stěžejní části všech naplánovaných výsledků projektu pro etapu E001. Cílem projektu je návrh univerzálního systému pro dopravní řízení s možností modulární konfigurace pro kooperaci se subsystémy telematických aplikací. V rámci prvního roku byla naším cílem především HW analýza a nákup jednotlivých prvků a komponent pro navrženou strukturu, která je navrhována na operačním systému Linux s real-time modulem a veškeré SW aplikace jsou vyvíjeny v jazyce C#. V této etapě je snahou také nalezení vhodného modulu pro komunikaci vozidlo - infrastruktura-.

Klíčová slova: Řízení, řídicí jednotka, simulace, testování, řízení dopravy.

Základní údaje Evidenční číslo projektu:

TA02031360

Název projektu:

Univerzální inteligentní řídicí jednotka - UNIR

Program:

TA – Podpora aplikovaného výzkumu a experimentálního vývoje ALFA

Podprogram:

Udržitelný rozvoj dopravy

Specifický cíl:

C34 – Zvýšení bezpečnosti a životnosti dopravní infrastruktury C35 – Zvýšení plynulosti dopravy s využitím dopravní telematiky

Zahájení řešení projektu:

1. ledna 2012

Ukončení řešení projektu:

31. prosince 2015

Příjemce:

ELTODO dopravní systémy s.r.o.

Adresa:

Novodvorská 1010/14, 142 01 Praha 4

Odpovědný řešitel:

Doc. Ing. Bc. Tomáš Tichý, Ph.D.

Další účastnící projektu.

ELTODO EG a.s.

Další účastnící projektu.

České vysoké učení technické v Praze Fakulta dopravní 2



Obsah 1. ÚVOD ................................................................................................................................. 5 1.1.

Řešitelé .......................................................................................................................... 5

1.2.

Hlavní cíle projektu....................................................................................................... 6

2. ŘEŠENÍ PROJEKTU V ROCE 2012 .............................................................................. 8 2.1.

Pracovní jednání............................................................................................................ 8

2.2.

Cíle projektu v roce 2012 .............................................................................................. 8

2.3.

Propagace projektu........................................................................................................ 8

3. SHRNUTÍ VÝSLEDKŮ DOSAŽENÝCH V ROCE 2012 ........................................... 10 3.1.

Komunikační rozhraní C2I ......................................................................................... 11

3.1.1.

Základní popis DSRC .......................................................................................................11

3.1.2.

Komponenty DSRC ..........................................................................................................11

3.1.3.

DSRC 5.9 GHz .................................................................................................................12

3.1.4.

CALM...............................................................................................................................16

3.2.

Návrh modelu řízení pro přesaturovanou síť – split optimalizace .............................. 17

3.2.1.

Volba optimalizačních parametrů .....................................................................................17

3.2.2.

Využití vjezdů křižovatky pro optimalizaci .....................................................................18

3.2.3.

Zdržení vozidel na SSZ pro optimalizaci .........................................................................19

3.2.4.

Mikrosimulace ..................................................................................................................22

3.3.

HW a SW návrh univerzální jednotky ........................................................................ 23

3.3.1.

HW návrhy .......................................................................................................................24

3.3.2.

SW návrhy ........................................................................................................................26

4. CÍLE PRO ROK 2013 ..................................................................................................... 28 4.1.

Předpokládané dosažené výsledky .............................................................................. 28 3



5. ZÁVĚR ............................................................................................................................. 29 6. LITERATURA ................................................................................................................ 30 PŘÍLOHA 1 – ZÁPISY Z PRAVIDELNÝCH JEDNÁNÍ ................................................. 31

4



1. Úvod Tento materiál je průběžnou zprávou o prvním roce řešení projektu TA 02031360 „Univerzální inteligentní řídicí jednotka“ (UNIR). Projekt je koncipován jako čtyřletý, v roce 2012 probíhaly práce především na návrhu vlastního HW a přípravě SW řídicí jednotky. Současně došlo k nákupu jednotlivých komponentů pro vlastní HW návrh. Současně byly vyhledávány možnosti pro implementaci návrhových modulů pro jednotlivé subsystémy jednotky zejména s ohledem na využití pro periferní aplikace na bázi infrastruktura – vozidlo. Cíle první etapy projektu v roce 2012 byly, až na drobné výjimky, popsané níže, splněny. Projekt navazuje v druhém roce řešením dílčích cílů tohoto období, jejímž hlavním výstupem je vytvořit vlastní prototyp řídicí jednotky a ověřit, vybrané další moduly v simulačních nástrojích. 1.1. Řešitelé Řešitelský tým tohoto projektu tvoří odborní pracovníci společnosti ELTODO dopravní systémy s.r.o., ČVUT Fakulty dopravní a ELTODO EG a.s. V kalendářním roce 2012 sestával řešitelský tým z následujících osob: ELTODO dopravní systémy s.r.o. • • • • • • • • • •

Doc. Ing. Bc. Tomáš Tichý, Ph.D. – hlavní řešitel, kontaktní osoba Ing. Tomáš Šmerda – další řešitel, kontaktní osoba Ing. Klára Vaňková – ekonom Michal Petřík, DiS – vedoucí ekonom Ing. Dušan Vaněk – systémový inženýr Ing. Libor Šeps – systémový inženýr Ing. Vladimír Felcman – systémový inženýr Ing. Jaroslav Stejskal – systémový inženýr Ing. Josef Nouzák – systémový inženýr Ing. Ondřej Ton - systémový inženýr

ČVUT v Praze Fakulta dopravní • • • • • • • • • • • • •

Ing. Zuzana Bělinová, Ph.D. – další řešitel, kontaktní osoba Prof. Ing. Zdeněk Votruba, CSc. – odborný poradce Prof. Ing. Emil Pelikán, CSc. – odborný poradce Doc. Ing. Pavel Hrubeš, Ph.D. – odborný poradce Ing. Petr Bureš, Ph.D. – odborný poradce Ing. Jindřich Sadil, Ph.D. – odborný poradce Doc. Ing. Vlastimil Jáneš, CSc. – odborný poradce Ing. Milan Sliacký – odborný poradce Ing. Martin Langr – student doktorského studia Ing. Jan Kapitán – student magisterského studia Ing. Bc. Vladimír Faltus – student doktorského studia Světlana Lesová – administrativní pracovník Michal Kovajlov – technický pracovník 5



ELTODO EG a.s. • • • • • •

Ing. Milan Smutný – další řešitel, kontaktní osoba Ing. Dušan, Krajčír, DiS. – odborný poradce Ing. Jiří Sedlák – vedoucí divize výroby Luboš Kodým – výroba Vladimír Kapitán – výroba Ing. Kamil Jelínek – výroba

Spolupracující organizace • • • •

Retry, s.r.o. – zajištění školení Wedecom s.r.o. – zajištění webových stránek Ing. Miroslav Macháček – zajištění školení Printed s.r.o. – výroba desek plošných spojů

V roce 2012 došlo k následujícím změnám účastníků projektu: Změna údajů účastníků projektu: • • •

u příjemce ELTODO EG, a.s. byl odvolán z pozice místopředsedy představenstva Ing. Jindřich Hess; u dalšího účastníka projektu ELTODO dopravní systémy s.r.o. byl odvolán z pozice jednatele Ing. Jindřich Hess a jmenován nový jednatel Ing. Tomáš Sop; byla změněna kontaktní osoba u společnosti ELTODO EG, kde za Ing. Martina Škodáčka, byl určen Ing. Milan Smutný.

Změně identifikačních údajů společnosti ELTODO EG, a.s.: • Předseda: Ing. Libor Hájek – stávající stav; • Místopředseda: Ing. Tomáš Vohryzka – změna od 8. 10. 2012; • Místopředseda: Ing. Stanislav Stejskal – změna od 8. 10. 2012; • Člen: Ing. Jiří Řehák – stávající stav; • Člen: Karel Müller - změna od 8. 10. 2012.

1.2. Hlavní cíle projektu Cílem projektu je návrh univerzální inteligentní řídící jednotky, která bude navržena pro dopravní systémy s možností modulární konfigurace. Jednotka bude spolupracovat s již existujícími subsystémy vyvinutými společností ELTODO dopravní systémy s.r.o. a s vybranými subsystémy třetích stran. V rámci aplikovaného výzkumu bude do jednotky vyvinut inteligentní modul se zabezpečenými algoritmy pro komunikaci vozidlo infrastruktura a jednoduchý algoritmus pro řízení přesaturovaných vjezdů. Základní návrh a výroba prototypu bude obsahem projektu v roce 2013. Předpokládá se ucelený HW a SW přístup k problematice s testováním pomocí mikrosimulace na vybrané 6



oblasti či problémovém místě. Vlastní návrh HW a SW prototypu bude zajišťovat společnost ELTODO dopravní systémy s.r.o.. Simulace a ověření prototypu v prostředí VISSIM, MATLAB či AIMSUN bude zajišťovat ČVUT FD a konstrukční návrhy a dokumentaci pro certifikaci bude zajišťovat společnost ELTODO EG, a.s. Následné testování a výroba bude následovat mezi roky 2014 a 2015. Vlastní realizace bude řešena již konkrétním umístěním prototypu či ověřovacích sérií produktu do provozu po úspěšné certifikaci. Testování a ladění prototypů pro výrobu včetně modifikací HW a SW bude zajišťovat společnost ELTODO dopravní systémy s.r.o. Vyhodnocení funkce v reálném provozu a ověření, resp. porovnání s modelem, bude zajišťovat ČVUT FD a výrobní přípravu včetně certifikace finálního výrobku bude zajišťovat společnost ELTODO EG, a.s.

7



2. Řešení projektu v roce 2012 Práce na projektu TAČR TA02031360 „Univerzální inteligentní řídicí jednotka “ započaly dle plánu 1.1.2012 prací na dílčích cílech pro období roku 2012. 2.1. Pracovní jednání V pravidelných intervalech probíhaly koordinační schůzky se všemi odpovědnými řešiteli. V Příloze č. 1 jsou uvedeny příslušné zápisy. 2.2. Cíle projektu v roce 2012 Cílem projektu v daném období roku 2012 bylo provedení HW analýzy a nalezení vhodné struktury pro osazení jednotky jednotlivými prvky a vytvoření příslušných desek. Na zvoleném operačním systému pak vytvoření příslušného SW jádra. Byla provedena analýza pro návrhy nových modulů, zejména pro komunikaci vozidlo – infrastruktura včetně prověření a přípravy na modulovou strukturu zařízení. Při návrhu šlo především o následující kroky: • • •

navrhnout vhodné HW prvky a nalezení odpovídající technologie z hlediska, přesnosti, ceny, odolnosti vůči teplotám apod. příprava SW jádra v C# pro OS Linux real-time příprava na sestavení prototypu

Vlastní návrh jednotky včetně SW aplikace má silnou vazbou na dílčí cíl v roce 2013, který se týká návrhu prototypu jednotky a přípravy pro zátěžové testy včetně vlastní simulace a ověření ve vhodném simulačním prostředí. Dalším cílem bylo analyzování trhu z hlediska možnosti využití modulů pro komunikaci infrastruktury a vozidla tj. příprava, aby navržená jednotka umožnila zavádění normativů v rámci kooperativních systémů. Součástí výzkumu vhodné varianty řešení modulové struktury jednotky je návrh a analýza možného vhodného algoritmu řízení formou samostatného modulu na detekci incidentů či saturované sítě. Další klíčovou činností v této etapě projektu byla analýza a dokumentace otevřených a proprietárních komunikačních protokolů pro ovládání univerzální jednotky. Cílem bylo především ověření chování jednotky při požadavcích na maximální frekvenci měření dat. 2.3. Propagace projektu V prosinci roku 2012 byly do ostrého provozu předány webové stránky projektu, veřejně přístupné na webové adrese http://unir.eltodo.cz.wedecom.cz/cs/. Jsou zde dostupné základní informace o projektu a jeho řešitelích. Také jsou zde uváděny jak průběžné informace z projektu (např. prezentace projektu), tak výstupy z projektu viz. příklad Obr 1 a 2. Jedná se o prezentaci s redakčním systémem, který umožňuje jednoduché zadávání a doplňování 8



obsahu webových stránek. Na systému webových stránek proto lze pracovat průběžně bez nutnosti spolupráce se specialistou na webové prezentace.

Obr. 1: Úvodní stránka UNIR

Obr. 2: Příklad obrazovky

9



3. Shrnutí výsledků dosažených v roce 2012 Práce na projektu v roce 2012 byly věnovány především teoretické činnosti v rámci vývoje nového produktu. Byly prováděny analýzy, průzkumy, studie a následně návrhy. Na základě návrhu a studie dostupného hardwaru bylo vybráno vhodné zařízení, které bylo na základě poptávek a cenových nabídek pořízeno. Seznam pořízeného HW je v příloze tohoto dokumentu. Díky analýze dostupnosti HW a zároveň díky základnímu návrhu architektury byly dovybaveny i laboratoře o speciální zařízení a zároveň odpovědní pracovníci pracující na tomto úkolu prošli příslušným školením. Kromě samotné studie legislativy, tvorby analýz, návrhů, školení a pořizování HW, paralelně a kontinuálně probíhá sledování konkurenčních výrobků a zejména trendů v oboru řízení dopravy pomocí telematických aplikací. Velmi pečlivě jsou sledovány tyto skutečnosti na významných workshopech a veletrzích, jež jsou aktivně i pasivně navštěvovány. Příkladem je návštěva veletrhu Intertraffic 2012, na jejímž základě se pracovní skupina dokázala inspirovat k dokonalejší architektuře univerzální řídicí jednotky. Tato nová architektura minimalizuje celkovou velikost finální jednotky a násobně zvětšuje její modulárnost. V roce 2012 jsme se soustředili na následující činnosti: • • • • • • • •

Možnosti navržení modulu C2I Možnosti a návrh algoritmu řízení pro přesaturovanou síť – split optimalizace. Otestování split optimalizace v simulačním programu na ideální křižovatce. Rešerše existujících či vyvíjených aplikací v Evropě využívajících C2I Analýza architektury řídicí jednotky. Design HW modulů a výběr vhodných komponentů včetně školení. Návrh SW struktury na OS Linux. Důležitá školení pro podporu návrhu jednotky

Provedená školení: Název školení: Pokročilý návrh PCB • • •

Datum konání: 20. – 22.11.2012, Školitel: Ing. Petr Tošovský (Retry s.r.o.) Účastníci: Ing. Jaroslav Stejskal (EDS), Ing. Tomáš Kunc (EDS), Ing. Josef Nouzák (EDS), Ing. Milan Bubák (EDS), Ing. Dušan Vaněk (EDS), Vladimír Kapitán (EEG), Luboš Kodým (EEG) Náplň školení: Komplexní postup při tvorbě schémat a desek plošných spojů v prostředí Altium Designer 10 s důrazem na týmovou spolupráci na projektu.

Název školení: Sběrnicové systémy • • •

Datum konání: 29.11.2012 Školitel: Ing. Miroslav Macháček Účastníci: Ing. Jaroslav Stejskal (EDS), Ing. Tomáš Kunc (EDS), Ing. Josef Nouzák (EDS), Ing. Milan Bubák (EDS), Ing. Dušan Vaněk (EDS), Ing. Libor Šeps (EEG), Ing. Vladimír Felcman, Ing. Jiří Sedlák (EEG)

10


•


Náplň školení: Specifikace sériových sběrnic LIN, CAN a FlexRay,specifikace protokolů J1939 a CANopen pro sběrnici CAN, praktické seznámení s nasazením a diagnostikou výše uvedených sériových sběrnice.

3.1. Komunikační rozhraní C2I Komunikaci vozidlo-infrastruktura označujeme zkratkou V2I z anglického Vehicle to Infrastructure nebo také C2I (Car to Infrastructure). Vozidlo musí být vybaveno komunikační jednotkou, která je zpravidla součástí palubní jednotky OBU (On-board Unit). Komunikace probíhá mezi OBU a jednotkou umístěnou na infrastruktuře RSU (Road-side Unit). Komunikaci, která probíhá mezi samotnými vozidly resp. jejich OBU nazýváme V2V nebo C2C. Pro komunikaci V2I (C2I) je nejčastěji využíván systém DSRC (Dedicated Short-Range Communication). Jedná se o bezdrátovou komunikaci využívající pásmo 5,8 - 5,9 GHz . Toto pásmo je v Evropě vyčleněno speciálně pro použití v silniční dopravě. Další možnosti komunikace, kterými se budeme zabývat, jsou také systémy RFID a CALM. Typickým příkladem komunikace V2I na bázi DSRC je systém elektronického výběru mýta. Na uvedení do praxe čekají systémy poskytování dopravních informací nebo komunikace mezi uzlem/dopravním řadičem a vozidlem. 3.1.1.

Základní popis DSRC

DSRC je soubor standardů pro bezdrátovou komunikaci v silniční dopravě. V České republice je v současné době používán systém DSRC 5,8 GHz pro elektronický výběr mýta na dálnicích a vybraných silnicích první třídy. DSRC 5,9 GHz se od DSRC 5,8 GHz neliší pouze frekvenčním pásmem, jedná se o zcela odlišný systém. Jádrem DSRC 5,9 GHz je standard IEEE 802.11p patřící do rodiny standardů WiFi. Tento standard byl vyvinut speciálně pro použití v silniční dopravě a je také nazýván zkratkou WAVE (Wireless Access in Vehicular Environment). Na rozdíl od ostatních standardů IEEE 802.11 jsou u WAVE kladeny požadavky na garantovanou spolehlivost, rychlost přenosu dat, zpoždění paketů a další parametry, jejichž garance je bezpodmínečně nutná pro možnost použití standardu v bezpečnostních aplikacích. Pro zajištění funkčnosti v silničním provozu je také nutné, aby komunikace probíhala při vysokých vzájemných rychlostech. DSRC má přidělené frekvenční pásmo 5,850 - 5,925 GHz. 3.1.2.

Komponenty DSRC

Základními komponenty systému komunikace vozidlo-infrastruktura jsou palubní jednotka OBU a jednotka umístěná na infrastruktuře RSU. Můžeme uvažovat dva možné režimy komunikace mezi vozidlem a infrastrukturou: jednosměrná a obousměrná komunikace. Při jednosměrné komunikaci RSU pouze vysílá a OBU pouze přijímá. Při obousměrné komunikaci obě komponenty vysílají i přijímají. OBU OBU je umístěna v pohybujícím se vozidle. Složení jednotky se odvíjí od toho, pro jaký systém je navržena. OBU pro systém elektronického výběru mýta v České republice na bázi DSRC 5,8 GHz je poměrně jednoduchá, naproti tomu OBU pro satelitní systém 11



elektronického mýtného v Německu je mnohem komplexnější a také dražší. Standardní OBU může obsahovat: •

Navigační a lokalizační platformu (GNSS modul)

•

Komunikační modul (DSRC, GSM, CAN)

•

Základní komponenty (procesor, hodiny, generátor náhodných čísel)

•

Rozhraní člověk - stroj (klávesnice, vizuální a zvukové signály, GIS)

•

Napájení (externí napájení, vlastní baterie)

OBU může být připojena ke sběrnici CAN-BUS a mít tak přístup k datům ze všech senzorů ve vozidle. RSU RSU je stacionární jednotka, která může být umístěna na sloupech veřejného osvětlení nebo v dopravních řadičích světelného signalizačního zařízení, na mýtných branách a je napojena na řídicí centrálu pomocí kabelových sítí nebo bezdrátově. RSU může pracovat i zcela autonomně bez řídících pokynů z centrály. RSU dále obsahuje modul pro komunikaci s vozidly. 3.1.3.

DSRC 5.9 GHz

Technologie DSRC 5,9 GHz oproti technologii DSRC 5,8 GHz nachází uplatnění i v komunikaci V2V. Požadavky na technologii pro DSRC 5,9 GHz jsou především: nízká cena, krátký dosah, obousměrná komunikace a dostatečná šířka pásma. Aplikace DSRC se týkají liniových staveb a komunikace na krátkou vzdálenost a nemají proto tak velké požadavky na šířku pásma jako například buňkové sítě nebo WiMax, u kterých je zapotřebí větší šířka pásma pro rozlehlejší oblasti. Jádrem systému se tedy stal standard IEEE 802.11p, který od ostatních standardů z rodiny IEEE 802.11 (WiFi) odlišuje důraz na rychlou komunikaci v reálném čase při vysokých vzájemných rychlostech, minimální dobu zpoždění pro bezpečnostní aplikace a zachování soukromí a anonymity uživatelů. Komunikace probíhá v pásmu 75 MHz při frekvenci 5,9 GHz, které je rozděleno na 7 kanálů o šířce 10 MHz. Rozdělení kanálů je znázorněno na Obr. 3. Řídící kanál CCH (Control Channel) je určen pro kritickou bezpečnostní komunikaci. Kanály služeb SCH (Service Channel) jsou určeny pro nekritickou komunikaci na bázi IP protokolu. Kanál HALL je ponechán pro budoucí využití.

12



Obr. 3: Uspořádání kanálů WAVE. Zdroj: Chyba!

WAVE dosahuje poměrně slušných teoretických přenosových rychlostí až 27 Mbps v závislosti na vzájemné rychlosti komunikujících uzlů. Pro podrobnější popis komunikace odkazujeme např. na článek Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. Informace o skutečných parametrech komunikace V2I a V2V na bázi DSRC 5,9 GHz je možné čerpat z mnoha zahraničních zdrojů. Autoři článku se zaměřili na maximální dosah komunikace a ztrátovost paketů při zachování přímé viditelnosti (LOS) a při nezachování přímé viditelnosti (NLOS). V reálném provozu se totiž často mohou vyskytovat překážky (například nákladní vozidla), které znemožňují přímou viditelnost. Výsledky testu prokázaly, že při zachování přímé viditelnosti je dosah komunikace V2I více než 1000 m. Měření při NLOS ukázala výrazné zhoršení dosahu komunikace (maximálně 400 m), ale byla provedena pouze pro komunikaci V2V. Vliv LOS na dosah komunikace, tak jak byl vyhodnocen v , je ukázán na Obr. 4. Článek pojednává o měření, které probíhalo v Bologni a mělo za úkol ověřit vliv městského prostředí a umístění RSU na komunikaci V2I. Měření prokázala, že prvky typické pro městské prostředí jako stromy, mosty a přítomnost velkých vozidel mají značný vliv na kvalitu komunikace V2I kvůli ztrátě přímé viditelnosti. Při slabém NLOS lze kvalitu přenosu zlepšit zvýšením výkonu vysílače. Při silném NLOS nelze dělat nic, zvýšení výkonu vysílače v takovém případě nemá na komunikaci vliv a je tedy neefektivní. Umístění RSU tedy musí reagovat na okolní prostředí tak, aby v dané zóně byly zaručeny podmínky LOS. Zhoršení komunikace vlivem stromů a vegetace lze redukovat pomocí vhodné konstrukce antény. Delší anténa s vyšším ziskem znamená lepší dosah komunikace, pokud se na ulici nenachází vegetace. V případě přítomnosti stromů je lepší použít kratší anténu. Vhodným řešením je vytvoření MESH sítě, kde každý bode je vzájemně propojen, s maximálním dosahem 300mna anténách s menšími zisky s vekou směrovostí a s malou odchylkou na změnami polarity a přepětí na anténách,

13



Obr 4: Vliv LOS na komunikaci V2I. Zdroj:

Aplikace využívající DSRC 5,9 GHz V současné době jsou vyvíjeny různé aplikace, které mají za úkol zvýšit bezpečnost provozu na pozemních komunikacích využitím kooperativních systémů na bázi DSRC 5,9 GHz. Příklad takového projektu je projekt WiSafeCar - Wireless Traffic Safety Network Between Cars. Na projektu se podílí Finsko, Lucembursko a Jižní Korea. Cílem projektu je vytvořit komunikační platformu pro řidiče s aktuálními dopravními a meteorologickými informacemi. Pilotní projekt byl testován ve Finsku. Vstupní data jsou částečně získávána od samotných vozidel a přenášena do centrály pomocí GPRS/3G nebo přes RSU a IEEE 802.11p. Vozidla pak získají zpět informace o počasí, nehodách a dalších událostech v provozu. Jednotlivá vozidla mohou také komunikovat mezi sebou pomocí IEEE 802.11p. Zdrojem dat pro systém jsou také různé sensory na infrastruktuře. Schéma systému je znázorněno na Obr. 5.

14



Obr. 5: Architektura sytému WiSafeCar. Zdroj : .

Měření komunikace V2I na dálnici ve Finsku při různých rychlostech projíždějícího vozidla prokázala stabilitu IEEE 802.11p. Doba spojení OBU a RSU se snižovala se vzrůstající rychlostí, což lze očekávat. Vzdálenost, od které probíhá komunikace byla při různých rychlostech stejná. . Tomuto lze právě předejít sítí typu MESH se statickým přidělením IP adres. Zajímavou aplikací komunikace V2V je projekt CoVel, který je popsán v . Cílem projektu je zlepšit přesnost lokalizace vozidel pomocí jejich vzájemné komunikace. Jednotlivá vozidla v systému jsou vybavena OBU s GPS modulem a připojením na CAN sběrnici ve vozidle. Polohová data z GPS jsou zpřesňována pomocí doplňkového systému EGNOS. Tak je získána poměrně přesná absolutní poloha vozidla. Jednotlivá vozidla pak komunikují a vyměňují si informace o své poloze získané z GPS+EGNOS a údaje o ujeté vzdálenosti z vlastních odometrů. Tímto způsobem je získána jejich relativní poloha k sobě navzájem. Kombinací informací o absolutní a relativní poloze vozidel je pak dosaženo vyšší přesnosti určení polohy jednotlivých vozidel. Projekt eCoMove, který je vyvíjen za podpory Evropské, není primárně zaměřen na bezpečnost, ale na efektivitu provozu a úsporu paliv. Pomocí V2I a V2V komunikace má být optimalizován způsob jízdy jednotlivých vozidel podle kritéria minimální spotřeby paliva. V první fázi se projekt zaměřuje převážně na nákladní vozidla. Snaha je minimalizovat časté rozjíždění a brzděni, které znamená energetickou ztrátu. Ambicí projektu eCoMove je snížení energetické spotřeby o 20%. Detailní informace o projektu jsou k dispozici na jeho webových stránkách http://www.ecomove-project.eu.

15


3.1.4.


CALM

Architektura CALM (Communication Access for Land Mobile) je soubor standardů umožňujících komunikaci libovolné ITS aplikaci pomocí libovolné bezdrátové technologie. vyvíjených mezinárodní standardizační organizací ISO. CALM definuje rozhraní pro bezdrátovou komunikaci na střední a dlouhou vzdálenost při vysokých vzájemných rychlostech. Zároveň je podporováno více typů aplikací a více bezdrátových technologií. Architektura CALM je znázorněna na Obr. 6. Síťová vrstva obsahuje kromě protokolu IP také další protokoly (CALM FAST). Projekt eCoMove zmíněný v předchozí kapitole využívá CALM .

Obr. 6: Architektura CALM

16



3.2. Návrh modelu řízení pro přesaturovanou síť – split optimalizace Problematikou návrhu vhodného adaptivního algoritmu se zabývají odborníci na FD ČVUT v dlouhodobějším horizontu. V rámci spolupráce i na tomto projektu je v této kapitole podrobněji popsána vybraná vhodná metoda tzv. split optimalizace, kterou se budeme snažit v rámci spolupráce dále zabývat a rozvíjet pro možném testování a implementaci do univerzální řídicí jednotky. Níže jsou uvedeny základní vlastnosti split optimalizace a ukázka jejího konkrétního využití pro izolovanou křižovatky osazené světelně signalizačním zařízením. Snahou bude metodiku využít i pro dalších dopravní situace přestože metoda je primárně určena pro křižovatky, a tedy metodu transformovat a ověřit v simulaci. Cílem split optimalizace [17] je najít optimální signální program pro následující cyklus na základě aktuální dopravní situace. Nebude tedy uvažováno o změně řízení v delším časovém horizontu v řádu hodin či jejich dílčích částí, ale reakci na aktuální doby jízdy, které jsou v oblasti křižovatky k dispozici. Znamená to, že signální plán je aktualizován po každém cyklu, jako např. u metody řízení na základě délek kolon. Adaptivní řízení je navrhováno jako nadstavba nad klasické dynamické řízení. Uvažována je nadstavba nad několik variant dynamického řízení s tím, že reakce na nejvíce proměnné vlastnosti dopravního proudu zůstává stále na úrovni dynamického řízení – tj. zejména prodlužování fází a případně i volba fází na výzvu není adaptivním řízením ovlivněna. Adaptivní řízení „pouze“ adaptuje maximální délky jednotlivých fází v dynamickém řízení, případně i dobu cyklu; záleží na typu dynamického řízení, resp. jeho zařazení do nadřazené dopravní oblasti nebo koordinované skupiny SSZ. Množina variant signálních programů je omezena okrajovými podmínkami na dobu fáze a dobu cyklu Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. Nabízelo by se rozšířit okrajové podmínky na maximální změny v délkách fází oproti předchozímu cyklu, průměru za poslední období nebo výchozím hodnotám. Toto rozšíření bylo testováno s negativními výsledky v PI. Lepší by v tomto případě měla být predikce vývoje situace za pomoci informací z okolních křižovatek přes oblastní dopravní ústřednu. 3.2.1.

Volba optimalizačních parametrů

Dosavadní pohled na stav problematiky ukázal, že při split optimalizaci se běžně optimalizuje na vyrovnanou délku kolony, nebo podle rezervy využití vjezdů (rezervy kapacity SSZ). Oba případy jsou si blízké, neboť vysoké využití vjezdu přes hodnotu 1 (nedostatečná kapacita SSZ) generuje (nebo prodlužuje) kolonu o délce (množství vozidel) odpovídajícím přebytku tohoto využití. Optimalizace podle rezervy využití vjezdů do křižovatky je tedy jednou ze zvolených optimalizačních metod. Výhodou této metody mj. je, že se snaží vyrovnávat využití pro všechny vjezdy do křižovatky, tj. v první řadě co nejvíce omezit průjezd vozidla až ve více cyklech SSZ. Využitím detekce vjezdu sledujeme poměr vstupní intenzity vozidel a kapacity SSZ (výstupní intenzity vozidel) dané dobou volna, dobou cyklu a saturovaným tokem. To ale za předpokladu shodného využití vjezdů (optimálního stavu podle tohoto parametru) znamená, že v případě překročení využití vjezdu přes hodnotu 1 vznikají pro zatížený vjezd delší kolony než pro nezatížený (při větší intenzitě je více překračována kapacita SSZ). Doby jízdy v dlouhých i krátkých kolonách jsou pak zhruba stejné, což ve výsledku způsobí větší celkové 17



zdržení všech vozidel v křižovatce a horší PI, než kdyby byly zatížené směry více podpořeny. Kapacitní podmínka vede také k výběru maximální doby cyklu, která nemusí být vždy výhodná z pohledu dob jízdy. Ani optimalizace podle délky kolon (tj. dle rozdílu vstupní intenzity vozidel a kapacity SSZ) nemusí být nutně výhodná z pohledu PI všech vozidel. Vede sice k rovnoměrným délkám kolon, ale v zásadě nerozlišuje, jak dlouho vozidla v těchto kolonách setrvají. I když se zdá, že při kolonách stejné délky jsou podpořeny intenzivnější proudy (ve směrech s větší intenzitou se při stejné délce kolony čeká kratší dobu), není zdržení vozidel optimalizačním kritériem. Další parametr, stupeň saturace, nebyl také shledán jako vhodné optimalizační kritérium, neboť sleduje vztah vstupů do křižovatky k parametrům komunikace a nemá přímou vazbu na tvorbu kolon a zdržení. Je zřejmé, že optimalizace podle zdržení vozidel může vést ke stavu, kdy minimální zdržení všech vozidel znamená vytvoření kolony v některém ze směrů i za situace, kdy při jiné optimalizaci kolona nevznikne. Tento stav nepovažuje autor práce za přijatelný, proto bude nastaven optimalizační algoritmus tak, aby při riziku překročení využití vjezdu byla dána přednost kritériu využití vjezdů před kritériem celkového zdržení vozidel. 3.2.2.

Využití vjezdů křižovatky pro optimalizaci

První kritérium optimalizace je rezerva využití jejích vjezdů, resp. rezerva kapacity na SSZ. Aby bylo možné určit rezervu využití, je nejprve nutné určit samotnou kapacitu na SSZ. S kapacitami na SSZ jsou porovnány nároky N na těchto vjezdech – výstupy z modelu. Toto porovnání je charakterizováno tzv. využitím vjezdu ρ . Snahou je tedy, aby křižovatkou projela všechna vozidla přítomná na vjezdu křižovatky v jednom cyklu. Minimální dobu zelené umožňující průjezd pro všechna aktuální vozidla na vjezdu křižovatky uvádí následující vztah: N qs

t gs = 3600

(1)

N ..................... počet vozidel na vjezdu, který se chystá projet křižovatku v daném cyklu (voz) q s ..................... intenzita saturovaného toku na vjezdu do křižovatky (voz/h)

t gs .................... minimální (požadovaná) doba volna pro průjezd všech vozidel na vjezdu (s)

Pro aktuální navrhovanou maximální délku zelené platí t g = 3600

Nc qs

N ..................... počet vozidel na vjezdu, který se chystá projet křižovatku v daném cyklu (voz) q ...................... výstupní intenzita na vjezdu do křižovatky (voz/h) t g ..................... navrhovaná doba volna pro příslušný vjezd (s)

18

(2)



Počet vozidel N je výstupem z modelu z popisovaného modelu. Využití vjezdu lze při znalosti vztahů (1) a (2) pak vyjádřit i pomocí dob zelených následovně:

ρ=

t gs tg

(3)

ρ ................... koeficient využití vjezdu křižovatky

................... navrhovaná doba volna na příslušném vjezdu (s) t gs .................. minimální (požadovaná) doba volna pro průjezd všech vozidel na vjezdu (s) tg

Optimalizace potom probíhá tak, že se snaží minimalizovat maximální kapacitní rezervu vjezdů pro navrhovaný signální program. Uvedené vztahy (1) a (2) platí za předpokladu, že vozidla projíždějí SSZ „produktivně“ v saturovaném toku. Skutečnost je mírně odlišná, ale vzhledem k využití následného poměru ve vztahu (3) ji lze zanedbat. 3.2.3.

Zdržení vozidel na SSZ pro optimalizaci

Při split optimalizaci je jedním z kritérií zdržení vozidla na SSZ. Zdržení vozidla můžeme rozdělit na dvě složky: zdržení na samotných signálech během doby cyklu, a dále zdržení v koloně. Kolonu zde uvažujme jako případ, kdy nedojde k projetí vozidla během jednoho cyklu. Zdržení všech vozidel na všech vjezdech můžeme dále rozdělit na dvě části – zdržení vlivem samotného SSZ t d 1 a zdržení vlivem kolony t d 2 . Potom optimalizační kritérium vypadá následovně: N  N  J = ∑ tdc = ∑ ( tdc1 + tdc 2 ) = ∑  ∑ td 1 ( n ) + ∑ td 2 ( n )  → min 1 i i i  1 

(4)

i ...................... index vjezdu J ..................... optimalizační kritérium

n ...................... pořadí vozidla na vjezdu N

..................... počet vozidel (nárok) na vjezdu (voz)

t d 1 ..................... průměrná

.................... průměrná doba zdržení vozidla v koloně (s)

td 2 t dc

doba zdržení vozidla na signálech SSZ (s)

..................... celková doba zdržení všech vozidel na jednom vjezdu (s · voz)

t dc 1

.................... celková doba zdržení všech vozidel na signálech SSZ na jednom vjezdu (s · voz)

t dc 2

.................... celková doba zdržení všech vozidel v koloně SSZ na jednom vjezdu (s · voz)

Tuto naměřenou dobu jízdy však není možné přímo transformovat jako optimalizační kritérium pro výběr vhodné délky cyklu a doby zelené, neboť nezávisí na navrhovaných signálech, ale na aktuálních signálech, resp. aktuálně měřené dopravě. Odhad celkového zdržení při libovolně nastavených signálech je možný díky znalosti aktuálního nároku N na vjezdu. Během split optimalizace je tedy třeba odhadnout zdržení na samotných signálech 19



odlišné od aktuálně naměřených hodnot, závisející na uspořádání signálního programu a aktuálním nároku N . Zdržení na signálech td 1 během doby cyklu závisí na náhodném příjezdu vozidla k SSZ. Neuvažujeme nyní koordinovaný úsek, kde tato náhodnost neplatí a doba zdržení významně klesá. V případě, kdy vozidlo přijede na signál „volno“ nebo „pozor“, doba zdržení je nulová. V případě, kdy vozidlo přijede na signál „stůj“ nebo „připrav se“, je doba zdržení proměnná – odpovídá době do začátku zelené. Tento stav dobře ilustruje Obr. , kde zdržení pro aktuální čas příjezdu k SSZ zobrazuje fialová křivka. Na vodorovné ose je znázorněn plynoucí čas, na svislé ose pak zdržení individuálního vozidla v závislosti na příjezdu k SSZ. Navrhovaná doba cyklu je označena jako tc a doba zelené jako t g . Největší zdržení je vždy na začátku signálu „stůj“, o hodnotě doby tohoto červeného signálu.

Obr. 7: Závislost doby zdržení na čase příjezdu k SSZ

Celková doba zdržení

t dc 1

na signál SSZ v případě náhodného příjezdu při navrhované době

cyklu t c a době volna t g pak odpovídá součinu počtu všech vozidel na vjezdu a průměrné doby zdržení jednoho vozidla. Vztah je možné získat na základě Obr. . Průměrná doba zdržení jednoho vozidla t d 1 odpovídá celkové době zdržení za cyklus dělené dobou cyklu.

N

tdc1 = ∑ td 1 ( n ) = N ⋅ td 1

(t =N

1

c

−t g )

2

2 ⋅ tc

(5)

N ..................... počet vozidel na vjezdu, který se chystá projet křižovatku v daném cyklu (voz) tc

...................... navrhovaná doba cyklu (s)

t dc1

.................... očekávaná celková doba zdržení na SSZ (s)

td1

.................... očekávaná průměrná doba zdržení na SSZ (s)

tg

..................... navrhovaná doba volna pro příslušný vjezd (s)

Uvedené zdržení na SSZ se týká všech vozidel na vjezdu a prakticky závisí pouze na náhodnosti příjezdu vozidla ke křižovatce. Druhá část zdržení potom reflektuje dobu strávenou v koloně pro ta vozidla, která se do kolony dostanou. Doba strávená v koloně odpovídá počtu neprojetých cyklů SSZ. Množství vozidel N c , které projede na jeden navržený cyklus, resp. jednu navrženou zelenou, se odvodí z aktuálního množství vozidel na vjezdu N a z využití vjezdu ρ . Vztah (6) plyne ze vztahu (2), úpravy po dosazení (1) a (3).

20



Nc =

N ⋅ tg N qs tg = = t gs 3600 ρ

(6)

N ..................... počet vozidel na vjezdu, který se chystá projet křižovatku v daném cyklu (voz) N c .................... počet vozidel na vjezdu, který je schopen projet křižovatku v jednom cyklu při

navrhované době volna (voz) q s ..................... intenzita saturovaného toku na vjezdu do křižovatky (voz/h) tg


t gs

..................... minimální (požadovaná) doba volna pro průjezd všech vozidel na vjezdu (s)

ρ ..................... koeficient využití vjezdu křižovatky

Známe-li počet vozidel na vjezdu za dobu cyklu N c , můžeme nyní odvodit celkové zdržení všech vozidel na vjezdu v koloně t dc 2 . Část vozidel z N od 1 do počtu N c není v koloně zdržena vůbec. Další část od N c + 1 do 2 N c je zdržena po dobu jednoho cyklu, atd. Situaci znázorňuje Obr. . Fialová přerušovaná čára znázorňuje model zdržení v koloně pro konkrétní část vozidel na vjezdu do křižovatky. Vybarvená část pak představuje celkové zdržení všech vozidel na vjezdu t dc 2 .

Obr. 8: Závislost doby zdržení v koloně na počtu vozidel na příjezdu k SSZ

Celkové zdržení všech vozidel na vjezdu do SSZ pak stanovíme na základě Obr. a znalosti vztahu (6). Hodnota v hranaté závorce odpovídá ploše v grafu v jednotkách ρ . Její první část odpovídá ploše vybarvených celých obdélníků v Obr. , druhá část pak zbytku vybarvené plochy.

tdc 2

 ( ρ − 1)2 + ( ρ − 1)  f f  = tc + (ρ − ρ f ) ρ f   ρ  2   N

N ..................... počet vozidel na vjezdu, který se chystá projet křižovatku v daném cyklu (voz) tc

...................... navrhovaná doba cyklu (s)

t dc 2

tg

.................... očekávaná celková doba zdržení v koloně (s)


ρ ..................... koeficient využití vjezdu křižovatky

ρ f ................... celá část koeficientu využití vjezdu křižovatky

21

(7)



Celkové zdržení všech vozidel na vjezdu pak získáme sečtením obou částí podle (4), tj.

tdc = tdc1 + tdc 2 t dc

(t =N

c

−t g )

2 ⋅ tc

2

 ( ρ − 1) 2 + ( ρ − 1)  f f + tc  + (ρ − ρ f ) ρ f   ρ  2   N

(8)

..................... očekávaná celková doba zdržení na vjezdu do křižovatky (s)

t dc1

.................... očekávaná celková doba zdržení na SSZ na vjezdu do křižovatky (s)

t dc 2

.................... očekávaná celková doba zdržení v koloně na vjezdu do křižovatky (s)

3.2.4.

Mikrosimulace

Výše uvedená metodika byla simulována ve vhodně voleném simulačním prostředí. V rámci projektu UNIR by mělo dojít k simulaci vlastní jednotky řízení s využitím split optimalizace a to nejen na křižovatce, ale i jako samostatný funkční prvek či celek pro komunikaci vozidlo – infrastruktura, vlastní řízení, přesměrování, informování apod. V první fázi došlo k návrhu izolované křižovatky, neboť to je z hlediska otestování navrženého algoritmu jednodušší úloha. Návrh split optimalizace byl simulován na ideální křižovatce a algoritmus byl implementován do simulačního nástroje AIMSUN [17]. Tento simulační nástroj se jeví jako vhodný také proto, že pro simulace umožňuje vytvářet programové nadstavby bez nutnosti pořizování speciálních softwarových modulů. Nástroj se skládá ze SW AIMSUN pro vlastní simulaci a umožňuje vytvářet nadstavby programované v jazyce C nebo Python. Takovou nadstavbou je právě navrhované řízení dopravy. Protože nelze vytvořit univerzální simulaci pro libovolné řízení, byl vytvořen příklad „běžné“ čtyřramenné křižovatky. Komunikace jsou obousměrné, v každém směru jeden jízdní pruh. Šířka jízdního pruhu je 3,5 m, povolená rychlost 50 km/h. byl proveden z idealizovaný test a ověření vlastního navrhovaného algoritmu

Obr. 9: Situace křižovatky 22



Vlastní návrh křižovatky byl nakalibrován a bylo provedeno vlastní nastavení pro otestování návrhu algoritmu viz Obr. 9. Výsledky testu ukazují zlepšení v desítkách % na simulované ideální křižovatce. Navržený systém adaptivního řízení je dostatečně robustní. Nereaguje na každé vozidlo, ale pracuje s vyhlazenými daty. Reakce na jednotlivá vozidla je přenechána dynamickému řízení podle běžných zvyklostí. Data o obsazenosti i dobách jízdy jsou vyhlazována tak, že reakce nejsou dramatické ani pomalé. Model odhadu dob jízdy z obsazenosti je i při tomto vyhlazování nastaven tak, že předbíhá informace z přímého měření dob jízdy. To je totiž zatíženo zpožděním, kdy se o dlouhé době jízdy dozvíme, až když vozidlo projede křižovatkou. Totéž platí v případě rozpouštění kolony. Model je nastaven tak, že dokáže odfiltrovat excesy vzniklé zastavením vybraných měřených vozidel z přepravních důvodů, nebo blokování jedné kolony druhou při splynutí kolon před prodlužovacím detektorem. Pro vlastní ověřování a využívání metody je vhodné provést simulace na vybrané oblasti a křižovatce a podrobně prověřit možnosti využití a následné implementace.

3.3. HW a SW návrh univerzální jednotky Cílem této kapitoly je popsat a shrnout vlastní SW a HW návrhy univerzální řídicí jednotky jejíž vhodná HW volba bude sloužit pro realizaci prototypu a pro naprogramování ve vhodném SW nástroji. V roce 2012 byly provedeny výběry a následné nákupy zařízení pro zabezpečení materiálového zázemí pro vlastní vývoj včetně HW viz popis uplatnění kapitola 3.3.1.

Nákup zařízení: • • • • • • • • • •

IR pájecí stanice se spodním ohřevem JOVY RE 8500 včetně X-Y stolu Horkovzdušná pájecí stanice 852A++ včetně sady pájecích trysek Univerzální programátor ELNEC BeeProg2C Programátor / debugger Atmel JTAG ICE3 (4 kusy) Programátor Atmel AVR ISP mkII (2 kusy) Logický analyzátor ASIX SIGMA2 včetně příslušenství (2 sady) Oddělovací transformátor DIAMETRAL OT230.100 Převodník USB/CAN CANLAB USB2CAN včetně diagnostického SW PEAK-System Technik GmbH (IPEH-002067) PCAN-PCI 2-kanálová CAN karta s optickým oddělením pro PCI sběrnici Microsoft Visual Studio 2012 Professional OLP (3 licence)

Nákup HW: • • •

Smyčkový detektor Swarco IG746CAN (2 kusy) ETX procesorový modul Kontron (EKS: 18027-0000-50-4EXT) včetně paměti SODIMM 512MB a chladiče (2 kusy) ETX vývojová základní deska Kontron (EKS: 18010-0000-00-0) 23


• • • • • • • • • • • •


ETX procesorový modul Advantech SOM-4455RL-LSA2E včetně paměti SO-DIMM 512MB a chladiče ETX vývojová základní deska Advantech SOM-DB4700-00A1E Procesorový modul TS-4200 včetně vývojové SD karty Procesorový modul TS-4500 včetně vývojového kitu (základní deska, kryt, zdroj, SD karta) (2 sady) Procesorový modul TS-4800 včetně vývojového kitu (základní deska, kryt, zdroj, SD karta) Sada Schroff - vana 19“ / 3U pro Eurokarty 160mm Sada Schroff – vana 19“/6U pro Eurokarty 160mm včetně sady pro částečné rozdělení na 2x3U Sada konektorů Harting typu DIN 41 612 pro vestavbu do 19“ vany Sada svorek Wago pro přechodové svorkovnice s odpojovačem Výroba 2ks prototypů desek plošných spojů inteligentních výkonových spínačů Sada součástek pro osazení 2ks prototypů desek plošných spojů inteligentních výkonových spínačů Spotřební materiál pro osazování prototypů desek plošných spojů

V roce 2012 Byl proveden i vlastní SW návrh jednotky v příslušném licencovaném SW viz popis uplatnění kapitola 3.3.2. Realizovaný SW: • • •

3.3.1.

Operační systém Linux pro řídicí jednotku včetně podpory Xenomai pro real-time aplikace Systémový SW řídicí jednotky – realizováno v GNU C/C++ Konfigurační a servisní SW pro řídicí jednotku – realizováno v Microsoft Visual Studio C# HW návrhy

Byl proveden první návrh vlastní univerzální inteligentní řídicí jednotky včetně dalších modulů, pro které se vytváří nejen SW jádro, ale i uživatelské rozhraní pro obsluhu a servis. Řídící jednotka byla zakoupena od výrobce Kontron viz Obr. 10. Jedná se o průmyslové (embedded) PC ve formě modulu, který se připojí na nosnou desku (baseboard). Tuto nosnou desku sami vyvineme a bude mít vyvedené veškeré potřebné rozhraní (Sériové linky, Ethernet, USB, GPIO apod.). Řídící jednotka je založena na platformě x86 a půjde o typ Computer On Module ETX-LX s procesorem AMD Geode LX800. S touto platformou již máme zkušenosti z předchozích projektů.

24



Obr. 10: Řídicí deska

Centrální výkonná jednotka bude realizována pomocí nosné desky (baseboard) viz návrhové schéma Obr. 11, na kterou se osadí řídicí a dohlídací jednotka. Tato nosná deska pak bude mít vyvedena veškerá potřebná rozhraní, konektory a další součásti potřebné k realizaci samotného řízení a připojování dalších modulů.

Obr. 11: Nosná deska – návrhové schéma

Vlastnosti: • • •

Interface pro osazení řídící jednotky (embedded PC) Interface pro osazení dohlídací jednotky (AT32) Rozhraní řídící jednotky 25


•

•


o Ethernet switch (4 porty) o GPIO (vstupy / výstupy) o USB o Sériové linky RS485/422 o ISA rozhraní pro možnost připojení rozšiřujících karet Rozhraní dohlídací jednotky o Ethernet o GPIO (vstupy / výstupy) o Sériové linky RS485/422 Napájecí zdroj

Vzájemné propojení jednotek a připojení externích modulů k těmto jednotkám bude přes sériové rozhraní. V zásadě se bude používat dvou standardů: RS 232/422/485 a CAN BUS. Pro připojení k ústředně, obsluze řídicí jednotky nebo k připojení dalších komponent se využije rozhraní USB a Ethernet. 3.3.2.

SW návrhy

Aplikace bude pomocí grafického rozhranní umožňovat interakci s uživatelem a to za pomoci klávesnice (zejména vkládaní textu, klávesové zkratky, přepínání mezi prvky, apod.) a myši (především ovládání prvků, kontextové menu, apod.) viz. Obr. 12. Pojetí aplikace bude založeno na MDI konceptu (Multiple Document Interface). To umožní především lepší orientaci v množství otevřených oken, efektivní využití pracovního prostoru a využití společných ovládacích prvků. Přepínání mezi jednotlivými okny bude zajištěno systémem záložek, kdy každá záložka bude reprezentovat právě jedno okno. Bude-li okno na popředí, bude toto na záložce zvýrazněno. Bude-li obsah okna změněn, bude toto na záložce zvýrazněno. Skrze záložky bude možné asociované okno přenést do popředí či případně zavřít. Bude-li se kurzor myši nacházet nad zavíracím prvkem záložky, bude toto na záložce zvýrazněno. Po uzavření okna bude odstraněna i jeho záložka. Umístění panelu záložek si bude moci uživatel sám zvolit.

Obr. 12: Hlavní okno programu 26



Obr. 13: Textová vizualizace uživatelských proměnných

27



4. Cíle pro rok 2013 V období roku 2013 je cílem vlastní vytvoření prototypu univerzální inteligentní řídicí jednotky. Dojde k osazení vybraných vhodných prvků do desky tištěného spoje pro následné funkční a zátěžové testy jako jsou vlivy prostředí, teplota, přetěžování apod. Bude hledán vhodný nový napájecí zdroj a bude prověřena délka funkčnosti udržení stability napájení.Bude řešen paralelně s vývojem HW i SW nástroj pro vlastní ovládání jednotky. SW bude vznikat na platformě C++. Jednotlivé nadstavbové moduly budou simulovány na vybrané dopravní komunikaci či oblasti ve vhodném simulačním prostřední. S největší pravděpodobností bude volen VISSIM nebo AIMSUN. V prostředí MATLAB bude namodelována vlastní řídicí část nové jednotky a bude docházet propojení se simulačním nástrojem mikrosimulace dané oblasti.

4.1. Předpokládané dosažené výsledky Výsledkem dílčího cíle v roce 2013 bude vytvoření HW celku univerzální inteligentní řídicí jednotky, která bude naprogramována v C++ a bude uděláno uživatelské SW rozhraní pro vlastní nastavování jednotky obsluhou, servisem apod. Navržený prototyp jednotky bude testován pod zátěží. V rámci vývoje prostupu bude HW vývoj směřovat i na návrh alternativního zdroje energie bez stálého pevného dodání energie. Tento zdroj bude prověřován z hlediska své kapacity a délky spolehlivosti dodávané energie. Nedílnou součástí bude návrh a vývoj nadstavbových modulů pro modulový koncept HW i SW. Funkce některých modulů bude ověřována v simulačním programu VISSIM nebo AIMSUN. Také bude nadále analyzována možnost propojení jednotky v rámci projektů kooperativních systémů na úrovní C2I ( vozidlo-infrastruktura), kde se očekává postupný rozvoj v těchto technologiích, ale zejména v komunikačních rozhraních, která do této chvíle nejsou plně specifikovány ani standardizovány. Dílčí cíle daného období pro rok 2013 se shodují s projektovou přihláškou a jsou tyto: • • • • • • •

Vytvoření prototypu inteligentní jednotky Testování prototypu jednotky pod zátěží Navržení vhodného zdroje energie Bude vyvíjen SW nástroj pro ovládání jednotky pod OS Linux v C++ Vybrané nadstavbové moduly simulovat v prostředí VISSIM nebo AIMSUN Navržená řídicí jednotka modelována v prostředí Matlab a bude řešeno propojení s VISSIM nebo AIMSUN. Návrhy řešení pro realizaci komunikace C2I

28



5. Závěr V roce 2012 byla provedena analýza možnosti nalezení vhodného modulu pro komunikaci vozidlo - infrastruktura, která není zatím standardizována a procese se neustále mění a vyvíjí. Byla navržena univerzální inteligentní jednotka, která má svoji modulovou strukturou umožňující připravenost na subsystémy typu nejen C2I, ale i na nadstavbové systémy řízení a vlastní inteligentní moduly řízení, které jsou v rámci zprávy prezentovány. Na zvoleném návrhu HW a operačním systému Linux vznikají postupně SW aplikace pro vlastní řízení jednotky, ale i pro uživatelská rozhraní. V roce 2012 byl proveden nákup příslušných vhodných součástek pro vlastní výrobu prototypu jednotky, která bude testována v roce 2013 a na kterou budou implementovány připravené SW nástroje. Bude provedena příprava na vlastní simulace a to jak řídicí jednotky tak některých vybraných modulů. Současně proběhla školení týkající se zejména HW a implementace vhodného SW. V rámci projektu ALFA UNIR podporovaného Technologickou agenturou ČR byly splněny za rok 2012 vymezené cíle dle uzavřené smlouvy. Přidělené prostředky byly vyčerpány. Z uvedené zprávy vyplývá, že probíhala pravidelná jednání k projektu mezi jednotlivými institucemi a do aktivního řešení projektu byli zapojeni i studenti FD ČVUT. Intenzivní spoluprací mezi zástupci komerčního partnera a výzkumných institucí dochází k významnému prolnutí a provázání výzkumných organizací a aplikační sféry.

29



6. Literatura [1]

[2] [3]

[4]

[5]

[6] [7]

[8]

[9] [10] [11]

[12] [13] [14] [15]

[16] [17]

Morgan, Y.L.; "Notes on DSRC & WAVE Standards Suite: Its Architecture, Design and Characteristics," Communications Surveys & Tutorials, IEEE , vol.12, no.4, pp.504518, Fourth Quarter 2010. Karel, M.: "Nové trendy v technologiích DSRC pro dopravní aplikace" bakalářská práce. ČVUT FD v Praze. Praha, 2010. Gallagher, B.; Akatsuka, H.; Suzuki, H.; "Wireless communications for vehicle safety: Radio link performance and wireless connectivity methods," Vehicular Technology Magazine, IEEE , vol.1, no.4, pp.4-24, Dec. 2006 doi: 10.1109/MVT.2006.343641 Gozalvez, J.; Sepulcre, M.; Bauza, R.; , "IEEE 802.11p vehicle to infrastructure communications in urban environments," Communications Magazine, IEEE , vol.50, no.5, pp.176-183, May 2012 Eloranta, P.: "Co-operative Traffic Safety System for Challenging Climate Conditions Finnish Results of the WiSafeCar Project". 19th ITS World Congress Vienna, Austria, 2012. Sukuvaara, T., Ylitalo R.: "IEEE 802.11p Vehicular Networking System in WiSafeCar Project". 19th ITS World Congress Vienna, Austria, 2012. Bohm, A.; Lidstrom, K.; Jonsson, M.; Larsson, T.: "Evaluating CALM M5-based vehicle-to-vehicle communication in various road settings through field trials," Local Computer Networks (LCN), 2010 IEEE 35th Conference on , s. 613-620, 10-14 Oct. 2010 Ernst, T.; Nebehaj, V.; Srasen, R.: "CVIS: CALM proof of concept preliminary results," Intelligent Transport Systems Telecommunications,(ITST),2009 9th International Conference on, s. 80-85, 20-22 Oct. 2009 Obst, M. a kol.: "Cooperative GNSS Localization in Urban Environments - Results from the CoVel Project". 19th ITS World Congress Vienna, Austria, 2012. Petit, F. a kol.: "Innovative Motorway Management in eCoMove project". 19th ITS World Congress Vienna, Austria, 2012. eCoMove: Project Presentation and Fact Sheet. Dostupné z http://www.ecomoveproject.eu/assets/Documents/Deliverables/100714-DEL-D1.2ProjectPresentationfactsheetweb.pdf. Získáno 9.12.2012 Lykkja, O., M.; Sorasen, R.: "eCoMove Communication Platform". 19th ITS World Congress Vienna, Austria, 2012. Tvrdý K.: DSRC 5.9 , Semestrální práce FD CVUT, Praha 2012 Tichý T. – Musílek P., 2008. Koncepce dopravního řízení v centrální oblasti Prahy – JZ. Projektová dokumentace, Praha : ELTODO DS. Kolektiv autorů. Technické podmínky 81 – Navrhování světelných signalizačních zařízení na pozemních komunikacích. II. vydání, ISBN: 80-86502-30-9, Centrum dopravního výzkumu. Brno, 2006. Stejskal J., Šeps L., Nouzák J., Kunc T., Bubák M.,.: Dokumentace vývoje nového produktu ELS_IC4. Projektová dokumentace, Praha 2012, ELTODO DS Faltus V.: Řízení dopravy ve městech s využitím identifikace vozidel. Praha 2012, ČVUT FD, Disertační práce. 30



Příloha 1 – Zápisy z pravidelných jednání

Zápis z projektu ALFA - UNIR Účastníci: EEG: Krajčír (omluven) EDS: Tichý, Vaněk, Felcman, Šeps FD: Bělinová (omluvena)

Zápis ze dne15.5.2011 – zahájení formální 1. Byl rozeslán návrh harmonogramu prací na 4 roky s tím, že jsou zahájeny práce na projektu HMG byl poslán 13.2.2012 a řešila se smlouva mezi EDS a TAČR. Práce na projektu probíhali od rozeslané informace o schválení projektu TAČR Řeší: Tichý 2. FD dodělá rešerši k modelům pro universální jednotku tj. modul C2I, RFID, prověření komunikace CALM, včetně dalších modulů. Model jednotky by byl simulován v simulačním prostředí. Bude nyní vytipování podkladů pro simulaci včetně výběru prostředí. Řeší: Tichý, Bělinová 3. Bude připravovaná prezentace projektu pomocí web stránek. Řeší: Tichý, Vaněk 4. Bude hledaná další možné nadstavby včetně řešení distribuované ústředny apod. Řeší: Tichý, Bělinová 5. Mechanické části jednotky budou řešit kolegové v EEG. Řeší: Krajčír, Vaněk 6. Eltodo navrhne strukturu universální jednotky, a budou následně řešena rozhraní pro další nadstavbové moduly. Řešení bude prověřováno na CAN-bus. Prvotní návrh universální jednotky bude sepsána a udělán schematický návrh do konce 6/12 Řeší: Vaněk, Šeps, Felcman 7. Bude komentován a upraven nový návrh HMG. Řeší: všichni 8. Bude řešeno SW prostředí pomocí C#, a bude navržena základní struktura příkazů pro možné uživatelské rozhraní. Řeší: Vaněk

Zapsal Tichý 31



Příští schůzka 12.6.2012 od 10.30h na Eltodu. Příloha 1: Návrh HMG z 13.2.2012 Příloha 1 - HMG

32



Zápis z projektu ALFA - UNIR Účastníci: EEG: Krajčír, Smutný, Sedlák EDS: Tichý, Vaněk, Felcman, FD: Bělinová (omluvena)

Zápis ze dne 12.6.2012 1. FD udělá rešerši k modelům pro universální jednotku tj. modul C2I, RFID – poskytne Milan Smutný, prověření komunikace CALM, včetně dalších modulů. Model jednotky by byl simulován v simulačním prostředí. Bude nyní vytipování podkladů pro simulaci včetně výběru prostředí. Zajistit diplomové práce k těmto tématům Řeší: Tichý, Bělinová 2. Bude připravovaná prezentace projektu pomocí web stránek. Přípravu webu by zajistil Vojta Jankovský – objednávkou web bude na serveru Eltoda. Dále v řešení výstupy do 31.8.2012. Řeší: Tichý, Vaněk 3. Bude hledaná další možné nadstavby včetně řešení distribuované ústředny apod. Dále v řešení výstupy do 31.8.2012. Řeší: Tichý, Bělinová 4. Mechanické části jednotky budou řešit kolegové v EEG. Modifikovaný 19“ rám, který bude připravován pro výrobu včetně výroby elektronických vzorků. Termín do konce roku 2012 Řeší: Krajčír, Vaněk 5. Eltodo navrhne strukturu universální jednotky, a budou následně řešena rozhraní pro další nadstavbové moduly. Řešení bude prověřováno na CAN-bus. Prvotní návrh universální jednotky bude sepsána a udělán schematický návrh do konce 6/12. Práce pokračují. Řeší: Vaněk, Šeps, Felcman 6. Bude řešeno SW prostředí pomocí C#, a bude navržena základní struktura příkazů pro možné uživatelské rozhraní. Řeší: Vaněk 7. Připravit specifikaci pro řadič na ověření programování včetně popisu vlastností ověřovacího procesu při odlaďování. Řeší: Tichý

Zapsal Tichý Příští schůzka 24.7.2012 od 10.30h na Eltodu. 33



Zápis z projektu ALFA - UNIR Účastníci: EEG: Krajčír, Sedlák EDS: Tichý, Vaněk, Šmerda, FD: Bělinová Zápis ze dne 4.9.2012 1. FD udělá rešerši k modelům pro universální jednotku tj. modul C2I, RFID – poskytne Milan Smutný, prověření komunikace CALM, včetně dalších modulů. Model jednotky by byl simulován v simulačním prostředí. Bude nyní vytipování podkladů pro simulaci včetně výběru prostředí. Zajistit diplomové práce k těmto tématům. Bude řešeno 910/12 Řeší: Tichý, Bělinová 2. Bude připravovaná prezentace projektu pomocí web stránek. Přípravu webu by zajistil Vojta Jankovský – objednávkou web bude na serveru Eltoda. Dále v řešení výstupy do 31.8.2012. Nutné řešit do 30.9.2012 Řeší: Tichý, Vaněk 3. Bude hledaná další možné nadstavby včetně řešení distribuované ústředny apod. Dále v řešení výstupy do 31.8.2012. Výstupy do 15.10.2012 Řeší: Tichý, Bělinová 4. Mechanické části jednotky budou řešit kolegové v EEG. Modifikovaný 19“ rám, který bude připravován pro výrobu včetně výroby elektronických vzorků. Termín do konce roku 2012. Příprava podkladů do 15.10. 2012 na zahájení výroby Řeší: Krajčír, Vaněk 5. Eltodo navrhne strukturu universální jednotky, a budou následně řešena rozhraní pro další nadstavbové moduly. Řešení bude prověřováno na CAN-bus. Prvotní návrh universální jednotky bude sepsána a udělán schematický návrh do konce 6/12. Práce pokračují. Felcman připraví podklady pro web a textové popisy schémat apod. Řeší: Vaněk, Šeps, Felcman 6. Bude řešeno SW prostředí pomocí C#, a bude navržena základní struktura příkazů pro možné uživatelské rozhraní. Rozhraní se připravují a probíhá, nutné udělat popis – Felcman do 30.9. Řeší: Vaněk, Tuček, Felcman 7. Připravit specifikaci pro řadič na ověření programování včetně popisu vlastního ověřovacího procesu při odlaďování. Termín do 15.10. Řeší: Tichý, Felcman 8. Budou provedeny nákupy materiálů a vystaveny objednávka do 15.10.2012. včetně řešení rozhraní DATEX II a dalších komunikačních a dostavbových modulů. Řeší: Vaněk, Sedlák 9. Nutná přípravna zprávy na TAČR za rok 2012. Řeší: Tichý Zapsal Tichý

Příští schůzka 2.10.2012 od 10.30h na Eltodu.

34



Zápis z projektu ALFA - UNIR Účastníci: EEG: Sedlák, Krajčír (omluven) EDS: Tichý, Vaněk, Šmerda, Felcman FD: Bělinová (omluvena) – bylo řešeno na FD dne 1.10.2012 Zápis ze dne 2.10.2012 1. FD udělá rešerši k modelům pro universální jednotku tj. modul C2I, RFID – poskytne Milan Smutný, prověření komunikace CALM, včetně dalších modulů. Model jednotky by byl simulován v simulačním prostředí. Bude nyní vytipování podkladů pro simulaci včetně výběru prostředí. Zajistit diplomové práce k těmto tématům. Bude řešeno 910/12. Rešerše týkající se kooperativních systém a návrhů ze strany FD bude zpracována do 12/12 Řeší: Tichý, Bělinová 2. Bude připravovaná prezentace projektu pomocí web stránek. Přípravu webu by zajistil Vojta Jankovský – objednávkou web bude na serveru Eltoda. Dále v řešení výstupy do 31.8.2012. Nutné řešit do 30.9.2012. Bude poslána kostra do 10.10.12 Řeší: Tichý, Vaněk 3. Bude hledaná další možné nadstavby včetně řešení distribuované ústředny apod. Dále v řešení výstupy do 31.12.2012. První výstupy do 15.11.2012. Byla zadaná bakalářská práce na toto téma – p. Klapal Řeší: Tichý, Bělinová 4. Mechanické části jednotky budou řešit kolegové v EEG. Modifikovaný 19“ rám, který bude připravován pro výrobu včetně výroby elektronických vzorků. Termín do konce roku 2012. Příprava podkladů do 15.10. 2012 na zahájení výroby Řeší: Krajčír, Vaněk 5. Eltodo navrhne strukturu universální jednotky, a budou následně řešena rozhraní pro další nadstavbové moduly. Řešení bude prověřováno na CAN-bus. Prvotní návrh universální jednotky bude sepsána a udělán schematický návrh do konce 6/12. Práce pokračují. Felcman připraví podklady pro web a textové popisy schémat apod. Řeší: Vaněk, Šeps, Felcman 6. Bude řešeno SW prostředí pomocí C#, a bude navržena základní struktura příkazů pro možné uživatelské rozhraní. Rozhraní se připravují a probíhá, nutné udělat popis – Felcman do 30.9. Řeší: Vaněk, Tuček, Felcman 7. Připravit specifikaci pro řadič na ověření programování včetně popisu vlastního ověřovacího procesu při odlaďování. Termín do 15.10. Řeší: Tichý, Felcman 8. Budou provedeny nákupy materiálů a vystaveny objednávka do 15.10.2012. včetně následného řešení řešení rozhraní DATEX II a dalších komunikačních a dostavbových modulů. Řeší: Vaněk, Sedlák 9. Nutná přípravna zprávy na TAČR za rok 2012. Řeší: Tichý 35


Zapsal Tichý



Zápis z projektu ALFA - UNIR Účastníci: EEG: Sedlák, Krajčír EDS: Tichý, Vaněk, Šmerda, Felcman FD: Bělinová Zápis ze dne 30.10.2012 1. FD udělá rešerši k modelům pro universální jednotku tj. modul C2I, RFID – poskytne Milan Smutný, prověření komunikace CALM, včetně dalších modulů. Model jednotky by byl simulován v simulačním prostředí. Bude nyní vytipování podkladů pro simulaci včetně výběru prostředí. Zajistit diplomové práce k těmto tématům. Bude řešeno 910/12. Rešerše týkající se kooperativních systém a návrhů ze strany FD bude zpracována do 12/12. Rešerše se zpracovává panem Konrátem. Řeší: Tichý, Bělinová 2. Bude připravovaná prezentace projektu pomocí web stránek. Přípravu webu by zajistil Vojta Jankovský – objednávkou web bude na serveru Eltoda. Dále v řešení výstupy do 31.8.2012. Nutné řešit do 30.9.2012. Bude poslána kostra do 10.10.12 Řeší: Tichý, Vaněk 3. Bude hledaná další možné nadstavby včetně řešení distribuované ústředny apod. Dále v řešení výstupy do 31.12.2012. První výstupy do 15.11.2012. Byla zadaná bakalářská práce na toto téma – p. Klapal. Termín zpracování Bakalářské práce je 6/2013. Řeší: Tichý, Bělinová 4. Mechanické části jednotky budou řešit kolegové v EEG. Modifikovaný 19“ rám, který bude připravován pro výrobu včetně výroby elektronických vzorků. Termín do konce roku 2012. Příprava podkladů do 15.12. 2012 na zahájení výroby Řeší: Krajčír, Vaněk 5. Eltodo navrhne strukturu universální jednotky, a budou následně řešena rozhraní pro další nadstavbové moduly. Řešení bude prověřováno na CAN-bus. Prvotní návrh universální jednotky bude sepsána a udělán schematický návrh. Práce pokračují. Felcman připraví podklady pro web a textové popisy schémat apod. Řeší: Vaněk, Šeps, Felcman 6. Bude řešeno SW prostředí pomocí C#, a bude navržena základní struktura příkazů pro možné uživatelské rozhraní. Rozhraní se připravují a probíhá, nutné udělat popis řeší Felcman do 11/12. Řeší: Vaněk, Tuček, Felcman 7. Připravit specifikaci pro řadič na ověření programování včetně popisu vlastního ověřovacího procesu při odlaďování. Termín do 15.12 včetně řešení rozhraní DATEX II a dalších komunikačních a dostavbových modulů. 36



Řeší: Tichý, Vaněk, Felcman 8. Nutná přípravna zprávy na TAČR za rok 2012. Řeší: Tichý Zapsal Tichý


Zápis z projektu ALFA - UNIR Účastníci: EEG: Sedlák, Krajčír EDS: Tichý, Vaněk, Šmerda, Felcman FD: Bělinová Zápis ze dne 27.11.2012 1. FD udělá rešerši k modelům pro universální jednotku tj. modul C2I, RFID – poskytne Milan Smutný, prověření komunikace CALM, včetně dalších modulů. Model jednotky by byl simulován v simulačním prostředí. Bude nyní vytipování podkladů pro simulaci včetně výběru prostředí. Zajistit diplomové práce k těmto tématům. Bude řešeno 910/12. Rešerše týkající se kooperativních systém a návrhů ze strany FD bude zpracována do 12/12. Rešerše se zpracovává panem Konrátem. Řeší: Tichý, Bělinová 2. Bude připravovaná prezentace projektu pomocí web stránek. Web stránky připraveny, bude do konce 12/12 připomínky. Řeší: Tichý, Vaňková 3. Bude hledaná další možné nadstavby včetně řešení distribuované ústředny apod. Dále v řešení výstupy do 31.12.2012. První výstupy do 15.11.2012. Byla zadaná bakalářská práce na toto téma – p. Klapal. Termín zpracování Bakalářské práce je 6/2013. Řeší: Tichý, Bělinová 4. Mechanické části jednotky budou řešit kolegové v EEG. Modifikovaný 19“ rám, který bude připravován pro výrobu včetně výroby elektronických vzorků. Termín do konce roku 2012. Příprava podkladů do 15.12. 2012 na zahájení výroby. Nalezen nový dodavatel na rámy. Řeší: Krajčír, Vaněk 5. Eltodo navrhne strukturu universální jednotky, a budou následně řešena rozhraní pro další nadstavbové moduly. Řešení bude prověřováno na CAN-bus. Prvotní návrh universální jednotky bude sepsána a udělán schematický návrh. Práce pokračují. Felcman připraví podklady pro web a textové popisy schémat apod. Řeší: Vaněk, Šeps, Felcman 6. Bude řešeno SW prostředí pomocí C#, a bude navržena základní struktura příkazů pro možné uživatelské rozhraní. Rozhraní se připravují a probíhá, nutné udělat popis řeší Felcman do 11/12. 37



Řeší: Vaněk, Tuček, Felcman 7. Připravit specifikaci pro řadič na ověření programování včetně popisu vlastního ověřovacího procesu při odlaďování. Termín do 15.12 včetně řešení rozhraní DATEX II a dalších komunikačních a dostavbových modulů. Řeší: Tichý, Vaněk, Felcman 8. Nutná přípravna zprávy na TAČR za rok 2012. EEG pošel podklady o školení nákupech včetně lidí, FD pošle rešerše, lidi a podklady pro zprávu. Proběhla školení, která budou uvedena ve zprávě. Řeší: Tichý Zapsal Tichý

Příští schůzka 1/2013.

38

1. Úvod Řešitelé

Recommend Documents