Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
Elektronické systémy sledování vozidel Diplomová práce
Vedoucí práce
Vypracoval:
Ing. Jiří Pospíšil, CSc.
BcA. Roman Bílek
Brno 2013
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma ELEKTRONICKÉ SYSTÉMY SLEDOVÁNÍ VOZIDEL vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury.
Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.
dne ………………...…………….………… podpis diplomanta………………………….
Děkuji panu Ing. Jiřímu Pospíšilovi, CSc. za velmi užitečnou odbornou metodickou pomoc,
kterou
mi
poskytl
při
zpracování
mé
diplomové
práce.
ABSTRAKT Předkládaná diplomová práce se zabývá posouzením současného stavu používaných elektronických systémů sledování vozidel. První část práce se soustředí na technologie elektronického sledování. Tyto technologie jsou rozděleny na lokální a globální systémy sledování dopravy a jsou vytvořeny čtyři skupiny pro možnosti jejich využití. Poté je pozornost věnována konkrétním systémům, kde je popsán princip a doporučení pro využití. Těžiště práce se nachází v poslední části, kdy je vytvořen komplexní přehled používaných systému. Pro tyto systémy jsou stanoveny vhodné ukazatele pro hodnocení systémů a pomocí metody multikriteriálního rozhodování jsou sledovány a vyhodnoceny účinnosti systémů při sledování vozidel.
KLÍČOVÁ SLOVA Doprava, sledování vozidel, lokální systémy, detektory, globální systémy.
ABSTRACT This diploma thesis deals with assessment of current state of electronic tracking systems for vehicles. The first part focuses on technology of electronic monitoring systems. These technologies are divided into local and global traffic monitoring systems and four groups of their utilization. Thereafter, the attention is focused on specific systems, where the principles and recommendations of use are described. Main part of thesis is situated in the last section, which is a comprehensive overview of systems which are used. For these systems, the appropriate indicators for evaluation are set and with use of multi-criteria decision making methods, the efficiency of the vehicle tracking is monitored and evaluated.
KEYWORDS Trafic, vehicle tracking, local systems, detectors, global systems.
Obsah ÚVOD ............................................................................................................................... 7 CÍL PRÁCE..................................................................................................................... 8 1
LITERÁRNÍ PŘEHLED ....................................................................................... 9 1.1 1.2 1.3 1.4
Doprava ....................................................................................................................... 9 Dopravní telematika................................................................................................... 11 Architektura dopravní telematiky .............................................................................. 12 Oblast použití dopravní telematiky ............................................................................ 13
2
TECHNOLOGIE ELEKTRONICKÉHO SLEDOVÁNÍ DOPRAVY ............ 15
3
LOKÁLNÍ SYSTÉMY SLEDOVÁNÍ DOPRAVY ........................................... 17 3.1 Kontaktní detektory ................................................................................................... 18 3.2 Elektromagnetické detektory ..................................................................................... 20 3.3 Aktivní vyzařující detektory ...................................................................................... 23 3.3.1 Ultrazvukové detektory ......................................................................................... 23 3.3.2 Mikrovlnné detektory ............................................................................................ 24 3.4 Pasivní přijímající detektory ...................................................................................... 27 3.4.1 Infračervené pasivní detektory .............................................................................. 27 3.4.2 Optické detektory .................................................................................................. 28 3.5 Optoelektronické detektory ....................................................................................... 29 3.5.1 Videodetekce ......................................................................................................... 29 3.5.2 Laserové detektory ................................................................................................ 33
4
GLOBÁLNÍ SYSTÉMY SLEDOVÁNÍ VOZIDEL .......................................... 35 4.1 Globální navigační systémy ....................................................................................... 35 4.1.1 GPS........................................................................................................................ 36 4.1.2 GALILEO.............................................................................................................. 40 4.2 GSM........................................................................................................................... 43
5
METODIKA HODNOCENÍ ELEKTRONICKÝCH SYSTÉMŮ ................... 47 1.1 Vyhodnocení a porovnání systémů ............................................................................ 49 1.1.1 Metoda Fullerova trojúhelníku .............................................................................. 49 1.1.2 Metoda pořadí ....................................................................................................... 53
ZÁVĚR .......................................................................................................................... 62 PŘEHLED POUŽITÉ LITERATURA ...................................................................... 63 SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK .......................................................................... 65
ÚVOD V současnosti lze v globálním měřítku pozorovat nárůst automobilové dopravy a s tím narůstající požadavky na kontrolu, sledování a řízení silniční dopravy. Ve velkých světových metropolích tak různé systémy nejen zkvalitňují plynulost dopravy, ale vlastně umožňují zachovat dopravní obslužnost městských center a zabraňují kolapsu dopravy. Cílem diplomové práce je na základě studia literatury a dostupných údajů posoudit současný stav používaných elektronických systémů sledování vozidel. Tyto systémy charakterizovat a doporučit jejich použití v dopravních aplikacích. Stanovit vhodné ukazatele pro hodnocení systémů a navrhnout metodiku hodnocení těchto systémů. První kapitola se zabývá základními informacemi a definicemi telematiky v dopravě. Dále pak je tato část zaměřena na architekturu a oblasti použití telematiky, kde jsou stručně definovány možnosti využití v dopravním systému. Druhá kapitola je věnována technologii elektronického sledování dopravy. Základem této částí je rozdělení systémů podle možností sledování. Poté je vytvořeno rozdělení jejich použití do čtyř kategorií. V následující třetí a čtvrté kapitole jsou popsány principy lokálních a globálních systémů sledování dopravy. Rovněž je diskutováno použití těchto systému v kategoriích pro represivní účely, řízení dopravy, evidenční služby a hospodářské účely. V páté kapitole jsou stanoveny vhodné ukazatele pro hodnocení systémů monitorování vozidel. Pomocí metody multikriteriálního rozhodování jsou sledovány a vyhodnoceny účinnosti systémů sledování vozidel. V poslední kapitole jsou stručně shrnuty dosažené výsledky a zhodnoceno dosažení vytyčených cílů práce.
7
CÍL PRÁCE Cílem diplomové práce je na základě studia literatury a dostupných údajů posoudit současný stav používaných elektronických systémů sledování vozidel. Tyto systémy charakterizovat a doporučit jejich použití v dopravních aplikacích. Stanovit vhodné ukazatele pro hodnocení systémů a navrhnout metodiku hodnocení těchto systémů.
8
1 1.1
LITERÁRNÍ PŘEHLED Doprava
Střední Evropu charakterizuje stále propracovanější kvalita dopravního řetězce. Základní úlohou dopravy je způsob pohybování objektů z místa na místo.Objektem můžou být předměty, osoby, zvířata, ale třeba i informace nebo energie. Dopravní technologie se skládají z dopravních prostředků, dopravní infrastruktury a organizace dopravy. Doprava patří mezi nejrychleji se rozvíjející sektory národního hospodářství. Nejvíce rozšířenou dopravou je silniční. Hustota základní silniční sítě činí 0,70 km na km2. Pokud jsou zahrnuty také místní komunikace, pak hustota dosahuje dokonce 1,44 km na km2. Na území R je v provozu 485 km dálnic a 55 095 km silnic, z čehož je 375 km rychlostních. Silniční síť vyhovuje svou hustotou, nevyhovuje však kvalitou. Silniční infrastruktura v současné době nestačí svým tempem nárůstu intenzit a zvyšování růstu dopravních prostředků. Z tohoto nárůstu vzniká potřeba zvyšovat nároky na řízení a sledování dopravních prostředků. [7] Na základě rozvoje moderních technologií 21. století se doprava zdokonalila o nové elektronicko-informační aspekty. Dnes je nazývána inteligentní dopravní systémy. Pro celý dopravní systém znamenají velký přínos pro bezpečnější a efektivnější přepravu. Díky rozvíjejícím se informačním a elektronickým technologiím se v podstatě jiné než elektronické systémy pro sledování vozidel nepoužívají. Aplikace inteligentních dopravních systémů se využívá při:
omezení dopravních kongescí1
zvyšování bezpečnosti a plynulosti provozu
ochrana životního prostředí
efektivnost přepravy zboží
1
Dopravní kongesce je stojící kolona vozidel (stupeň dopravy číslo 5) z důvodu nehody, zúžení vozovky apod.
9
Základní pojmy dopravního řetězce Pro definování dopravní telematiky je nutno nejprve definovat objekt dopravy a popsat celý přepravně-dopravní řetězec.
Obr. 1
Dopravní řetězec [28]
Objekt dopravy - představuje proces přemístění zboží a osob. Objekt přepravy - definuje souhrnný pohyb pro přepravované materiály, zboží a osoby. Podle charakteru objektu přepravy lze dělit dopravu na osobní a nákladní. Dopravní prostředek - definuje dopravní element (vozidlo, loď, letadlo, vlak, atd.), který se pohybuje po dopravní cestě. Podle charakteru dopravního prostředku a dopravní cesty dělíme dopravu na dopravu silniční, železniční, leteckou a vodní. Dopravní cesta - definuje prostor, ve kterém se pohybují dopravní jednotky nebo dopravní komplety. Dopravní cestu rozdělujeme dle druhů dopravy, případně podle dalších charakteristik dopravní cesty. Rozdělení dopravních cest hraje klíčovou roli ve výběru systémů dopravní telematiky, protože použitá technologie ITS musí být v souladu s charakteristikou dopravní cesty. Dopravní terminál - definuje prostor, kde dochází k nakládce, vykládce či překládce objektu přepravy, nebo ke změně druhu dopravy. Jako terminál lze uvažovat v individu-
10
ální automobilové dopravě, např. parkoviště; ve veřejné dopravě osob lze pod terminál zahrnout např. nádraží. [28]
1.2
Dopravní telematika
Dopravní telematika (ITS) integruje informační a telekomunikační technologie s dopravním inženýrstvím za podpory ostatních souvisejících vědních oborů (ekonomika, teorie dopravy, systémové inženýrství, atd.). Při dané infrastruktuře se zvýší přepravní výkony a efektivita dopravy, stoupne bezpečnost a zvýší se komfort a stabilita přepravy.[5] Telematické systémy umožňují v daném úseku komunikace průběžně sledovat a vyhodnocovat charakteristiky dopravního proudu (hustotu provozu, intenzitu provozu, atd.), meteorologické informace (teplotu vzduchu, teplotu povrchu vozovky, atd.). Služby pro cestující a řidiče (uživatelé) - například informace o dopravních cestách, dopravních spojích, dopravních informacích prezentovaných řidičům prostřednictvím informačních systémů na dálnicích, dopravních informacích prezentovaných prostřednictvím rádia, televize nebo Internetu, informace zasílané řidičům do automobilů (dynamická navigace, atd.), služby mobilních operátorů, atd. Služby pro správce infrastruktury (správci dopravních cest, správci dopravních terminálů) - sledování kvality dopravních cest, řízení údržby infrastruktury, sledování a řízení bezpečnosti dopravního provozu, ekonomika dopravních cest, atd. Služby pro provozovatele dopravy - volba dopravních cest a nejvýhodnějších tras, řízení oběhu vozidlového parku, údržba vozidel, diagnostika vozidel, dodávka náhradních dílů, atd. Služby pro státní a veřejnou správu - napojení systémů dopravní telematiky na veřejný informační systém, sledování a vyhodnocování přepravy osob a nákladů, řešení financování dopravní infrastruktury (fond dopravy), nástroje pro výkon dopravní politiky měst, regionů, státu, atd. Služby pro bezpečnostní a záchranný systém (IZS - integrovaný záchranný systém) propojení systémů dopravní telematiky na integrovaný záchranný systém a bezpečnostní 11
systémy státu, zabezpečení lepšího organizování prací při likvidaci havárií, nehod, zvýšení prevence proti vzniku mimořádných událostí s ekologickými důsledky, atd. Hlavní cíle dopravní telematiky můžeme rozdělit na:
informační a řídící systémy v dopravě
poskytování nových služeb cestujícím ve všech způsobech dopravy
nástroje a služby managementu v dopravě
provoz a řízení dopravních prostředků
navigace vozidel a přenos dat mezi nimi
zvyšování bezpečnosti provozu dopravy
zmírnění negativních vlivů dopravy na životní prostředí. [6]
Architektura dopravní telematiky
1.3
Základ dopravního telematického systému je tvořen informačními technologiemi, které obsahují informace o jednotlivých prvcích dopravního řetězce (dopravní prostředek, přeprava zboží a osob apod.) a o uživatelích dopravy. Dopravní telematický systém umožňuje sběr, přenos, zpracování, výměnu dat a informací mezi různými uživateli dopravního řetězce a vytváří tzv. telematickou aplikaci. Základní prostředky dopravního telematického systému lze rozdělit na:
Technické prostředky: akční prvky (světelná návěstidla, proměnné dopravní značky, informační tabule), senzory (dopravní detektory, videodetekční systémy, ekologický monitoring), komunikační infrastruktura (rozhlasové vysílání RDSTMC, spojení krátkého dosahu DSRC, multimediální přenosy, GSM přenosy, digitální vysokofrekvenční přenosové sítě), informační technologie (HW, SW).
Prostředky řízení procesů: dopravní management měst (řízení sítí; individuální automobilová doprava, veřejná hromadná doprava), management silnic a dálnic (řízení linií), ekologický management (ekologické dopady dopravy).
Prostředky organizační podpory: pasportní systémy (digitalizace technické a stavební dokumentace, spojení informací o údržbě infrastruktury či nehodovosti s meteorologickými, řízení údržby a monitorování bezpečného provozu apod.), 12
ekonomické systémy (systémy správců dopravních cest, dopravců a dalších organizací zabezpečující údržbu a řízení silničního provozu). Dopravní telematický systém účelně popisuje výše uvedené prostředky. Celý tento systém slouží uživatelům dopravy, zvyšuje jejich bezpečnost, informovanost a efektivitu. Minimalizuje dopady dopravy na životní prostředí. [2]
Oblast použití dopravní telematiky
1.4
Většinou víme, kam jedeme, kde je cíl naší cesty, kam je třeba dopravit zboží. Potřebujeme znát aktuální dopravní situaci, která je na trase v průběhu naší cesty. Tedy místa s uzavírkami a objížďkami, místa kde se právě stala dopravní nehoda, kde se tvoří kolony vlivem vysoké intenzity provozu, místa s nepříznivou meteorologickou situací nebo se zhoršenou sjízdností komunikací. Z toho vyplývá, že aplikace telematických systémů je nezbytnou součástí dopravního řetězce. Důležitou informací pro řidiče je zjištění stavu dopravy a stavu dopravní cesty. Proto telematické aplikace významně ovlivňují bezpečnost dopravního systému. Technologické vymoženosti moderní doby nám umožňují nepřeberné využití prostředků v dopravě. Mohou to být např. indukční smyčky pro detekci přítomnosti vozidla, infračervené detektory nebo stále častěji používaná videodetekce využívající dopravních kamerových systémů. Zvláštní kapitolu technologických zařízení zejména z pohledu koncového uživatele tvoří satelitní navigační systémy. Tyto systémy jsou na trhu dostupné v pasivní formě pro sledování vozidel i v aktivní formě pro navigaci trasy. Oblíbené pasivní systémy sledování vozidel využívají technologie automatické lokalizace vozidel. Součástí bývá nejenom přijímač signálu z některého GNSS, ale také geografické informační systémy, různé mapové databáze apod. Příklady použití navigačních systémů v silniční dopravě mohou být následující:
sledování přepravy nebezpečných nákladů v reálném čase
identifikace a sledování odcizených vozidel
13
sledování vozového parku firem (tzv. flotila služebních vozů, autobusů popř. kamiónů) tj. elektronická kniha jízd
elektronické vybírání poplatků EFC (Electronic Fee Collection) podle prostoročasových údajů [27]
14
2
TECHNOLOGIE ELEKTRONICKÉHO SLEDOVÁNÍ DOPRAVY
Ve shodě s neustálým zvyšováním nároků na výše popsaný dopravně-přepravní řetězec, se v důležitých parametrech (kapacita, rychlost, spolehlivost, bezpečnost a komfort) zvyšují nároky na technologické prvky, které tyto vlastnosti zajišťují. Mezi základní a moderní technologické prvky patří elektronické systémy a satelitní navigační systémy.[27] Pro aplikaci elektronických systémů sledování vozidel je nejdůležitější specifikovat jejich možnosti sledování.
Lokální systémy-Jedná se o technické prostředky s dominancí detektorů zajišťující sledování lokality a místa v určitém čase.
Globální systémy-Tyto systémy fungují na principu získávání dat ze satelitů umístěných na oběžné dráze. Data jsou vyhodnoceny přijímačem umístěným například ve vozidle. Do těchto systémů řadíme Globální navigační systémy (GNSS) a Globální Systém pro Mobilní komunikaci (GSM).
Dalším důležitým parametrem je možnost jejich použití. Toto odvětví může obsahovat velké množství možností. Zaměříme se na rozdělení podle použití do čtyř základních skupin. 1. Represivní účely Jde o specifickou a velmi důležitou oblast elektronického sledování vozidel. Tato oblast zahrnuje především aplikace pro detekci: překročení maximální povolené rychlosti, jízdy křižovatkou na červenou, odcizených vozidel, nedovoleného parkování a přetěžování vozidel. 2. Řízení dopravy Slouží ke sledování zatížení dopravní sítě, životnosti vozovek, odhadu nákladů na údržbu aj. Rovněž má za cíl zvýšení bezpečnosti dopravy z hlediska zpomalení rychle jedoucích nákladních vozidel apod.
15
3. Evidenční účely Jedná se o aplikace sledující aktuální stav sledovaného objektu. Velké využití mohou tyto systémy najít v oblasti inventárních bodů importu a exportu, na parkovištích aj. 4. Hospodářské účely Tyto účely mají za úkol většinou výběr poplatků za průjezd konkrétními úseky.
Obr. 2
Simulace lokálních a globálních telematických aplikací [12]
16
LOKÁLNÍ SYSTÉMY SLEDOVÁNÍ DOPRAVY
3
Moderní systémy řízení a sledování dopravy se skládají ze tří hlavních částí: sběru dopravních dat, jejich analýzy a řízení dopravní situace na základě získaných znalostí tak, aby bylo dosaženo žádaného stavu. Dopravní data mohou být poskytována rozsáhlou skupinou senzorů, jako jsou např. indukční smyčky, piezoelektrické kabely, radary, světelné závory, infra snímače a kamerové systémy. Z těchto senzorů získáváme naměřené parametry dopravního toku (hustota jízdního pruhu, rychlost dopravního proudu či přímo stupeň dopravy), detekci incidentů (dopravní nehody, kolony, aj.) a detekci represivních složek (překročení povolené rychlosti, jízda na červenou, vjezd v protisměru do jednosměrné ulice, výběr mýta). [8] Detekce se provádí pomocí detektorů, které lze rozdělit na:
detektory podle fyzikálního způsobu činnosti
detektory dopravně technického použití
detektory měřených a výstupních hodnot
detektory stavebně technického uspořádání: - detektory nezasahující do vozovky - detektory umístěné ve vozidle - detektory zasahující do vozovky
Princip těchto detektorů je velmi rozdílný a dopravní detektory mohou být fyzikálně velmi odlišné, přičemž můžou dávat shodné výsledky. Dopravní detektory lze tedy z fyzikálního hlediska rozdělit do následujících skupin:
kontaktní detektory
elektromagnetické detektory
aktivní vyřazující detektory
pasivní přijímající detektory
optoelektrické detektory [4] 17
3.1
Kontaktní detektory
Jedná se o detektory vyžadující mechanický styk s detekovaným předmětem. Do této skupiny patří pneumatické detektory a piezoelektrické senzory. První zmíněné detektory se v dnešních telematických aplikacích již nevyužívají. Piezoelektrické senzory většinou využívají u systému WIM pro vážení automobilů. Systém WIM Hmotnost vozidel, respektive přetěžování způsobuje extrémní škody na komunikacích. Proti tomuto problému se postupovalo odstavením vozidla před, které se umístily senzory ve tvaru desek. Vozidlo na ně najelo a bylo zváženo. Nový systém WIM (Weight In Motion) umožňuje vážit vozidlo za jízdy. Systém senzorů v předstihu rozliší nákladní vozidlo, které je pomocí proměnných dopravních značek navigováno na WIM. Zde je omezena rychlost vozidla a vozidlo je za jízdy zváženo. Pokud jeho hmotnost nepřesahuje dovolenou hranici, pokračuje v jízdě. Pro tento způsob vážení existuje řada senzorů pracujících na různých fyzikálních vlastnostech. V následujícím textu si popíšeme princip nejefektnějšího z nich piezo-křemenného senzoru, který je používán i v eské republice. Pieozo – křemenný senzor Princip Senzor je obvykle složen z pojezdové plochy, hliníkového profilu, piezoelektrického senzoru a elastického materiálu v tomto případě z křemičitého písku.
18
Obr. 3
Princip měření – architektura WIM senzorů
Každý jízdní pruh je osazen dvěma řadami senzorů (4 senzory v jedné řadě). Senzory tvoří dva souvislé měřicí prahy přes celý jízdní pruh. Pro výpočty statické hmotnosti z WIM systému jsou používány poměrně složité algoritmy, neboť při průjezdu vozidla získáme pro každou osu nad každým senzorem jiný výstupní signál. Kromě toho se měří rychlost vozidla a vzdálenost os. Ze všech těchto údajů je následně matematickými postupy určena hmotnost vozidla. Instalace se provádí přímou metodou do vyfrézované drážky na vozovce.[1] Účel použití
Represivní Jedná se o kontrolu váhy automobilu, systém je většinou doplněn o CCTV kameru, která snímá registrační značku.
Řízení dopravy Slouží ke sledování zatížení dopravní sítě, životnosti vozovek, odhadu nákladů na údržbu aj. Rovněž mají za cíl zvýšení bezpečnosti dopravy z hlediska zpomalení rychle jedoucích nákladních vozidel.
Evidenční účely Systém pro vážení vozidel může posloužit jako inventární body importu a exportu materiálů při vstupní a výstupní kontrole na bráně podniku.
Hospodářské účely Systém není vhodný. 19
Elektromagnetické detektory
3.2
Pracují na principu změny elektromagnetického pole. Nejpoužívanějším detektorem jsou Indukční smyčky. Indukční smyčky Jedná se o nejběžnější typ dopravního detektoru používaného za účelem řízení dopravy. Kromě indukčních smyček existuje celá řada podobných detektorů pracujících na jiných fyzikálních principech. Jsou to magnetické detektory, pneumatické detektory, piezoelektrické detektory a detektory s vláknovou optikou.[4] Indukční smyčka se skládá z:
jednoho nebo více závitů izolovaného metalického vodiče položeného v úzké vyfrézované drážce ve vozovce
kabel mezi smyčkou a propojovacím boxem
propojovacího boxu
řídící jednotky připojené k propojovacímu boxu (také zesilovač), která interpretuje změny v elektrických vlastnostech smyčky při průjezdu vozidla, zdroj střídavého napětí
Princip Detekce je tvořena na základě vlastní smyčky představující vlastně vzduchovou cívkou s indukčností počítanou dle vztahu: (1)
Cívka je napájena prostřednictvím přizpůsobovacího členu z oscilátoru 20-150 kHz.Tím je okolo závitů vytvořeno homogenní magnetické pole, které je narušeno přítomností kovové karoserie vozidla a vyvolaná změna (rozladění) je vyhodnocována v detektoru. Změna neboli rozladění je vyvoláno vířivými proudy ve vodivých částech vozidla, které 20
způsobí vzrůst ztrátového odporu cívky a zhoršení její kvality (induktivní / ztrátový odpor).
Obr. 4
Princip detekce vozidel indukční smyčkou [4]
Citlivost smyčky neboli rozladění smyčky závisí na:
překrytí smyčky vozidlem (optimálně úplné překrytí)
hloubce uložení - čím hlouběji, tím nižší citlivost (do 15 cm při vozovce bez armování není kritické)
délce přívodu - indukčnost přívodu v sérii s indukčností cívky (nad 200 m se obě indukčnosti vyrovnávají)
armování vozovky - citlivost klesá o 5-50% (smyčky mají mít odstup od kovových předmětů, jako např. kanálů minimálně 30 cm)
materiálu vozovky, který by měl být elektricky nevodivý (např. aluminiové izolace) [4]
Indukční smyčky mají pět základních tvarů. Nejvíce používaným tvarem je: a) krátká pravoúhlá smyčka b) dlouhá smyčka- využití pro detekci kolon c) šikmá smyčka - využití pro detekci cyklistů d) trapézová - využití v úzkých pruzích e) osmičková smyčka - využití pro detekci kolejových vozidel [3]
21
Obr. 5
Tvary indukčních smyček [4]
Účely použití
Represivní V uspořádání dvou smyček za sebou je možné systém použít k měření rychlosti. Rychlost se počítala z časového odstupu náběžných hran obou smyček, při jejich konstantní vzdálenosti. Z důvodu nepřesností a složité instalace se již nepoužívají.
Řízení dopravy Při sledování dopravy se používají indukční smyčky v uspořádání s jednou smyčkou sloužící jako výzvový detektor nebo detektor obsazenosti. Z naměřených hodnot obsazenosti lze usuzovat tvorbu kolon.
Evidenční účely Pomocí dvou smyček lze kategorizovat vozidla na osobní a nákladní. Z důvodu nepřesnosti asložité instalace se pro tyto účely systém nepoužívá.
Hospodářské účely Systém není vhodný. 22
3.3
Aktivní vyzařující detektory
Tyto detektory využívají různých kmitočtů a registrují jejich změny (kmitočet, fáze, amplituda) přerušením nebo odrazy. Takto pracují detektory:
3.3.1
ultrazvukové
mikrovlnné Ultrazvukové detektory
Pro generaci i detekci ultrazvukových vln se používá reverzní piezoelektrický jev. Ultrazvukové vlny jsou generovány elektrostrikcí, tj. kmitáním piezokeramického elementu buzeného střídavým napětím. Princip Při zjišťování přítomnosti vozidla pracuje ultrazvukový detektor v impulsním režimu. V jednom pouzdře je umístěn vysílač, který slouží i jako přijímač. Měnič pracuje obvykle v nad-akustickém pásmu, v oblasti 16-35 kHz. Vzdálenost pro detekci je typicky 0,5 až 8 m. Pro identifikaci přítomnosti vozidla se používá vysílání krátkých impulsů, tzv. burst impulsů a měří se čas návratu odraženého impulsu. Osobní vozidlo má kratší vzdálenost mezi vyslaným a přijatým impulsem a odraz od nákladního vozidla je nejkratší. Pro rozlišení osobního a nákladního vozidla je nutné stanovit jisté toleranční meze. Účely použití Represivní Systém není vhodný. Řízení dopravy Systémy měří dopravní hustotu, avšak na základě menší přesnosti se využívají velmi omezeně. Evidenční účely Systém není vhodný.
23
Hospodářské účely Systém není vhodný. 3.3.2
Mikrovlnné detektory
Mikrovlnný detektor je zařízení, založené na principu vysílání a následného příjmu mikrovlnných paprsků. Tyto detektory mají některé výhody oproti optickým, ultrazvukovým či infračerveným detektorům. Zde jmenujme jejich výhodnější směrové charakteristiky, vyšší přesnost měření a odolnost oproti změnám vnějších fyzikálních podmínek (vítr, prach, hluk, mlha, vlhkost). Princip Z fyzikálního hlediska pracují radary na Dopplerovském principu v mikrovlnném pásmu.
Obr. 6
Princip měření rychlosti pomocí Dopplerova jevu[9]
Zdrojem mikrovlnného záření je zpravidla oscilátor s Gunnovou diodou umístěnou v dutinovém rezonátoru s přesnými rozměry odpovídajícími požadované vlnové délce. Vlnění je vazební clonou přivedeno z oscilátoru do vlnovodu spojeného s anténou obvykle tvaru trychtýře. Měřící obvod zpracovává záření odražené od objektu a je tvořen směšovačem, zesilovačem a měřičem kmitočtu. Mikrovlnné detektory jsou vzhledem ke svým malým rozměrům a snadné montáži na stožár možnou náhradou za indukční smyčky zejména tam, kde není možný zásah do povrchu vozovky. V praxi se používají v podobě Radaru a technologie DSRC.
24
Radar Naše policie je vybavena radary RAMER-7M, které pracují v mikrovlnném pásmu 34,0 a 34,3 GHz. Úzký radarový paprsek má velmi malý vysílací výkon, rychlost se měří na vzdálenost kolem 35 metrů. Radar je obvykle zabudován v policejním autě, měření se může provádět ze stojícího i jedoucího auta. Průběh a výsledky kontroly jsou zdokumentovány digitální kamerou a přeneseny do počítače. Prohlížení naměřených parametrů se zobrazuje pomocí aplikace ARCHIV 4x. Jednotlivé snímky jsou archivovány v databázi na disku archivačního počítače. Aplikace obsahuje funkce pro grafické zpracování snímků, které se používají pro získání informací potřebných při identifikaci vozidla. Pro noční měření je radar s kamerou doplněn většinou diodovým bleskem.[10]
Obr. 7
Radar RAMER 7M-M [16]
Technologie DSRC Technologie DSRC (Dedicated Short Range Communication) je technické zařízení pro inteligentní komunikaci na krátkou vzdálenost vozidla - infrastruktura na bázi rádiového (v menší míře infračerveného) přenosu. V podstatě by se dalo říct, že je to zařízení fungující na principu WIFI. [1] Tento systém využívá přenos pomocí vysoké frekvence 5,8 GHz, která vyžaduje přímou viditelnost. Komunikační zařízení systému může být umístěno na fyzické bráně, nebo vedle vozovky. Brána se zařízením DSRC obsahuje anténní systém a počítačové zařízení umožňující detekci a lokalizaci vozidel projíždějících placenou zónou. Přes systém DSRC vzájemně komunikují jednotky OBU (On-Board Unit) a RSE (Road Side Equi25
pment – zařízení na vozovce), které si předávají data o elektronické identifikaci vozidla, atd. Pokud je vozidlo vybaveno platební kartou, předávají se také finanční data z elektronické platební karty pro management finančních informací. Přenos dat je obousměrný, neboť každá finanční transakce musí být zpětně potvrzena. Uživatelé s OBU, na základě smlouvy s provozovatelem, mají možnost platit na základě fakturace zpětně (post-payment) nebo mají účet, ze kterého jsou prostředky odečítány plynule po provedení platby (pre-payment). [2] Jednotku OBU lze snadno instalovat do vozidel na vnitřní stranu čelního skla v prostoru vnitřního zpětného zrcátka tak, aby nebylo bráněno nerušenému výhledu řidiče. Jistým problémem jsou metalizovaná skla zvyšující útlum přenosu. Za předpokladu nainstalování externí antény se lze tomuto problému úspěšně vyhnout. [16]
Obr. 8
Jednotka OBU Premid [16]
Důležitým prvkem celého systému je řídící centrum s vazbou na další EFC systémy, ty umožňují tzv. platební roaming případně další kontrolní procesy, např. vazba na registr odcizených vozidel, vazby na Státní fond dopravní infrastruktury, pojišťovny a další instituce. [1] Účely použití • Represivní Mikrovlnné detektory se používají pro měření úsekové rychlosti nejčastěji pomocí radaru. • Řízení dopravy Systém není vhodný. 26
• Evidenční účely Systém není vhodný. • Hospodářské účely Mikrovlnné detektory slouží k výběru poplatků dopravních úseků nebo vybrané komunikační sítě pomocí technologie DRSC. V celosvětovém měřítku je tato technologie nasazena v široké míře např. Portugalsku, Itálii, Francii a v roce 2006 byla zavedena v eské republice.
Pasivní přijímající detektory
3.4
Skupina pasivních detektorů se vyznačuje tím, že měřená vlastnost u nich vyvolá změnu, která se projeví jako proudový nebo napěťový výstup. Mezi představitele této skupiny řadíme pasivní infračervené detektory a optické detektory. 3.4.1
Infračervené pasivní detektory
Princip Pasivní infračervené detektory samy nevysílají žádný typ záření a pracují pouze na principu zaznamenávání změny tepla (obecně energie), vyzářenou při průjezdu vozidla. Detektor je schopen zaznamenat toto záření (vlnová délka přijímaného záření je u pasivních infračervených detektorů v rozmezí 8-14 μm) a vyhodnotit jej. Infračervené záření je do jisté míry nezávislé na povětrnostních podmínkách a je dobře šiřitelné mlhou i deštěm apod. [4] Účely použití
Represivní Systém není vhodný.
Řízení dopravy Krátký dosah – detektor indikuje přítomnost vozidel, využívá se u řízení křižovatek (prodlužování zelené), měření počtu vozidel určité zóny. Velký dosah – používají se pro detekci délky kolon.
Evidenční účely Systém není vhodný.
27
Hospodářské účely Systém není vhodný.
Obr. 9
3.4.2
Infračervený detektor [16]
Optické detektory
Princip Optické detektory pracují na principu vysílání a příjmu optického paprsku (infračerveného nebo laserového) mezi dvěma referenčními body (vysílač a přijímač). Detektor analyzuje kontrast dvou referenčních bodů na vozovce. Obvykle se používají dva fototranzistory, mezi kterými je odezva 30 ms. Výhodou optických detektorů je, že se jedná o nedestruktivní způsob detekce, nevýhodou je fakt, že vysílané paprsky mohou být ovlivňovány povětrnostními vlivy a mlhou, která způsobuje největší útlum paprsku. Na tomto principu pracují světelné závory.[4] Účely použití
Represivní Systém není vhodný.
Řízení dopravy Hlavní oblastí použití je výšková kontrola vozidel v tunelech, mostech, garážích.
Evidenční účely Systém není vhodný. 28
Hospodářské účely Systém není vhodný.
3.5
Optoelektronické detektory
Jedná se o poslední kategorii elektronických detektorů. Pro aplikaci sledování vozidel se využívá videodetekce a laserových detektorů. 3.5.1
Videodetekce
Jedním z prvních zařízení používaných pro videodetekci bylo zařízení AUTOSCOPE, jehož vývoj začal na univerzitě v Minesotě v roce 1984. Testování bylo dokončeno v roce 1989 a přístroje se začali komerčně rozšiřovat. Vůbec první aplikací systému AUTOSCOPE bylo využití pro řízení křižovatek ve městě Oakland Country v Michiganu. Od doby prvního systému uplynula již řada let, díky stále nově se rozvíjejícím technologiím snímání obrazu nám může řada dodavatelů nabídnout systémy s nově vznikajícími vlastnostmi v oboru videodetekce. Princip Podstata technologie spočívá v digitalizaci CCTV obrazu2, který vytváří mnohorozměrný bitový vektor. Projíždějící automobil změní hodnoty barev a jasu na virtuálním detektoru, čímž je identifikován. Snímkový kmitočet 25 obr.s-1 znamená zpracování snímku každých 40 ms. Po nastavení kamery a jejím s pojením s videodetekčním zařízení je možné na obrazovce vytvářet libovolné tvary virtuálních detektorů a je možné přiřazovat i různé funkce (detektor rychlosti, kolon apod.). Jak je tomu zvykem i tento systém má své výhody a nevýhody. Mezi výhody můžeme zařadit vyhodnocení více dopravních parametrů, provozní náklady nižšího charakteru, aplikace virtuálních detektorů aj. Nevýhodou může být vyšší cena a možné problémy při špatném počasí, např. při husté mlze. Díky instalaci přídavného snímače lze toto omezení omezit. Snímač identifikuje zhoršující se viditelnost a přepne kamerový systém do předem nastaveného mó2
Zkratka CCTV je odvozena od anglického pojmu „Closed Circuit Television“, čemuž odpovídá český ekvivalent „uzavřené televizní okruhy“. Zatímco veřejné televizní vysílání je přístupné každému, kdo vlastní televizor, CCTV obraz je přístupný pouze tomu, kdo je připojen přímo do CCTV okruhu.
29
du. Kamerové systémy je vhodné umísťovat co nejvýše, optimálně ve výšce okolo 10 m nad střed sledovaného dopravního sektoru. Takové umístění je velmi důležité. Díky vhodnému výběru místa omezíme riziko spojené se splýváním vozidel zastiňováním vozidel. V současné době se pro snímání obrazu používají modulární kamerové systémy nebo novější IP kamerové systémy[4] Modulární kamerové systémy V běžných dohledových systémech se využívají standardní televizní kamery pracující v normě PAL a to jak v černobílém, tak i barevném režimu. V současnosti je jedním z požadavků na kamerové systémy jejich snadná rozšiřitelnost, ať už se jedná o velikost systému, či jeho funkce. Kamerové moduly pro autonomní vizuální aplikace jsou velmi sofistikované a tím velmi nákladné zařízení. Obsahují vždy samotnou kameru s optikou, vyhodnocovací elektroniku, napájecí obvody a kamerovou skříň. Některé z nejmodernějších kamerových modulů dokonce obsahují zapouzdřené výpočetní jádro tzv. embedded PC. [5]
Obr. 10
Kamerový modul [12]
IP kamerové systémy Tyto systémy v posledních letech nejvíce posunuly vývoj kamerových sledovacích systémů. IP kamerové systémy splňují všechny podmínky neomezitelné rozšiřitelnosti a flexibility. Hlavním limitem je přitom dostupnost a přenosová kapacita vlastní počítačové sítě. Systémy lze tedy neomezeně zvětšovat jak do počtu kamer, zobrazovacích 30
monitorů, operátorských stanic a úložišť. Největší takové systémy čítají tisíce kamer a několik desítek nezávislých operátorských pracovišť. Nezbytností pro velké systémy je funkce multicastingu, kterou musí podporovat aktivní prvky sítě. V režimu multicastingu dochází ke kopírování datového toku pro různé operátory na aktivním síťovém přepínači (switch). Proto není třeba posílat obraz z kamery paralelně různým uživatelům. IP kamera pošle pouze jeden datový tok, který se na aktivních prvcích rozdělí pro různé uživatele. Díky multicastingu není nadměrně přetěžován vlastní kodér kamery v případě, že více lidí sleduje stejnou kameru. Jedním z častých řešení u IP kamerových systémů je decentralizovaný záznam. Záznamové servery a úložiště nejsou soustředěny do jednoho místa, ale jsou umístěny v různých částech systému. Volbou takové uspořádání lze snížit nároky na přenosové trasy a významně ušetřit náklady na vybudování sítě s velkou kapacitou přenosu. V dnešní době IP kamery plní kromě funkce vlastní digitalizace obrazu i analytické funkce. Princip analýzy přímo na kamerách přináší rozložení početního výkonu na jednotlivé kamery. Nepřetěžuje se jeden centrální vyhodnocovací prvek. Analýza obrazu slouží jako asistent operátora, který upozorňuje na specifické děje v záběru kamery. Požadavek na analýzu obrazu se dá nastavit pomocí celé řady funkcí a filtrů. Díky těmto nastavením může jedna kamera upozornit na celou řadu dějů. Jedná se např. o detekci odcizeného automobilu, pohyb v nepovoleném směru a mnoho dalších situací.[13]
Obr. 11
Analýza dopravních situací Ip kamerou [13]
31
Účely použití
Represivní
Pro elektronické sledování vozidel jsou přestupkové kamerové systémy nejcennější kategorií vizuálních dopravních systémů, protože poskytují lokalizaci a identifikaci vozidla na veřejné komunikaci a následné centrální sdílení pořízených dat mezi řídícími centry. Mezi základní úlohy přestupkových kamerových systémů patří měření úsekové rychlosti, detekce jízdy křižovatkou na červenou a vyhledávání hlášených vozidel.[6] Úsekové měření rychlosti je prakticky měření v cca 200 až 300 metrů dlouhém úseku prováděné pomocí kamer na vjezdu a výjezdu. Kamera spolu s fotografií každého projíždějícího automobilu zaznamená čas vjezdu a výjezdu z daného úseku a podle rozdílu časů dojde k následnému vyhodnocení doby průjezdu vůči ujeté vzdálenosti, čímž systém vyhodnotí průměrnou rychlost.[14]
Obr. 12
Princip úsekového měření rychlosti [14]
Řízení dopravy Tyto systémy jsou nejrozšířenější a většinou používají běžných kamerových modulů na bázi televizní normy PAL tj. snímky s 576 řádky a většinou v černobílém formátu. Systémy se používají při řízení dopravních uzlů – rozlišení vozidel, přítomnostní detektory, bezpečnostní dohledový systém aj.
Evidenční účely Systémy se používají při vjezdech do firem, privátních garáží nebo u aplikaci, kde je nutné akceptovat povolení vjezdu určité skupině automobilů. 32
Hospodářské účely Tyto systémy slouží jako dohledový systém nad neplatiči. Kamerový systém je součástí mýtné brány. Většinou je použita CCTV kamera s digitálním záznamem obrázků čel nebo zádi automobilů. Ve většině aplikací se pak obraz zpracovává automatickou detekcí státních poznávacích značek.
3.5.2
Laserové detektory
Princip U tohoto typu detektorů se principiálně jedná o měření vzdálenosti laserovým paprskem, který je rozmítán rotujícím zrcadlem. Maximální prostor měření je 100 m. Laserové detektory se v silničních aplikacích používají jako Lidar pro měření rychlosti vozidla nebo detektory kategorizující vozidlo umístěny na mýtných branách. Lidar Jedná se o detektor, u kterého je princip měření obdobný jako u klasického radaru. Místo mikrovln se používá světelný laserový paprsek. V podstatě jsou to přesné laserové dálkoměry, které dokážou spočítat rychlost pohybujícího se předmětu porovnáním vzdálenosti při dvou (či více) měřeních, provedených v určitém časovém odstupu. Přesnost dálkoměru se pohybuje v řádech desítek centimetrů, v praxi je tedy pro potlačení zaokrouhlovacích či jiných výpočetních chyb při výpočtu rychlosti třeba odstup mezi měřeními v řádu jednotek sekund. Po tuto dobu musí obsluha laserového detektoru udržet přístroj namířený na měřený objekt. Z tohoto důvodu se jedná výhradně o přístroje ruční. Pro dobrý výsledek měření se paprsek směruje na svislé plochy, což má zajistit co nejlepší odraz směrem zpět k přístroji. Laserové detektory se používají převážně v režimu okamžitého odchytu, protože to umožňuje městské policii vykazovat nějakou činnost, pouze ve velmi zřídkavých případech se strážníci spokojí s dokumentací přestupku. [11]
33
Obr. 13
Lidar[11]
Účely použití
Represivní Laserové detektory našly své uplatnění při měření úsekové rychlosti, kde se používají pod názvem Lidar.
Řízení dopravy Systém se používá pouze v případě kdy je nutno provést kategorizaci vozidla.
Evidenční účely Tento systém může sloužit například jako monitorování kontury vozidla a tím umožňující kategorizaci vozidla při vjezdu do firmy.
Hospodářské účely Dalším možným uplatněním tohoto systému je použití při výběru mýtného. Používá se ke kategorizaci vozidla jako doplněk mýtné brány.
34
GLOBÁLNÍ SYSTÉMY SLEDOVÁNÍ VOZIDEL
4
Globální systémy využívají radiovou komunikaci, která vychází z fyzikálních zákonitostí šíření radiových vln. Radiové systémy jsou tvořeny sítí vysílačů, vysílajících signály a uživatelskými zařízeními. Vyhodnotí polohu na základě přijímaných signálů. V podstatě se dá říct, že sledovaný objekt je možná zaměřit kdekoliv na světě. [17] Do této kategorie patří Globální navigační systémy (GNNS) a Globální systém pro mobilní komunikaci (GSM).
4.1
Globální navigační systémy
Počátky družicových navigačních systémů se datují do období šedesátých let minulého století, kdy byly prováděny první pokusy pro vojenské využití. Systémy umožňují přesné určování 3D polohy a času s celosvětovým pokrytím. Zjednodušeně lze GNSS popsat jako družicové radiové dálkoměrné systémy3. Mezi nejdůležitější a nejznámější systém patří GPS, které začaly jako první používat americké vzdušné síly a námořnictvo. Jako další systém je ruský GLONASS. Tento systém byl na svém začátku omezen pro použití na ruském území. I když tento systém v posledních letech dosáhl svého rozšíření, je pro sledování vozidel omezen, a proto se mu nebudeme věnovat. Posledním systémem rozvíjejícím se pod záštitou Evropské unie je systém GALILEO, který v kombinaci se stávajícími systémy zajistí velkou spolehlivost a přesnost. Kromě jmenovaných systémů existují další navigační systémy vyvíjející se v jiných státech4. Tyto systémy jsou omezeny lokalizací místa. [18]
3
Dálkoměrný družicový - pro určení polohy zaměřovaného objektu se využívá známé vzdálenosti tohoto objektu od kosmických družic, jejichž poloha je známa. 4
Další vyvíjené nebo již fungujícímenší regionální systémy jsou např. čínský Beidou-1, indický IRNSS nebo japonský QZSS.
35
Obr. 14
4.1.1
Grafické znázornění GNSS na orbitálních kruhových drahách (ICO) [17]
GPS
Označení GPS pochází z názvu Global Positioning. Systém a představuje první hromadně používaný a ucelený navigační systém využívající umělých satelitů na oběžné dráze Země.[17] Systému GPS je v současné době nejrozšířenější funkční GNNS. Prvotně byl vyvinut americkou vládou jako vojenský navigační systém. Vývoj systému začal již v roce 1973 a po více než 20 následujících let byly vyvíjeny satelitní technologie, pozemní přijímače a postupně vynášeny telekomunikační družice na oběžnou dráhu do výšky 20 200 km. Teprve na konci roku 1994 bylo dosaženo plné operační dostupnosti všech 24 provozních a dalších pěti záložních satelitů. V současné době využívá 31 satelitů. Je řízen oddělením GPS Wings pod záštitou ministerstva obrany Spojených států amerických. [18] Princip Současné určení polohy a časuje je závislé na viditelnosti minimálně tří satelitů. Globální systémy používají pro výpočet polohy princip Trilaterace. Pokud přijímač zná vzdálenost k jedné z družic, hledaný bod leží na plášti koule s poloměrem rovným dané vzdálenosti a střed tvoří daná družice. Pokud je známa vzdálenost k druhému satelitu, hledaný bod se nachází v průniku povrchů obou koulí, což už je jen kružnice. Se třetí 36
koulí se možnost polohy zúží pouze na dva body. Pouze jeden se nachází na zemském povrchu, takže současné měření vzdáleností ke třem družicím je teoreticky schopné poskytnout přesnou polohu v třírozměrném prostoru [19].
Obr. 15
Princip určení polohy [18]
Prakticky čas v přijímači není synchronní s časem družic, a tak vzniká časový posun hodin přijímače AT vůči času družic. Tento posun se projeví tak, že vypočítané vzdálenosti se budou lišit o vzdálenost, kterou radiové vlny urazí za čas AT. Pozice uživatele v prostoru je popsána třemi souřadnicemi (X,Y,Z). Poloha se získá řešením 4 rovnic o 4 neznámých. (2)
Poloha je určována v geocentrických souřadnicích. Obecně může být poloha převedena do souřadnic prakticky libovolného kartografického zobrazení.[17]
37
Kosmický segment komunikuje s uživatelským zařízením pomocí navigačních zpráv, které jsou kódovány v signálu C/A nebo P (Y). Tyto zprávy obsahují informace o stavu družice, parametry pro predikci družice, korekci atomových hodin aj. Pozemní přijímač signálu musí být vybaven samotnou anténou pro příjem radiového signálu a elektronikou pro dekódování a zpracování dat.[18] V současné době probíhá vývoj nové družice GPS III série (SVN-74 a vyšší). GPS III bude poskytovat silnější signály, přesnosti a integrity - to vše bude podporovat přesnost, navigace a určování času. [23]
Obr. 16
Družice série GPS III SVN-74 od firmy Lockheed Martin [24]
Účely použití Aplikace GPS se uplatňují v široké řadě odvětví, nejen v dopravě nebo telekomunikacích, ale také v jiných oblastech jako je geodézie, zemědělství, vědecký výzkum, turistika a další. Pro účely této práce se zaměříme na aplikaci GPS v silniční dopravě.
Represivní Systém není vhodný.
Řízení dopravy Systém není vhodný.
38
Evidenční účely Jedná se o jedno z nejpoužívanější využití GPS. Sledování vozidel má velmi široké využití v různých oblastech - osobní dopravě, nákladní dopravě, zdravotnictví, zabezpečení automobilu, údržbě komunikací a vodárenství atd. [1] Existují 2 způsoby jak přenést potřebné informace: Pasivní (offline) Aktivní (online) Pasivní systém (offline) - Je nejlevnější a nejjednodušší řešení. Systém se skládá z přijímače a paměťového modulu. Jednotka během jízdy zaznamenává souřadnice, čas a rychlost projížděné trasy do vnitřní paměti přístroje nebo na paměťovou kartu. Množství zaznamenaných údajů závisí pouze na kapacitě paměti přijímače. Uložená data lze zobrazit přímo v jednotce, tedy pokud je vybavena displejem nebo vložením paměťového modulu do jiného počítače. Z detailních údajů lze generovat výstupy v různých formátech a využít pro vizuální analýzu trasy, kompletní evidence knihy jízd, apod. Aktivní systém (online) - Systém umožňuje sledovat vozidla v reálném čase. Jedná se tedy o spojení pasivního systému a komunikačního prostředku, obvykle komunikačního modulu v síti GSM. Aktivní systém je schopen průběžně zasílat informace o pozici na dispečink a tím podávat okamžitou informaci o pohybu objektu. Přenos údajů je zpravidla realizován přes GPRS, sms a nebo lze využít družicové datové sítě.
Hospodářské účely Tento způsob elektronického výběru mýtného je založen na principu určování polohy vozidla pomocí družicového systému. Tento systém je tedy založen na použití satelitní navigace (GPS) a případné technologii mobilní sítě (GSM). [1] Zatímco systém DSRC pracuje s reálnou infrastrukturou tvořenou bránami podél komunikace, systém na bázi GPS-GSM pracuje s virtuálními mýtnými místy. Jejich pozice je uložena v digitální databázi, která je umístěna ve vozidle v OBU. Tato virtuální místa lze flexibilně aktualizovat bez nutnosti výraznějších zásahů do systému. 39
Jedná se pouze o aktualizování databáze uložené v OBU jednotce vozidla. Pokud vozidlo projede tímto virtuálním bodem zpoplatněné komunikace, pomocí OBU jsou získávána potřebná data pro výpočet platby. Tyto hodnoty jsou předávány prostřednictvím sítě GSM a je provedena transakce.[2] Jednotka OBU ve vozidle je poměrně náročnější v porovnání s DSRC technologií. Umožňuje přijímat signály z GNSS, čímž je určena poloha vozidla a zároveň může komunikovat na bázi DSRC, což umožňuje dohledovému systému kontrolovat stav dat OBU a to bez nutnosti omezení jízdy vozidla. V OBU jednotce je uložena databáze virtuálních mýtných míst. Při průjezdu vozidla tímto místem je zaznamenán čas a datum průjezdu, identifikace mýtného místa. Na základě zaznamenaných dat v OBU o jízdě vozidla, je vypočten poplatek s přihlédnutím k dalším parametrům. Aby se zamezilo rozporům, je nutné, aby OBU jednotka měla vyřešen spolehlivý a bezpečný diagnostický systém evidující všechny transakce, chybová hlášení, atd. Tyto informace v případě rozporů musí ukázat, že řidič měl vůli zaplatit za službu, ale zařízení bylo v poruše. [1] 4.1.2
GALILEO
Navigační systém Galileo je plánovaný evropský globální družicový polohový systém, který by měl být obdobou americkému systému Navstar GPS a ruskému systému GLONASS. Jeho výstavbu zajišťuje Evropská unie (EU) reprezentovaná Evropskou komisí (EC) a Evropská kosmická agentura (ESA). Jedná se tedy o systém provozovaný civilní správou. Galileo měl být původně provozuschopný od roku 2010, dle nových plánů je nejbližší rok spuštění prvních tří služeb naplánován na rok 2015. Evropský civilní družicový navigační systém GALILEO bude poskytovat celkem 5 druhů služeb:
Základní služba (Open Service – OS) – základní signál, zdarma.
Služba „kritická“ z hlediska bezpečnosti (Safety of Life service – SoL) – je službou, která bude primárně zlepšovat základní službu OS, během několika sekund varuje uživatele v případě nějakého nedodržení garantovaných limitů systému (přesnost apod.). 40
Komerční služba (Commercial Service – CS) – Na rozdíl od služby základní využívá ještě další dva signály. Tyto signály jsou chráněny díky komerčnímu kódování.
Veřejně regulovaná služba (Public Regulated Service – PRS) – Dva šifrované signály s kontrolovaným přístupem a dlouhodobou podporou, určené pro státem vybrané uživatele.
Vyhledávací a záchranná služba (Search And Rescue service – SAR) – Služba nouzové lokalizace v rámci celosvětové družicové záchranné služby. [26]
Kosmický segment Kosmický segment systému GALILEO se bude skládat z 30 operačních družic, kde 27 budou aktivní a 3 družice zůstanou záložní. Satelity budou obíhat ve třech oběžných rovinách se sklonem 56° k rovině rovníku. Každá rovina obsahuje devět aktivních satelitů, které budou v oběžné rovině rovnoměrně rozloženy po 40° a jeden neaktivní rezervní satelit. Výška oběžné dráhy bude 23 222 km. Satelity vždy po deseti dnech zopakují stejné rozmístění kolem Země. Během těchto deseti dnů satelity sedmnáctkrát oběhnou zemi.[18] Předpokládá se, že kosmický segment bude kompletně vybudovaný v roce 2019. První dvě plně funkční družice byly vyneseny na oběžnou dráhu 21. 11. 2011. K odstartování základních navigačních služeb na zemi byl systém doplněn o další dvě družice vypuštěné 12. 10. 2012, tím byla splněna podmínka pro základní funkčnost systému. Předpokládá se, že v roce 2015 bude na oběžné dráze 18 plně funkčních družic. [26]
Obr. 17
Družice Galileo [26]
41
Řídící segment Řídící část systému Galileo se podobně jako u předchozích systémů bude starat o řízení družic, kontrolu pohybu družic, synchronizaci hodin, aj. Celý komplex systému je teprve ve výstavbě. |Lze jej však rozdělit na 3 části:
Globální Jádro řídícího segmentu tvoří dvě hlavní centra. První řídící centrum GSC (Ground Control Segment) se nachází v německém městě Oberpfaffenhofenu. Toto středisko přijímá data ze senzorových stanic rozmístěných po celém světě. Shromažďuje data o oběžných drahách, přesnosti satelitních hodin a síle signálu. Druhé řídící centrum GMS (Ground Mission System) leží v italském Fucinu. Hlavním úkolem je sestavovat navigační zprávy a ty předávat vysílacím stanicím.
Regionální Jedná se o soustavu několika externích integrovaných systému ERIS (External Region Integrity System). Tyto stanice budou ve vlastnictví států a budou podávat hlášení o integritě systému nezávisle na hlášení systému Galileo.
Lokální Lokální složky slouží pro zkvalitnění lokálního příjmu signálu GALILEO. Typickým příkladem jsou místa a oblasti, kde je příjem signálu z družic z různých důvodů problematický. Lokální složky by měly být vytvořeny, spravovány a provozovány soukromými společnostmi.
Uživatelský segment Uživatelská část systému bude reprezentována širokou škálou budoucích uživatelů. Předpokládá se rozvoj multistandardních přijímačů pro kombinaci systémů Galilelo/GPS/GLONASS.[18] Navigační signály GALILEO Signály jsou rozprostřeny v navigačních sub-pásmech pásma L. U Galilea jsou jednotlivá sub-pásma označovány písmenem E. Základní frekvence je stejná jako u GPS 10,23 MHz. Celý systém vysílá pomocí multiplexu CDMA.
42
Účely použití
Represivní Systém není vhodný
Řízení dopravy Po úplném spuštění systému se plánuje sledování a řízení dopravy. Pokud bude většina aut vybavena přijímači satelitní navigace. Například sníží-li se výrazně průměrná rychlost aut, je to pro řídící centrum znamení, že vzniká dopravní kongesce. Dispečink pak může navrhnout dalším blížícím se automobilům alternativní cestu.
Evidenční účely Sledování vozového parku autodopravců je stěžejní úkol pro operátory. Společnosti po celé Evropě již vybavily vozidla přístroji, které informují o jejich poloze řídící centra. Systém Galileo bude ručit za její funkčnost bez přerušení 24 hodin denně. Operátoři budou moci informovat cestující o očekávaném času příjezdu dalšího autobusu, pokud díky GNSS budou znát jeho polohu.
Hospodářské účely Některé země již zavedly výběr pomocí GNSS na bázi ujetých kilometrů, konkrétně pro těžká nákladní vozidla na dálnicích. Pomocí tohoto systému se doporučuje použití v EU díky tomu, že jsou nezávislé na infrastruktuře a služby na nich jsou snadno rozšiřitelné. Nevyžadují nákladné investice do zařízení podél zpoplatněných cest. Odpadají také dopravní zácpy v blízkosti výběrčích míst s obsluhou. Systém neklade téměř žádné nároky na obsluhu, údržbu a na energii.
4.2
GSM
Globální Systém pro Mobilní komunikaci, původně však francouzsky („Groupe Spécial Mobile“), je nejrozšířenější standard pro mobilní telefony na světě. V současnosti jej používá více než 5 miliard účastníků ve více než 200 zemích světa. Protože někteří lidé mají více SIM karet, lze odhadovat, že mobilní telefon GSM vlastní asi polovina obyvatel planety Země.
43
Princip Lokalizace pomocí GSM sítě je založená na využití znalostí její struktury a monitorování činnosti lokalizovaného mobilního zařízení, které je do ní přihlášeno. Využíváno je několik metod s rozdílnou přesností určení polohy. Základní z metod využívá tzv. Cell ID. GSM síť je tvořena sítí základnových stanic (tzv. BTS), jež vytváří buňkovou strukturu. Pomocí Cell ID neboli identifikačního čísla buňky a známé polohy základnové stanice pak lze určit polohu mobilního zařízení, které je k dané buňce přihlášeno. Poloha základnových stanic je známa a velikost buněk se pohybuje v závislosti na lokalitě od cca 100 až 500 metrů čtverečních. S využitím výpočtu průniků buněk (mobilní zařízení přijímá signál z více základnových stanic) lze přesnost lokalizace dle dostupných informací zvýšit přibližně na 300m.
Obr. 17
Lokalizace metodou CELL ID [29]
Pro další zpřesnění určení polohy mobilního zařízení v GSM síti lze využít výpočtu doby šíření průchodu signálu mezi tímto zařízením a sítí pomocí parametru Timing Advance (TA). Ze znalosti parametru TA a rychlosti šíření signálu lze pak určit i vzájemnou vzdálenost mobilního zařízení a základnové stanice. Udávaná přesnost určení této vzdálenosti je přibližně 500 metrů. Přibližnou polohu lokalizovaného zařízení, lze pak určit při znalosti jeho vzdálenosti od tří BTS jednoduchou triangulací.
44
Obr. 18
Metoda Timing advance [29]
Další možnou metodou pro určení polohy GSM zařízení je metoda Enhanced Observed Time Difference (E-OTD). Ta je založená na sledování časových rozdílů mezi příchody signálů od tří a více základnových stanic. Pozice mobilního zařízení je v tomto případě vypočtena s přesností 30-300m.S přesností určení polohy kolem 300 metrů lze také počítat při použití metody nazývané Angle of Arrival. Tato metoda vyžaduje použití směrových antén a znalosti vyzařovacích charakteristik. Měření úhlu, pod kterým je signál přijímán, se provádí v základnové stanici nebo mobilním zařízením. Výsledkem jsou přímky, které stanicí a mobilním zařízením procházejí. Poloha je poté stanovena jako průnik těchto přímek. [29]
Obr. 19
Metoda Angle of Arrival [29]
Účely použití
Represivní Systém není vhodný
45
Řízení dopravy Využití v této oblasti může být informativní. Typickým příkladem je informační tabule, která umí převzít a dekódovat SMS zprávu např. o námraze vozovky. Tabule může zobrazit příslušné varování a omezit rychlost.
Evidenční účely Systém se využívá při sledování vozového parku dopravců. Oproti systému GPS je možná lokalizace i v oblastech, kde není možný příjem GPS signálu (interiéry budov, garáže atd.). V dnešní době je GSM používáno zejména pro sledování pevných hodnot o stavu vozidla jako např. uzamčeno/otevřeno, stav pohonných hmot, stav akumulátoru, teplota v kabině popřípadě lze zřídit odposlech z kabiny či nákladového prostoru vozidla. Komunikace mezi modulem a centrálou se provádí pomocí jednoduchých sms zpráv.
Hospodářské účely Výběr poplatku se provádí pomocí technologie GNNS/GSM (kapitola 4.1.1).
46
5
METODIKA HODNOCENÍ ELEKTRONICKÝCH SYSTÉMŮ
V předchozích kapitolách byly uvedeny nejpoužívanější zástupci elektronických systémů pro sledování dopravy. Použití systémů bylo rozděleno na:
Represivní účely
Řízení dopravy
Evidenční účely
Hospodářské účely
Na následujícím obrázku je graficky znázorněno zařazení jednotlivých systémů do příslušných skupin.
47
Obr. 20
Rozdělení systémů do čtyř skupin použití
Důležitým parametrem pro zhodnocení systému bude určení jednotlivých parametrů pomocí, kterých bude možné systémy vyhodnotit. Metodou multikriteriálního zhodnocení budou nejprve porovnány jednotlivé parametry dle důležitosti pro každou skupinu využití. Tyto parametry vyhodnotíme pomocí Fullerovy metody. Po nastudování problematiky těchto systémů se zaměříme na hlediska, které pro určité systémy znamenají výhodu nebo určitou indispozici. Pro toto srovnání byly zvoleny tyto parametry:
náročnost instalace
přesnost měření
odolnost proti rušivým vlivům
náklady na provoz/instalaci
doba životnosti
Z výsledků Fullerovy metody bude možné stanovit váhu multikriteriálního hodnocení a poté metodou pořadí budou určeny a doporučeny nejvýhodnější systémy pro konkrétní účely použití. Stanovení vah multikriteriálního rozhodnutí 1. Fullerova metoda - při větším počtu kritérií je výhodné srovnávat navzájem vždy pouze dvě kritéria, o kterých snáze rozhodneme, které je důležitější. Jednu z možností pro vyhodnocení těchto srovnání poskytuje tzv. Fullerův trojúhelník. Za předpokladu, že jednotlivá kritéria jsou pevně očíslována pořadovými čísly 1, 2, . . . , n, Fullerův trojúhelník je tvořen dvojřádky, v nichž každá dvojice kritérií se vyskytne právě jednou. U každé dvojice hodnotitel zakroužkuje nebo jinak vyznačí číslo toho kritéria, které považuje za důležitější, takže pro kritérium Kj 48
představuje počet zakroužkovaných čísel j počet jeho preferencí, který označíme fj. Protože při počtu kritérií n je počet párových srovnání roven kombinačnímu číslu ( ), tj. pro normovanou váhu kritériaKj platí: (3)
Schéma Fullerova trojúhelníku:
2. Metoda pořadí - hodnotitel seřadí kritéria K1,K2, … ,Kn od nejvýznamnějšího k nejméně významnému a takto uspořádaným kritériím přiřadí váhy n, n-1, … , 2, 1. Pro normovanou váhu kritéria Kj s vahou vj pak platí vztah: (4)
1.1
Vyhodnocení a porovnání systémů
V konkrétních skupinách použití bude systémům přiřazená váha multikriteriálního hodnocení. 1.1.1
Metoda Fullerova trojúhelníku
Definované parametry jsou označeny, jako kriteria písmenem K. Dále pak jsou pouze informativní účel očíslovány od 1-5.
49
Tabulka č. 1 Pořadí kritérií Kritéria Odolnost Náročnost Přesnost proti instalace měření rušivým vlivům K1
K2
Náklady na proDoba voz / životnosti instalaci
K3
K4
K5
1. Represivní účely Pro tyto účely bylo, dle nastudovaného odborného materiálu zvoleno toto pořadí kritérií: K2 >K3>K1>K5> K4 Poté Fullerův trojúhelník vypadá následovně: Tabulka č. 2 Fullerův trojúhelník – represivní účely 1 2
1 3 2 3
1 4 2 4 3 4
1 5 2 5 3 5 4 5
Poté výsledné pořadí kritérií dle důležitosti je: Tabulka č. 3 Pořadí kritérií – represivní účely Kritérium K2 K3 K1 K5 K4 Celkem
Počet preferencí 4 3 2 1 0 10
Váha 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1
Z Fullerovy metody tedy vyplývá, že nejdůležitějším kritériem pro hodnocení systémů ve skupině represivních účelů je přesnost měření. Následuje odolnost proti ru50
šivým vlivům, náročnost instalace a doba životnosti. Nejméně podstatným kritériem vychází náklady na provoz a instalaci. 2. Řízení dopravy Pro tuto skupiny bylo dle nastudovaného odborného materiálu zvoleno toto pořadí kritérií: K2>K5>K4>K3>K1 Poté Fullerův trojúhelník vypadá následovně: Tabulka č. 4 Fullerův trojúhelník – řízení dopravy 1 2
1 3 2 3
1 4 2 4 3 4
1 5 2 5 3 5 4 5
Poté výsledné pořadí kritérií dle důležitosti je: Tabulka č. 5 Pořadí kritérií – řízení dopravy
K2 K5 K4 K3 K1
Počet preferencí 4 3 2 1 0
Celkem
10
Kritérium
Váha 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1
Z Fullerovy metody tedy vyplývá, že nejdůležitějším kritériem pro hodnocení systémů ve skupině řízení dopravy je přesnost měření. Druhým důležitým kritériem je životnost. Dále jsou to náklady na provoz, instalaci a odolnost proti rušivým vlivům. Nejméně podstatným kritériem je náročnost instalace.
51
3. Evidenční účely Pro tuto skupinu bylo, dle nastudovaného odborného materiálu zvoleno toto pořadí kritérií: K2>K5>K3>K1>K4 Poté Fullerův trojúhelník vypadá následovně: Tabulka č. 6 Fullerův trojúhelník – evidenční účely 1 2
1 3 2 3
1 5 2 5 3 5 4 5
1 4 2 4 3 4
Poté výsledné pořadí kritérií dle důležitosti je: Tabulka č. 7 Pořadí kritérií – evidenční účely
K2 K5 K3 K1 K4
Počet preferencí 4 3 2 1 0
Celkem
10
Kritérium
Váha 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1
Z Fullerovy metody vyplývá, že nejdůležitějším kritériem pro hodnocení systémů ve skupině evidenční účely je přesnost měření. Druhým důležitým kritériem je životnost. Dále je to odolnost proti rušivým vlivům a náročnost instalace. Nejméně podstatným kritériem jsou náklady na provoz a instalaci. 4. Hospodářské účely Pro tuto skupinu bylo, dle nastudovaného odborného materiálu zvoleno toto pořadí kritérií:
52
K2>K5>K3>K4>K1 Poté Fullerův trojúhelník vypadá následovně: Tabulka č. 8 Fullerův trojúhelník – hospodářské účely 1
1
1
1
2
3
4
5
2
2
2
3
4
5
3
3
4
5 4 5
Poté výsledné pořadí kritérií dle důležitosti je: Tabulka č. 9 Pořadí kritérií – hospodářské účely Kritérium K2 K5 K3 K4 K1 Celkem
Počet preferencí 4 3 2 1 0 10
Váha 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1
Z Fullerovy metody vyplývá, že nejdůležitějším kritériem pro hodnocení systémů ve skupině pro hospodářské účely je opět přesnost měření. Druhým důležitým kritériem je životnost dále je to odolnost proti rušivým vlivům a náklady na provoz/instalaci. Nejméně podstatným kritériem je náročnost instalace. 1.1.2
Metoda pořadí
a) Určení váhy důležitosti Určení vah spočívá v rozdělení bodů od nejvýznamnějších k nejméně významným parametrům pro konkrétní systémy. Při bodování bylo nutno brát zřetel na výhody a nevý-
53
hody jednotlivých systémů podle kritérií a rovněž na výsledky důležitosti kritérií z Fullerovy metody.
1. Represivní systémy Tabulka č. 10 Určení vah - Represivní systémy Kritéria
Systémy
Náročnost instalace
Přesnost měření
Odolnost proti rušivým vlivům
Náklady na provoz / instalaci
Doba životnosti
∑
Kamery
3
4
2
1
5
15
Radar
5
4
1
3
2
15
Lidar
4
5
3
1
2
15
WIM
1
5
4
3
2
15
∑
13
18
10
8
11
60
pr
0,22
0,30
0,17
0,13
0,18
1
Pr – váha dúležitosti…..
54
2. Řízení dopravy Tabulka č. 11 Určení vah – řízení dopravy Kritéria
Systémy
Kamery
Náročnost instalace
Přesnost měření
Odolnost proti rušivým vlivům
3
5
2
1
4
15
1
4
5
2
3
15
2
5
1
4
3
15
1
5
4
3
2
15
2
3
1
4
5
15
4
2
1
3
5
15
3
5
4
1
2
15
16
29
18
18
24
105
0,28
0,17
0,17
0,23
1
Náklady na provoz / instalaci
Doba životnosti
∑
Indukční smyčky Optické závory WIM Infračervené detektory Ultrazvukové detektory Lidar
∑
0,15 pr Pr – váha dúležitosti…..
55
3. Evidenční účely Tabulka č. 12 Určení vah – evidenční účely Kritéria Odolnost proti rušivým vlivům
Náklady na provoz / instalaci
Doba životnosti
4
3
2
15
5
3
2
4
15
2
4
1
5
3
15
GPS
4
5
2
1
3
15
GSM
4
5
2
1
3
15
DSRC
1
4
2
1
5
15
14
28
14
13
20
90
0,31
0,16
0,14
0,22
1
Náklady na provoz / instalaci
Doba životnosti
Náročnost instalace
Přesnost měření
WIM
1
5
Kamery
2
Laserový detektor
Systémy
∑
0,16 pr Pr – váha dúležitosti…..
4. Hospodářské účely Tabulka č. 13 Určení vah - hospodářské účely Kritéria Náročnost instalace
Přesnost měření
Odolnost proti rušivým vlivům
GPS
1
5
3
2
4
15
GSM
1
5
4
2
3
15
GALILEO
1
5
3
2
3
15
DSRC
2
4
3
1
5
15
Kamery
3
4
2
1
5
15
∑
8
23
15
8
20
75
0,31
0,20
0,11
0,27
1
Systémy
0,11 pr Pr – váha dúležitosti…..
56
b) Výsledné pořadí variant Po určení vah důležitosti získáme pomocí výpočtů dle vzorce (4) výsledné pořadí vhodnosti systému pro konkrétní účely. 1. Represivní účely Tabulka č. 14 Vyhodnocení Represivní účely Kritéria Odolnost Náklady Agregované Náročnost Přesnost proti na proDoba kritérium Systémy instalace měření rušivým voz / životnosti vlivům instalaci
Výsledné pořadí
Kamery
0,65
1,20
0,33
0,13
0,92
3,23
2.
Radar
1,08
1,20
0,17
0,40
0,37
3,22
3.
Lidar
0,87
1,50
0,50
0,13
0,37
3,37
1.
WIM
0,22
1,50
0,67
0,40
0,37
3,15
4.
U represivních systémů se jeví jako nejvýhodnější systém Lidar, který splňuje požadavky na přesnost měření, jednoduchou instalaci, poměrně dobrou odolnost proti rušení a dobrou dobou životnosti. Nevýhodou může být vyšší cena pořízení. Mezi nejméně vhodné použití pro represivní účely se jeví systém WIM. Podle hodnocení je velkou nevýhodou náročnost instalace tohoto typu detekce a také doba životnosti. Výhodou tohoto systému je poměrně dobrá odolnost proti rušivým vlivům.
57
2. Řízení dopravy Tabulka č. 15 Vyhodnocení Řízení dopravy Kritéria
Systémy
Náročnost instalace
OdolVýNáklady Agregované nost sledné Přesnost na proDoba kritérium proti pořadí měření voz / životnosti rušivým instalaci vlivům
Kamery
0,46
1,38
0,34
0,17
0,91
3,27
1.
Indukční smyčky
0,15
1,10
0,86
0,34
0,69
3,14
5.
Optické závory
0,30
1,38
0,17
0,69
0,69
3,23
2.
WIM
0,15
1,38
0,69
0,51
0,46
3,19
3.
Infračervené detektory
0,30
0,83
0,17
0,69
1,14
3,13
6.
Ultrazvukové detektory
0,61
0,55
0,17
0,51
1,14
2,99
7.
Lidar
0,46
1,38
0,69
0,17
0,46
3,15
4.
Pro účely řízení dopravy se jeví jako nejvýhodnější systém kamery, které splňují požadavky na přesnost měření při velmi dobré životnosti s poměrně dobrou náročností instalace. Nevýhodou tohoto systému je určitě pořizovací cena a nižší odolnost proti rušivým vlivům. Mezi nejméně vhodné použití pro účely řízení dopravy se jeví systém ultrazvukových detektorů. Podle hodnocení je velkou nevýhodou odolnost proti rušivým vlivům a přesnost měření. Výhodou tohoto systému je poměrně dobrá doba životnosti a náročnost instalace.
58
3. Evidenční účely Tabulka č. 16 Vyhodnocení Evidenční účely
Kritéria Odolnost Náklady Agregované Výsledné Náročnost Přesnost proti na proDoba kritérium pořadí Systémy instalace měření rušivým voz / životnosti vlivům instalaci
WIM
0,16
1,56
0,62
0,43
0,44
3,21
4.
Kamery
0,31
1,56
0,47
0,29
0,89
3,51
1.
Laserový detektor
0,31
1,24
0,16
0,72
0,67
3,10
5.
GPS
0,62
1,56
0,31
0,14
0,67
3,30
2.
GSM
0,62
1,56
0,31
0,14
0,67
3,30
3.
DSRC
0,16
1,24
0,31
0,14
1,11
2,97
6.
U skupiny použití pro evidenční účely se jeví jako nejvýhodnější systém kamery, které splňují požadavky na přesnost měření při velmi dobré životnosti s poměrně odolností proti rušivým vlivům. Jako nevýhoda tohoto systému vychází podle multikriteríálního hodnocení náklady na provoz a v některých případech náročnost instalace. Mezi nejméně vhodné použití pro tyto účely se jeví systém DSRC. Podle hodnocení je velkou nevýhodou náročnost instalace a náklady na provoz a instalaci. Výhodou tohoto systému je poměrně dobrá doba životnosti a přesnost měření.
59
4. Hospodářské účely Tabulka č. 17 Vyhodnocení Hospodářské účely Kritéria Systémy
Odolnost Náklady Agregované Výsledné Náročnost Přesnost proti na proDoba pořadí instalace měření rušivým voz / životnosti kritérium vlivům instalaci
GPS
0,11
1,53
0,60
0,21
1,07
3,52
1.
GSM
0,11
1,53
0,80
0,21
0,80
3,45
3.
GALILEO
0,11
1,53
0,60
0,21
0,80
3,25
4.
DSRC
0,21
1,23
0,60
0,11
1,33
3,48
2.
Kamery
0,32
1,23
0,40
0,11
1,33
3,39
5.
Pro Hospodářské účely se jeví jako nejvýhodnější systém GPS, který splňuje požadavky na přesnost měření při velmi dobré životnosti s poměrně dobrou odolností proti rušivým vlivům. Jako nevýhoda tohoto systému jsou náklady na provoz/instalaci a náročnost instalace. Mezi nejméně vhodné použití pro tyto účely se jeví systém kamer. Podle hodnocení jsou nevýhodou náklady na provoz nebo instalaci, dále pak samotná instalace a odolnost proti rušivým vlivům hlavně při nepřízni počasí. Výhodou tohoto systému je poměrně dobrá doba životnosti a přesnost měření. Přehled nejlépe hodnocených systémů pro konkrétní účely použití 1. Represivní účely – Lidar 2. Řízení dopravy – Kamery 3. Evidenční účely – Kamery 4. Hospodářské účely – GPS Pomocí multikriteríálního hodnocení pořadí byly doporučeny nejvhodnější systémy pro předem definované skupiny použití. Důležitý fakt je, že toto hodnocení nabízí jednu z možností, jak strukturalizovat výhody a nevýhody systémů sledování vozidel. Nebere 60
v potaz například možnosti srovnání globálního dosahu satelitních systémů s výhodou detailního zpracování dopravního přestupku pomocí kamerového systému a to z důvodu neobjektivnosti zhodnocení.
61
ZÁVĚR V diplomové práci jsem se věnoval elektronickým systémům sledování vozidel. Cílem práce bylo nastudovat a posoudit současný stav používaných elektronických systémů sledování vozidel. Dále pak tyto systémy charakterizovat a doporučit jejich použití v dopravních aplikacích. Stanovit vhodné ukazatele pro hodnocení systémů a navrhnout metodiku hodnocení těchto systémů. Úvodní část diplomové práce byla zaměřena na vysvětlení hlavních pojmů z oblasti dopravy a dopravní telematiky. Další část práce byla zaměřena na rozdělení systémů podle jejich možností sledování. Poté bylo vytvořeno rozdělení použití elektronických systémů pro konkrétní účely. Z hlediska stanovených cílů práce byl kladen důraz na dvě vybrané oblasti. První oblastí byl detailní popis lokálních systémů sledování dopravy, které mají vysoký potenciál řešit dopravní aplikace typu vizuální dohled nad komunikací nebo detekci dopravních přestupků. Tyto systémy byly rozděleny z fyzikálního hlediska do příslušných skupin. Následně byl popsán jejich princip činnosti a možnosti použití spolu s výhodami a nevýhodami. Druhou oblastí byl detailní popis principu činností globálních systémů sledování dopravy. Tyto systémy mají vysoký aplikační potenciál v oblastech výběru poplatků za průjezd zpoplatněnými komunikacemi. Těžištěm práce byla poslední kapitola, kde byla navržena vlastní metodika zhodnocení elektronických systémů sledování vozidel. Nejprve byly stanoveny a porovnány hodnotící parametry, které pro určité systémy znamenají výhodu nebo určitou indispozici. Pomocí metody multikriteriálního rozhodování byly sledovány a vyhodnoceny účinnosti systémů sledování vozidel. Na základě výsledků vyhodnocení bylo doporučeno použití pro konkrétní účely v dopravě. Práci lze uzavřít konstatováním, že současné technologie určené pro elektronické sledování vozidel nabízí celou řadu možností založených na různých fyzikálních principech. Záleží tedy vždy na konkrétním účelu použití, která aplikace bude ve výsledku ta nejvhodnější.
62
PŘEHLED POUŽITÉ LITERATURA [1] PŘIBYL, Pavel a Miroslav SVÍTEK. Inteligentní dopravní systémy. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2001, 543 s. ISBN 80-730-0029-6. [2] PŘIBYL, Pavel. Inteligentní dopravní systémy a dopravní telematika. Vyd. 1. Praha: Nakladatelství VUT, 2007, 254 s. ISBN 978-80-01-03648-8. [3] ŠULC, Bohumil. Teorie automatického řízení I. Vyd. 1. Praha: Vydavatelství VUT, 1991, 292 s. [4] PŘIBYL, Pavel a Radim MACH. Řídicí systémy silniční dopravy. Vyd. 1. Praha: Vydavatelství VUT, 2003, 212 s. ISBN 80-010-2811-9. [5] Laboratoř telematiky/Laboratory of Telematics: Základní definice dopravní telematiky [online]. 2013 [cit. 2013-02-12]. Dostupné z: http://www.lt.fd.cvut.cz/its/rok_2001/definice.htm [6] TICHÝ, Tomáš. ŘÍDICÍ SYSTÉMY DOPRAVY - DOPRAVNÍ TELEMATIKA. Fakulta dopravní, Katedra řídicí techniky a telematiky: eské vysoké učení v Praze, 2004. [7] Ministerstvo dopravy R. Slovník dopravní terminologie [online]. c2009, [cit.201303-04]. Dostupný z WWW:
. [8] KALOVÁ, Ilona, LISZTWAN, Marek. Kontrola, sledování a řízení silniční dopravy. Automatizace [online]. Leden 2007, 50, 1, [cit. 2013-02-26]. Dostupný z WWW: http://www.automatizace.cz/article.php?a=1589 [9] Ministerstvo obrany a Armáda eské republiky: RADAR a jeho využití [online]. 2005 [cit. 2013-02-26]. Dostupné z: http://www.army.cz/images/id_8001_9000/8753/radar/k33.htm [10] RAMET. Radarové měřiče rychlosti Ramer 7M [online]. c2012, [cit. 2013-0226].DostupnýWWW:http://www.rametchm.cz/index.php?typ=RMA&showid=87& idzbozi=7317226 [11] D-FENS Weblog: Radary - úvod [online]. 2007 [cit. 2013-02-26]. Dostupné z: http://www.dfens-cz.com/view.php?cisloclanku=2007120701 [12] NDIC. Národní dopravní informační centrum [online]. c2009, [cit. 2013-0222].Dostupný z WWW: . [13]
ÁKA, Jan. Modulární systémy v automatizaci: Modulární kamerové systémy. Automatizace [online].2009, roč. 52, č. 11, s. 632 [cit. 2013-03-05]. Dostupné z: http://www.automatizace.cz/article.php?a=2596Ip%20kamery
[14] Antiradary. Úsekové měření - další forma skrytého zdanění [online]. c2012, poslednírevize 8. 1. 2007 [cit. 2013-02-22]. Dostupný z WWW:
[16] MYTO CZ [online]. 2013 [cit. 2013-03-05]. Dostupné z: http://www.mytnysystem.cz/index.html [17] RAPANT, P. Družicové polohové systémy. VŠB – Technická univerzita Ostrava,197 s. 2002, Ostrava. ISBN 80-248-0124-8. [18] ŠEBESTA, Jiří. Globální navigační systémy. Vyd. 1. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, Ústav radioelektroniky, 2012, 132 s. ISBN 978-80-214-4500-0. [19] Jak funguje GPS. Svět hardware [online]. [cit. 2013-03-11]. Dostupné z WWW: http://www.svethardware.cz/art_doc0E001D49E62128CFC12573EA00533831.ht ml. [20] DANIELS, Charlie. GLOBAL POSITIONING SYSTEM [online]. National Coordination office, 2008 [cit. 2013-03-11]. Dostupné z WWW: http://www.uschamber.com/NR/rdonlyres/CharlieDanielsNCO.ppt [21] Information analytical centre of GLONASS and GPS controlling [online]. 200520013 [cit. 2013-03-11]. Dostupné z: http://www.glonass-ianc.rsa.ru/en/index.php. [22] KOLÁŘ , Jan, ŠUNKEVI , Martin. Globální družicový navigační systém Galileo. Praha: CITT Praha Akademie kosmických technologií oblast Galileo, GMES, 2008. 100 s. [23] GLONASS - Russia and Navigation Systems [online]. 2008 [cit. 2013-03-24]. Dostupné z: http://www.fas.org/spp/guide/russia/nav/glonass.htm [24] GPS.gov: Official U.S. Government informatik about the Global Positioning System (GPS) and relatedtopics [online]. 2013 [cit. 2013-03-11]. Dostupné z: http://www.gps.gov [25] GPS explained: History of the GPS System [online]. 2008 [cit. 2013-03-24]. Dostupné z: http://www.kowoma.de/en/gps/history.htm [26] Odbor kosmických technologií a družicových systémů.: GALILEO – Evropský globální navigační družicový systém [online]. 2013 [cit. 2013-03-11]. Dostupné z: http://www.czechspaceportal.cz/galileo/ [27] HORÁKOVÁ, Blanka. Elektronické systémy sledování vozidel. Institut celoživotního vzdělávání, Duben 2012. Bakalářská práce. Mendelova univerzita v Brně, Institut celoživotního vzdělávání. [28] STODOLA J., a kolektiv, 2007: Logistika. 1. vyd. Ediční středisko MZLU v Brně, 337 s. ISBN 978-80-7375-071-8 [29] Mobilní komunikace [online]. 2002 http://tomas.richtr.cz/mobil/bunk-gsm.htm
[cit.
2013-03-30].
Dostupné
z:
[30] PERNICA, Petr. Logistika: Aktivní prvky. 1.dotisk. Praha: VŠE, 1996, 345 s. ISBN 80-707-9808-4. [31] PERNICA, Petr. Logistika: Pasívní prvky. dotisk 1.vyd. Praha: VŠE, 1995, 144 s. ISBN 80-707-9316-3. 64
SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK Obrázek č. 1: Dopravní řetězec [28] Obrázek č. 2: Simulace lokálních a globálních telematických aplikací [12] Obrázek č. 3: Princip měření – architektura WIM senzoru [7] Obrázek č. 4: Princip detekce vozidel indukční smyčkou [4] Obrázek č. 5: Tvary indukčních smyček [4] Obrázek č. 6: Princip měření rychlosti pomocí Dopplerova jevu [9] Obrázek č. 7: Radar RAMER 7M-M [16] Obrázek č. 8: Jednotka OBU Premid [16] Obrázek č. 9: Infračervený detektor [16] Obrázek č. 10: Kamerový modul [12] Obrázek č. 11: Analýza dopravních situací Ip kamerou [13] Obrázek č. 12: Princip úsekového měření rychlosti [14] Obrázek č. 13: Lidar [11] Obrázek č. 14: Grafické znázornění GNSS na orbitálních kruhových drahách (ICO) [17] Obrázek č. 15: Princip určení polohy [18] Obrázek č. 16: Družice série GPS III SVN-74 od firmy Lockheed Martin [24] Obrázek č. 17: Družice Galileo [26] Obrázek č. 18: Lokalizace metodou CELL ID [29] Obrázek č. 19: Metoda Timing advance [29] Obrázek č. 20: Metoda Angle of Arrival [29] Obrázek č. 21: Rozdělení systémů do čtyř skupin použití
65
Tabulka č. 1: Pořadí kritérií Tabulka č. 2: Fullerův trojúhelník – represivní účely Tabulka č. 3: pořadí kritérií – represivní účely Tabulka č. 4: Fullerův trojúhelník – řízení dopravy Tabulka č. 5 Pořadí kritérií – řízení dopravy Tabulka č. 6 Fullerův trojúhelník – evidenční účely Tabulka č. 7 Pořadí kritérií – evidenční účely Tabulka č. 8 Fullerův trojúhelník – hospodářské účely Tabulka č. 9 Pořadí kritérií – hospodářské účely Tabulka č. 10 Určení vah - Represivní systémy Tabulka č. 11 Určení vah – řízení dopravy Tabulka č. 12 Určení vah – evidenční účely Tabulka č. 13 Určení vah - hospodářské účely Tabulka č. 14 Vyhodnocení Represivní účely Tabulka č. 15 Vyhodnocení Řízení dopravy Tabulka č. 16 Vyhodnocení Evidenční účely Tabulka č. 17 Vyhodnocení Hospodářské účely
66
