Infokommunikáció a közlekedésben (VITMJV27)
Közlekedési információk gyűjtése és terjesztése Vidács Attila Távközlési és Médiainformatikai Tsz. I.B.228, T:19-25,
[email protected]
Intelligens közlekedési rendszerek
Feladat: Aktuális közlekedési információk gyűjtése és terjesztése kooperatív járművek segítségével
Intelligent Transportation Systems (ITS)
4 műszaki területet alkalmaz a felszíni közlekedési rendszerekre:
Szenzorika (szenzorok és aktuátorok) Kommunikáció (távközlés) Elektronika (HW) Algoritmusok (SW)
Motiváció
Nagyvárosok forgalmi helyzete
Budapest utcáin évente 30 000–el több autó Útlezárások, útfelújítások
Következmények:
Közlekedési torlódások Balesetek Környezetszennyezés Pénzügyi hatások
Forgalmi információs rendszerek
(Útdíjfizetés)
Információ a Lánchídról...
Régen:
Papír Encyclopedia Britannica
Nemrég:
Web
http://www.britannica.com/
Mostanában:
Web 2.0
http://hu.wikipedia.org/
Információ a Lánchídról... (folyt.)
Hamarosan Most:
Helyhez kötött szolgáltatás Pl.: Google Earth Mobile Geoweb
Mi történik most?
Geoweb
The Geospatial Web or Geoweb is a relatively new term that implies the merging of geographical (locationbased) information with the abstract information that currently dominates the Internet. This would create an environment where one could search for things based on location instead of by keyword only – i.e. “What is Here?”.
Információ (általánosságban)
Papír Web Web 2.0
felhasználók kreativitásának, együttműködésének, információinak megosztása web-alapú közösségek és szolgáltatások
Pl: szocális hálók, wiki
Geoweb
Geogáfiai (hely alapú) információ és a mai Internet összeolvasztása Kulcsszavak helyett hely alapú keresések „Mi van itt?” „Hol van olcsó szálloda a konferencia közelében?”
Közlekedési információ
Újság
Rádió
Internet
Közlekedési információ... (folyt.)
„Tegnaptól”:
Mi történik most?!
Közlekedési információ – Web 2.0
A közlekedők egy részhalmaza megosztja egymással az aktuális információit Manuálisan
pl. sms
Automatikusan
pl. Floating Car Data
Geoweb a járműben
Most
Itt
+/- 1 óra Útvonal környékén
Tömör
1-2 mp alatt felfogható
Google Navigation
Közlekedési információs rendszer
Egy közlekedési információs rendszer négy komponense: 1. 2. 3. 4.
Információ-gyűjtés Információ-továbbítás Információ-feldolgozás Információ-megjelenítés
Közlekedés monitorozása
Közlekedési információ gyűjtése:
Indukciós hurkok, jármű számlálók Kamerák Floating Car Data (FCD)
Def: FCD is a method to determine the traffic speed on the road network. It is based on the collection of localisation data, speed, direction of travel and time information from mobile phones in vehicles that are being driven. These data are the essential source for traffic information and for most intelligent transportation systems (ITS).
FCD: „Szonda járművek” segítségével
„Mozgó szenzorok”
pl: autóban bekapcsolt mobiltelefon
Forgalommal együtt haladó járművek adatai
Információ gyűjtő rendszerek
Útjelző táblákra szerelt jeladók (Signpost-Based Automatic Vehicle Location - AVL)
Automatikus jármű azonosítás (Automatic Vehicle Identification – AVI)
Tipikusan a szonda járművek kommunikálnak a lámpaoszlopokra vagy útszéli táblákra mint létező infrastruktúrára szerelt adókkal.
A szonda járművek elektronikus „tag-ekkel” felszereltek. Ezek a tag-ek kommunikálnak az útszéli állomásokkal. A címke alapján azonosítható a jármű.
Földi rádiós navigációs rendszerek (Ground-Based Radio Navigation)
Leginkább válallati flotta-menedszment rendszereknél alkalmazott. A GPS-hez hasonló szolgáltatás, az adatok járművek közötti kommunikáció ill. egy fix infrastuktúra segítségével gyűjthetők.
Információ gyűjtő rendszerek (folyt.)
Cellás (mobil) geo-pozícionálás
Utazási idő adatok gyűjthetők a cellás mobiltelefonok nyomkövetése által.
GPS - Global Positioning System
A szonda járművek GPS vevővel és egy kétirányú műholdas összeköttetéssel rendelkező eszközzel rendelkeznek. A vett információt egy központi vezérlőnek továbbítják. A központi vezérlőben így elérhető a jármű pozíciója valós időben. Az összegyűjtött adatokból számítható az utazási idő, stb.
Információ gyűjtő rendszerek
Útjelző táblákra szerelt jeladók (Signpost-Based Automatic Vehicle Location - AVL) Automatikus jármű azonosítás (Automatic Vehicle Identification – AVI) Földi rádiós navigációs rendszerek (Ground-Based Radio Navigation) Cellás (mobil) geo-pozícionálás GPS - Global Positioning System
Útjelző táblákra szerelt jeladók (AVL)
Útjelző táblákra szerelt jeladók (AVL)
Az „elektronikus” útszéli táblák egyedi azonosító kódot sugároznak. Ezt az azonosítót veszik a közeli járművek. Az azonosító eltárolásra kerül a jármű memóriájában egy időbélyeggel kiegészítve. Periódikusan az így gyűjtött információ továbbításra kerül a központi vezérlőhöz. Az adattovábbítás a központ felé független az útszéli adóktól. Ezt a technológiát lassan kiváltják a GPS alapú nyomkövető rendszerek.
Információ gyűjtő rendszerek
Útjelző táblákra szerelt jeladók (Signpost-Based Automatic Vehicle Location - AVL) Automatikus jármű azonosítás (Automatic Vehicle Identification – AVI) Földi rádiós navigációs rendszerek (Ground-Based Radio Navigation) Cellás (mobil) geo-pozícionálás GPS - Global Positioning System
Automatikus jármű azonosítás (AVI)
Elsősorban: díjbeszedő rendszer Két verzó 1. 2.
DSRC (Dedicated Short Range Communication) rendszer:
Rendszámfelismerés On Board Units (OBU): minden díjfizetésre kötelezett járműben ID terjesztés
5.8 GHz-es sávban Max. 2W
Pl.: 772 kapu Ausztriában
AVI működése
A rendszer 4 komponense:
ITS szonda járművek rádiós transzponderrel (transmitterresponder) felszerelve; Útszéli antenna a transzponderek detektálására; útszéli adatolvasók; központi számítógép az adatok összegyűjtéséhez.
A tag-ek (vagy transzponderek) egy egyedi azonosítóval (ID) renelkeznek. Az útszéli antennák tipikusan az út feletti építményeken (pl. felüljárók, információs táblák), vagy az elektronikus útdíjfizetési fülkékre szerelve.
Automatikus jármű azonosítás (AVI)
AVI működése (folyt.)
Az antennák rádiófrekvenciás jelet bocsájtanak ki periódikusan, vagy egy jeladó (pl. hurok detektor) által triggerelve. Amikor a szonda jármű a vételi sugáron belülre kerül, a transzponder „visszatükrözi” a vett jelet.
A visszatükrözött jelalak az ID szám alapján módosul!
A vett ID szám az útszéli ólvasóhoz továbbítódik (pl. koax kábelen), ahol rögzítésre kerül egy időbélyeggel és az antenna azonosítójával kiegészítve. Az összegyűjtött adatokat a rendszer egy központi számítógéphez továbbítja (pl. telefonvonalon), ahol az összes adatot tárolják és feldolgozzák. Az egyedi szonda jármű ID-ket nyomon követi a rendszer a fizetésköteles úthálózaton. Így a megtett út és az utazási idő számítható.
AVI előnyök / hátrányok
Előnyök
Folyamatos adatgyűjtés Automatizáltság Emberi hiba esélye csekély Pontos Sáv szerinti differenciáltság Jelentős adatmennyiség
Hátrányok
Csak „kiépített” útvonalakon alkalmazható Elektronikus címke szükséges Óra szinkronizáció nehézkes Magánszféra Adatmennyiség tárolása
Információ gyűjtő rendszerek
Útjelző táblákra szerelt jeladók (Signpost-Based Automatic Vehicle Location - AVL) Automatikus jármű azonosítás (Automatic Vehicle Identification – AVI) Földi rádiós navigációs rendszerek (Ground-Based Radio Navigation) Cellás (mobil) geo-pozícionálás GPS - Global Positioning System
Földi rádiós helymeghatározás
Háromszögelés Elavult
Információ gyűjtő rendszerek
Útjelző táblákra szerelt jeladók (Signpost-Based Automatic Vehicle Location - AVL) Automatikus jármű azonosítás (Automatic Vehicle Identification – AVI) Földi rádiós navigációs rendszerek (Ground-Based Radio Navigation) Cellás (mobil) geo-pozícionálás GPS - Global Positioning System
Cellás rádiós nyomkövetés
Cella ID alapú módszerek
Más nevek: COO (Cell of Origin), CGI (Cell Global Identity)
Meghatározzák az alábbi paramétereket:
Location Area Code (LAC) Mobil cella ID (Cell-ID),
Cella ID földrajzi koordináták vagy egy terület
Cellák:
A mobiltelefonnal rendelkezők száma magas: picocella: 100 – 300 méter ~ közepes: mikrocella: 1 – 3 km ~ alacsony (vidék): makrocella: - 35 km
A módszer pontossága erősen függ a cellák nagyságától
Cell-ID alapú módszerek 1. Javítás: Cell-ID + Timing Advance (TA) módszer:
GSM hálózat Timing Advance paraméterén alapul. A jel terjedési idejét méri a mobil és bázisállomás között Eredetileg a mobil adásának ütemezésére szolgált UMTS: RTT (Round Trip Time)
2. Javítás: Enhanced Cell Global Identity (E-CGI) módszer:
TA/RTT paraméterek figyelése mellett a jelerősséget is folyamatosan figyeli
Handover-alapú módszerek
Az A és B GSM cellák handover (hívásátadási) területe a két cella átlapolódó területe; a piros pontok jelölik a hívásátadások helyét cellát váltó mobilok esetében.
Handover-alapú módszerek
Az aktuális cella azonosító egy GSM terminál esetében több tényező függvénye lehet:
a telefon éppen egy hívást bonyolít, vagy csak egyszerűen bekapcsolt állapotban van; az aktuális utazási irány és sebesség; az adott cella híváskezelési stratégiája.
Következmény: nem minden, azonos helyen tartózkodó mobilnak lesz azonos cella ID-je.
A GSM infrastruktúra alapján azonban megfigyelhetők bizonyos gyakran előforduló cella-sorrendek handover setében, az adott úthálózatot tekintve.
Handover-alapú módszerek A helymeghatározás pontossága függ a handover zóna méretétől. Konkrét példa: A23 autópálya Bécs közelében. A handover bizonyos hiszterézissel következik be. A megközelítés irányától nagyban függ a hívásádadási pozíció (lásd: kék és sárga pontok)
Információ gyűjtő rendszerek
Útjelző táblákra szerelt jeladók (Signpost-Based Automatic Vehicle Location - AVL) Automatikus jármű azonosítás (Automatic Vehicle Identification – AVI) Földi rádiós navigációs rendszerek (Ground-Based Radio Navigation) Cellás (mobil) geo-pozícionálás GPS - Global Positioning System
GPS alapú Floating Car Data
Floating Car Data (FCD)
Floating Car Data (FCD)
„Mobil szenzorok” FCD járművek adatokat küldenek egy forgalmi információs központba (Traffic Information Centre) :
jármű ID jelenlegi pozíció (GPS) sebesség irány időbélyeg
Floating Car Data Flow (FCD)
Rendszer architektúra
Kiterjesztett Floating Car Data
Közlekedési Információs rendszer
Négy komponens: 1. 2. 3. 4.
Információ-gyűjtés Információ-továbbítás Információ-feldolgozás Információ-megjelenítés
CALM - Communication Access for Land Mobile
CALM - Communication Access for Land Mobile
Korábban: „Communications, Air-interface, Long and Medium range” ISO TC 204/Working Group 16 szabvány tervezet CVIS EU projektben fejlesztik
Cél: ITS kommunikációs protokollok kifejlesztése Kommunikációs módok:
Jármű-infrastruktúra (V2I) Jármű-jármű (V2V):
p2p ad-hoc hálóuzati kommunikáció (MANET/VANET).
Infrastruktúra-infrastruktúra (I2I)
Kommunikációs média:
Infravörös; GSM (2G, 3G); DSRC 5.8-5.9 GHz; IEEE 802.11 variációk, pl: WAVE (IEEE P1609.3/D23), M5 (ISO 21215); WiMAX, IEEE 802.16e; MM-wave (63 GHz); műhold; Bluetooth; RFID.
CALM - Communication Access for Land Mobile
Több technológiához ad közös interfészt: 1.
Infravörös fény CALM IR
2.
Mikrohullám CALM M5
3.
Helyi egyirányú kommunikáció
Cellás technológiák CALM 2G/3G
5.
IEEE 802.11p-nek felel meg kétirányú és broadcast kommunikáció
Milliméter hullámhossz CALM MM
4.
Japán, német díjbeszedő rendszer Helyi irányított kommunikáció
Nagy hatósugarú mobil kommunikáció
Mikrohullám CEN DSRC
Ma fizetőrendszerekben használják (pl. Ausztria) Kihívás: DSRC és CALM-M5 párhuzamos használata Egy alkalmazáshoz több vezeték nélküli csatorna közül választhatunk
CALM architektúra
Kommunikációs architektúrák Központosított
Hibrid hálózat működési módjai
Hibrid hálózat: CALM M5+2G/3G Aktuális információk kérése
Ha nincs, vagy csak régi információnk van egy útról (nem kaptuk meg az ad-hoc hálózaton keresztül) akkor lekérjük az elérhető legfrissebbet a központtól
Szomszéd felderítéses mód
Szomszédossági protokoll segítségével kiderítjük, hogy melyik az a jármű, mely nem tudja hátrafelé továbbküldeni az üzenetet, ezért elküldi egy központnak. A központ pedig üzenetszórásos módon elterjeszti az üzenetet
RUBeNS
Az architektúrák kipróbálásához: Rural & UrBan e-Travelling Network Simulator (BAY-IKTI fejlesztés) Szimulálja:
ad-hoc hálózatot közlekedési hálózatot (csomópontok mozgását)
Rendszer elterjedéséig: protokoll kidolgozás, hatásvizsgálat Ütközés elkerülés Közlekedési információk
Kihívások (volt már...)
A hálózat topológiájának gyors váltakozása A hálózat gyakori szakadása Csekély redundancia Adatbiztonság Információ terjesztés
Ki? Mikor? Kinek? Hova?
Interakció
Kommunikációs hálózat Úthálózat
Közlekedési Információs rendszer
Négy komponens: 1. 2. 3. 4.
Információ-gyűjtés Információ-továbbítás Információ-feldolgozás Információ-megjelenítés
Floating Car Data algoritmusok
Algoritmusok szükségesek a begyűjtött közlekedési információ feldolgozásához:
Adatok szűrése Tékép illesztése Útvonal megválasztása (nem adat-routing!)
Útvonal meghatározása Irányítás (navigáció)
Adat aggregáció Utazási idő becslése Utazási idő előrejelzése
Adatok: GPS pozíciók (Bécs)
Adatok: Sebesség és gyorsulás
Térkép illesztése
FCD létrehozás
Miért van szükség útvonal becslésére?
GPS alapú megoldás esetében
Start-cél pár esetén:
Pozícionálás, pl. minden 15-60 másodpercben A forgalmi központ és a jármű között a kommunikációs link a szűk keresztmetszet Az útvonal nem egyértelmű, több alternatíva létezhet A kiindulási és célállomás ismert, de több út is létezik.
GSM alapú rendszereknél:
A „pontatlan” pozíció miatt az útvonal nem egyértelmű
Útvonal megválasztása
Legrövidebb út algoritmus
Pl.: Dijkstra
Egyéb él attribútumok
Utca típusa (pl. út szélessége, sávok száma) Sebességkorlátok Lámpák és stoptáblák száma Kanyarok száma Külön balra kanyarodó lámpák Útviszonyok Utazási idő Az utazási idő bizonytalansága vagy szórása Torlódás, dugó mértéke
Példa: Bécs
Útvonal javítások
Útvonal típusa
Főútvonalak előnyben részesítése A főutak előnyben részesítése megegyezik a sofőrök viselkedésével Útvonal hossza osztva a megengedett sebességgel (pl. sebességkorlátok .85-ös percentilise)
Kanyarok lassítása
A kanyar típusának megfelelően extra súly hozzáadása (pl. jobbkanyar, balkanyar, enyhe kanyar, stb.)
Példa: Bécs
Utazási idő becslése
Hosszabb utak esetében: átlagos utazási idő minden útszegmenshez?
alacsony sebességhatárú utakon túlbecsülhetjük a sebességet egy autópályán alulbecsülhetjük
Javított módszer:
FCD előállítás alapjai
Adatok integrálása Fundamental Diagram (flow/speed/density)
Összehasonlítás
Közlekedési Információs rendszer
Négy komponens: 1. 2. 3. 4.
Információ-gyűjtés Információ-továbbítás Információ-feldolgozás Információ-megjelenítés
Forgalmi helyzet
Melyik a jobb?
Felhasználói interfészek
SMS / GPRS
PDA Internet
Egyéb intefészek, alkalmazások
„e-Safety“
Sebességhatár Veszélyek
Dinamikus vezetési tanácsok
További kérdések
Privacy
Saját adatok terjesztése
Üzleti modell
Adatátviteli költségek Kié az adatom? Ingyen adjuk, ingyen kapjuk?
Ki tudja merre járok és hánnyal megyek?
Reklámbevétel Minőségi szolgáltatás
Kritikus adatmennyiség elérése Hogy kapja meg a vezető az információt?
Web Mobil PDA PNA