Zavřít

Kooperativní inteligentní dopravní systémy

Aplikační oblast: Kooperativní systémy (C-ITS)

Charakteristika

Kooperativní inteligentní dopravní systémy spadají do oblasti dopravní telematiky se zaměřením na zvýšení bezpečnosti a plynulosti dopravy. Kooperativní systémy jsou podmnožinou systémů ITS, které komunikují a sdílejí informace mezi stanicemi ITS kvůli vzájemné podpoře a usnadnění procesů za účelem zvýšení bezpečnosti, udržitelnosti, účinnosti a zjednodušení nad rámec jednotlivých samostatných systémů. Pro zabezpečení funkce kooperativního systému v oblasti ITS se využívá přímé komunikace mezi vozidlem a infrastrukturou (C2I) a/nebo přímé komunikace mezi vozidly (C2C). Obecně lze obě funkce označit C2X. Pro vlastní funkci kooperativního inteligentního dopravního systému (C-ITS) musí být ve vozidle umístěna palubní jednotka (OBU) a infrastruktura musí být vybavena jednotkou na straně infrastruktury (RSU), které vzájemně komunikují  pomocí definovaného protokolu, popsaného příslušnými normami.

Umístění v hierarchii témat

Nadskupina: Inteligentní dopravní systém, informační a řídicí systém

Podskupina: Palubní jednotka, jednotka na straně infrastruktury, komunikační protokol, HMI

Termíny a výstižné definice

ITS-S – ITS Stanice je entita v komunikační síti, která se skládá z aplikací, zařízení, komponent síťové a přístupové vrstvy stanovených v ISO 21217, které jsou provozovány v zabezpečené doméně

(rozlišují se čtyři typy stanic – osobní stanici (P-ITS-S), stanici ve vozidle (V-ITS-S), stanici na straně infrastruktury (R-ITS-S) a centrální stanici (C-ITS-S)).

C2X – komunikací Car to X je myšlena komunikace mezi vozidlem a infrastrukturou (C2V) nebo mezi vozidly (C2C).

C-ITS – ITS systém, který pro zajištění funkcí využívá komunikace mezi inteligentním vozidlem a infrastrukturou nebo vozidly.

OBU – Palubní jednotka – Součást C-ITS umístěném ve vozidle; základní součást palubního zařízení (OBE), podporující přinejmenším bezdrátové rozhraní

RSU - jednotka na straně infrastruktury  - zařízení umístěné na straně infrastruktury, které řídí signály a poskytuje informace; součást C-ITS umístěná na infrastruktuře jako stacionární jednotka.

Centrální stanice ITS - C-ITS-S – Centrální prvek C-ITS plnící funkci sběru informací, jejich předávání a zajišťování dílčích částí po navazující řídící a informační systémy v obousměrné komunikaci.

ITS G5 – Evropský standard pro komunikaci mezi vozidly nebo mezi vozidlem a infrastrukturou. Jedná se o přístupovou technologii využívající frekvenční pásma přidělená evropským inteligentním dopravním systémům.

Back office (BOE) – výpočetní a komunikační zařízení poskytovatele služby, schvalovacího orgánu nebo dohledu jurisdikce

Popis řešené problematiky na vysoké úrovni (ne popis řešení)

Kooperativní systémy jsou již dlouho považovány za budoucnost pozemní dopravy, která přinese jak snížení nehodovosti a následků nehod, tak zvýšení komfortu řidičů. Ačkoli jsou kooperativní systémy tématem odborných diskuzí již dlouho, až do nedávné doby se veškeré výzkumy zaměřovaly především na identifikaci a návrh možných aplikací, popřípadě na jejich základní otestování v uměle vytvořeném prostředí. V posledních letech se testování kooperativních systémů již přesouvá do reálného provozu, a díky pokroku v normalizaci bezdrátových telekomunikačních technologií v posledním desetiletí začíná být vyjasněna i otázka volby přenosové technologie, která až do nedávna byla jedním z omezujících faktorů pro nasazování kooperativních systémů.

Projektů a aktivit zabývajících se kooperativními systémy byla a i v současnosti probíhá celá řada. Protože se předpokládá v brzké budoucnosti rozmach aplikací kooperativních systémů, jsou tyto projekty často realizovány automobilovými výrobci. Je možno říci, že většina evropských automobilek se zapojuje do vývoje těchto aplikací. Příkladem jsou projekty CVIS či COOPERS a další navazující projekty včetně projektů velkých firem jako je Siemens a velkých výrobců vozidel jako je VW, Volvo a dalších.

MD ČR se připojilo k Evropskému projektu C-ROADS. Evropská komise spolu se zástupci dvanácti členských států EU zahájila platformu „C-ROADS“ – sérii projektů zaměřených na propojenou a kooperativní automatizovanou jízdu. Platforma shromažďuje aktivity vedoucí k jejímu uvedení do běžného života. Tyto aktivity se konají v Rakousku, Belgii, České republice, Finsku, Francii, Německu, Maďarsku, Itálii, Nizozemsku, Slovinsku, Švédsku a Velké Británii.

Architektura popisovaného řešení

Rozdíl mezi ITS systémem a kooperativním ITS systémem (C-ITS) je ten, že C-ITS systém je založen na interakci mezi vozidly nebo mezi dalšími aktéry systému, pomocí které získává data, koná rozhodnutí, umožňuje či spíná funkci aktérů nebo naopak účastníkům data poskytuje.

Kooperace z hlediska C-ITS předpokládá spolupráci na úrovních:

  1. Přímé komunikace a výměny relevantních informací mezi aktéry.
  2. Dynamické interakce mezi účastníky silničního provozu, nebo mezi účastníky silničního provozu a dopravní infrastrukturou
  3. Sběru (anonymních) dat za účelem jejich využití ve prospěch účastníků silničního provozu (např. sběru dat z plovoucích vozidel).

C-ITS jako celek tedy je funkce, která umožňuje "kooperativní" výměnu dat s cílem poskytovat aplikační služby jednomu nebo více systémům a účastníkům systému.

C-ITS funguje v pěti různých režimech komunikace:

  1. Vozidlo - vozidlo
  2. ITS stanice - ITS stanice
  3. Vozidlo - aplikační služba/poskytovatel aplikační služby
  4. Komunikace s jádrem systému – back office
  5. Komunikace mezi jádrem systému a jeho aplikacemi.

Uvedené body jsou z hlediska komunikace prakticky identické, nicméně mohou se lišit ve specifických požadavcích bezpečnostních aplikací (např. varování před kolizí), kde jsou pro komunikaci vozidlo-vozidlo stanoveny časové kritické požadavky, které se neuplatňují pro obecné ITS- stanice, v případě komunikace dle bodu c) mohou být poskytovány další služby v kontextu kooperativního systému (např. služby připojeného nekooperativního systému), bod d) je zásadní v případě zapojení provozovatele systému nebo jurisdikce, kdy je potřeba jejich povolení v rámci nějaké služby nebo v případě výběru poplatků za službu. Bodem e) je potom míněno, že přestože je možné, aby některé služby C-ITS byly poskytovány přímo v režimu vozidlo-vozidlo (například "Varování před náledím", "Varování předmět na vozovce" apod.), mohou být v mnoha případech účinněji poskytnuty, pokud detekční vozidlo předává data do jádra systému, kde jsou poskytnuty dalším aplikacím, které mohou rozšířit informační hodnotu daného varování a ostatní vozidla mohou být efektivněji a snáze varována, neboť detekující vozidle se v dané lokalitě nachází přechodně na rozdíl od systému, který může informaci poskytovat pro oblast neustále, dokud trvá.

Přehled funkcí popsaného systému

Níže uvedený obrázek ukazuje pohled na poskytování služeb C-ITS. Každý z prvků systému může být zároveň ITS stanicí, čímž odpovídá pěti vyjmenovaným režimům výše. ITS stanice tak leží nejen v centrálním systému, ale mohou být součástí ITS služeb i dalších komponent systému. ITS stanice mohou být připojeny přes celou řadu bezdrátových technologií nebo přímo přes internet (nejčastěji však na úrovni komunikace vozidlo-vozidlo nebo vozidlo-infrastruktura půjde o standard ITS G5). Ze schématu je zřejmé, že každá stanice může komunikovat a sdílet data s dalšími stanicemi v okolí, případně na základě těchto sdílených informací v jisté formě řídit dopravu či informovat uživatele systému. Je dále možné vytvářet paralelní struktury s několika centrálními systémy, které na sebe mohou či nemusí působit a vzájemně se ovlivňovat a kooperovat.

Hlavními komponenty systému jsou tedy:

  • Aplikace, aplikační služby - které poskytují funkce zvýšení bezpečnosti, mobility a přínosu pro životní prostředí
  • Vybavená vozidla - vozidla vybavená OBU jednotkami a sběrem dat pro využití v C-ITS
  • Vybavená infrastruktura – dopravní infrastruktura vybavená jednotkami RSU sbírajícími a poskytujícími data ze systému C-ITS
  • Osobní systémy - mobilní telefony, tablety nebo zařízení s podobným typem komunikace a sběrem dat
  • Centrální systém – back office – systém zajišťující sběr, výměnu a zpravidla vyhodnocení dat z více ITS stanic a poskytující výstupy na ITS stanice
  • Komunikace – umožňuje fyzickou výměnu dat, včetně komunikace ITS-stanice, zpravidla prostřednictvím standardu ITS G5 a internetu
  • Podpůrné systémy - obsahují bezpečnostní pověření certifikačních a registračních autorit, které umožní zařízením a systémům navázat zabezpečené spojení

 

Příklady funkcí popsaného systému

Informace z vozidla a z infrastruktury

  • Jízdní doby ve sledovaném úseku
  • Průměrná rychlost (úseková rychlost)
  • Zdržení ve sledovaném úseku
  • Detekce dopravní kolony ve sledovaném úseku
  • Stupně dopravy ve sledovaném úseku
  • Zastavení a směr pohybu vozidla
  • Akcelerace/decelerace vozidla
  • Použití stěračů, blinkrů nebo jiných ovládacích prvků vozidla

Využitelnost pro další aplikace a spojitosti dalších systémů s C-ITS

  • Poskytování informací o infrastruktuře do vozidla (délka zelené a červené – zajištění optimální doby průjezdu, informace o zdržení)
  • Poskytování informací o nehodě (vyhledávání nejkratší cesty, informace do palubního počítače vozidla o době dojezdu do cílové destinace či definované oblasti)
  • Provázání s eCall
  • Modifikace řízení oblasti podle počtu vozidel komunikujících s infrastrukturou (informace o délce vozidla, kubatuře, rychlosti apod. může mít výrazný dopad do rozvoje kvality adaptivního řízení dopravy)
  • Varovný systémy z pohledu jak vozidla, tak infrastruktury (stojící vozidlo, nehoda, kolona, meteorologické podmínky)
  • Dynamické plánování trasy včetně sledování zvláštních vozidel
  • Informace o přestupcích a přenášení dopravního značení přímo do vozidla 
  • Informace o práci na silnici
  • Informace z infrastruktury o optimální rychlosti, maximální povolené rychlosti, zákazu předjíždění kamiónů apod. - vazba na liniové řízení dopravy
  • Informace o nebezpečí v tunelech, evakuační informace apod.

Informace řidičům v kolonách, informace o blížících se vozidlech IZS.

 

Odkazy/Reference/Normy

Důležité Evropskými předpisy pro návrh kooperativního systému:

  • ETSI EN 302 665 Intelligent Transport Systems (ITS); Communications Architecture
  • ISO TR 17427-2 Intelligent transport systems - Cooperative ITS - Framework Overview
  • ISO 21217 - Intelligent transport systems -- Communications access for land mobiles (CALM) -- Architecture
  • ECo-AT Release 3 documents European Corridor – Austrian Testbed for Cooperative Systems, version 3.00 (SWP 2.1 – 3.7)

Příklady na odkazy a literaturu ke kooperativním systémům:

  • DRIVE C2X brochure, dostupný z http://www.drive-c2x.eu/tl_files/publications/DRIVE_C2X_brochure_web.pdf
  • InteractIVe project structure: organised to realise research and development, dostupný z http://www.interactive-ip.eu/project/subprojects [cit. 2013-08]
  • FOTsis Integrated Architecture, dostupný z http://www.fotsis.com/index.php/fotsisarchitecture/integrated-architecture  [cit. 2013-08]
  • Morgan, Y. L.; "Notes on DSRC & WAVE Standards Suite: Its Architecture, Design and Characteristics," Communications Surveys & Tutorials, IEEE , vol.12, no.4, pp.504-518, Fourth Quarter 2010.
  • Karel, M.: "Nové trendy v technologiích DSRC pro dopravní aplikace" bakalářská práce. ČVUT FD v Praze. Praha, 2010.
  • Gallagher, B.; Akatsuka, H.; Suzuki, H.; "Wireless communications for vehicle safety: Radio link performance and wireless connectivity methods," Vehicular Technology Magazine, IEEE , vol.1, no.4, pp.4-24, Dec. 2006 doi: 10.1109/MVT.2006.343641
  • Gozalvez, J.; Sepulcre, M.; Bauza, R.; , "IEEE 802.11p vehicle to infrastructure communications in urban environments," Communications Magazine, IEEE , vol.50, no.5, pp.176-183, May 2012
  • Eloranta, P.: "Co-operative Traffic Safety System for Challenging Climate Conditions - Finnish Results of the WiSafeCar Project". 19th ITS World Congress Vienna, Austria, 2012.
  • Sukuvaara, T., Ylitalo R.: "IEEE 802.11p Vehicular Networking System in WiSafeCar Project". 19th ITS World Congress Vienna, Austria, 2012.

Výběr podle typu

Výběr podle aplikačních oblastí