Infokommunikáció a közlekedésben (VITMJV27)

Átírás

1 Infokommunikáció a közlekedésben (VITMJV27) Közlekedési információk gyűjtése és terjesztése Vidács Attila Távközlési és Médiainformatikai Tsz. I.B.228, T:19-25, vidacs@tmit.bme.hu

2 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)

3 Motiváció Nagyvárosok forgalmi helyzete Budapest utcáin évente el több autó Útlezárások, útfelújítások Következmények: Közlekedési torlódások Balesetek Környezetszennyezés Pénzügyi hatások Forgalmi információs rendszerek (Útdíjfizetés)

4 Információ a Lánchídról... Régen: Papír Encyclopedia Britannica Nemrég: Web Mostanában: Web 2.0

5 Információ a Lánchídról... (folyt.) Hamarosan Most: Helyhez kötött szolgáltatás Pl.: Google Earth Mobile Geoweb Mi történik most?

6 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?.

7 Információ (általánosságban) Papír Web Web 2.0 felhasználók kreativitásának, együttműködésének, információinak megosztása web-alapú közösségek és szolgáltatások Geoweb Pl: szocális hálók, wiki Geogáfiai (hely alapú) információ és a mai Internet összeolvasztása Kulcsszavak helyett hely alapú keresések Mi van itt? Hol van olcsó szálloda a konferencia közelében?

8 Közlekedési információ Újság Rádió Internet

9 Közlekedési információ... (folyt.) Tegnaptól : Mi történik most?!

10 Közlekedési információ Web 2.0 A közlekedők egy részhalmaza megosztja egymással az aktuális információit Manuálisan pl. sms Automatikusan pl. Floating Car Data

11 Geoweb a járműben Most +/- 1 óra Itt Útvonal környékén Tömör 1-2 mp alatt felfogható

12 Google Navigation

13 Közlekedési információs rendszer Egy közlekedési információs rendszer négy komponense: 1. Információ-gyűjtés 2. Információ-továbbítás 3. Információ-feldolgozás 4. Információ-megjelenítés

14 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

15 Információ gyűjtő rendszerek Útjelző táblákra szerelt jeladók (Signpost-Based Automatic Vehicle Location - AVL) Tipikusan a szonda járművek kommunikálnak a lámpaoszlopokra vagy útszéli táblákra mint létező infrastruktúrára szerelt adókkal. Automatikus jármű azonosítás (Automatic Vehicle Identification AVI) 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.

16 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.

17 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

18 Útjelző táblákra szerelt jeladók (AVL)

19 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.

21 Automatikus jármű azonosítás (AVI) Elsősorban: díjbeszedő rendszer Két verzó 1. Rendszámfelismerés 2. On Board Units (OBU): minden díjfizetésre kötelezett járműben ID terjesztés DSRC (Dedicated Short Range Communication) rendszer: 5.8 GHz-es sávban Max. 2W Pl.: 772 kapu Ausztriában

22 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.

23 Automatikus jármű azonosítás (AVI)

24 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.

25 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

27 Földi rádiós helymeghatározás Háromszögelés Elavult

29 Cellás rádiós nyomkövetés

30 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: méter ~ közepes: mikrocella: 1 3 km ~ alacsony (vidék): makrocella: - 35 km A módszer pontossága erősen függ a cellák nagyságától

31 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

32 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.

33 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.

34 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)

36 GPS alapú Floating Car Data

37 Floating Car Data (FCD)

38 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

39 Floating Car Data Flow (FCD)

40 Rendszer architektúra

41 Kiterjesztett Floating Car Data

42 Közlekedési Információs rendszer Négy komponens: 1. Információ-gyűjtés 2. Információ-továbbítás 3. Információ-feldolgozás 4. Információ-megjelenítés

43 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 GHz; IEEE variációk, pl: WAVE (IEEE P1609.3/D23), M5 (ISO 21215); WiMAX, IEEE e; MM-wave (63 GHz); műhold; Bluetooth; RFID.

44 CALM - Communication Access for Land Mobile Több technológiához ad közös interfészt: 1. Infravörös fény CALM IR Japán, német díjbeszedő rendszer Helyi irányított kommunikáció 2. Mikrohullám CALM M5 IEEE p-nek felel meg kétirányú és broadcast kommunikáció 3. Milliméter hullámhossz CALM MM Helyi egyirányú kommunikáció 4. Cellás technológiák CALM 2G/3G Nagy hatósugarú mobil kommunikáció 5. Mikrohullám CEN DSRC Ma fizetőrendszerekben használják (pl. Ausztria) Kihívás: DSRC és CALM-M5 párhuzamos használata Egy alkalmazáshoz több vezeték nélküli csatorna közül választhatunk

45 CALM architektúra

46 Kommunikációs architektúrák Központosított

47 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

48 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

49 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

51 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

52 Adatok: GPS pozíciók (Bécs)

53 Adatok: Sebesség és gyorsulás

54 Térkép illesztése

55 FCD létrehozás Miért van szükség útvonal becslésére? GPS alapú megoldás esetében Pozícionálás, pl. minden másodpercben A forgalmi központ és a jármű között a kommunikációs link a szűk keresztmetszet Az útvonal nem egyértelmű, több alternatíva létezhet Start-cél pár esetén: A kiindulási és célállomás ismert, de több út is létezik. GSM alapú rendszereknél: A pontatlan pozíció miatt az útvonal nem egyértelmű

56 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

57 Példa: Bécs

58 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.)

59 Példa: Bécs

60 Utazási idő becslése Hosszabb utak esetében: átlagos utazási idő minden útszegmenshez? alacsony sebességhatárú utakon túlbecsülhetjük a sebességet egy autópályán alulbecsülhetjük Javított módszer:

61 FCD előállítás alapjai

62 Adatok integrálása Fundamental Diagram (flow/speed/density)

63 Összehasonlítás

65 Forgalmi helyzet Melyik a jobb?

66 Felhasználói interfészek SMS / GPRS PDA Internet

67 Egyéb intefészek, alkalmazások e-safety Sebességhatár Veszélyek Dinamikus vezetési tanácsok

68 További kérdések Privacy Saját adatok terjesztése Ki tudja merre járok és hánnyal megyek? Üzleti modell Adatátviteli költségek Kié az adatom? Ingyen adjuk, ingyen kapjuk? Reklámbevétel Minőségi szolgáltatás Kritikus adatmennyiség elérése Hogy kapja meg a vezető az információt? Web Mobil PDA PNA