Buletinul AGIR nr. 3/2011 iulie-septembrie 127

DEZVOLTAREA SISTEMELOR COOPERATIVE I IMPACTUL ASUPRA SISTEMULUI

DE TRANSPORT RUTIER

l. dr. ing. ec. Florin NEMANU Universitatea Politehnica,

Bucureti

As.drd.ing. Valentin IORDACHE Universitatea Politehnica,

Bucureti

REZUMAT. Progresul tehnologic nregistrat n ultimii 20 de ani n domeniul tehnologiilor IT, electronic i comunicaii a permis dezvoltarea unui domeniu nou de aplicare al acestor tehnologii, sistemele inteligente de transport (ITS). Unele dintre cele mai importante aspecte legate de dezvoltarea sistemelor ITS sunt cele care implic realizarea comunicaiilor mobile ntre vehicule sau ntre vehicule i infrastructur, precum i procesare datelor la bordul vehiculului. Autorii prezint serviciile furnizate de sistemele cooperative, cteva structuri i arhitecturi (acestea conin pe lng structura sistemului, relaiile ntre componentele sistemului, comportamentul sistemului ntr-un context dat i fluxurile de informaii) pentru sisteme cooperative, precum i recomandri privind dezvoltarea de sisteme cooperative. Lucrarea este finalizat cu un set de concluzii care sunt direcionate ctre aspecte tehnice privind implementare acestor sisteme i modul n care sistemele cooperative vor modifica o serie de procese din cadrul sistemului de transport rutier. Cuvinte cheie: tehnologii IT, comunicaii mobile, procesarea datelor, sistem cooperativ. ABSTRACT. The technological progress done in last 20 years in the domains of IT, electronics and communication is the base for the development of a new domain, named Intelligent Transport Systems. Some of the most important issue related to the development of ITS are mobile communication between vehicle and infrastructure and on-board processing of data. The authors present the services provided by cooperative systems, some structures and architectures for cooperative systems and recommendations for development of cooperative systems. The paper is concluded with technical aspects related to cooperative systems and the effect of cooperative systems on road transport system. Keywords: IT technologies, mobile communications, data processing, cooperative system.

1. INTRODUCERE

Una dintre componentele importante ale sistemului de transport rutier o reprezint sistemele its, acestea au ca prim obiectiv reducerea efectelor negative ale traficului. o prim etap este aceea de dezvoltare a sistemelor de asisten individual, pentru conductorul vehiculului, urmat de introducerea sistemelor cooperative. aceste sisteme sunt constituite din dispozitive inteligente ncorporate sau montate pe vehicule, dotate cu funcii de comunicaie. sistemele cooperative se bazeaz pe transfe-rul n timp real a informaiilor de la vehicul la vehicul (v2v), vehicul la infrastructur (v2i) i de la infrastructur la vehicul (i2v) prin canale radio (a se vedea fig. 1).

Combinnd comunicaiile mobile cu aplicaii software care sunt instalate pe calculatoare (dispozitive inteligente) la bordul vehiculelor, se pot crea sisteme cooperative care pot furniza servicii cooperative. aceste servicii au fost mprite n principal n trei categorii:

servicii cooperative pentru creterea siguranei circulaiei,

servicii cooperative pentru eficientizarea proce-sului de transport,

alte servicii cooperative cu valoare adugat.

Fig. 1. Comunicaiile mobile suport pentru dezvoltarea sistemelor cooperative.

2. SERVICII COOPERATIVE ITS

Lucrarea este orientat pe descrierea serviciilor cooperative importante i nu pe sisteme cooperative, avnd ca obiectiv prezentarea unui cadru general n care s fie dezvoltate sistemele ITS specifice (n special a celor cooperative).

EDUCAIE. CERCETARE. PROGRES TEHNOLOGIC

Buletinul AIR nr. 3/2011 iulie-septembrie 128

2.1. Servicii cooperative pentru creterea siguranei circulaiei

Obiectivul comun al serviciilor cooperative pentru creterea siguranei circulaiei este reducerea numrului de accidente rutiere, respectiv a gravitii acestora. Spre deosebire de alte servicii asociate sistemelor cooperative, cele de siguran beneficiaz de prioritate din toate puncte-le de vedere: comunicaii cu laten redus, asigurarea mpotriva interferenelor, dar i redundan funcional.

Sigurana vehiculelor poate fi foarte mult imbun-tit prin introducerea deteciei pre-accident care reprezint abilitatea vehiculului de a face predicii n ceea ce privete apariia unui accident. Astfel, la iden-tificarea unui potenial pericol, sistemele de siguran iau msuri automat pentru a diminua efectele:

se pretensioneaza centurile de siguran, sistemul de frnare intr automat n funciune

pentru a reduce viteza, se declaneaz airbag-ul, dup ce impactul are loc;

declanarea aibag-ului se face totui puin mai devreme dect intr-un caz obinuit si astfel umflarea este puin mai lent, fiind mai puin probabil producerea de leziuni n zona capului datorit umflarii prea rapide a acestuia.

Este foarte important transmiterea strii vehiculului i a conductorului, dup producerea accidentului, prin efectuarea unui apel de urgen automat (sistem eCall), n cazul n care conductorul vehiculului este accidentat i nu poate face acest lucru singur. De asemenea, acci-dentul este semnalizat i ctre vehiculele care se apropie de locul respectiv pentru a preveni un accident n lan.

Pe timp de noapte, utilizarea fazei lungi a farurilor poate reduce vizibilitatea, pn la zero, pentru conductorii vehiculelor care circul din sens opus. Prin realizarea unei reele de comunicaie ad-hoc, vehiculele pot comunica i, astfel, se poate comuta automat de la faza lung la faza de ntlnire, urmnd ca dup ce vehiculele au trecut unul prin dreptul celuilalt, s se comute automat pe faza lung.

O potenial surs de accidente o constituie inter-seciile fr vizibilitate, de aceea, printr-o comunicare local, un vehicul care se apropie de locul periculos i poate semnaliza prezena, avertiznd astfel vehiculele care se apropie pentru a nu trece n vitez prin intersecie daca aceasta nu este prevazut cu semafor.

Vehiculele de urgen (poliie, salvare, pompieri) necesit o prioritate special ceea ce se materializeaz prin vitez de circulaie ridicat i culoare libere de circulaie n intersecii. Prin comunicarea prealabil ctre vehiculele ce se afl pe traseu a aproprierii unui astfel de vehicul, conductorii vehiculelor pot elibera din timp banda de circulaie iar semafoarelor li se pot schimba fazele pentru a permite trecerea vehiculului respectiv.

La schimbarea benzii de circulaie, fra o asigurarea corespunztoare, pot apare coliziuni. Transmind inten-

ia de schimbare a benzii de circulaie ctre vehiculele nvecinate i primind feed-back de la acestea, schim-barea se poate face n condiii de siguran.

Condiiile de trafic sunt variabile i pot fi influenate de fenomene meteorologice (ploaie, zpad, ghea pe drum), de modificri ale structurii drumului sau de prezena unor vehicule agabaritice sau care transport materiale periculoase. Semnalizarea se poate face direct prin comunicare vehicul-vehicul (reea ad-hoc), sau prin intermediul infrastructurii ce primete semnale de la o reea de senzori amplasat de-a lungul drumului.

2.2. Servicii pentru eficientizarea procesului de transport

Obiectivele principale ale acestor servicii sunt re-ducerea ambuteiajelor i a consumului de combustibil. Creterea eficienei reelei de transport rutier nu se poate realiza fr dezvoltarea unei reele cooperative care s lege ntre ei toi participanii la trafic.

Serviciile de ghidare i navigare ofer recomandri conductorului vehiculului n ce privete rutele care trebuie urmate pentru a atinge o anumit destinaie. Spre deosebire de sistemele de navigare clasice care folosesc hri de navigare statice, serviciile cooperative transform aceste hri statice n hri dinamice care iau n considerare starea actual a traficului. Informaiile necesare sunt furnizate fie prin comunicaii vehicul-infrastructur de o autoritate public ce monitorizeaz traficul, fie prin comunicaii vehicul-vehicul. Conduc-torii vehiculelor sunt dirijai astfel nct s ocoleasc zonele cu ambuteiaje congestionate sau locurile unde au avut loc incidente.

Informarea n timp real a conductorului vehiculului cu privire la condiiile (meteo, congestii, incidente etc.) care caracterizeaz ruta pe care o urmeaz, presupune culegerea de date de trafic de mare acuratee. n prezent, majoritatea acestora sunt obinute cu ajutorul sistemelor de detecie a vehiculelor, staionare (bucle inductive, CCTV, staii meteo, etc.). Acoperirea lor este inadecvat i inegal, situaia traficului ntre aceti detectori rmnnd incert, incidentele din trafic fiind descoperite cu ntrziere i fr a fi localizate cu exactitate.

Ca urmare a dezvoltrii sistemelor cooperative, au aprut i noi metode de achiziie a datelor de trafic, de exemplu prin culegerea datelor de tip floating car, care se bazeaz pe vehicule care servesc ca senzori mobili. Datele relevante (valori ale vitezei, activri ale sistemelor interne ABS, ESP , informaii de la senzorii de ploaie, termometru etc.) sunt agregate si transmise n mod anonim ctre centre de management al traficului sau ctre alte vehicule interesate.

La nivelul interseciilor rutiere fazele/ciclurile de semaforizare pot fi optimizate pe baza informaiilor

DEZVOLTAREA SISTEMELOR COOPERATIVE I IMPACTUL ASUPRA SISTEMULUI DE TRANSPORT RUTIER

Buletinul AGIR nr. 3/2011 iulie-septembrie 129

primite de la vehicule, pentru a reduce timpul de ateptare al acestora. Vehiculele sunt detectate din timp pe msur ce acestea intr n raza de comunicaie a semaforului, putndu-se estima astfel lungimea cozii i crea modele de sosire a acestora, pe baza crora se poate optimiza semaforizarea interseciei.

Fiecare semafor poate transmite vehiculelor care se apropie de acesta informaii cu privire la succesiunea fazelor. Vehiculele pot calcula viteza de apropiere optim astfel nct s poat ajunge n intersecie atunci cnd semaforul trece pe faza verde fr s fie nevoit s opreasc, fluidizndu-se traficul i economisind combus-tibil.

Tot cu ajutorul sistemelor cooperative, conductorul vehiculului poate primi informaii cu privire la re-glementrile din zona n care circul (limite de vitez, restricii privind nlimea sau greutatea, nivelul polurii, etc.) i poate fi avertizat dac acesta urmeaz s intre ntr-o zon cu acces limitat. Centrul de management al traficului poate de asemenea ridica anumite restricii pentru un anumit tip de vehicule (de exemplu permin-du-le circulaia pe banda rezervat transportului public), fiecare autovehicul fiind ntiinat c a primit astfel o permisiune permanent sau temporar.

De-a lungul drumurilor interurbane, conductorii vehi-culelor pot fi avertizai de ctre infrastructura inteligent de prezena unor caracteristici speciale ale drumului pe care circul (nclinare, curb) astfel nct acetia s poat pregti din timp vehiculul (treapt de vitez, accelerare, frnare). Un alt serviciu de care acesta poate beneficia este adaptarea cooperativ a vitezei pe autostrzi incluznd vehiculul ntr-o coloan (o modalitate de a mri fluxul de trafic, permind vehiculelor s fie conduse foarte aproape unele de celelalte, fr a compromite sigurana), datorit extinderii sistemului Adaptive Cruise Control, prin adugarea comunicaiilor vehicul-vehicul.

2.3. Alte servicii cu valoare adugat

Dezvoltarea comunicaiilor de mare vitez ntre vehicule i cu infrastructura inteligent a dat startul implementrii la bordul vehiculelor a serviciilor de divertisment, comerciale i de comunicare (numite infotainment). Chiar dac numrul vehiculelor echipate corespunztor este mic, introducerea sistemelor de acest gen pe pia este ncurajat de viitoarele beneficii pe care le vor avea organizaiile implicate.

Pe msur ce vehiculele se vor conecta din ce n ce mai uor la Internet, cererea pentru aplicaii i servicii bazate pe internet va crete. Furnizarea accesului la Internet de mare vitez la bordul vehiculelor va permite transferul de fiiere cu coninut multimedia (audio, video) n scopuri de divertisment, comerciale sau publicitare. Conductorul vehiculului va putea folosi

conexiunea pentru a descrca hri noi sau actualizate pentru navigare sau pentru a-i sincroniza echipa-mentele electronice personale (laptop, telefon mobil, PDA) de la bordul vehiculului cu cele de acas.

Chiar i n zonele unde nu exist acces la Internet, pasagerii vor putea comunica cu ajutorul reelelor ad-hoc create ntre vehicule, putnd astfel socializa cu ajutorul aplicaiilor de tip mesagerie instant sau juca jocuri cu pasagerii altor vehicule.

Infrastructura inteligent poate furniza informaii conductorilor de vehicule cu privire la punctele de interes din zona pe care o traverseaz, amplasamentul parcrilor i numrul de locuri libere, avnd chiar i posibilitatea de a rezerva un loc de parcare direct de la bordul vehiculului. Serviciul de management al parcrii poate dirija conductorul vehiculului direct ctre locul rezervat, acesta economisind timp i combustibil.

Tot cu ajutorul sistemelor cooperative proprietarul vehiculului poate fi ntiinat imediat de starea acestuia i poate fi pus n contact imediat cu autoritile competente atunci cnd vehiculul a fost implicat ntr-un accident (semnal SOS), a fost furat sau are probleme n funcionare.

Sistemele de colectare automat a taxelor presupun existena unui sistem de comunicaie wireless ntre ve-hicul i infrastructur cu ajutorul cruia fiecare vechiul este identificat iar taxa corespunztoare este colectat n mod automat, fr ca vehiculul sa mai fie nevoit s opreasc. Astfel se pot reduce efectele ambuteiajelor, timpul de cltorie i poluarea i crete eficiena servi-ciilor de operare.

3. ARHITECTURA SISTEMELOR COOPERATIVE

Datorit complexitii sistemelor cooperative i pentru evitarea unor probleme legate de interoperabilitatea sistemelor, ulterior dezvoltrii acestora, este necesar elaborarea unei arhitecturi ITS pentru sistemele coopera-tive. Arhitectura ITS reprezint o viziune de nivel nalt asupra sistemului ITS prin care sunt definite diferite structuri ale acestuia, legturile ntre componentele sis-temului i alte sisteme, precum i comportamentul sistemului n mediul n care a fost instalat.

Seturile de servicii cooperative prezentate anterior au fost identificate pe baza aspiraiilor i cerinelor utili-zatorilor i actorilor implicai n dezvoltarea i operarea unor astfel de sisteme. Aceste cerine vor genera funciile sistemelor cooperative.

Arhitectura ITS a sistemelor cooperative conine urmtoarele elemente:

model de referin pentru sistemul cooperativ (acesta permite elaborarea celorlalte componente ale arhitecturii ITS);

EDUCAIE. CERCETARE. PROGRES TEHNOLOGIC

Buletinul AIR nr. 3/2011 iulie-septembrie 130

arhitectura funcional a sistemului cooperativ prin care sunt definite funciile sistemului (acestea putnd fi grupate n categorii de servicii furnizate de sistem) i fluxurile de date dintre acestea;

arhitectura fizic a sistemului cooperativ aceasta definete entitile fizice care furnizeaz funciile sistemu-lui. Spre deosebire de celelalte sisteme ITS, sistemele cooperative implic i dispozitive mobile, reele ad-hoc de comunicaii i procesarea distribuit.

arhitectura de comunicaii definete structura infra-structurii de comunicaii necesar funcionrii sistemului cooperativ. Un punct important l reprezint reelele ad-hoc i realizarea unor conexiuni de comunicaii ntre elementele fixe i mobile ale unui sistem de transport.

arhitectura organizaional definete entitile organizatorice care sunt implicate n dezvoltarea i ope-rarea sistemelor cooperative, rolurile i responsabilitile acestora.

arhitectura de securitate definete funciile de se-curitate intern (pentru protejarea sistemului de atacuri) i extern (pentru protejarea altor sisteme prin funciile sistemului ITS);

4. CONCLUZII

Sistemele de transport rutier actuale sunt caracterizate de o cretere accentuat a cererii de transport, din parte utilizatorilor, i de o ncercare de re-balansare ctre alte moduri de transport, din partea autoritilor publice naionale i europene. Pentru asigurarea unei dezvoltri armonioase i durabile, avnd n vedere aceti factori externi, este foarte important o abordare care s conduc la creterea siguranei i eficienei transportului rutier i la reducerea efectelor negative pe care acest sistem de transport le produce asupra mediului i societii.

Pentru atingerea acestor obiective se pot utiliza att modaliti extensive (construirea de infrastructuri suport pentru cele existente, creterea capacitii infrastructurii de transport) ct i intensive (utilizarea infrastructurii exis-tente ntr-un mod mai sigur i mai eficient). Din categoria modalitilor intensive face parte i utilizarea sistemelor ITS, n aceasta fiind incluse i sistemele cooperative.

Dezvoltarea sistemelor cooperative impune realizarea unei ierahizri a acestora pentru selectarea serviciilor n funcie de importana lor (una din metodele de stabilire a prioritii n dezvoltarea sistemelor cooperative este utilizarea experienei profesionale a celor implicai n domeniu).

Se pot identifica trei clase majore de servicii co-operative:

servicii cooperative pentru creterea siguranei circulaiei;

servicii cooperative pentru eficientizarea procesului de transport;

alte servicii cooperative cu valoare adugat. Sistemele i serviciile cooperative pot fi dezvoltate pe

o infrastructur de comunicaii care s permit comuni-caii de tip vehicul-vehicul i vehicul-infrastructur i care s asigure procesarea local a informaiilor (fiind posibil procesarea distribuit).

Sistemele cooperative au efecte n ceea ce privete calitatea datelor i procesarea distribuit a acestora. Calitatea datelor este un concept care se refer la asigurarea unui anumit nivel pentru un set de parametri precum: acurateea i disponibilitatea datelor (aceasta fiind la rndul ei caracterizat de: acoperire spaial i temporal, volum i consisten).

Complexitatea sistemelor ITS, n general, i sistemelor cooperative, n particular, conduce la necesitatea elaborrii unei arhitecturi ca prim pas n dezvoltarea sistemelor ITS care s asigure furnizarea serviciilor cooperative. Arhitectura ITS pentru sistemele cooperative are n componen dou elemente importante: arhitectura organizaional (definirea rolurilor i responsabilitilor fiecrei entiti organizatorice implicate n dezvoltarea sau operarea sistemului cooperativ) i arhitectura de securitate (aceasta poate fi extins i asupra securitii vehiculelor).

Implementarea sistemelor cooperative constituie un pas important n integrarea vehiculului cu infrastructura rutier i totodat apropierea sistemului de transport rutier de obiectivele societii informaionale. Sistemele ITS (i cele cooperative, n particular) sunt absolut necesare asigurrii funcionalitilor sistemului de trans-port rutier ntr-un context dat i pentru un anumit nivel al serviciului de transport.

BIBLIOGRAFIE

[1] *** http://www.car-to-car.org [2] *** http://www.coopers-ip.eu/ [3] *** http://www.cvisproject.org/ [4] *** http://www.easyway-its.eu/ [5] *** COMeSafety, DEL D31, European ITS Communication

Architecture, v3.0 [6] *** PRE-DRIVE C2X, Deliverable D1.4, Refined Archi-

tecture, v1.2, 2009 [7] Bjork M., Alonso L. G. et al, Cooperative driving according

to Scoop, www.gcdc.net, 2010. [8] Priemer C, Friedrich B, A decentralized adaptive traffic signal

control using V2I communication data, 12th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems, 2009.

[9] Toulminet G., Boussuge J., Laurgeau C., Comparative synthesis of the 3 main European projects dealing with Cooperative Systems (CVIS, SAFESPOT and COOPERS).

[10] Turksma S., Vreeswijk J., Fuel Efficiency In Cooperative Network Control Systems, Peek Traffic BV.