TN
Content
Laborator 2
Telematică pentru navigație
Versiune martie 2015
1/25
Cuprins
Denumire disciplină pentru care se ține aplicația practică.................................................................................... 3
Lucrarea 1 ............................................................................................................................................................. 3
Identificarea autovehiculelor rutiere în vederea rutării și controlului accesului ................................................... 3
1.
Introducere (breviar teoretic) ....................................................................................................................... 4
a.
Descrierea principiilor fizice .......................................................................................................................... 6
b.
Stadiul actual și progresul în domeniu .......................................................................................................... 8
c. Utilizarea sistemelor automate de localizare a vehiculelor în cadrul sistemelor inteligente pentru
transporturi ......................................................................................................................................................... 10
d.
Arhitectura și componentele sistemului de achiziție a datelor ................................................................... 14
2.
Modul de lucru ............................................................................................................................................ 17
a.
Descrierea platformei hardware utilizată .................................................................................................... 17
a.
Descrierea programelor utilizate (software specializat) .............................................................................. 23
3.
Interpretarea rezultatelor ............................................................................... Error! Bookmark not defined.
a.
Concluzii .......................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
b.
Prezentarea rezultatelor ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
4.
Evaluare cunoștințe..................................................................................................................................... 24
2/25
Denumire disciplină pentru care se ține aplicația practică
TELEMATICĂ PENTRU NAVIGAȚIE – PROGRAM MASTER SISTEME TELEMATICE ÎN TRANSPORTURI, Telecomenzi
și electronică în transporturi
Lucrarea 1
Identificarea autovehiculelor rutiere în vederea rutării și controlului
accesului
3/25
1. Introducere (breviar teoretic)
Identificarea vehiculelor reprezintă procesul prin care identitatea sau/și anumite caracteristici ale unui mobil
(vehicul sau navă) ce se deplasează pe o anumită traiectorie sunt asociate cu o pereche de coordonate, de
obicei geografice. Prin acest proces se obțin informații despre locul în care un anumit vehicul sau o anumită
navă se află la un moment dat. Procesele automate presupun existen
ța unor senzori (la bordul vehiculului sau
în infrastructură), un sistem local de prelucrare a informațiilor și un sistem de comunicații către punctul de
utilizare a informațiilor. De asemenea, pentru reușita procesului de rutare, mai este necesară prezența unui
sistem informatic geografic (SIG). Sistemul informatic geografic va trebui să dispună de o hartă rutabilă pe care
să poată fi afișată poziția curentă a vehiculului / navei prin asociere cu perechea de coordonate recepționate
de la acesta / aceasta. Dacă este vorba de o aeronavă, atunci probabil vor fi necesare trei coordonate de
poziție (latitudine, longitudine și altitudine).
Rutarea reprezintă procesul de selecţie a rutelor dintr-o reţea, în scopul transmiterii fluxurilor de trafic pe
acestea. Rutarea poate fi efectuată pentru orice tip de reţea, inclusiv pentru reţele de comunicaţii, de
transmitere a datelor (Internet), de distribuţie a energiei electrice, apei, gazelor etc., sau pentru reţelele de
transport.
În reţelele de transport, rutarea poate fi realizată pe diferitele categorii de căi de transport (canale navigabile,
rute aeriene, magistrale feroviare sau şosele), între puncte de joncţiune specifice (porturi sau noduri fluviale,
aeroporturi, staţii de cale ferată sau intersecţii rutiere).
Procesul de rutare în tehnica de calcul şi transmiterea datelor direcţionează, de obicei, pachetele de date pe
baza unor informaţii din tabele de rutare, ce conţin înregistrări ale rutelor către diferite destinaţii.
Sistemele de ghidare şi navigare la bordul vehiculelor utilizează acelaşi procedeu, numai că la baza algoritmilor
de optimizare a rutelor stau sisteme informatice geografice, având memorate distanţele în lungul căilor de
transport. La baza rutării prin sisteme la bordul vehiculelor pot fi aplicate şi alte criterii de optimizare, cum ar fi
drumul cel mai scurt, drumul cel mai rapid, consumul minim de combustibil, declivitate minimă etc.
Definiţii
□
□
Grafuri conexe sau neconexe (toate nodurile unite cu toate nodurile), orientate sau neorientate (arata
sensul în care se poate circula pe legături), ponderate sau neponderate (cu costuri diferite asociate
drumurilor dintre noduri);
Distanţe: una din cele mai importante caracteristici ale sistemelor informatice geografice este aceea că
ele sunt modelări ale spaţiului. Pentru a reprezenta spaţiul şi obiectele spaţiale în poziţiile
corespunzătoare acestora, SIG trebuie să utilizeze elemente de bază precum cele de referinţă spaţială,
adică elipsoidul terestru sau modelul acestuia, sistemul de coordonate asociat şi sistemul de proiecţie
cartografică după care are loc transpunerea în plan a elementelor spaţiale. Atributele obiectelor
spaţiale sunt a doua caracteristică a sistemelor informatice geografice, acestea presupunând
reprezentarea corectă a unor elemente definitorii pentru toate obiectele ce apar pe o hartă, şi anume:
poziţia şi mărimea acestora, distanţa dintre ele, unghiuri etc. Sunt cunoscute mai multe forme de
reprezentare a spaţiului: carteziană, euclidiană, peaniană, teserală, fractală şi topologică.
În spaţiul cartezian, viziunea pentru reprezentarea elementelor spaţiale se face prin
referire la sistemul de coordonate carteziene, notate de obicei cu x, y şi z (ca distanţe
faţă de originea unică, de coordonate 0,0,0 în trei dimensiuni). În acest mod, orice
obiect spaţial poate fi asociat unei poziţii unice şi prin urmare se poate localiza prin
referire la acea poziţie. Pentru a putea utiliza acest spaţiu de măsură în cazul
reprezentărilor suprafeţei terestre a fost nevoie de realizarea unor puncte de referinţă
4/25
(origini) ale spaţiului. Acestea sunt denumite puncte geodezice. În tehnologiile de
început, sistemul a fost unicul folosit şi în prezent este de asemenea foarte răspândit,
datorită posibilităţii utilizării noţiunilor de geometrie în spaţiu şi geometrie analitică
sau de algebră. Pentru a realiza poziţionarea unor obiecte mai mari decât un punct,
este necesară reprezentarea printr-un şir de coordonate de poziţie a acestor obiecte.
Fig. 1 Spaţiul cartezian – reprezentarea unui punct
În spaţiul euclidian obiectele din plan sunt delimitate de segmente de dreaptă.
Excepţie de la această regulă face cercul. Pentru a reprezenta linii care nu sunt drepte
se utilizează segmente de linie dreaptă. Astfel, obiectele din spaţiul euclidian sunt o
sumă de poligoane. Dacă unghiurile acestor poligoane sunt cunoscute, atunci se pot
afla şi laturile acestora. Nu există legături funcţionale sau relaţionale cu obiectele
vecine. Prin urmare, fiecare obiect din spaţiul euclidian este independent din punct de
vedere geometric. Pentru a măsura depărtarea dintre obiecte se utilizează distanţa
euclidiană. Pentru hărţile electronice, acest mod de reprezentare este cel mai utilizat
în vederea navigării, întrucât într-o reţea de drumuri, calea cea mai scurtă dintre două
puncte este o linie frântă, datorită intersectării străzilor cu clădiri, parcuri, alte străzi
etc. Datorită practicii taximetriei s-a impus o altă măsură a distanţei euclidiene, numită
distanţă Manhattan, care urmăreşte trama stradală urbană şi nu „sare peste clădiri şi
obstacole” pentru a realiza o distanţă mai scurtă, dar imposibil de efectuat în practică.
Sistemele de navigaţie la bordul vehiculelor terestre (versiunile comerciale) sunt
capabile să calculeze rutele pe baza distanţei Manhattan. Distanţa Manhattan este mai
mare decât distanţa euclidiană. Distanţa Manhattan este utilizată pe scară largă la
interogări şi identificarea punctelor de interes 1 dintr-o rută programabilă.
Distanta Manhattan
B
Destinatie
Supermarket
Clad
Parc
Distanta Euclidiana
Cladire
Benzinarie
Trama stradala
Food Mart
Cladire
A
Clad
Origine
Fig. 2 Diferenţa dintre distanţa euclidiană şi distanţa Manhattan
1
Points of interest (POI)
5/25
a. Descrierea principiilor fizice
Uzual, poziția curentă a vehiculelor terestre se poate obține prin două procedee:
-
Captarea de informații de poziție și identificare cu ajutorul senzorilor montați în infrastructură;
-
Captarea de informa
ții de poziție de la bordul vehiculelor și asocierea acestora cu identitatea
vehiculului, urmată de transmiterea informațiilor către un punct de interes din infrastructură.
În primul caz, informațiile se pot capta cu ajutorul unor senzori pasivi, sau cu ajutorul unui sistem combinat, ce
utilizează o comunicație locală între un vehicul și infrastructură. Prin această comunicație locală vehiculul își
declară identitatea, iar sistemul local din infrastructură înregistrează momentul trecerii vehiculului prin punctul
respectiv. Sisteme de acest genși îgăsesc aplicabilitatea în mod frecvent în sistemele de management al
parcurilor de vehicule cu trasee specificate (de exemplu, sistemul de transport public urban) sau în alte
sisteme similare.
Algoritmii actuali de planificare în reţelele de transport, bazate pe tehnica de calcul, au cunoscut în zilele
noastre ritmuri de dezvoltare susţinute, culminând cu apariţia unor metode de rutare mai rapide de până la un
milion de ori decât algoritmul Dijkstra. Calculul unei rute optime între două puncte ale unei reţele nodale
reprezintă, în continuare, una din provocările constante ale tehnologiei SIG. Există numeroase aplicaţii, cum ar
fi planificarea logistică a transporturilor de mărfuri, sau planificarea călătoriilor multimodale sau cu
autovehiculul personal, care necesită algoritmi de calcul al rutelor optimizate după mai multe criterii: durată,
distanţă, combustibil consumat, puncte de interes, categorii de drumuri utilizate etc. Multe dintre tehnicile
utilizate în prezent funcţionează cel mai bine dacă funcţia de analiză a costurilor (orice amestec de elemente
de comparaţie de genul: durate de călătorie, distanţe, costuri autostrăzi, consum de energie/combustibil,
valoare a peisajului străbătut, valoare a elementelor turistice de pe parcursul rutei etc.) este corelată cu durata
călătoriei.
Sistemul de localizare automată/identificare a vehiculelor clasic, cu captarea de informa
ții de la bordul
2
vehiculelor (numit și AVL ) este format dintr-un receptor GPS al semnalelor sistemului de poziţionare globală
Navstar (cel mai adesea) sau al unui alt sistem de acest tip, un bloc de conversie a acestor semnale într-un
mesaj de poziţie şi un sistem de comunicaţii radio. Sistemul AVL clasic poate asigura informaţii pentru vehicule
de urgenţă, vehicule pentru transport mărfuri, vehicule de serviciu etc. Este necesar un post central de
dispecerizare către care să fie transmise informaţiile de poziţie. Sistemul AVL poate avea la dispeceratul central
o hartă electronică pe care să se afişeze poziţia curentă a vehiculelor, sau poate produce doar rapoarte legate
de poziţie, viteză sau alţi parametri culeşi de la bordul vehiculelor monitorizate. Precizia de localizare a
vehiculelor este direct dependentă de tipul de sistem de poziţionare prin satelit, sau de metoda de culegere a
informaţiilor de la bordul vehiculelor, în cazul când sistemul de poziţionare prin satelit nu este singurul senzor
de la bord (mai pot fi odometre sau închiderea-deschiderea uşilor în staţii pentru vehiculele de transport în
comun). Precizia afişată la dispecerat depinde şi de frecvenţa de transmitere a interogărilor către vehicul sau
de frecvenţa raportărilor automate. Unele sisteme de localizare (sistemul automat de identificare a navelor)
permit varierea automată a vitezei de transmitere a mesajelor de poziţie (numită şi polling) în funcţie de viteza
de deplasare sau de viteza de giraţie a vehiculelor. Trebuie însă să se ţină cont şi de încărcarea reţelelor de
comunicaţie, dar şi de latenţa acestoa, întrucât la un număr mare de vehicule monitorizate, dacă frecvenţa de
transmitere a mesajelor este prea mare, la un moment dat reţeaua de comunicaţii radio va fi sufocată de
2
AVL – Automatic Vehicle Location system – sistem de localizare automată a vehiculelor
6/25
numărul mare de mesaje şi vor apare întârzieri, ceea ce va provoca erori la poziţionarea în timp a vehiculelor
pe harta electronică.
Legat de sistemele de comunicaţii, acestea au, de asemenea, un rol important în buna funcţionare a unui AVL:
• pot exista sisteme dedicate prin radio, pe frecvenţe proprii (trunking), dar la acestea costul investiţiei
iniţiale este mare, iar problema principală care se pune este acoperirea reţelei radio pe tot traseul
efectuat de vehicul;
• sistemele ce utilizează reţelele publice de comunicaţii mobile (CDMA sau GSM) folosesc mai multe
tehnologii de transmitere a mesajelor de la bordul vehiculelor:
o mesaje scurte ce utilizează centrul de mesaje al reţelei celulare (GSM) – au avantajul că, în
cazul pierderii temporare a legăturii reţelei cu vehiculul, mesajul este stocat în centrul de
mesaje şi nu se pierde, sau vehiculul reîncearcă transmiterea mesajului la reintrarea în zona de
acoperire. Au şi dezavantajul unei cantităţi relativ modeste de informaţii transmise per mesaj
de la bordul vehiculelor, sau cel al întârzierii mesajelor în cazul în care reţeaua nu le tratează
pe acestea cu prioritate (costuri suplimentare cu furnizorul de servicii de comunicaţii);
o serviciul de transmitere în pachet a datelor (GPRS) – are avantajul unei lărgimi de bandă mai
mari, care permite transmiterea unui număr mai mare de mesaje de la bordul vehiculelor;
probleme apar la intrarea şi pierderea temporară a contactului cu reţeaua;
o sisteme celulare dedicate (TETRA 3, AIS 4, GSM-R 5 etc.).
Structura unui sistem AVL clasic este prezentată în figura următoare:
Antena GPS
Receptor GPS
Alti senzori de
pozitie
Antena GSM
Interfata
NMEA
Interfata
seriala de
com.
Micro
controller
Modem GSM
GPRS
Bloc adaptor
alimentare
Baterie de
acumulatoare
Fig. 3 Arhitectura unui sistem AVL simplu
3
Terrestrial Trunked Radio – sistem asemănător GSM, dar cu capacitate şi robusteţe superioare, folosit mai ales de
aplicaţii militare
4
Automatic Identification System – sistem utilizat pe canale radio dedicate AIS1 şi AIS2 în jurul frecvenţei de 161 MHz,
pentru comunicaţii cu auto-organizare după protocolul SOTDMA în vederea transmiterii reciproce între două nave, sau
între o navă şi o staţie de sol a unor mesaje de poziţie şi a altor informaţii de identificare şi siguranţă.
5
GSM – Railway – sistem de comunicaţii celulare dedicat pentru calea ferată în aplicaţiile ERTMS, ce permite şi funcţii de
localizare şi/sau comunicaţie directă între două terminale mobile.
7/25
b. Stadiul actual și progresul în domeniu
Sistemele bazate pe captarea de informații din infrastructură pot utiliza comunicații pe distanță scurtă vehicul infrastructură pentru datele de identitate. O soluție des folosită de acest gen este cea bazată pe etichete radio
RFID 6.
Sistemul TranSpeed face, de exemplu, identificarea de la distanță atât a autovehiculului cât și a
conducătorului auto și utilizează o gamă foarte largă de etichete radio active sau pasive (fără baterie), cu rază
lungă, UHF, sau stick-uri montate pe parbriz.
-
Identificare de la distanţă, până la 8m, cu cititorul TSG60.
-
Tag-uri active sau etichete pasive
-
Identificare rapidă
-
Compatibil cu orice tip de barieră sau sistem de control acces
Fig. 4 Soluții industriale pentru etichete RF și transpondere
Date tehnice:
Dimensiuni: 125x25x1, Clasa de protecție: IP65, Temperatura de operare: °C (°F) –20...+70 (-4...+158), Frecvența: MHz 868
(EU) 915 (US), Tehnologii Transponder: EPC Clasa 1 Gen 2 Distan
ța de citire: pe sticla în m: 4 , depinde de cititor și de
mediul înconjurător OTP: Formatare până la 64-biți, Capacitate memorie: 384-biți memorie liberă.
Două din conceptele prezentate mai sus, anume extragerea de date de poziţie a vehiculelor pentru
monitorizarea traficului şi identificarea prin unde radio a vehiculelor pot fi aplicate combinat, într-un singur
sistem de senzori, pe baza unei infrastructuri radio cu acoperire completă la nivelul întregii zone
metropolitane. Sunt necesare însă câteva completări sau modificări la tehnologiile actuale:
•
6
cititoarele radio vor trebui să fie mai puternice decât cele folosite în mod curent la taxarea vehiculelor,
pentru a putea construi o reţea cu acoperire completă la nivel metropolitan cu un număr rezonabil de
echipamente;
RFID – Radio Frequency Identity (sau Identification)
8/25
pentru calcularea poziţiei vehiculelor vor trebui definite datele stocate şi comunicate de eticheta radio
(sau transponder) şi modul de calcul al poziţiei şi vitezei vehiculului, printr-o metodă similară cu TDOA 7
din reţelele GSM, laolaltă cu algoritmii de corectare statistică a erorilor generate la poziţionarea
individuală a vehiculelor;
• realizarea unor terminale dedicate acestui sistem care vor avea funcţii combinate de transponder şi
navigator personal (Personal Navigation Device), terminalele respective urmând a fi instalate pe toate
autovehiculele care intră în zona de acoperire a sistemului.
Utilizarea camerelor video este de asemenea posibilă, mai ales prin asociere cu sisteme de recunoa
ștere
automată a numerelor de pe plăcile de înmatriculare a vehiculelor rutiere. Evident, la aceste tipuri de sisteme
este necesar să se ia măsuri suplimentare pentru a avea o bună vizibilitate
și o bună lizibilitate a plăcilor de
înmatriculare. De obicei metoda este utilizată pentru controlul accesului la bariere, taxare automată sau
verificarea vignetei (taxa de drum). Modurile de codare uzuală a imaginii pentru aceste sisteme poate fi: H264,
MPEG-4, MJPEG etc.
•
O problemă de luat în considerare la camerele videoși soluțiile de moni torizare centralizată a traficului rutier
prin camere video este legată de capacitatea de comunicații necesară pentru a asigura fluxurile video de la mai
multe camere simultan. Codarea semnalelor este în acest caz extrem de importantă, ca de altfel
și comp resia
acestora, pentru a reduce banda necesară transmisiei informațiilor prin rețeaua de comunicații a sistemului de
management al traficului.
Un alte exemplu care evidențiază stadiul actual al dispozitivelor AVL îl reprezintă sistemul dmTRACK.
Acesta permite supravegherea continuă a unuia sau a mai multor vehicule în mișcare sau a mai multor puncte
de măsură fixe. Se poate detecta abaterea de la traseu, se pot monitoriza parametrii tehnici ai vehiculelor în
timpul mersului, cum ar fi cantitatea de combustibil, viteza, funcționarea motorului, deschiderea unei uși,
poziția cupei unui excavator, nivelul de combustibil din rezervor, etc..
Se pot genera rapoarte complexe la cerere. Ele pot ține
con diferite informații cum ar fi: poziția pe traseu,
viteza, kilometrii parcursi între două puncte, utilizarea unui utilaj, toate acestea printr-un generator de
rapoarte puternic inclus în programul operator.
Sistemul este pregătit să comunice cu serverul de comunica
ții pe diferite căi, cum ar fi prin GSM (pe date,
HSCD, SMS sau GPRS/3G), sau prin radio.
O facilitate importantă este posibilitatea conectării calculatoarelor ce formează sistemulși în rețea (internet),
realizându-se sisteme locale de mai multe servere, la performanțe ridicate dar costuri extrem de reduse.
dmtTrack permite transmisii de eșantioane de date la intervale scurte de timp, chiar la mai puțin de 1 secundă,
cu costuri nesemnificative.
Echipamentele mobile se pot instala pe vehicule sau în puncte fixe (de exemplu pentru măsurarea unor
parametrii de functionare ai unui utilaj). Acestea pot monitoriza până la 12 parametri de funcționare precum și
poziția geografică (latitudine, longitudine,altitudine), viteza și directia de deplasare, consumul de combustibil,
etc..
7
TDOA – Time Difference Of Arrival – metodă de triangulație radio utilizată de rețelele de telefonie mobilă GSM pentru a
stabili puterile de emisie variabile ale terminalelor mobile – metoda poate fi utilizată și pentru identificarea și poziționarea
vehiculelor
9/25
Echipamentul mobil este un dispozitiv electronic (hardware) compus din: modul GPS (Global Positioning
System) cu 12 canale, modulul “microprocesor”, memorie internă independentă de alimentarea externă de
curent, sursă de alimentare, acumulator, modulul GSM/GPRS, antene GSM/GPS externe. Echipamentul mobil
preia datele despre pozitia geografică de la modulul GPS și împreună cu datele de la diferiții senzori instalați pe
vehicul le transmite către serverul de comunicație, unde sunt prelucrate, stocate, și transmise către programul
- operator.
Serverul de comunicații este concentratorul de date pentru toate echipamentele mobile. Acesta asigură, în
timp real, memorarea într-o baza de date SQL a datelor primite de la echipamentele mobile, prelucrarea
primară a lorși transmiterea acestora la cererea un ui operator pentru vizualizare în timp real, crearea de
rapoarte sau urmărirea activității acestora într-o perioadă de timp.
Prin programul - operator, se va putea urmări: poziția geografică a unui autovehicul, kilometrii parcurși într -o
perioadă de timp, consumurile instantanee de combustibil, consumul de combustibil într-o perioadă de timp
(estimat), istoricul pozițiilor geografice, a consumurilor de combustibil, a traseelor parcurse, facilitate prin care
se vor putea optimiza programele de lucru a autovehiculelor, monitorizare zonă, etc.
Figura 5. Ecran monitorizare vehicule
c. Utilizarea sistemelor automate de localizare a vehiculelor în
cadrul sistemelor inteligente pentru transporturi
Sistemele automate de localizare a vehiculelor au numeroase aplica
ții
transporturi, prin integrarea acestora cu alte subsisteme conexe.
în cadrul sistemelor inteligente pentru
Un exemplu îl reprezintă sistemele integrate de management al transportului public, care, la rândul lor, pot fi
integrate cu sistemele de informare a călătorilor și cu sistemul de management al traficului urban. În diagrama
de mai jos este prezentat locul sistemului AVLși al sistemului de identificare al vehicului, în cadrul unui astfel
de sistem inteligent pentru transporturi.
10/25
În figura de mai jos, se observă că informația de localizare a vehiculului de transport public este obținută de la
sateliți, prin intermediul GPS-ului. Această informație, împreună cu identitatea vehiculului, sunt transmise în
două direcții:
-
Către sistemul de management integrat al traficului urban și al transportului public
-
Către receptoare locale, care transmit apropierea vehiculului către automatele de trafic.
Fig. 6 Integrarea subsistemelor de localizare și identificare a vehiculului cu sistemul de management al traficului și cu
sistemul de informare a călătorilor
Prima informație este utilizată de către software-ul specializat din centrul de managementși este utilizată în
mai multe scopuri:
-
Reprezentarea grafică a poziției vehiculului pe hartă/traseu. Această informație, corelată cu graficul de
circulație al vehiculului respectiv permite stabilirea necesității de acordare a priorității în intersecțiile
semaforizate din sistem, în funcție de raportul dintre poziția reală a vehiculului și poziția stabilită prin
programul de circulație.
-
Stabilirea timpului real de sosire în stația următoare și transmiterea în timp real a acestei informații
către călători, prin intermediul panourilor cu mesaje variabile. Aceeași informație poate fi afișată și la
bordul vehiculului.
-
Identificarea eventualelor situații anormale (în cazul în care vehiculul staționează mult într-o anumită
poziție sau în care se deplasează cu viteză foarte scăzută).
A doua informație, transmisă local către automatul de trafic al următoarei intersecții semaforizare are rolul de
a solicita prioritate pentru vehiculul de transport public, prin reglarea ciclului de semaforizare.
Un alt exemplu de utilizare a echipamentelor de localizare automată a vehiculelor îl reprezintă integrarea
acestor echipamente în sistemul de ticketing instalat pe vehiculele de transport public.
În acest caz, informația primită de la validatoare, referitoare la numărul și momentul validării permiselor de
călătorie, este corelată cu informa
ția referitoare la poziția vehiculului. În acest mod, informațiile stocate în
computerul de bord și în validatoare, integrate după descărcarea lor la capăt de linie, pot fi utilizate pentru a
11/25
determina gradul de încărcare al vehiculului pe fiecare segment al traseului vehiculului de transport public.
Datele prelucrate sunt folosite de software-uri specializate, pentru eficientizarea costurilor pentru operatorul
de transport publicși creșterea gradului de satisfacție al călătorilor, prin corelarea graficului de circulație cu
cererea de transport.
Fig. 7 Utilizarea echipamentelor de localizare și identificare a vehiculului cu sistemul de ticketing
Echipamentele de identificare
și localizare automată a vehiculelor pot fi integrate și în sistemele de
management al parcului de vehicule și/sau urmărire a transportului de mărfuri periculoase (HAZMAT). Astfel,
sistemele de management al încărcăturii/vehiculului au rolul de a îmbunătă
ți eficiența operațională și
răspunsul la incidente. Tehnologiile CVO includ: identificarea automată a vehiculelor, pentru a permite
conducătorilor de vehicul ce au asupra lor toate aprobările necesare să treacă cu uşurinţă prin punctele de
control de pe traseu; sisteme de cântărire automată, care afişează automat greutatea vehiculelor, astfel încât
să nu mai fie necesar ca vehiculele legal încărcate să oprească la punţile de cântărire; sisteme de marcare
automată şi urmărire automată a mişcării materialelor periculoase şi colectarea automată a taxelor pe
drumurile al căror acces este taxabil. Vehiculul comercial poate fi echipat, de asemenea, cu sisteme de
localizare automată, care asigură urmărirea automată a vehiculului.
Figura 8 – Exemple de tehnologii utilizate pentru managementul vehiculelor comerciale
Prin utilizarea acestor tehnologii se obţine o creştere a siguranţei vehiculelor şi mărfurilor, precum şi economii
importante pentru transportatori, datorită reducerii numărului de opriri, al costurilor etc
12/25
O categorie specială în cadrul managementului vehiculelor comerciale o reprezintă managementul
transporturilor de mărfuri periculoase (HAZMAT). O funcție suplimentară introdusă în sistem în acest caz este
aceea de avertizare a centrului de management, în momentul în care vehiculul care transportă marfa
monitorizată deviază de la traseul stabilit.
Sistemele automate de localizare a vehiculelor au o utilizare importantă
și în cadrul sistemelor de
managementul al situațiilor de urgență. În acest caz, ele sunt integrate cu alte sisteme inteligente pentru
transporturi conexe, cum ar fi subsistemul de identificare a vehiculelor de urgen
ță și subsistemul de
management al traficului urban, în scopul acordării de prioritate în intersecțiile semaforizate pentru vehiculele
de urgență (salvare, pompieri, poliție).
Astfel, prima condiţie în cazul în care se utilizează acordarea locală a priorităţii pentru vehiculele de intervenţie
rapidă este ca acestea să fie recunoscute de către sistem. Vehiculele de urgenţă trebuie să îşi anunţe sosirea şi
să întrerupă secvenţa de faze normală a semafoarelor de pe ruta pe care urmează să o parcurgă, astfel încât să
i se asigură o trecere rapidă şi în siguranţă. Vehiculele primesc prioritate prin extinderea fazei de verde sau
trecerea pe verde cât mai rapid posibil. După trecerea vehiculului prioritar, controlerul local asigură revenirea
fazelor semaforului la ciclul prestabilit.
Senzorii care recunosc apropierea unui vehicul de intervenţie rapidă se împart în două clase principale.
Prima dintre acestea utilizează transmiţătoare pe vehicul, care să emită semnale recunoscute de receptoarele
aflate în teren. Principalele tehnologii de acest gen sunt următoarele:
-
Sistem emiţător/receptor de lumină de mare intensitate: receptorul optic din teren are capacitatea de
a recunoaşte codurile luminoase emise de vehiculele de urgenţă; la recunoaşterea unui astfel de cod,
se transmite un semnal de comandă controlerului de trafic, care ia măsurile necesare.
-
Sistem emiţător/receptor radio: funcţionează similar cu cel de mai sus, vehiculul emiţând un
semnal radio recepţionat şi decodificat de controler.
-
Sistem emiţător/receptor în infraroşu.
A doua clasă de senzori (bucle inductive, laser, detectoare de sunet) identifică vehiculul, prin utilizarea unor
algoritmi de clasificare.
Figura 9 – Sistem detecţie cu buclă inductivă a vehiculelor de intervenţie rapidă
13/25
În figura de mai sus este prezentat un sistem de detecţie cu buclă inductivă pentru identificarea vehiculelor de
urgenţă. Signatura vehiculului este digitizată şi introdusă într-un microcontroler, care caută şi compară
caracteristici predefinite cu cele memorate pentru vehiculele de intervenţie rapidă. Dacă este identificat un
astfel de vehicul, la ieşire se dă un semnal de cerere a priorităţii.
d. Arhitectura și componentele sistemului de achiziție a datelor
Pentru determinarea poziției vehiculului sa vor avea în vedere două sisteme de localizare: unul se va baza pe
datele furnizate de un receptor GNSS (în acest caz GPS) iar celălalt pe coordonatele fixe ale unor balize prin
raza de acțiune a cărora se va deplasa autovehiculul.
Vor fi dezvoltate două soluții pentru achiziția datelor, una bazată pe placa de achiziție NI 6008, iar alta, bazată
pe plăcile de dezvoltare ARDUINO.
Sistemul de achizi
ție a datelor
următoarele componente:
pentru determinarea pozi
ției, pentru ambele sisteme,
este format din
-
Sursa de date – aceasta poate fi receptorul GPS sau, pentru cazul celui de-al doilea sistem, baliza sau
un senzor de proximitate;
-
Placa de achiziție de date – în acest caz este vorba de o soluție furnizată de National Instruments – NI
6008 – aceasta va prelua coordonatele de la receptorul GPS pe una dintre interfe
țele de comunicații
ale acestuia;
-
Calculator – arhitectura și configurația acestuia trebuie să permită instalarea mediului de programare
LabView;
-
Mediul de programare LabView – acesta va fi utilizat pentru realizarea aplicației software cu care vor fi
colectate, procesate și afișate datele;
-
Setul de drivere pentru plăcile de achizi
ție – DAQmx – conține toate driverele plăcilor de achiziție
furnizate de către NI;
-
Aplicația scrisă în LabView;
-
Cabluri pentru conectarea sursei de date la placa de achiziție;
-
Cablu USB pentru conectarea/alimentarea plăcii de achiziț ie la/de la calculator.
Acestea sunt prezentate în figura următoare:
14/25
Baza de date
Cabluri
Cablu USB
Sursa d e d ate
Placa de achizitie
Calculator
Utilizator
Fig. 4 Arhitectura sistemului de achizitie de date
Aplicația scrisă în LabView trebuie să conțină următoarele module software:
-
Modul de conectare la placa de achiziție;
-
Modul de prelucrare a datelor;
-
Modul de afișare a datelor;
-
Modul de interfațare cu utilizatorul;
-
Modul de export al datelor în structuri de baze de date.
Interconectare modulelor software este prezentată în figura următoare:
Modul de conectare
la placa de achizi ție
Modul de prelucrare
a datelor
Modul de export al
datelor în structuri
de baze de date
Baza de date
Sursa de date
Modul de afi șare a
datelor
Modul de
interfa țare cu
utilizatorul
Utilizator
Fig. 5 Arhitectura software
15/25
16/25
2. Modul de lucru
-
Scopul lucrării: colectarea datelor de poziționare utilizând modulul Adafruit GPS
-
Materiale necesare:
-
o
Sistemul Intel Galileo
o
Modulul Adafruit GPS
o
Conectori
o
Ecran LCD
Software necesar:
o
-
Este descris în secțiunea B
Rezultate ce se ob
țin:
Adafruit GPS.
coordonate ale punctelor geografice localizate prin intermediul modulului
a. Descrierea platformei hardware utilizată
-
Descrierea modulelor utilizate:
Modulul GPS:
Specificații:
•
Sensibilitate -165 dBm , 10 Hz, 66 canale
17/25
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Consum redus de curent: 20mA
Compatibil cu Arduino
Slot pentru card microSD pentru datalogging
Include RTC cu baterie inclusă
Altitudine > 25 km
Antenă internă + conector U.FL
Antenă de patch-uri interne+ U.FL conector pentru antenă activă externă
Dimensiuni (PCB): 69mm x 53mm x 6.7mm
Greutate ( GPS module): 24g
Modulul Arduino Galileo
Generalități:
Galileo este un microcontroller bazat pe procesorul de aplicație Intel® Quark SoC X1000, un sistem clasa Intel
Pentium pe 32 de biți, pe chip. Este prima placă bazată pe arhitectura Intel® concepută pentru a fi compatibilă
hardware și software pin la pin cu plăci auxiliare Arduino pentru Uno R3. Pinii digitali 0 … 13 (și pinii adiacenți
AREF și GND), intrările analogice de la 0 la 5, conectorul sursei, conectorul ICSP, și pinii portului UART (0 și 1),
sunt toate în aceeași poziție ca pe Arduino Uno R3. Prezintă configurația terminalelor Arduino 1.0.
Galileo este conceput pentru a suporta plăci auxiliare care operează fie la 3,3V, fie la 5V. Tensiunea de lucru a
nucleului Galileo este 3,3V. Totuși, un jumper de pe placă permite trecerea la 5V pe pinii de intrare/ieșire.
Aceasta oferă suport pentru plăcile auxiliare Uno de 5V și reprezintă funcționarea implicită. Prin schimbarea
poziției jumperului se asigură 3,3V la pinii de intrare/ieșire.
Placa Galileo este de asemenea compatibilă software cu Mediul de Dezvoltare Software Arduino (IDE), ceea ce
face ca utilizarea și introducerea ei sa fie foarte ușoare. Pe lângă compatibilitatea hardware și software cu
Arduino, placa Galileo are mai multe porturi de intrare/ieșire și caracteristici standard pentru a extinde
utilizarea de bază și capabilitățile sale dincolo de gama plăcilor auxiliare Arduino. Pe placa standard se află un
18/25
slot mini-PCI Express de dimensiune maximă, un port Ethernet de 100Mb, un slot Micro-SD, un port serial RS232, un port USB gazdă, unul USB client și o memorie flash NOR de 8MByte.
Schema bloc Arduino Galileo
Punerea în funcțiune: Pentru a porni, se conectează placa la alimentare cu adaptorul de 5V CA la CC și apoi se
conectează la calculator cu cablul micro-USB.
Placa Galileo este compatibilă cu plăcile auxiliare pentru Arduino Uno și este proiectată să lucreze cu plăci de
3,3 sau 5V, conform reviziei 3 Arduino Uno. Placa are următoarele porturi:
•
14 pini de intrări/ieșiri digitale, din care 6 pot fi utilizate ca ieșiri PWM (impulsuri modulate în durată);
•
Fiecare din cei 14 pini digitali ai Galileo poate fi utilizat ca intrare sau ieșire prin funcțiile pinMode(),
digitalWrite() si digitalRead(). Acestea lucrează la 3,3 sau 5V. Fiecare pin poate debita maximum 10 mA
și poate absorbi maximum 25 mA, având o rezistență internă conectată către Vcc (pull-up) de 5,6 … 10
kOhm.
•
A0 – A5: 6 intrări analogice printr-un convertor A/D AD7298. Fiecare dintre cele 6 intrări, marcate A0
pâna la A5, are rezoluție de 12 biti (4096 niveluri). Implicit măsoară între 0 si 5V.
•
Magistrala I2C, TWI: pinii SDA și SCL care se află lângă pinul AREF. TWI: pinul A4 sau SDA și pinul A5
sau SCL. Asigură comunicația TWI folosind biblioteca Wire.
•
SPI: Implicit pana la 4MHz pentru a suporta plăcile auxiliare Arduino Uno. Programabile până la 25
MHz.
19/25
•
Notă: Deoarece Galileo are din construcție un controller SPI, acesta va funcționa ca master si nu ca
slave. De aceea, Galileo nu poate fi un slave SPI pentru un alt master SPI. Poate lucra ca slave doar prin
conectorul USB client.
•
UART (port serial): Port UART cu viteză programabilă (RX pinul digital 0 și TX 1)
•
ICSP (SPI): Conector de 6 pini pentru programare serială în circuit, localizat potrivit pentru conectarea
cu plăcile existente. Acești pini comunică SPI prin biblioteca SPI.
•
VIN: Tensiune de intrare în placa Galileo când se utilizează o sursă externă (diferit față de 5V de la
sursa stabilizată conectată la jack-ul de alimentare). Se poate aplica tensiune prin acest pin sau folosi
dacă alimentarea se face prin jack-ul de alimentare.
•
Atentie: Tensiunea aplicată pe acest pin trebuie să fie stabilizată la 5V, altfel poate defecta placa
Galileo sau cauza funcționare incorectă.
•
5V pin de ieșire: Acest pin poate debita 5V la maximum 800 mA de la sursa externă sau conectorul
USB.
•
3,3 pin de ieșire: Tensiune de 3,3V la maximum de 800 mA, furnizată de stabilizatorul de pe placă.
•
GND: Pini de masă
•
IOREF: Pinul IOREF din Galileo permite unei plăci atașate având o configurație corespunzătoare să
modifice tensiunea furnizată de placa Galileo. Tensiunea de pe pinul IOREF este controlata de un
jumper pe placă, de exemplu un jumper modifica tensiunea de funcționare de la 3,3 la 5V pe placa
auxiliară.
•
Pinul/butonul RESET: Pentru reset aplică 0V pe plăcile auxiliare care folosesc pinul de reset al plăcii
Galileo.
•
AREF este nefolosit pe Galileo. Nu este posibil să se modifice limita de sus pentru conversia A/D.
Detalii privind caracteristicile suportate de arhitectura Intel:
Configurația plăcii Galileo este potrivită atât pentru industrie, cât și pentru învățământ, fiind o soluție simplă și
ieftină pentru un mediu de dezvoltare cu procesoare Intel. Este utilă și pentru trecerea la procesoare mai
complexe.
-
Descrierea montajului de laborator:
Primul pas este de a reseta eventualele programele pre-existente în memoria plăcii Intel Galileo.
Pentru aceasta se rulează software-ul 1) descris la punctul următor. Modulul Adafruit GPS se poate conecta la
placa Intel Galileo în două moduri:
1. Conexiune directă: se poziționează comutatorul de pe placă pe poziția Direct. Conexiunea cu placa
Intel Galileo se efectuează prin conectarea TX de pe Adafruit GPS la pinul Digital 0 al plăcii Intel Galileo
și RX de pe Adafruit GPS la pinul Digital 1 al plăcii Intel Galileo.
20/25
Pentru testarea conexiunii se deschide Serial Monitor din Arduino IDEși se asigură că este selectată
opțiunea de comunicație de 9600 baud.
Se obține astfel secvența GPS NMEA. Există mai multe informații care se pot obține, cele mai des
întâlnite fiind $GPRMC (Recommended minimum specific GPS/Transit data), $GPGGA (Global
Positioning System Fix Data) și $GPGSA (GPS DOP and Active Satellites).
În cazul în care informațiile obținute nu sunt relevante ($GPCSA,A,1,,,,,,,,) trebuie utilizată o antenă
externă sau trebuie mutat întreg montajul într-o zonă din care pot fi vizibili cel puțin 4 sateliți. În cazul
în care se obțin date relevante, acestea arată astfel:
21/25
Informațiile obținute sunt de forma: $GPRMC, 194509.000, A, 4042.6142, N, 07400.4168, W, 2.03,
221.11, 160415, , , A*77. Această secvență este numită RMC (Recommended Minimum) și conține
toate informațiile utile legate de poziționare. Informațiile sunt separate prin virgule.
În prima parte, 194509.000 reprezintă ora curentă GMT (Greenwich Mean Time). Primele două cifre,
19 indică ora (1900h, sau 7pm), următoarele două reprezintă minutele, următoarele două secundele
iar la final sunt reprezentate milisecundele. Astfel, ora indicată mai sus este 7:45 pm și 9 secunde.
A doua parte reprezintă „codul de stare”: V înseamnă că datele sunt invalide (Void), iar A indică starea
activă (Active).
Următoarele 4 poziții reprezintă datele de geolocație . În exemplu poziția curentă este la 4042.6142,
N (latitudine de 40 grade și 42,6142 minute nord) și 07400.4168, W. (longitudine 74 de grade și 0,4168
minute vest). Pentru a vedea pe o hartă ția
poziidentificată se poate tasta
+40° 42.6142', -74°
00.4168' în Google Maps. Atenție: Google Maps necesită introducerea datelor cu +/- în loc de NSWE (N
și E reprezintă coordonate pozitive, S și W sunt negative).
Următoarea valoare indică viteza de deplasare, în noduri: viteza din exemplu este de 2,03 noduri (1
nod = 0,51 m/s = 1,85 km/h).
Urmează direcția (valoarea „compas”), rezultată din parcursul anterior.
Valoarea 160415 indică data curentă (16 aprilie 2015).
Valorile finale, de forma *XX sunt utilizate pentru controlul parității datelor.
2. Conexiune Serial Soft
Pentru utilizarea acestui mod de conectare este necesară descărcarea și instalarea bibliotecii Adafruit
GPS. Pentru instalare se poziționează fișierele bibliotecii în directorul sketchbookfolder/libraries/. Este
posibil să fie necesară repornirea programului Arduino IDE.
Pentru obținerea datelor se utilizează programul prezentat la punctul 2) în subcapitolul următor.
22/25
a. Descrierea programelor utilizate (software specializat)
Se utilizează următoarele programe software:
1. Modulul blank pentru ștergerea programelor anterioare existente în modulul Arduino:
void setup() {}
void loop() {}
2. Programul de test pentru modulul GPS. Se verifică în prealabil instalarea modulelor header pentru GPS
(Sketch -> Import Library… -> Add Library…) și comutarea GPS pe modul Direct:
#include <Adafruit_GPS.h>
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial mySerial(8, 7);
#define PMTK_SET_NMEA_UPDATE_1HZ "$PMTK220,1000*1F"
#define PMTK_SET_NMEA_UPDATE_5HZ "$PMTK220,200*2C"
#define PMTK_SET_NMEA_UPDATE_10HZ "$PMTK220,100*2F"
#define PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_RMCONLY "$PMTK314,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0*29"
#define PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_RMCGGA "$PMTK314,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0*28"
#define PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_ALLDATA "$PMTK314,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0*28"
#define PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_OFF "$PMTK314,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0*28"
#define PMTK_Q_RELEASE "$PMTK605*31"
void setup() {
while (!Serial); // wait for leo to be ready
Serial.begin(57600); // this baud rate doesn't actually matter!
mySerial.begin(9600);
23/25
delay(2000);
Serial.println("Get version!");
mySerial.println(PMTK_Q_RELEASE);
mySerial.println(PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_ALLDATA);
mySerial.println(PMTK_SET_NMEA_UPDATE_1HZ);
}
void loop() {
if (Serial.available()) {
char c = Serial.read();
Serial.write(c);
mySerial.write(c);
}
if (mySerial.available()) {
char c = mySerial.read();
Serial.write(c);
}
}
Datele sunt recepționate și vizualizate prin intermediul Serial Monitor (Ctrl+Shift+M).
3. Evaluare cunoștințe
1. Ce tipuri de comunicații implică sistemele de management al transportului public? Explicați care din
acestea sunt mobile și care utilizează o infrastructură fixă de comunicații.
2. Ce rol are interfața NMEA la un sistem automat pentru localizarea sau monitorizarea vehiculelorși/sau
navelor? Această interfață este de tip serial sau paralel?
3. Care credeți că sunt considerentele pentru care la semnalele sistemului de poziționare globală Navstar
GPS se utilizează frecvențe foarte ridicate, de ordinul gigahertzilor?
24/25
4. Ce categorii de senzori sunt necesari
și obligatorii pentru a putea realiza un sistem de localizare
automată a vehiculelor?
5. Ce categorii de senzori sunt necesari la bordul unui vehicul pentru a putea realiza identificarea acestuia
oriunde pe rută?
6. Este posibilă realizarea unui sistem de identificare automată a vehiculelor fără comunica
ții mobile și
doar cu echipamente din infrastructură?
7. Prezentați blocurile funcționale și procesele dintr-un sistem de identificare automată a vehiculelor care
produc întărzieri în transmiterea semnalelor.
8. Există zone în care sistemul de poziționare prin satelit GPS este inutilizabil?
25/25
Telematică pentru navigație
Versiune martie 2015
1/25
Cuprins
Denumire disciplină pentru care se ține aplicația practică.................................................................................... 3
Lucrarea 1 ............................................................................................................................................................. 3
Identificarea autovehiculelor rutiere în vederea rutării și controlului accesului ................................................... 3
1.
Introducere (breviar teoretic) ....................................................................................................................... 4
a.
Descrierea principiilor fizice .......................................................................................................................... 6
b.
Stadiul actual și progresul în domeniu .......................................................................................................... 8
c. Utilizarea sistemelor automate de localizare a vehiculelor în cadrul sistemelor inteligente pentru
transporturi ......................................................................................................................................................... 10
d.
Arhitectura și componentele sistemului de achiziție a datelor ................................................................... 14
2.
Modul de lucru ............................................................................................................................................ 17
a.
Descrierea platformei hardware utilizată .................................................................................................... 17
a.
Descrierea programelor utilizate (software specializat) .............................................................................. 23
3.
Interpretarea rezultatelor ............................................................................... Error! Bookmark not defined.
a.
Concluzii .......................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
b.
Prezentarea rezultatelor ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
4.
Evaluare cunoștințe..................................................................................................................................... 24
2/25
Denumire disciplină pentru care se ține aplicația practică
TELEMATICĂ PENTRU NAVIGAȚIE – PROGRAM MASTER SISTEME TELEMATICE ÎN TRANSPORTURI, Telecomenzi
și electronică în transporturi
Lucrarea 1
Identificarea autovehiculelor rutiere în vederea rutării și controlului
accesului
3/25
1. Introducere (breviar teoretic)
Identificarea vehiculelor reprezintă procesul prin care identitatea sau/și anumite caracteristici ale unui mobil
(vehicul sau navă) ce se deplasează pe o anumită traiectorie sunt asociate cu o pereche de coordonate, de
obicei geografice. Prin acest proces se obțin informații despre locul în care un anumit vehicul sau o anumită
navă se află la un moment dat. Procesele automate presupun existen
ța unor senzori (la bordul vehiculului sau
în infrastructură), un sistem local de prelucrare a informațiilor și un sistem de comunicații către punctul de
utilizare a informațiilor. De asemenea, pentru reușita procesului de rutare, mai este necesară prezența unui
sistem informatic geografic (SIG). Sistemul informatic geografic va trebui să dispună de o hartă rutabilă pe care
să poată fi afișată poziția curentă a vehiculului / navei prin asociere cu perechea de coordonate recepționate
de la acesta / aceasta. Dacă este vorba de o aeronavă, atunci probabil vor fi necesare trei coordonate de
poziție (latitudine, longitudine și altitudine).
Rutarea reprezintă procesul de selecţie a rutelor dintr-o reţea, în scopul transmiterii fluxurilor de trafic pe
acestea. Rutarea poate fi efectuată pentru orice tip de reţea, inclusiv pentru reţele de comunicaţii, de
transmitere a datelor (Internet), de distribuţie a energiei electrice, apei, gazelor etc., sau pentru reţelele de
transport.
În reţelele de transport, rutarea poate fi realizată pe diferitele categorii de căi de transport (canale navigabile,
rute aeriene, magistrale feroviare sau şosele), între puncte de joncţiune specifice (porturi sau noduri fluviale,
aeroporturi, staţii de cale ferată sau intersecţii rutiere).
Procesul de rutare în tehnica de calcul şi transmiterea datelor direcţionează, de obicei, pachetele de date pe
baza unor informaţii din tabele de rutare, ce conţin înregistrări ale rutelor către diferite destinaţii.
Sistemele de ghidare şi navigare la bordul vehiculelor utilizează acelaşi procedeu, numai că la baza algoritmilor
de optimizare a rutelor stau sisteme informatice geografice, având memorate distanţele în lungul căilor de
transport. La baza rutării prin sisteme la bordul vehiculelor pot fi aplicate şi alte criterii de optimizare, cum ar fi
drumul cel mai scurt, drumul cel mai rapid, consumul minim de combustibil, declivitate minimă etc.
Definiţii
□
□
Grafuri conexe sau neconexe (toate nodurile unite cu toate nodurile), orientate sau neorientate (arata
sensul în care se poate circula pe legături), ponderate sau neponderate (cu costuri diferite asociate
drumurilor dintre noduri);
Distanţe: una din cele mai importante caracteristici ale sistemelor informatice geografice este aceea că
ele sunt modelări ale spaţiului. Pentru a reprezenta spaţiul şi obiectele spaţiale în poziţiile
corespunzătoare acestora, SIG trebuie să utilizeze elemente de bază precum cele de referinţă spaţială,
adică elipsoidul terestru sau modelul acestuia, sistemul de coordonate asociat şi sistemul de proiecţie
cartografică după care are loc transpunerea în plan a elementelor spaţiale. Atributele obiectelor
spaţiale sunt a doua caracteristică a sistemelor informatice geografice, acestea presupunând
reprezentarea corectă a unor elemente definitorii pentru toate obiectele ce apar pe o hartă, şi anume:
poziţia şi mărimea acestora, distanţa dintre ele, unghiuri etc. Sunt cunoscute mai multe forme de
reprezentare a spaţiului: carteziană, euclidiană, peaniană, teserală, fractală şi topologică.
În spaţiul cartezian, viziunea pentru reprezentarea elementelor spaţiale se face prin
referire la sistemul de coordonate carteziene, notate de obicei cu x, y şi z (ca distanţe
faţă de originea unică, de coordonate 0,0,0 în trei dimensiuni). În acest mod, orice
obiect spaţial poate fi asociat unei poziţii unice şi prin urmare se poate localiza prin
referire la acea poziţie. Pentru a putea utiliza acest spaţiu de măsură în cazul
reprezentărilor suprafeţei terestre a fost nevoie de realizarea unor puncte de referinţă
4/25
(origini) ale spaţiului. Acestea sunt denumite puncte geodezice. În tehnologiile de
început, sistemul a fost unicul folosit şi în prezent este de asemenea foarte răspândit,
datorită posibilităţii utilizării noţiunilor de geometrie în spaţiu şi geometrie analitică
sau de algebră. Pentru a realiza poziţionarea unor obiecte mai mari decât un punct,
este necesară reprezentarea printr-un şir de coordonate de poziţie a acestor obiecte.
Fig. 1 Spaţiul cartezian – reprezentarea unui punct
În spaţiul euclidian obiectele din plan sunt delimitate de segmente de dreaptă.
Excepţie de la această regulă face cercul. Pentru a reprezenta linii care nu sunt drepte
se utilizează segmente de linie dreaptă. Astfel, obiectele din spaţiul euclidian sunt o
sumă de poligoane. Dacă unghiurile acestor poligoane sunt cunoscute, atunci se pot
afla şi laturile acestora. Nu există legături funcţionale sau relaţionale cu obiectele
vecine. Prin urmare, fiecare obiect din spaţiul euclidian este independent din punct de
vedere geometric. Pentru a măsura depărtarea dintre obiecte se utilizează distanţa
euclidiană. Pentru hărţile electronice, acest mod de reprezentare este cel mai utilizat
în vederea navigării, întrucât într-o reţea de drumuri, calea cea mai scurtă dintre două
puncte este o linie frântă, datorită intersectării străzilor cu clădiri, parcuri, alte străzi
etc. Datorită practicii taximetriei s-a impus o altă măsură a distanţei euclidiene, numită
distanţă Manhattan, care urmăreşte trama stradală urbană şi nu „sare peste clădiri şi
obstacole” pentru a realiza o distanţă mai scurtă, dar imposibil de efectuat în practică.
Sistemele de navigaţie la bordul vehiculelor terestre (versiunile comerciale) sunt
capabile să calculeze rutele pe baza distanţei Manhattan. Distanţa Manhattan este mai
mare decât distanţa euclidiană. Distanţa Manhattan este utilizată pe scară largă la
interogări şi identificarea punctelor de interes 1 dintr-o rută programabilă.
Distanta Manhattan
B
Destinatie
Supermarket
Clad
Parc
Distanta Euclidiana
Cladire
Benzinarie
Trama stradala
Food Mart
Cladire
A
Clad
Origine
Fig. 2 Diferenţa dintre distanţa euclidiană şi distanţa Manhattan
1
Points of interest (POI)
5/25
a. Descrierea principiilor fizice
Uzual, poziția curentă a vehiculelor terestre se poate obține prin două procedee:
-
Captarea de informații de poziție și identificare cu ajutorul senzorilor montați în infrastructură;
-
Captarea de informa
ții de poziție de la bordul vehiculelor și asocierea acestora cu identitatea
vehiculului, urmată de transmiterea informațiilor către un punct de interes din infrastructură.
În primul caz, informațiile se pot capta cu ajutorul unor senzori pasivi, sau cu ajutorul unui sistem combinat, ce
utilizează o comunicație locală între un vehicul și infrastructură. Prin această comunicație locală vehiculul își
declară identitatea, iar sistemul local din infrastructură înregistrează momentul trecerii vehiculului prin punctul
respectiv. Sisteme de acest genși îgăsesc aplicabilitatea în mod frecvent în sistemele de management al
parcurilor de vehicule cu trasee specificate (de exemplu, sistemul de transport public urban) sau în alte
sisteme similare.
Algoritmii actuali de planificare în reţelele de transport, bazate pe tehnica de calcul, au cunoscut în zilele
noastre ritmuri de dezvoltare susţinute, culminând cu apariţia unor metode de rutare mai rapide de până la un
milion de ori decât algoritmul Dijkstra. Calculul unei rute optime între două puncte ale unei reţele nodale
reprezintă, în continuare, una din provocările constante ale tehnologiei SIG. Există numeroase aplicaţii, cum ar
fi planificarea logistică a transporturilor de mărfuri, sau planificarea călătoriilor multimodale sau cu
autovehiculul personal, care necesită algoritmi de calcul al rutelor optimizate după mai multe criterii: durată,
distanţă, combustibil consumat, puncte de interes, categorii de drumuri utilizate etc. Multe dintre tehnicile
utilizate în prezent funcţionează cel mai bine dacă funcţia de analiză a costurilor (orice amestec de elemente
de comparaţie de genul: durate de călătorie, distanţe, costuri autostrăzi, consum de energie/combustibil,
valoare a peisajului străbătut, valoare a elementelor turistice de pe parcursul rutei etc.) este corelată cu durata
călătoriei.
Sistemul de localizare automată/identificare a vehiculelor clasic, cu captarea de informa
ții de la bordul
2
vehiculelor (numit și AVL ) este format dintr-un receptor GPS al semnalelor sistemului de poziţionare globală
Navstar (cel mai adesea) sau al unui alt sistem de acest tip, un bloc de conversie a acestor semnale într-un
mesaj de poziţie şi un sistem de comunicaţii radio. Sistemul AVL clasic poate asigura informaţii pentru vehicule
de urgenţă, vehicule pentru transport mărfuri, vehicule de serviciu etc. Este necesar un post central de
dispecerizare către care să fie transmise informaţiile de poziţie. Sistemul AVL poate avea la dispeceratul central
o hartă electronică pe care să se afişeze poziţia curentă a vehiculelor, sau poate produce doar rapoarte legate
de poziţie, viteză sau alţi parametri culeşi de la bordul vehiculelor monitorizate. Precizia de localizare a
vehiculelor este direct dependentă de tipul de sistem de poziţionare prin satelit, sau de metoda de culegere a
informaţiilor de la bordul vehiculelor, în cazul când sistemul de poziţionare prin satelit nu este singurul senzor
de la bord (mai pot fi odometre sau închiderea-deschiderea uşilor în staţii pentru vehiculele de transport în
comun). Precizia afişată la dispecerat depinde şi de frecvenţa de transmitere a interogărilor către vehicul sau
de frecvenţa raportărilor automate. Unele sisteme de localizare (sistemul automat de identificare a navelor)
permit varierea automată a vitezei de transmitere a mesajelor de poziţie (numită şi polling) în funcţie de viteza
de deplasare sau de viteza de giraţie a vehiculelor. Trebuie însă să se ţină cont şi de încărcarea reţelelor de
comunicaţie, dar şi de latenţa acestoa, întrucât la un număr mare de vehicule monitorizate, dacă frecvenţa de
transmitere a mesajelor este prea mare, la un moment dat reţeaua de comunicaţii radio va fi sufocată de
2
AVL – Automatic Vehicle Location system – sistem de localizare automată a vehiculelor
6/25
numărul mare de mesaje şi vor apare întârzieri, ceea ce va provoca erori la poziţionarea în timp a vehiculelor
pe harta electronică.
Legat de sistemele de comunicaţii, acestea au, de asemenea, un rol important în buna funcţionare a unui AVL:
• pot exista sisteme dedicate prin radio, pe frecvenţe proprii (trunking), dar la acestea costul investiţiei
iniţiale este mare, iar problema principală care se pune este acoperirea reţelei radio pe tot traseul
efectuat de vehicul;
• sistemele ce utilizează reţelele publice de comunicaţii mobile (CDMA sau GSM) folosesc mai multe
tehnologii de transmitere a mesajelor de la bordul vehiculelor:
o mesaje scurte ce utilizează centrul de mesaje al reţelei celulare (GSM) – au avantajul că, în
cazul pierderii temporare a legăturii reţelei cu vehiculul, mesajul este stocat în centrul de
mesaje şi nu se pierde, sau vehiculul reîncearcă transmiterea mesajului la reintrarea în zona de
acoperire. Au şi dezavantajul unei cantităţi relativ modeste de informaţii transmise per mesaj
de la bordul vehiculelor, sau cel al întârzierii mesajelor în cazul în care reţeaua nu le tratează
pe acestea cu prioritate (costuri suplimentare cu furnizorul de servicii de comunicaţii);
o serviciul de transmitere în pachet a datelor (GPRS) – are avantajul unei lărgimi de bandă mai
mari, care permite transmiterea unui număr mai mare de mesaje de la bordul vehiculelor;
probleme apar la intrarea şi pierderea temporară a contactului cu reţeaua;
o sisteme celulare dedicate (TETRA 3, AIS 4, GSM-R 5 etc.).
Structura unui sistem AVL clasic este prezentată în figura următoare:
Antena GPS
Receptor GPS
Alti senzori de
pozitie
Antena GSM
Interfata
NMEA
Interfata
seriala de
com.
Micro
controller
Modem GSM
GPRS
Bloc adaptor
alimentare
Baterie de
acumulatoare
Fig. 3 Arhitectura unui sistem AVL simplu
3
Terrestrial Trunked Radio – sistem asemănător GSM, dar cu capacitate şi robusteţe superioare, folosit mai ales de
aplicaţii militare
4
Automatic Identification System – sistem utilizat pe canale radio dedicate AIS1 şi AIS2 în jurul frecvenţei de 161 MHz,
pentru comunicaţii cu auto-organizare după protocolul SOTDMA în vederea transmiterii reciproce între două nave, sau
între o navă şi o staţie de sol a unor mesaje de poziţie şi a altor informaţii de identificare şi siguranţă.
5
GSM – Railway – sistem de comunicaţii celulare dedicat pentru calea ferată în aplicaţiile ERTMS, ce permite şi funcţii de
localizare şi/sau comunicaţie directă între două terminale mobile.
7/25
b. Stadiul actual și progresul în domeniu
Sistemele bazate pe captarea de informații din infrastructură pot utiliza comunicații pe distanță scurtă vehicul infrastructură pentru datele de identitate. O soluție des folosită de acest gen este cea bazată pe etichete radio
RFID 6.
Sistemul TranSpeed face, de exemplu, identificarea de la distanță atât a autovehiculului cât și a
conducătorului auto și utilizează o gamă foarte largă de etichete radio active sau pasive (fără baterie), cu rază
lungă, UHF, sau stick-uri montate pe parbriz.
-
Identificare de la distanţă, până la 8m, cu cititorul TSG60.
-
Tag-uri active sau etichete pasive
-
Identificare rapidă
-
Compatibil cu orice tip de barieră sau sistem de control acces
Fig. 4 Soluții industriale pentru etichete RF și transpondere
Date tehnice:
Dimensiuni: 125x25x1, Clasa de protecție: IP65, Temperatura de operare: °C (°F) –20...+70 (-4...+158), Frecvența: MHz 868
(EU) 915 (US), Tehnologii Transponder: EPC Clasa 1 Gen 2 Distan
ța de citire: pe sticla în m: 4 , depinde de cititor și de
mediul înconjurător OTP: Formatare până la 64-biți, Capacitate memorie: 384-biți memorie liberă.
Două din conceptele prezentate mai sus, anume extragerea de date de poziţie a vehiculelor pentru
monitorizarea traficului şi identificarea prin unde radio a vehiculelor pot fi aplicate combinat, într-un singur
sistem de senzori, pe baza unei infrastructuri radio cu acoperire completă la nivelul întregii zone
metropolitane. Sunt necesare însă câteva completări sau modificări la tehnologiile actuale:
•
6
cititoarele radio vor trebui să fie mai puternice decât cele folosite în mod curent la taxarea vehiculelor,
pentru a putea construi o reţea cu acoperire completă la nivel metropolitan cu un număr rezonabil de
echipamente;
RFID – Radio Frequency Identity (sau Identification)
8/25
pentru calcularea poziţiei vehiculelor vor trebui definite datele stocate şi comunicate de eticheta radio
(sau transponder) şi modul de calcul al poziţiei şi vitezei vehiculului, printr-o metodă similară cu TDOA 7
din reţelele GSM, laolaltă cu algoritmii de corectare statistică a erorilor generate la poziţionarea
individuală a vehiculelor;
• realizarea unor terminale dedicate acestui sistem care vor avea funcţii combinate de transponder şi
navigator personal (Personal Navigation Device), terminalele respective urmând a fi instalate pe toate
autovehiculele care intră în zona de acoperire a sistemului.
Utilizarea camerelor video este de asemenea posibilă, mai ales prin asociere cu sisteme de recunoa
ștere
automată a numerelor de pe plăcile de înmatriculare a vehiculelor rutiere. Evident, la aceste tipuri de sisteme
este necesar să se ia măsuri suplimentare pentru a avea o bună vizibilitate
și o bună lizibilitate a plăcilor de
înmatriculare. De obicei metoda este utilizată pentru controlul accesului la bariere, taxare automată sau
verificarea vignetei (taxa de drum). Modurile de codare uzuală a imaginii pentru aceste sisteme poate fi: H264,
MPEG-4, MJPEG etc.
•
O problemă de luat în considerare la camerele videoși soluțiile de moni torizare centralizată a traficului rutier
prin camere video este legată de capacitatea de comunicații necesară pentru a asigura fluxurile video de la mai
multe camere simultan. Codarea semnalelor este în acest caz extrem de importantă, ca de altfel
și comp resia
acestora, pentru a reduce banda necesară transmisiei informațiilor prin rețeaua de comunicații a sistemului de
management al traficului.
Un alte exemplu care evidențiază stadiul actual al dispozitivelor AVL îl reprezintă sistemul dmTRACK.
Acesta permite supravegherea continuă a unuia sau a mai multor vehicule în mișcare sau a mai multor puncte
de măsură fixe. Se poate detecta abaterea de la traseu, se pot monitoriza parametrii tehnici ai vehiculelor în
timpul mersului, cum ar fi cantitatea de combustibil, viteza, funcționarea motorului, deschiderea unei uși,
poziția cupei unui excavator, nivelul de combustibil din rezervor, etc..
Se pot genera rapoarte complexe la cerere. Ele pot ține
con diferite informații cum ar fi: poziția pe traseu,
viteza, kilometrii parcursi între două puncte, utilizarea unui utilaj, toate acestea printr-un generator de
rapoarte puternic inclus în programul operator.
Sistemul este pregătit să comunice cu serverul de comunica
ții pe diferite căi, cum ar fi prin GSM (pe date,
HSCD, SMS sau GPRS/3G), sau prin radio.
O facilitate importantă este posibilitatea conectării calculatoarelor ce formează sistemulși în rețea (internet),
realizându-se sisteme locale de mai multe servere, la performanțe ridicate dar costuri extrem de reduse.
dmtTrack permite transmisii de eșantioane de date la intervale scurte de timp, chiar la mai puțin de 1 secundă,
cu costuri nesemnificative.
Echipamentele mobile se pot instala pe vehicule sau în puncte fixe (de exemplu pentru măsurarea unor
parametrii de functionare ai unui utilaj). Acestea pot monitoriza până la 12 parametri de funcționare precum și
poziția geografică (latitudine, longitudine,altitudine), viteza și directia de deplasare, consumul de combustibil,
etc..
7
TDOA – Time Difference Of Arrival – metodă de triangulație radio utilizată de rețelele de telefonie mobilă GSM pentru a
stabili puterile de emisie variabile ale terminalelor mobile – metoda poate fi utilizată și pentru identificarea și poziționarea
vehiculelor
9/25
Echipamentul mobil este un dispozitiv electronic (hardware) compus din: modul GPS (Global Positioning
System) cu 12 canale, modulul “microprocesor”, memorie internă independentă de alimentarea externă de
curent, sursă de alimentare, acumulator, modulul GSM/GPRS, antene GSM/GPS externe. Echipamentul mobil
preia datele despre pozitia geografică de la modulul GPS și împreună cu datele de la diferiții senzori instalați pe
vehicul le transmite către serverul de comunicație, unde sunt prelucrate, stocate, și transmise către programul
- operator.
Serverul de comunicații este concentratorul de date pentru toate echipamentele mobile. Acesta asigură, în
timp real, memorarea într-o baza de date SQL a datelor primite de la echipamentele mobile, prelucrarea
primară a lorși transmiterea acestora la cererea un ui operator pentru vizualizare în timp real, crearea de
rapoarte sau urmărirea activității acestora într-o perioadă de timp.
Prin programul - operator, se va putea urmări: poziția geografică a unui autovehicul, kilometrii parcurși într -o
perioadă de timp, consumurile instantanee de combustibil, consumul de combustibil într-o perioadă de timp
(estimat), istoricul pozițiilor geografice, a consumurilor de combustibil, a traseelor parcurse, facilitate prin care
se vor putea optimiza programele de lucru a autovehiculelor, monitorizare zonă, etc.
Figura 5. Ecran monitorizare vehicule
c. Utilizarea sistemelor automate de localizare a vehiculelor în
cadrul sistemelor inteligente pentru transporturi
Sistemele automate de localizare a vehiculelor au numeroase aplica
ții
transporturi, prin integrarea acestora cu alte subsisteme conexe.
în cadrul sistemelor inteligente pentru
Un exemplu îl reprezintă sistemele integrate de management al transportului public, care, la rândul lor, pot fi
integrate cu sistemele de informare a călătorilor și cu sistemul de management al traficului urban. În diagrama
de mai jos este prezentat locul sistemului AVLși al sistemului de identificare al vehicului, în cadrul unui astfel
de sistem inteligent pentru transporturi.
10/25
În figura de mai jos, se observă că informația de localizare a vehiculului de transport public este obținută de la
sateliți, prin intermediul GPS-ului. Această informație, împreună cu identitatea vehiculului, sunt transmise în
două direcții:
-
Către sistemul de management integrat al traficului urban și al transportului public
-
Către receptoare locale, care transmit apropierea vehiculului către automatele de trafic.
Fig. 6 Integrarea subsistemelor de localizare și identificare a vehiculului cu sistemul de management al traficului și cu
sistemul de informare a călătorilor
Prima informație este utilizată de către software-ul specializat din centrul de managementși este utilizată în
mai multe scopuri:
-
Reprezentarea grafică a poziției vehiculului pe hartă/traseu. Această informație, corelată cu graficul de
circulație al vehiculului respectiv permite stabilirea necesității de acordare a priorității în intersecțiile
semaforizate din sistem, în funcție de raportul dintre poziția reală a vehiculului și poziția stabilită prin
programul de circulație.
-
Stabilirea timpului real de sosire în stația următoare și transmiterea în timp real a acestei informații
către călători, prin intermediul panourilor cu mesaje variabile. Aceeași informație poate fi afișată și la
bordul vehiculului.
-
Identificarea eventualelor situații anormale (în cazul în care vehiculul staționează mult într-o anumită
poziție sau în care se deplasează cu viteză foarte scăzută).
A doua informație, transmisă local către automatul de trafic al următoarei intersecții semaforizare are rolul de
a solicita prioritate pentru vehiculul de transport public, prin reglarea ciclului de semaforizare.
Un alt exemplu de utilizare a echipamentelor de localizare automată a vehiculelor îl reprezintă integrarea
acestor echipamente în sistemul de ticketing instalat pe vehiculele de transport public.
În acest caz, informația primită de la validatoare, referitoare la numărul și momentul validării permiselor de
călătorie, este corelată cu informa
ția referitoare la poziția vehiculului. În acest mod, informațiile stocate în
computerul de bord și în validatoare, integrate după descărcarea lor la capăt de linie, pot fi utilizate pentru a
11/25
determina gradul de încărcare al vehiculului pe fiecare segment al traseului vehiculului de transport public.
Datele prelucrate sunt folosite de software-uri specializate, pentru eficientizarea costurilor pentru operatorul
de transport publicși creșterea gradului de satisfacție al călătorilor, prin corelarea graficului de circulație cu
cererea de transport.
Fig. 7 Utilizarea echipamentelor de localizare și identificare a vehiculului cu sistemul de ticketing
Echipamentele de identificare
și localizare automată a vehiculelor pot fi integrate și în sistemele de
management al parcului de vehicule și/sau urmărire a transportului de mărfuri periculoase (HAZMAT). Astfel,
sistemele de management al încărcăturii/vehiculului au rolul de a îmbunătă
ți eficiența operațională și
răspunsul la incidente. Tehnologiile CVO includ: identificarea automată a vehiculelor, pentru a permite
conducătorilor de vehicul ce au asupra lor toate aprobările necesare să treacă cu uşurinţă prin punctele de
control de pe traseu; sisteme de cântărire automată, care afişează automat greutatea vehiculelor, astfel încât
să nu mai fie necesar ca vehiculele legal încărcate să oprească la punţile de cântărire; sisteme de marcare
automată şi urmărire automată a mişcării materialelor periculoase şi colectarea automată a taxelor pe
drumurile al căror acces este taxabil. Vehiculul comercial poate fi echipat, de asemenea, cu sisteme de
localizare automată, care asigură urmărirea automată a vehiculului.
Figura 8 – Exemple de tehnologii utilizate pentru managementul vehiculelor comerciale
Prin utilizarea acestor tehnologii se obţine o creştere a siguranţei vehiculelor şi mărfurilor, precum şi economii
importante pentru transportatori, datorită reducerii numărului de opriri, al costurilor etc
12/25
O categorie specială în cadrul managementului vehiculelor comerciale o reprezintă managementul
transporturilor de mărfuri periculoase (HAZMAT). O funcție suplimentară introdusă în sistem în acest caz este
aceea de avertizare a centrului de management, în momentul în care vehiculul care transportă marfa
monitorizată deviază de la traseul stabilit.
Sistemele automate de localizare a vehiculelor au o utilizare importantă
și în cadrul sistemelor de
managementul al situațiilor de urgență. În acest caz, ele sunt integrate cu alte sisteme inteligente pentru
transporturi conexe, cum ar fi subsistemul de identificare a vehiculelor de urgen
ță și subsistemul de
management al traficului urban, în scopul acordării de prioritate în intersecțiile semaforizate pentru vehiculele
de urgență (salvare, pompieri, poliție).
Astfel, prima condiţie în cazul în care se utilizează acordarea locală a priorităţii pentru vehiculele de intervenţie
rapidă este ca acestea să fie recunoscute de către sistem. Vehiculele de urgenţă trebuie să îşi anunţe sosirea şi
să întrerupă secvenţa de faze normală a semafoarelor de pe ruta pe care urmează să o parcurgă, astfel încât să
i se asigură o trecere rapidă şi în siguranţă. Vehiculele primesc prioritate prin extinderea fazei de verde sau
trecerea pe verde cât mai rapid posibil. După trecerea vehiculului prioritar, controlerul local asigură revenirea
fazelor semaforului la ciclul prestabilit.
Senzorii care recunosc apropierea unui vehicul de intervenţie rapidă se împart în două clase principale.
Prima dintre acestea utilizează transmiţătoare pe vehicul, care să emită semnale recunoscute de receptoarele
aflate în teren. Principalele tehnologii de acest gen sunt următoarele:
-
Sistem emiţător/receptor de lumină de mare intensitate: receptorul optic din teren are capacitatea de
a recunoaşte codurile luminoase emise de vehiculele de urgenţă; la recunoaşterea unui astfel de cod,
se transmite un semnal de comandă controlerului de trafic, care ia măsurile necesare.
-
Sistem emiţător/receptor radio: funcţionează similar cu cel de mai sus, vehiculul emiţând un
semnal radio recepţionat şi decodificat de controler.
-
Sistem emiţător/receptor în infraroşu.
A doua clasă de senzori (bucle inductive, laser, detectoare de sunet) identifică vehiculul, prin utilizarea unor
algoritmi de clasificare.
Figura 9 – Sistem detecţie cu buclă inductivă a vehiculelor de intervenţie rapidă
13/25
În figura de mai sus este prezentat un sistem de detecţie cu buclă inductivă pentru identificarea vehiculelor de
urgenţă. Signatura vehiculului este digitizată şi introdusă într-un microcontroler, care caută şi compară
caracteristici predefinite cu cele memorate pentru vehiculele de intervenţie rapidă. Dacă este identificat un
astfel de vehicul, la ieşire se dă un semnal de cerere a priorităţii.
d. Arhitectura și componentele sistemului de achiziție a datelor
Pentru determinarea poziției vehiculului sa vor avea în vedere două sisteme de localizare: unul se va baza pe
datele furnizate de un receptor GNSS (în acest caz GPS) iar celălalt pe coordonatele fixe ale unor balize prin
raza de acțiune a cărora se va deplasa autovehiculul.
Vor fi dezvoltate două soluții pentru achiziția datelor, una bazată pe placa de achiziție NI 6008, iar alta, bazată
pe plăcile de dezvoltare ARDUINO.
Sistemul de achizi
ție a datelor
următoarele componente:
pentru determinarea pozi
ției, pentru ambele sisteme,
este format din
-
Sursa de date – aceasta poate fi receptorul GPS sau, pentru cazul celui de-al doilea sistem, baliza sau
un senzor de proximitate;
-
Placa de achiziție de date – în acest caz este vorba de o soluție furnizată de National Instruments – NI
6008 – aceasta va prelua coordonatele de la receptorul GPS pe una dintre interfe
țele de comunicații
ale acestuia;
-
Calculator – arhitectura și configurația acestuia trebuie să permită instalarea mediului de programare
LabView;
-
Mediul de programare LabView – acesta va fi utilizat pentru realizarea aplicației software cu care vor fi
colectate, procesate și afișate datele;
-
Setul de drivere pentru plăcile de achizi
ție – DAQmx – conține toate driverele plăcilor de achiziție
furnizate de către NI;
-
Aplicația scrisă în LabView;
-
Cabluri pentru conectarea sursei de date la placa de achiziție;
-
Cablu USB pentru conectarea/alimentarea plăcii de achiziț ie la/de la calculator.
Acestea sunt prezentate în figura următoare:
14/25
Baza de date
Cabluri
Cablu USB
Sursa d e d ate
Placa de achizitie
Calculator
Utilizator
Fig. 4 Arhitectura sistemului de achizitie de date
Aplicația scrisă în LabView trebuie să conțină următoarele module software:
-
Modul de conectare la placa de achiziție;
-
Modul de prelucrare a datelor;
-
Modul de afișare a datelor;
-
Modul de interfațare cu utilizatorul;
-
Modul de export al datelor în structuri de baze de date.
Interconectare modulelor software este prezentată în figura următoare:
Modul de conectare
la placa de achizi ție
Modul de prelucrare
a datelor
Modul de export al
datelor în structuri
de baze de date
Baza de date
Sursa de date
Modul de afi șare a
datelor
Modul de
interfa țare cu
utilizatorul
Utilizator
Fig. 5 Arhitectura software
15/25
16/25
2. Modul de lucru
-
Scopul lucrării: colectarea datelor de poziționare utilizând modulul Adafruit GPS
-
Materiale necesare:
-
o
Sistemul Intel Galileo
o
Modulul Adafruit GPS
o
Conectori
o
Ecran LCD
Software necesar:
o
-
Este descris în secțiunea B
Rezultate ce se ob
țin:
Adafruit GPS.
coordonate ale punctelor geografice localizate prin intermediul modulului
a. Descrierea platformei hardware utilizată
-
Descrierea modulelor utilizate:
Modulul GPS:
Specificații:
•
Sensibilitate -165 dBm , 10 Hz, 66 canale
17/25
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Consum redus de curent: 20mA
Compatibil cu Arduino
Slot pentru card microSD pentru datalogging
Include RTC cu baterie inclusă
Altitudine > 25 km
Antenă internă + conector U.FL
Antenă de patch-uri interne+ U.FL conector pentru antenă activă externă
Dimensiuni (PCB): 69mm x 53mm x 6.7mm
Greutate ( GPS module): 24g
Modulul Arduino Galileo
Generalități:
Galileo este un microcontroller bazat pe procesorul de aplicație Intel® Quark SoC X1000, un sistem clasa Intel
Pentium pe 32 de biți, pe chip. Este prima placă bazată pe arhitectura Intel® concepută pentru a fi compatibilă
hardware și software pin la pin cu plăci auxiliare Arduino pentru Uno R3. Pinii digitali 0 … 13 (și pinii adiacenți
AREF și GND), intrările analogice de la 0 la 5, conectorul sursei, conectorul ICSP, și pinii portului UART (0 și 1),
sunt toate în aceeași poziție ca pe Arduino Uno R3. Prezintă configurația terminalelor Arduino 1.0.
Galileo este conceput pentru a suporta plăci auxiliare care operează fie la 3,3V, fie la 5V. Tensiunea de lucru a
nucleului Galileo este 3,3V. Totuși, un jumper de pe placă permite trecerea la 5V pe pinii de intrare/ieșire.
Aceasta oferă suport pentru plăcile auxiliare Uno de 5V și reprezintă funcționarea implicită. Prin schimbarea
poziției jumperului se asigură 3,3V la pinii de intrare/ieșire.
Placa Galileo este de asemenea compatibilă software cu Mediul de Dezvoltare Software Arduino (IDE), ceea ce
face ca utilizarea și introducerea ei sa fie foarte ușoare. Pe lângă compatibilitatea hardware și software cu
Arduino, placa Galileo are mai multe porturi de intrare/ieșire și caracteristici standard pentru a extinde
utilizarea de bază și capabilitățile sale dincolo de gama plăcilor auxiliare Arduino. Pe placa standard se află un
18/25
slot mini-PCI Express de dimensiune maximă, un port Ethernet de 100Mb, un slot Micro-SD, un port serial RS232, un port USB gazdă, unul USB client și o memorie flash NOR de 8MByte.
Schema bloc Arduino Galileo
Punerea în funcțiune: Pentru a porni, se conectează placa la alimentare cu adaptorul de 5V CA la CC și apoi se
conectează la calculator cu cablul micro-USB.
Placa Galileo este compatibilă cu plăcile auxiliare pentru Arduino Uno și este proiectată să lucreze cu plăci de
3,3 sau 5V, conform reviziei 3 Arduino Uno. Placa are următoarele porturi:
•
14 pini de intrări/ieșiri digitale, din care 6 pot fi utilizate ca ieșiri PWM (impulsuri modulate în durată);
•
Fiecare din cei 14 pini digitali ai Galileo poate fi utilizat ca intrare sau ieșire prin funcțiile pinMode(),
digitalWrite() si digitalRead(). Acestea lucrează la 3,3 sau 5V. Fiecare pin poate debita maximum 10 mA
și poate absorbi maximum 25 mA, având o rezistență internă conectată către Vcc (pull-up) de 5,6 … 10
kOhm.
•
A0 – A5: 6 intrări analogice printr-un convertor A/D AD7298. Fiecare dintre cele 6 intrări, marcate A0
pâna la A5, are rezoluție de 12 biti (4096 niveluri). Implicit măsoară între 0 si 5V.
•
Magistrala I2C, TWI: pinii SDA și SCL care se află lângă pinul AREF. TWI: pinul A4 sau SDA și pinul A5
sau SCL. Asigură comunicația TWI folosind biblioteca Wire.
•
SPI: Implicit pana la 4MHz pentru a suporta plăcile auxiliare Arduino Uno. Programabile până la 25
MHz.
19/25
•
Notă: Deoarece Galileo are din construcție un controller SPI, acesta va funcționa ca master si nu ca
slave. De aceea, Galileo nu poate fi un slave SPI pentru un alt master SPI. Poate lucra ca slave doar prin
conectorul USB client.
•
UART (port serial): Port UART cu viteză programabilă (RX pinul digital 0 și TX 1)
•
ICSP (SPI): Conector de 6 pini pentru programare serială în circuit, localizat potrivit pentru conectarea
cu plăcile existente. Acești pini comunică SPI prin biblioteca SPI.
•
VIN: Tensiune de intrare în placa Galileo când se utilizează o sursă externă (diferit față de 5V de la
sursa stabilizată conectată la jack-ul de alimentare). Se poate aplica tensiune prin acest pin sau folosi
dacă alimentarea se face prin jack-ul de alimentare.
•
Atentie: Tensiunea aplicată pe acest pin trebuie să fie stabilizată la 5V, altfel poate defecta placa
Galileo sau cauza funcționare incorectă.
•
5V pin de ieșire: Acest pin poate debita 5V la maximum 800 mA de la sursa externă sau conectorul
USB.
•
3,3 pin de ieșire: Tensiune de 3,3V la maximum de 800 mA, furnizată de stabilizatorul de pe placă.
•
GND: Pini de masă
•
IOREF: Pinul IOREF din Galileo permite unei plăci atașate având o configurație corespunzătoare să
modifice tensiunea furnizată de placa Galileo. Tensiunea de pe pinul IOREF este controlata de un
jumper pe placă, de exemplu un jumper modifica tensiunea de funcționare de la 3,3 la 5V pe placa
auxiliară.
•
Pinul/butonul RESET: Pentru reset aplică 0V pe plăcile auxiliare care folosesc pinul de reset al plăcii
Galileo.
•
AREF este nefolosit pe Galileo. Nu este posibil să se modifice limita de sus pentru conversia A/D.
Detalii privind caracteristicile suportate de arhitectura Intel:
Configurația plăcii Galileo este potrivită atât pentru industrie, cât și pentru învățământ, fiind o soluție simplă și
ieftină pentru un mediu de dezvoltare cu procesoare Intel. Este utilă și pentru trecerea la procesoare mai
complexe.
-
Descrierea montajului de laborator:
Primul pas este de a reseta eventualele programele pre-existente în memoria plăcii Intel Galileo.
Pentru aceasta se rulează software-ul 1) descris la punctul următor. Modulul Adafruit GPS se poate conecta la
placa Intel Galileo în două moduri:
1. Conexiune directă: se poziționează comutatorul de pe placă pe poziția Direct. Conexiunea cu placa
Intel Galileo se efectuează prin conectarea TX de pe Adafruit GPS la pinul Digital 0 al plăcii Intel Galileo
și RX de pe Adafruit GPS la pinul Digital 1 al plăcii Intel Galileo.
20/25
Pentru testarea conexiunii se deschide Serial Monitor din Arduino IDEși se asigură că este selectată
opțiunea de comunicație de 9600 baud.
Se obține astfel secvența GPS NMEA. Există mai multe informații care se pot obține, cele mai des
întâlnite fiind $GPRMC (Recommended minimum specific GPS/Transit data), $GPGGA (Global
Positioning System Fix Data) și $GPGSA (GPS DOP and Active Satellites).
În cazul în care informațiile obținute nu sunt relevante ($GPCSA,A,1,,,,,,,,) trebuie utilizată o antenă
externă sau trebuie mutat întreg montajul într-o zonă din care pot fi vizibili cel puțin 4 sateliți. În cazul
în care se obțin date relevante, acestea arată astfel:
21/25
Informațiile obținute sunt de forma: $GPRMC, 194509.000, A, 4042.6142, N, 07400.4168, W, 2.03,
221.11, 160415, , , A*77. Această secvență este numită RMC (Recommended Minimum) și conține
toate informațiile utile legate de poziționare. Informațiile sunt separate prin virgule.
În prima parte, 194509.000 reprezintă ora curentă GMT (Greenwich Mean Time). Primele două cifre,
19 indică ora (1900h, sau 7pm), următoarele două reprezintă minutele, următoarele două secundele
iar la final sunt reprezentate milisecundele. Astfel, ora indicată mai sus este 7:45 pm și 9 secunde.
A doua parte reprezintă „codul de stare”: V înseamnă că datele sunt invalide (Void), iar A indică starea
activă (Active).
Următoarele 4 poziții reprezintă datele de geolocație . În exemplu poziția curentă este la 4042.6142,
N (latitudine de 40 grade și 42,6142 minute nord) și 07400.4168, W. (longitudine 74 de grade și 0,4168
minute vest). Pentru a vedea pe o hartă ția
poziidentificată se poate tasta
+40° 42.6142', -74°
00.4168' în Google Maps. Atenție: Google Maps necesită introducerea datelor cu +/- în loc de NSWE (N
și E reprezintă coordonate pozitive, S și W sunt negative).
Următoarea valoare indică viteza de deplasare, în noduri: viteza din exemplu este de 2,03 noduri (1
nod = 0,51 m/s = 1,85 km/h).
Urmează direcția (valoarea „compas”), rezultată din parcursul anterior.
Valoarea 160415 indică data curentă (16 aprilie 2015).
Valorile finale, de forma *XX sunt utilizate pentru controlul parității datelor.
2. Conexiune Serial Soft
Pentru utilizarea acestui mod de conectare este necesară descărcarea și instalarea bibliotecii Adafruit
GPS. Pentru instalare se poziționează fișierele bibliotecii în directorul sketchbookfolder/libraries/. Este
posibil să fie necesară repornirea programului Arduino IDE.
Pentru obținerea datelor se utilizează programul prezentat la punctul 2) în subcapitolul următor.
22/25
a. Descrierea programelor utilizate (software specializat)
Se utilizează următoarele programe software:
1. Modulul blank pentru ștergerea programelor anterioare existente în modulul Arduino:
void setup() {}
void loop() {}
2. Programul de test pentru modulul GPS. Se verifică în prealabil instalarea modulelor header pentru GPS
(Sketch -> Import Library… -> Add Library…) și comutarea GPS pe modul Direct:
#include <Adafruit_GPS.h>
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial mySerial(8, 7);
#define PMTK_SET_NMEA_UPDATE_1HZ "$PMTK220,1000*1F"
#define PMTK_SET_NMEA_UPDATE_5HZ "$PMTK220,200*2C"
#define PMTK_SET_NMEA_UPDATE_10HZ "$PMTK220,100*2F"
#define PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_RMCONLY "$PMTK314,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0*29"
#define PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_RMCGGA "$PMTK314,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0*28"
#define PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_ALLDATA "$PMTK314,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0*28"
#define PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_OFF "$PMTK314,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0*28"
#define PMTK_Q_RELEASE "$PMTK605*31"
void setup() {
while (!Serial); // wait for leo to be ready
Serial.begin(57600); // this baud rate doesn't actually matter!
mySerial.begin(9600);
23/25
delay(2000);
Serial.println("Get version!");
mySerial.println(PMTK_Q_RELEASE);
mySerial.println(PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_ALLDATA);
mySerial.println(PMTK_SET_NMEA_UPDATE_1HZ);
}
void loop() {
if (Serial.available()) {
char c = Serial.read();
Serial.write(c);
mySerial.write(c);
}
if (mySerial.available()) {
char c = mySerial.read();
Serial.write(c);
}
}
Datele sunt recepționate și vizualizate prin intermediul Serial Monitor (Ctrl+Shift+M).
3. Evaluare cunoștințe
1. Ce tipuri de comunicații implică sistemele de management al transportului public? Explicați care din
acestea sunt mobile și care utilizează o infrastructură fixă de comunicații.
2. Ce rol are interfața NMEA la un sistem automat pentru localizarea sau monitorizarea vehiculelorși/sau
navelor? Această interfață este de tip serial sau paralel?
3. Care credeți că sunt considerentele pentru care la semnalele sistemului de poziționare globală Navstar
GPS se utilizează frecvențe foarte ridicate, de ordinul gigahertzilor?
24/25
4. Ce categorii de senzori sunt necesari
și obligatorii pentru a putea realiza un sistem de localizare
automată a vehiculelor?
5. Ce categorii de senzori sunt necesari la bordul unui vehicul pentru a putea realiza identificarea acestuia
oriunde pe rută?
6. Este posibilă realizarea unui sistem de identificare automată a vehiculelor fără comunica
ții mobile și
doar cu echipamente din infrastructură?
7. Prezentați blocurile funcționale și procesele dintr-un sistem de identificare automată a vehiculelor care
produc întărzieri în transmiterea semnalelor.
8. Există zone în care sistemul de poziționare prin satelit GPS este inutilizabil?
25/25
