SYSTEM MONITOROWANIA RUCHU AUTOBUSÓW
W KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ
CZĘŚĆ I
Niniejsze opracowanie powstało na podstawie inżynierskiej pracy dyplomowej, poruszającej zagadnienia związane z monitorowaniem ruchu autobusów w komunikacji miejskiej.
W dobie szybkiego postępu technologicznego powstaje wiele rozwiązań wykorzystujących systemy monitorowania i nadzoru wszelkiego rodzaju ruchu, zarówno osób jak i pojazdów. Za tak szybkim wzrostem przemawiają możliwości jakie oferują one zwykłym użytkownikom czy instytucjom. Rozwiązania te opierają się o najnowocześniejszą technologię kosmiczną wykorzystującą system GPS ( Global Positioning System ) ? System Nawigacji Satelitarnej, który na dzień dzisiejszy obejmuje swym zasięgiem niemalże całą kulę ziemską. Ciągłe udoskonalanie i szeroko zakrojone prace nad rozwojem tej technologii dają w efekcie dokładności pomiaru pozycjonowania rzędu 3 metrów. Jednak w niedalekiej przyszłości skala tej dokładności, osiągnąć może nawet 50 cm lub mniej. Możliwości jakie dają nam takie rozwiązania są praktycznie nieograniczone. Począwszy od określenia pozycji w której znajdujemy się w danej chwili ( wykorzystywane jest to między innymi przez popularne urządzenia nawigacji samochodowej, gdzie na określonej cyfrowej mapie nanoszona jest nasza lokalizacja ułatwiając tym samym dotarcie do celu ), a kończąc na zaawansowanych rozwiązaniach pozwalających w czasie rzeczywistym odczytywać poszczególne parametry pojazdu takie jak: przebyta droga z jednego do drugiego punktu, aktualne położenie pojazdu w danej chwili czy określenie prędkości z jaką poruszał się monitorowany obiekt. Stosując dodatkowo odpowiednie moduły pomiarowe możliwe jest określenie ilości np. zużytego paliwa w zależności od przebytej drogi, czy bezpośrednie odczytanie parametrów pracy silnika. W obecnym czasie powstało również dużo firm zajmujących się produkcją, sprzedażą czy dystrybucją odpowiedniego sprzętu i oprogramowania oraz oferujących kompleksowe rozwiązania w zakresie nadzoru i zarządzania floty pojazdów. Ma to także swój wpływ na wyraźnie podniesienie jakości usług oraz rzetelność ich wykonywania przez różnego rodzaju podmioty gospodarcze, świadczące usługi w branży przewozowej i transportowej. Oczywiście nie jest to kres możliwości tych zaawansowanych technicznie systemów a jedynie część ich bogatego wachlarza usług i zastosowań które obecnie oferują. Na pewno najbliższa przyszłość pokaże nam w jakim jeszcze obszarze życia codziennego znajdą one swoje zastosowanie. Niniejsze opracowanie ma na celu zapoznanie z technicznymi rozwiązaniami w zakresie monitorowania ruchu pojazdów ze szczególnym omówieniem ich zastosowań w środkach komunikacji miejskiej. W części drugiej przedstawiona zostanie analiza oraz pomiary zamontowanego systemu w jednym z autobusów marki SOLARIS URBINO 15, w którym funkcjonujące urządzenia pozwalają na realizację powyższego zagadnienia. Z wyciągniętych wniosków będzie można opowiedzieć się za wyborem lub nie, tego właśnie konkretnego rozwiązania. Co może przemawiać za, a co przeciw tego typu projektowanym systemom podczas prób ich wdrażania.
Pierwsza część artykułu poświęcona jest zagadnieniu elektronicznych metod monitorowania ruchomych środków transportowych. Do dynamicznego rozwoju tej dziedziny przyczynił się niejako ciągły postęp technologiczny, powszechna dostępność gotowych wyrobów, spadek ich cen czy postępująca miniaturyzacja pozwalająca na zmniejszenie poboru mocy i wydłużenie czasu pracy urządzeń mobilnych. Bezpośredni związek z tym ma wdrażanie nowych technologii w zakresie łączności bezprzewodowej i transmisji danych cyfrowych. Projektowane systemy monitorowania ruchu pojazdów znajdują zastosowanie w bardzo szerokim zakresie usług a ich zaletami są niewątpliwie: mobilność, skalowalność oraz niezależny od miejsca i czasu dostęp do wszelkiego rodzaju danych. Wpływa to tym samym na czas ich reakcji umożliwiając administratorom systemów czy kadrze kierowniczej na podjęcie błyskawicznych decyzji. Duże znaczenie zarówno od strony logistycznej jak i transportowej stanowi możliwość zarządzania floty pojazdów dzięki ciągłemu ?śledzeniu? ich pozycji, możliwościami doboru najkrótszej i najkorzystniejszej trasy przejazdu z jednego do drugiego miejsca czy rozliczaniu kierowców z faktycznie przebytej przez monitorowany pojazd drogi. Efektywne ich wykorzystanie również w znaczącym stopniu wpływa na polepszenie przepustowości ruchu pojazdów w dużej aglomeracji miejskiej. Do najbardziej znanych powszechnie rozwiązań zaliczyć można rozwiązania oparte na satelitarnym systemie pozycjonowania GPS, współpracującego z systemem łączności GSM ? ( Global System for Mobile Communications ) ? globalny system komunikacji ruchomej. W miarę wzrostu ilości przetwarzanych informacji opracowano nowy standard pakietowego przesyłania danych, którym jest GPRS ? ( General Packet Radio Service ). Jest on obecnie najbardziej rozpowszechniony w tego typu systemach monitorujących. W celu przybliżenia technik elektronicznego monitorowania ruchomych środków transportu postarano się opisać kilka, z punktu widzenia eksploatujących go użytkowników jako najbardziej znaczących. Wyróżniamy tutaj kilka możliwości różniących się metodami identyfikacji oraz sposobem obliczania dokładności pomiaru. Pierwszym ze znanych nam rozwiązań jest lokalizacja za pomocą samego systemu łączności bezprzewodowej jakim jest GSM. Opiera się ono na lokalizacji abonenta wyposażonego w terminal z odpowiednio przeznaczoną do tego kartą SIM ? ( Subscriber Identity Module ) zwanej modułem identyfikacji abonenta, która współpracuje z siecią danego operatora telefonii komórkowej. Na podstawie informacji o tym w zasięgu jakiej obecnie stacji bazowej ? BTS ( Base Transceiver Station ), nazywanej również stacją przekaźnikową znajduje się w danej chwili terminal, można dowiedzieć się jakie jest jego fizyczne położenie. Stacja taka składa się z odpowiedniego zestawu anten najczęściej trzech a rozmieszczonych co 120 0 i ulokowanych z reguły na wysokim maszcie. Rozwiązanie to zapewnia pełne pokrycie obszarem zasięgu wokół całego BTS-a, który łączy bezpośrednio terminale mobilne jakimi są telefony komórkowe z cyfrową siecią telekomunikacyjną.
Metoda COO ( Cell of Origin ) ? identyfikacja terminala za pomocą pojedynczej, najbliższej stacji bazowej. Dokładność ustalania pozycji w tej metodzie waha się od 150 metrów aż do ponad 40 kilometrów, w zależności od miejsca rozmieszczenia BTS - ów. Następną metodą jest EOTD ( Enhanced Observed Time Difference ) ? identyfikacja terminala polegająca na pomiarze różnic w czasie propagacji sygnałów docierających z terminala do stacji bazowych. Dokładność pozycjonowania w tej metodzie wynosi od 40 m do około 150 m . Kolejną z metod jest TOA ( Time of Arrival ) ? bazuje na metodzie EOTD wykorzystując dokładne atomowe wzorce czasu stacji bazowej lub odbiornik GPS, a dokonując analizy czasu propagacji pomiędzy terminalem i jedną stacją bazową. Dokładności pomiaru zbliżone są tak jak poprzednio i wahają się w granicach od 40 do 200 metrów. Również metoda AOA ( Angle of Arrival ) ? identyfikuje terminal analizując kąt przybycia sygnału z tym że jest tu jedna zasada, że im większa jest ilość stacji bazowych tym samym zwiększona zostaje skala pomiaru przez co zawęża się pole na którym znajduje się terminal. Wykorzystuje się tutaj od czterech do dwunastu stacji BTS a dokładność pozycjonowania waha się od około 50 do 150 metrów. Ostatnia z metod to A-GPS ? ( Assisted GPS ) ? sam terminal wymaga jednak dodatkowego odbiornika sygnałów GPS. Identyfikacja odbywa się tutaj poprzez raportowanie danych o położeniu z wbudowanego odbiornika nawigacji satelitarnej. Dokładności pomiaru są w tym wypadku zależne od odczytów pozycji z odbiornika GPS oraz ilości dostępnych w danym obszarze satelitów za pomocą których pozycja ta jest ustalana i wahają się w granicach od 5 do 50 metrów. Opisane tutaj sposoby identyfikacji mają również i swoje wady. Zaliczyć do nich można przede wszystkim: niezbyt wysoką skalę dokładności ( poza metodą A-GPS ), podatność na zakłócenia sygnałów przez naturalne przeszkody oraz przełączanie się między stacjami BTS w poszukiwaniu przez terminal najmocniejszego odbieranego sygnału. Zjawisko to ma szczególnie ujemne skutki w obszarach granic państwa, gdzie możliwe jest logowanie się do sieci operatorów zagranicznych. W związku z tym, zarówno sam terminal jak i karta SIM muszą posiadać możliwość współpracy w roamingu uruchamianym jako jedna z usług przez operatora sieci komórkowej. Wiąże się to jednak z większymi opłatami po stronie abonenta usługi. Najdokładniejszą z omawianych tu metod jest A-GPS pozostałe natomiast z uwagi na swoje wady opisane wcześniej oraz fakt wykorzystywania usług sieciowo ? terminalowych, nie mają powszechnego zastosowania w systemach monitorujących ruch pojazdów. Ich zastosowanie jest zdecydowanie większe w różnego rodzaju systemach alarmujących i powiadamiających gdzie interesujący nas nadzorowany obiekt przemieszcza się z małą prędkością a nie wymagana jest przy tym duża skala dokładności pomiaru. Jedną z odmian powyższych systemów jest GSM-R ? ( GSM for Railways ) rozwiązanie znajdujące swoje zastosowanie w komunikacji kolejowej a bazujące na systemie łączności bezprzewodowej GSM. System ten wdrażany jest na terenie kilku państw, między innymi we Włoszech, Niemczech czy Szwajcarii i wchodzi w skład Europejskiego Systemu Zarządzania Ruchem Kolejowym. Ma bardzo rozbudowaną infrastrukturę a jego zakres działania jest o dużo większy niż w przypadku systemów przeznaczonych do monitoringu ruchomych środków komunikacji i transportu miejskiego. Z wielu dostępnych i zaprezentowanych rozwiązań najbardziej efektywne pod względem działania i najpowszechniej obecnie stosowane jest rozwiązanie które łączy w sobie dwie technologie czyli GPS i GPRS. Zapewnia ono ciągły nadzór nad pojazdem który ma być objęty monitoringiem. Za ustalanie pozycji w czasie rzeczywistym odpowiada odbiornik GPS który poprzez terminal GSM łączy się z centrum nadzoru ruchu, wysyłając dane o pozycji z zadaną częstotliwością. Jeżeli terminal nie będzie w stanie nawiązać połączenia do pakietowego przesłania danych, na przykład ze względu na brak zasięgu sieci GSM system automatycznie przejdzie do wysyłania krótkich wiadomości tekstowych SMS ( Short Message Service ) z określeniem lokalizacji pojazdu.
Informacje o aktualnym położeniu można również na bieżąco monitorować przy pomocy centrum nadzoru z którego wyniki pomiarów spływają na serwer bazy danych. Na ich podstawie dyspozytor na przykład w zajezdni autobusowej może w przypadku awarii czy uszkodzenia któregoś z pojazdów prześledzić jego trasę i określić aktualne położenie, oraz dokonać podmiany na autobus sprawny znajdujący się najbliżej miejsca wystąpienia zdarzenia. Skróci to tym samym czas oczekiwania podróżnych na kolejnych przystankach obsługiwanych przez linię, na której zdefektowany pojazd nie mógł już dalej kontynuować jazdy. Można tylko przypuszczać o ile w praktyce tego typu system wpływa na polepszenie obsługi podróżujących zaoszczędzając czas jaki potrzebny byłby na zmianę wozu, który musiałby dotrzeć do miejsca awarii z zajezdni oddalonej na przykład o 10 kilometrów.
Dodatkowo za pośrednictwem serwisów WWW - ( World Wide Web ), czyli sieci ogólnoświatowej dokonując odpowiedniej autoryzacji użytkownicy otrzymują dostęp do danych o położeniu czy przebytej przez ? śledzony ? pojazd trasie. Z gotowych rozwiązań które są obecnie oferowane mamy do dyspozycji kilka bardzo dobrze funkcjonujących. Na przykład system Automonitoring pozwalający na zbieranie aktualnych i precyzyjnych informacji na temat stanu monitorowanego pojazdu. Do funkcji jakie posiada ten system należą między innymi: lokalizacja pojazdu, której wyniki mogą być przedstawione w formie zarówno tekstu jak i grafik, informacja o przebytej przez pojazd trasie i postojach w jej trakcie, dane z eksploatacji pojazdu czy ochrona alarmowa w czasie rzeczywistym. Te czy inne informacje dodatkowe np. o stanie paliwa lub spalaniu pojazdu dostępne są po wniesieniu odpowiedniej opłaty abonamentowej. W pierwszej części opracowania postarano się przybliżyć techniki nawigacji w głównej mierze opierające się na systemie pozycjonowania satelitarnego GPS wspieranego technologią bezprzewodowej transmisji danych oferowaną przez system GSM. Opisano metody na jakich bazują systemy służące tym i nie tylko tym celom, fizycznie wdrożone do użytku sprawdzone w warunkach codziennej eksploatacji i ciągle rozwijane.
