SYSTEM  MONITOROWANIA RUCHU  AUTOBUSÓW

W KOMUNIKACJI  MIEJSKIEJ

 

 

  Niniejsze opracowanie powstało na podstawie 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.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. Na rysunku numer 1 przedstawione zostały omawiane metody z uwzględnieniem podziału na podsystemy jakie wspólnie tworzą. Wyjaśnienie skrótów zastosowanych oznaczeń znajduje się w dalszej części opisu.

Rys. 1  Podział metod lokalizacji w systemach GPS i GSM ( oprac. własne ).

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. Rysunek numer 2  przedstawia ogólną strukturę   funkcjonalną opisywanego wcześniej systemu.

 

Rys. 2  Ogólny schemat systemu monitorowania pojazdów ( oprac. własne ).

    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.