Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Přenosy dat v dopravní telematice

číslo 10/2002

Přenosy dat v dopravní telematice

Článek shrnuje hlavní funkce, které v systémech dopravní telematiky plní jejich komunikační podsystémy. Na příkladu městského telekomunikačního systému ukazuje čtyři hlavní směry komunikace a rozebírá, jak jsou využívány pro jednotlivé telematické funkce zajišťované příslušnými středisky. V celku naznačuje systémový přístup k problematice komunikační sítě telematických systémů od teorie až po realizaci v praxi.

1. Co je dopravní telematika

Dopravní telematika integruje telekomunikační a informační technologie s dopravním inženýrstvím s cílem dosáhnout v rámci stávající dopravní infrastruktury vzrůstu přepravních výkonů, bezpečnosti dopravy i psychické pohody uživatelů dopravní infrastruktury.

Telematické systémy mohou být různě složité, prostorově rozlehlé a různými způsoby uspořádané. Typickým systémem je např. telematický systém městské silniční dopravy, který může zajišťovat značné množství funkcí souvisejících s provozem na městských komunikacích [1]. Za nejdůležitější se přitom většinou považuje jedenáct tzv. makrofunkcí. Ty zdůrazňuje i studie dopravní telematiky vypracovaná pro hl. m. Prahu [2], v podstatě první kompletní dokument tohoto typu, který byl u nás vypracován.

Nositeli makrofunkcí v reálném telematickém systému jsou jednotlivé podsystémy, tzv. střediska, soustřeďující potřebnou techniku a pracovníky. V telematickém systému městské dopravy by jednotlivá střediska měla zajišťovat, popř. podporovat, dále vyjmenované a zčásti podrobněji popsané makrofunkce (v závorce jsou uvedena střediska – nositele činností):

  • řízení provozu na komunikacích (dopravní řídicí centrum): náplní činnosti je řízení provozu dopravními řadiči a proměnnými značkami, patří sem však také management nehod anebo navigování řidičů při změnách trasy,

  • poskytování dopravních informací (dopravní informační centrum): informace se mohou týkat plánování cest (informace o uzavírkách a hustotě provozu) i operativní navigace,

  • parkování (parkovací systémy): zajištění navigace k volným parkovištím, správa parkovišť a poskytování informací o volných parkovacích místech,

  • veřejná doprava (středisko veřejné dopravy): makrofunkce zahrnující plánování dopravní obsluhy i její operativní řízení; operativní část se týká řízení vozového parku (sledování vozidel, redukce či posilování tras a poskytování informací cestujícím),

  • dohled a varování (středisko dohledových systémů): poskytuje přehled o skutečném stavu dopravy ve sledovaném prostoru, tj. dohled nad dopravou a dopravními přestupky (sem lze zařadit i autonomní varovné systémy),

  • bezpečnostní a záchranné funkce (bezpečnostní a záchranné systémy): záchranné systémy, optimalizující řízení zásahu záchranných složek (lékařská záchranná služba, policie, hasiči apod.), musí být připraveny pro případ havarijních a ohrožujících situací; do kompetence bezpečnostních systémů patří např. i preventivní ochrana vozidel proti poškození nebo odcizení a sledování odcizených vozidel,

  • elektronické platby (středisko elektronických plateb): výběr poplatků za použití zpoplatněných komunikací nebo parkovišť elektronickými prostředky bez osobního kontaktu s výběrčí službou, nebo dokonce bez zastavení či zpomalení vozidla je jednou z vymožeností, které přináší moderní technika (mnohem složitější než technické řešení samotného výběru poplatku jsou zde ovšem správa tržeb anebo ochrana dat vyhovující legislativním požadavkům),

  • přeprava zboží a nákladů (středisko nákladní přepravy): telematický systém sledování provozu má dnes každý větší přepravce nákladů (fleet management), avšak města či jiné veřejné subjekty musí sledovat i pohyb nebezpečných nebo nadměrných nákladů,

  • správa dopravní infrastruktury (středisko správy infrastruktury): zahrnuje např. shromažďování statických i dynamických údajů o stavu komunikací (poškození, průjezdnost) a správu údržby (posypy, opravy, odklízení),

  • funkce zajišťované ve vozidle (systémy ve vozidle): systémy nesené vozidlem (antikolizní systém apod.) většinu doby pracují autonomně, jsou však schopny s telematickým systémem komunikovat,

  • sběr a správa dat (centrum správy dat): údaje získávané z předchozích deseti funkčních oblastí by měly být shromažďovány, tříděny, ukládány a vyhodnocovány, neboť jsou cenným zdrojem informací pro plánování a neocenitelným pomocníkem při operativním rozhodování.

Obr. 1.

Případy, kdy je systém podle obr. 1 (jedno z možných řešení telematického systému řízení dopravy) vybudován celý „na zelené louce“, se téměř nevyskytují. Jeho jednotlivá střediska jsou obvykle zřizována postupně, podle důležitosti, kterou zřizovatel systému přikládá té které makrofunkci. Proto zpravidla pracují i s různou úrovní technického zabezpečení poplatnou době, kdy středisko vznikalo. Aby byly negativní důsledky takového vývoje co nejmenší, je nutné co nejdříve stanovit základní koncepci systému, a to včetně koncepce komunikačních kanálů a přenosů dat.

2. Komunikační systémy v dopravní telematice

2.1 Hlavní směry komunikace
Je patrné, že operace spojené se získáváním, zpracováváním a přenosem tvoří podstatnou část činnosti systémů dopravní telematiky. Z průzkumu prováděného na Fakultě dopravní ČVUT v Praze i ze zahraničních zkušeností vyplývá, že náklady na přenos dat tvoří přibližně polovinu nákladů na provoz telematického systému.

Na obr. 1 jsou spolu s prvky systému ukázány také základní komunikační vazby, které mohou být v systémech dopravní telematiky využívány. Ve skutečnosti jsou naznačené komunikační trasy tvořeny mnoha hierarchickými komunikačními systémy, sahajícími od čidel a terminálů až k řídicím systémům a dispečinkům.

Čtyři hlavní směry komunikace obsažené v obr. 1 přitom jsou:

  • vnitřní komunikace v telematickém systému, která zajišťuje přenos dat mezi středisky,

  • komunikace s tzv. terminátory, což jsou objekty nebo systémy mimo telematický systém (policie, státní správa apod.),

  • komunikace s uživateli systému (obyvateli města, cestující veřejností),

  • technická komunikace s řídicími a senzorovými systémy podřízenými jednotlivým střediskům.

Podívejme se dále, jak se tyto směry uplatňují při zajišťování makrofunkcí městského telematického systému uvedených v kap. 1.

2.2 Řízení provozu na městských komunikacích
Pro vlastní řízení provozu na komunikacích je charakteristický značný podíl technické komunikace různého druhu – prostředků pro řízení dopravy, senzorů a kamer. Protože se jedná o historicky nejstarší telematickou aplikaci v silniční dopravě, lze se zde setkat s velkou roztříštěností použitých technologií (různé typy řadičů křižovatek) a častou orientací na firemní přenosové protokoly i nestandardní prostředky fyzické vrstvy, jako jsou speciální modemy apod. Dopravní řídicí centrum řídící provoz na městských komunikacích je také typické vysokým podílem komunikace s ostatními středisky systému. Bez informací o okamžitém stavu provozu se neobejdou ani všechny ostatní makrofunkce telematického systému. Totéž platí o terminátorech, tedy o spojení se subjekty mimo telematický systém.

2.3 Poskytování dopravních informací
Jde o středisko charakteristické velkým podílem komunikace s veřejností, a tedy širokým využitím veřejných komunikačních systémů, jako jsou veřejné telefonní a datové sítě nebo média masové komunikace. Značný je i podíl komunikace s ostatními středisky, neboť právě na základě z nich získaných dat jsou připravovány informace pro veřejnost.

2.4 Parkování
Parkovací systémy, dnes již většinou automatické, využívají vnitřní technickou komunikaci. Informace o možnostech parkování jsou předávány středisku poskytování dopravních informací a nutná je i komunikace se střediskem řízení provozu.

2.5 Veřejná doprava
Objem komunikace ve středisku veřejné dopravy závisí na tom, zda toto středisko městskou dopravu přímo řídí, nebo zda pouze koordinuje externí dopravce. V případě, že středisko veřejné dopravy je integrováno s dopravním dispečinkem, zajišťuje i operativní řízení městské veřejné dopravy; podíl technické komunikace, zvláště mobilní, roste. Typickým příkladem je bezdrátová komunikace krátkého dosahu pro preferenci vozidel veřejné dopravy.

2.6 Dohled a varování
Tuto oblast charakterizuje velký podíl technických komunikací při přenosu obrazů a videosekvencí (dohlížecí kamery). Původní orientace na analogové přenosy se v poslední době mění ve prospěch digitálně přenášeného a zaznamenávaného obrazu. Důležitá jsou opět vnitřní propojení se středisky řízení provozu, poskytování informací a bezpečnostních a záchranných systémů.

2.7 Bezpečnostní a záchranné systémy
Bezpečnostní a záchranné systémy charakterizuje komunikace s veřejností a nutnost spolehlivého spojení s ostatními systémy, které jsou jim v případě potřeby podřízeny.

2.8 Elektronické platby
Elektronický výběr poplatků v ČR je dosud rozšířen jen málo. Ve světě je v této oblasti velký podíl komunikací s technickými prostředky pro výběr mýtného, které dále komunikují s jedoucím vozidlem prostřednictvím bezpečného kanálu DRSC (Dedicated Short Range Communication). Stejně důležité je spojení s terminátory, s jejichž pomocí je realizována bezhotovostní platba.

2.9 Přeprava zboží a nákladů
Střediska nákladní přepravy jsou spíše koordinačními centry bez vlastních technických prostředků s důrazem na komunikaci s ostatními středisky a terminátory, zejména s policií a veřejnou správou.

2.10 Správa dopravní infrastruktury
Středisko správy infrastruktury je také spíše koordinačním centrem a platí o něm totéž, co již bylo řečeno o přepravě zboží a nákladů.

2.11 Funkce (systémy) ve vozidle
Podobně jako u makrofunkce elektronické platby se při předávání dat do systémů ve vozidle počítá s komunikací při jeho průjezdu komunikačním portálem (short range communication).

2.12 Sběr a správa dat
Pro centrum sběru a správy dat je prioritní komunikace se všemi částmi telematického systému. Zpracovaná data mohou být dále poskytována některým terminátorům.

3. Základní úvahy o integraci komunikačních sítí v dopravní telematice

3.1 Potřeba standardizace prostředků pro přenos
Různorodost komunikačních prostředků je v oblasti dopravní telematiky historickým fenoménem. Důsledkem jsou zvýšené náklady na budování, provoz, rozšiřování i údržbu telematických systémů. Na standardizaci na úrovni Evropské unie se v současné době pracuje v rámci standardizačního orgánu CEN (Comité Européen de Normalisation), resp. jeho technické komise TC 278 Road Transport and Traffic Telematics. Jejich výsledkem je množství standardů, které jsou, po odsouhlasení, závazné pro členské státy, a tedy i pro ČR. Zabývejme se však možností integrace datových sítí v telematice z technického hlediska.

Obr. 3.

Na obr. 2 je ukázán známý model obecného komunikačního systému ISO/OSI (International Organization for Standardization/Open Systems Interconnection). Jak již bylo řečeno, mohou být technické prostředky, které v telematice realizují funkce dolních vrstev modelu, velmi rozmanité. Případ od případu se liší také formáty a protokoly (linková a relační vrstva). Je to dáno historickým vývojem a odlišností jednotlivých firemních standardů. Při vytváření skutečně komplexního telematického systému tedy odborníci stojí před problémem vzájemné kompatibility technických prostředků, protokolů a formátů.

Prvním úkolem tedy je najít úroveň (např. vrstvu v modelu ISO/OSI), na které bude sjednocení nejvhodnější. Co se týče přenosů dat, je z hlediska využití technických prostředků a splnění požadavků na modularitu systému vhodné, aby vrstva, na které dojde ke sjednocení, ležela v modelu ISO/OSI co možná nejníže. Proti tomuto požadavku ale stojí technické a ekonomické důvody výstavby komunikačních kanálů i konstrukce samotných zařízení, které na nižších hierarchických úrovních (připojení senzorů) nepotřebují využívat složité a výkonné protokoly a formáty.

Jako téměř ideální kompromis se ukazuje sjednocení na úrovni transportní vrstvy modelu ISO/OSI. Tato vrstva se stala vhodnou pro sjednocení zvláště díky masivnímu rozšíření internetových technologií. Transportní protokoly TCP/IP a UDP/IP se staly standardem, který lze přenášet širokou škálou technických prostředků fyzické vrstvy. Navíc výrobci měřicí a řídicí techniky vybavují svá zařízení stále častěji rozhraním sítě Ethernet i protokoly TCP/IP a UDP. To slibuje, že homogenizace sítě bude postupovat ke stanicím na stále nižší hierarchické úrovni. Výhodou je i velká odolnost nespojované sítě linkové vrstvy využívající protokol IP. Další výhodou je podpora ve všech operačních systémech, velké množství vývojových prostředků i aplikací, z nichž mnohé jsou přímo použitelné pro účely dopravní telematiky.

3.2 Návaznost na správu dat
Významnou výhodou internetových technologií je existence a všeobecná dostupnost spolehlivých a výkonných prostředků umožňujících návaznost komunikací na správu dat.

Dopravní telematika, vyznačující se širokou škálou získávaných dat, která běžně zahrnují např. zvuk, snímky nebo obrazové sekvence, vyžaduje obecný a úsporný formát podporovaný prezentačními i databázovými aplikacemi.

Takovým formátem je XML, který se v současné době stává neoficiálním standardem pro prezentaci dat ve velkých informačních systémech. Návaznost XML na internetové technologie je dalším argumentem pro jejich využití. Ve vyšším stadiu schvalování je standard ISO/DIS 14817 Informační a řídicí systémy v dopravě – Požadavky na datový registr a datové slovníky, který je založen na aplikaci XML.

4. Skutečná řešení

Teoretické úvahy uvedené v předchozí části příspěvku musí být pro použití v praxi podpořeny technickým řešením, které požadovanou integraci datové sítě na bázi protokolu IP umožní. Využití internetových technologií by mělo být při budování vnitřní komunikace mezi středisky telematického systému samozřejmé. Na těchto technologiích je založena také většina veřejných datových sítí (internet, GPRS). Často řešenou otázkou bývá využití těchto technologií v technických komunikacích s řídicími systémy a senzory. Právě zde však je možné využít výhody aplikací, které lze díky internetovým technologiím realizovat, a to při:

  • dálkové správě aplikace (zařízení),
  • dálkové aktualizaci (upgrade) softwaru.

Dálková správa je v telematice důležitá hlavně z toho důvodu, že fyzický přístup k zařízení umístěnému v dopravním systému často vyžaduje nákladná a obtížně uskutečnitelná opatření (uzavírky komunikací apod.). Internetové technologie zde poskytují velké množství komerčních aplikací na různých úrovních vybavenosti a zabezpečení.

Dálková aktualizace softwaru je výhodou při rozšiřování nebo úpravě telematického systému z podobných důvodů, které byly uvedeny v předešlém odstavci.

Instalovat výkonné a složité komunikační prostředí do každého senzoru by však nebylo efektivní. V takovém případě je výhodné integrovat lokální řízení s dálkovou komunikací v zařízení nazývaném koncentrátor dat (datový koncentrátor), lépe však komunikační server.

Základní vlastnosti tohoto zařízení musí být takovéto:

  • velký výpočetní výkon,
  • variabilita komunikačních rozhraní,
  • velká spolehlivost (provoz bez obsluhy),
  • malé rozměry,
  • dostatečná odolnost proti vlivům prostředí.

Uvedeným požadavkům obecně vyhovuje miniaturní průmyslový počítač typu PC. Výpočetním výkonem se dnes může srovnávat s běžnými stolními modely a jediným omezením je nutnost použít procesor, který nevyžaduje aktivní chladič. Modely specializované pro použití jako komunikační server mají větší počet různých komunikačních portů (Ethernet, RS-232, RS-485 apod.), než je běžné. V případě požadavku na nestandardní rozhraní je možné do počítače doplnit rozšiřující kartu formátu PC/104. Velká spolehlivost je dána konstrukcí přístroje. Využívá flash disk, a nemá tedy žádné pohyblivé části. Standardem je hlídací obvod (watchdog), který zajistí obnovení funkce i při zhroucení programu zapříčiněném vnějšími vlivy (rušení, výpadky napájení).

Důležitá je volba operačního systému. Zkušenosti ukazují, že nejlépe vyhovuje minimalizovaná verze některé z distribucí operačního systému Linux. Spolehlivost softwaru je také nutné podpořit jeho vhodnou koncepcí. Osvědčil se např. speciální hlídací démon (zajištěný hlídacím obvodem typu watchdog), který testuje chod ostatních spuštěných procesů a v případě, kdy by nastalo jejich „zamrznutí“, je znovu spustí. Jiným opatřením je vhodné rozdělení flash disku a práce s RAM diskem.

Aplikace miniaturního průmyslového PC v telematice je popsána v tomto čísle časopisu na str. 27: IPC je použit jako řídicí jednotka radarového senzoru.

5. Závěr

Zajímavostí oboru dopravní telematika je, že se i přes překotný technický rozvoj daří pracovat na jeho standardizaci, a to i v mezinárodním měřítku. V ČR se této činnosti věnují odborné sekce Sdružení pro dopravní telematiku. Tato asociace zahrnuje subjekty veřejné i soukromé sféry a je její zásluhou, že ČR v tomto oboru získala etablované místo mezi evropskými státy.

Komunikační síť je důležitou součástí všech telematických systémů. V příspěvku jsme se pokusili alespoň naznačit, s jakými předpoklady je třeba přistupovat k jejímu návrhu.

Literatura:

[1] KRAUS, K. – PŘIBYL, P. – NOVÁK, M.: Koncepce řízení dopravy – příklad přístupu pro zpracování. In: Sborník semináře FD ČVUT– Eltodo, Praha, listopad 1996.

[2] PŘIBYL, P. a kol.: Studie dopravní telematiky na území hl. m. Prahy. Praha, Eltodo EG, červen 2002.

Ing. Otto Havle, CSc.,
FCC Průmyslové systémy
(havle@fccps.cz)

Inzerce zpět