GPS pro lokalizaci vozidel MHD před semafory?
NÁVŠTĚVNOST


GPS pro lokalizaci vozidel MHD před semafory?


02.10.2006 - Inframajáky nebo GPS? Je satelitní navigace použitelná pro lokalizaci autobusů před světelnými signalizacemi a jejich preferenci? Stránky Preference pražských tramvají provedly test, který rámcově ověřil základní předpoklad GPS pro jeho využití - přesnost. A také porovnaly další vlastnosti systému GPS s inframajáky, pro které se rozhodla Praha.

Pro aktivní detekci (lokalizaci) vozidel MHD před signalizacemi je v Praze používán výhradně systém inframaják-radiosignál, který byl od konce 80. let aplikován v Německu. Tento systém vyžaduje výstavbu infrastruktury v blízkosti křižovatek a vybavování vozidel mobilní částí zařízení.

Aktivní detekce

Způsob detekce, který je založen na vysílání signálů vozidlem do SSZ, se nazývá aktivní detekce. Pro rozšiřování preference autobusů je podmínkou. Oproti tomu pouhé snímání průjezdu vozidla se nazývá pasivní detekce (běžná je u tramvají pomocí trolejových kontaktů).

Aktivní detekce je v Praze nyní založena na systému inframaják-radiosignál. Inframaják je zařízení u komunikace, které slouží k definování polohy vozidla. Ta probíhá ještě před přihlášením vozidla k SSZ, aby se následně vozidlo přihlásilo a odhlásilo k signalizaci v určeném bodě. Přihlašování a odhlašování probíhá prostřednictvím radiostanice. Vozidlo MHD si zároveň nárokuje stupeň preference (1-3) podle polohy vůči jízdnímu řádu, která se ověřuje v palubním počítači.

V Praze nyní funguje preference autobusů při použití tzv. aktivní detekce inframaják-radiosignál na 19 signalizacích. Mobilním zařízením je v tuto chvíli vybaveno kolem 250 autobusů.

Je to však nutné? Jak dříve informovaly stránky Preference pražských tramvají, každé vozidlo MHD je po přechodu na digitální dispečerskou síť nyní vybaveno vysílačkou s přijímačem GPS.

Zařízení se nyní využívá pro dispečerské účely - dispečer může zjistit aktuální polohu vozidla.

GPS má přitom mnohostranné využití. A nabízí se i pro preferenci MHD, konkrétně pro lokalizaci vozidel MHD před světelnými signalizacemi, na kterých je vhodné zajistit vozidlům MHD přednostní volbu signálu volno. V okamžiku, kdy zařízení GPS ve vozidle zjistí, že se nachází v určené poloze, vydá pokyn k zahájení radiokomunikace se signalizací, na jehož konci bude požadovaný preferenční zásah pro vozidlo MHD.

V čem ale může být problém? Nutným předpokladem pro funkčnost systému je jeho přesnost. Tedy schopnost s minimální odchylkou určit polohu vozidla tak, aby se autobus například nepřihlásil k SSZ příliš pozdě, nebo aby se neodhlásil od SSZ ještě před průjezdem stopčárou.

Přesnost GPS zpochybnil časopis DP-Konkakt.

CO NAPSAL DP-KONTAKT V KVĚTNU 2006 O GPS

„Jsme si vědomi toho, že systém GPS je perspektivní, a do budoucna počítáme i s jeho využitím. Doposud se však obecně uznává, že přesnost určení polohy pomocí tohoto systému je okolo 10 m, a to ještě za velmi příznivých podmínek. V podmínkách hustší zástavby a podobně se však pohybuje okolo 40 až 50 m. Nicméně ani tuto hodnotu nemůže nikdo prozatím stoprocentně zajistit. Teprve s pozdějším nasazením systému GALILEO jistě dojde ke zpřesnění – asi až dvojnásobnému. A zda pak bude tento systém vhodný a použitelný i v podmínkách města Prahy, ukáží další pokusy. (Už dnes se ukazuje, že v některých, zejména okrajových částech Prahy, je a bude tento systém perspektivní). S jeho plným uplatnění však lze počítat až někdy kolem roku 2012.“

oddělení Rozvoj a preference dopravy dopravního úseku DP

Pokud chceme posuzovat použitelnost GPS z pohledu přesnosti, je třeba nejprve určit, jakou přesnost považujeme pro preferenci autobusů na SSZ za dostatečnou.

Aby signalizace mohla provádět kvalitní preferenční zásahy, je třeba dosáhnout přesnosti kolem ±10 m. Při horší přesnosti je třeba si uvědomit, že je nutné vnášet do systému rezervy, které v důsledku zpomalují řízení signalizace a snižují účinnost preference MHD. Zvláště na zatížených křižovatkách je tedy přesnost horší než ±10 m sice použitelná, avšak ne příliš vhodná.

GPS-radiosignál

Pokud by takový systém v Praze existoval, jak by mohl hypoteticky fungovat?

  • GPS přijímač předává v sekundových intervalech do palubního počítače aktuální souřadnice vozidla.
  • Palubní počítač porovnává souřadnice s databází souřadnic bodů přihlášení k SSZ.
  • V případě zjištění shody palubní počítač ověří polohu vozidla vůči jízdnímu řádu a zvolí stupeň preference.
  • Radiostanice vysílá signál s preferenčním nárokem do řadiče SSZ.
  • Po zjištění shody pro bod odhlášení následuje analogickým způsobem odhlášení od SSZ.

Stránky Preference pražských tramvají se rozhodly přesnost systému rámcově ověřit ve třinácti vybraných bodech, kde byla testována přesnost lokalizace dle GPS. V každém bodě byly GPS přijímačem v různých dobách pořizovány souřadnice, které byly následně pro určení přesnosti vzájemně porovnávány.

Místa byla vybírána tak, aby byla zjišťována přesnost systému v různých podmínkách. Pro přesnost je u GPS klíčový výhled na oblohu. Přijímač GPS totiž potřebuje být v přímém, tedy například zástavbou nerušeném kontaktu s navigačními družicemi. Pro určení polohy potřebuje mít spojení nejméně se třemi satelity. Avšak čím více jich je, tím přesnější údaj o poloze lze získat.

Ideální, zcela otevřená krajina bez kopců a bez zástavby se Praze v blízkosti křižovatek téměř nevyskytuje. Charakteristickým prostorem, v němž je provozována autobusová MHD je sídliště s širokými ulicemi, obvykle mnohapatrovými objekty a zelení. A především taková místa byla zvolena pro testování. Pro ještě větší reálnost byly body měření zvoleny přímo do míst stávajících nebo předpokládaných detektorů vozidel MHD.

Dále byla přesnost ověřována i s ohledem na možnost výhledového použití GPS pro lokalizaci tramvají, které se, na rozdíl do autobusů, pohybují více v centru města, v úzkých ulicích sevřených zástavbou.

Přesnost GPS byla testována na těchto křižovatkách s provozem autobusů:

Branická - Modřanská (SSZ se stávající preferencí autobusů, detekce inframaják-radiosignál)
Klapkova - Střelničná (SSZ se stávající preferencí autobusů, detekce inframaják-radiosignál)
Kobyliské náměstí (SSZ se stávající preferencí autobusů, detekce inframaják-radiosignál)
Mariánská - U Koupadel (zatím neexistující plánované SSZ)

Přesnost GPS byla testována na těchto křižovatkách s provozem tramvají:

Plynární - Komunardů (SSZ se stávající preferencí tramvají, detekce trolejovými kontakty)
Strossmayerovo náměstí (SSZ se stávající preferencí tramvají, detekce trolejovými kontakty)
U Výstaviště - Dukelských hrdinů (SSZ se stávající preferencí tramvají, detekce trolejovými kontakty)

Postup měření

Měření proběhlo na amatérském GPS přijímači Garmin eTrex Legend C. Byla využita funkce zařízení, která umožňuje ukládání souřadnic aktuální polohy a následný export do PC. Ukládání bylo prováděno v klidu, což mohlo být ve složitějších místech výhodnější než pro jedoucí vozidlo, protože zařízení mělo dostatek času na zahájení komunikace s případnou 'novou' družicí. Měření bylo prováděno ve výšce cca 1 metr, což mohlo být naopak méně výhodné, protože z antény na střeše autobusu (cca 2,5 m) může být výhled na oblohu příznivější.

V případě, že se některé z pořízených měření výrazně lišilo od ostatních pořízených souřadnic, bylo toto měření označené za chybné a vyřazeno. V případě takové události v reálném provozu by se autobus pravděpodobně nepřihlásil nebo neodhlásil k SSZ, čímž by vozidlu fakticky nebyl přidělen nebo včas ukončen preferenční zásah.

Seznam bodů a výsledky měření

SSZ Branická - Modřanská
BRM-BPZC: blízký přihlašovací detektor z centra, výjezd ze zastávky Přístaviště
Poloha: hranice zastávkového zálivu a pravého jízdního pruhu
Charakter: široká ulice, údolí, vzdálená středně vysoká zástavba
Počet měření: 8 (z toho 1 vyřazeno)
Průměrná odchylka: 2,6 m
Maximální odchylka: 7,8 m
BRM-VPDC: vzdálený přihlašovací detektor do centra, vjezd do zastávky Přístaviště
Poloha: osa zastávkového pruhu
Charakter: užší ulice, údolí, blízká středně vysoká zástavba, bližší vyšší zeleň
Počet měření: 8
Průměrná odchylka: 7,9 m
Maximální odchylka: 15,7 m
BRM-VPZC: vzdálený přihlašovací detektor z centra, vjezd do zastávky Přístaviště
Poloha: osa zastávkového zálivu
Charakter: široká ulice, údolí, vzdálená středně vysoká zástavba
Počet měření: 7
Průměrná odchylka: 4,5 m
Maximální odchylka: 9,5 m
SSZ Klapkova - Střelničná
KLS-OOK: odhlašovací detektor od zastávky Kobylisy, stopčára SSZ
Poloha: osa pravého jízdního pruhu
Charakter: široká ulice, blízká středně vysoká a vysoká zástavba, vzdálená vyšší zeleň
Počet měření: 8
Průměrná odchylka: 3,7 m
Maximální odchylka: 7,9 m
SSZ Kobyliské náměstí
KON-OOK: odhlašovací detektor od zastávky Kobylisy, přechod SSZ
Poloha: osa pravého jízdního pruhu
Charakter: široká ulice, blízká středně vysoká zástavba, vzdálená vyšší zeleň
Počet měření: 8
Průměrná odchylka: 3,4 m
Maximální odchylka: 7,0 m
KON-POK: přihlašovací detektor od Kobylisy, přechod za zastávkou Kobylisy
Poloha: osa pravého jízdního pruhu
Charakter: široká ulice, blízká středně vysoká a vysoká zástavba, vzdálená vyšší zeleň
Počet měření: 8
Průměrná odchylka: 2,6 m
Maximální odchylka: 6,5 m
Plánované SSZ Mariánská - U Koupadel
MUK-ODC: odhlašovací detektor od Sídliště Lhotka do centra
Poloha: předpokládaná stopčára SSZ, osa pravého jízdního pruhu
Charakter: široká ulice, blízká nízká zástavba, vzdálená vysoká zástavba, blízká vyšší zeleň
Počet měření: 9
Průměrná odchylka: 3,2 m
Maximální odchylka: 4,0 m
MUK-VPZC: vzdálený přihlašovací detektor z centra, vjezd do zastávky Lhotka
Poloha: osa zastávkového zálivu
Charakter: široká ulice, blízká nízká zástavba, vzdálená vyšší zástavba, vzdálená vyšší zeleň
Počet měření: 9
Průměrná odchylka: 4,0 m
Maximální odchylka: 10,8 m
SSZ Plynární - Komunardů
PLK-OONH: odhlašovací detektor od Nádraží Holešovice
Poloha: stávající odhlašovací kontakt
Charakter: úzká ulice, blízká středně vysoká zástavba z jedné strany, blízká vyšší zeleň
Počet měření: 10
Průměrná odchylka: 11,5 m
Maximální odchylka: 33,8 m
PLK-PKNH: přihlašovací detektor k Nádraží Holešovice
Poloha: stávající přihlašovací kontakt
Charakter: úzká ulice sevřená zástavbou, blízká vyšší zeleň
Počet měření: 10 (z toho 1 vyřazeno)
Průměrná odchylka: 9,7 m
Maximální odchylka: 17,3 m
SSZ Strossmayerovo náměstí
SNA-BPOS: blízký přihlašovací detektor od nábřeží Kapitána Jaroše
Poloha: stávající blízký přihlašovací kontakt
Charakter: úzká ulice sevřená zástavbou
Počet měření: 5 (z toho 1 vyřazeno)
Průměrná odchylka: 15,0 m
Maximální odchylka: 29,2 m
SNA-OOH: odhlašovací detektor od Kamenická
Poloha: stávající odhlašovací kontakt
Charakter: úzká ulice sevřená zástavbou
Počet měření: 4
Průměrná odchylka: 23,4 m
Maximální odchylka: 30,8 m
SSZ U Výstaviště - Dukelských hrdinů
VYS-VPDC: vzdálený přihlašovací detektor od zastávky Nádraží Holešovice
Poloha: stávající vzdálený přihlašovací kontakt
Charakter: široká ulice, vzdálená středně vysoká zástavba, vzdálená vyšší zeleň
Počet měření: 8
Průměrná odchylka: 1,7 m
Maximální odchylka: 4,1 m

Kompletní výsledky měření a výpočty zde (formát XLS).

Výsledky měření naznačují, že systém GPS je obecně použitelný pro preferenci autobusů a je tedy schopný zajistit lokalizaci vozidel namísto inframajáků. V místech charakteristických pro provoz autobusů se průměrná odchylka měření pohybuje pod 5 m, maximální odchylka ve většině případů pod 10 m.

Nižší přesnost byla zaznamenána v místě přihlašovacího detektoru SSZ Branická - Modřanská ve směru do centra, který je více sevřený zástavbou (průměrná odchylka: 7,9 m, maximální odchylka: 15,7 m). V tomto případě je vhodné aplikovat pro přihlašování větší toleranci, například ±18 m, přičemž přihlášení vozidla je možné navíc vázat na otevření dveří v zastávce Přístaviště, které registruje palubní počítač.

Z měření na signalizacích s provozem autobusů byl zároveň vyřazen jeden bod (SSZ Branická - Modřanská, blízký přihlašovací detektor z centra), který se souřadnicemi výrazně lišil od ostatních pořízených měření ve stejném místě. V případě takové události v reálném provozu by se autobus pravděpodobně nepřihlásil k SSZ. V tomto konkrétním případě by však mohlo být využito přihlášení na vzdáleném detektoru.

Lokalizace vozidel před SSZ

Systém inframajáků

Inframajáky jsou zařízení rozmístěná podél tras linek MHD. Obvykle se osazují na sloup veřejného osvětlení nebo SSZ do výšky 2,5 až 3 m nad vozovkou a jsou nasměrovány proti přijíždějícímu vozidlu. Umísťují se do dostatečné vzdálenosti před křižovatkou tak, aby se vozidlo následně stihlo s předstihem přihlásit k SSZ. Inframaják předá projíždějícímu vozidlu informace, jež definují polohu vozidla.

Systém GPS

Globální polohový systém (Global Positioning Systém), používá 24 navigačních družic (+3 záložní), které jsou vybavené přesnými hodinami a vysílačem signálu. Další segment tvoří pozemní stanice. Poloha vozidla se určí vyhodnocením doby dopravy signálu z družic do přijímače GPS, kterým je vozidlo vybavené. Pro výpočet polohy stačí, když přijímač zachytí signál alespoň tří družic. Čím více jich však je, tím lépe. Družice provozuje NASA a jejich využití je bezplatné. Poloha vozidla je propočítávána v sekundových intervalech. Přesnost se pohybuje do deseti metrů.

Systém Galileo

Evropský konkurent je založený na stejném principu. Podobně jako americký GPS nebo ruský Glonass se skládá ze sítě satelitů a pozemních stanic. Družic bude 27 (+3 záložní). Podle předpokladů bude Galileo kompatibilní s GPS i s Glonass. Každému držiteli přijímače by měl určit aktuální polohu s přesností lepší než jeden metr. Dobudování systému se předpokládá v roce 2008.

Co se týče tramvají, které se hodně pohybují v úzkých ulicích sevřených zástavbou, měření ukázalo, že je pro ně GPS v současné době nepoužitelný.

Pokud se ale vrátíme k autobusům, je třeba porovnávat další vlastnosti GPS a inframajáků, abychom se přiblížili odpovědi, který systém je výhodnější.

1. Výstavba a údržba infrastruktury

GPS. Infrastrukturu tvoří 24 navigačních družic, které provozuje NASA. Fungují pro uživatele zdarma. Ti se nestarají o výstavbu, údržbu a opravy systému. Na obdobném principu bude fungovat také kompatibilní evropský systém Galileo.

Inframaják. Uživatel musí instalovat inframajáky na všech vjezdech s preferencí autobusů. Výstavbu systému, jeho údržbu a opravy hradí uživatel. Pro vybavení 65 křižovatek bylo a bude třeba instalovat a udržovat odhadem kolem 150 inframajáků.

2. Pružnost systému

GPS. Snadněji, pouhou softwarovou úpravou, se dokáže přizpůsobit změnám provozu. Například úpravě tras autobusů, změně polohy zastávek.

Inframaják. Je méně pružný a v řadě případů změn v provozu je třeba provádět nejen softwarové úpravy, ale zároveň inframajáky přemísťovat.

3. Vybavení autobusů

GPS. Přijímač GPS je součástí digitální radiostanice, kterou jsou nyní vybaveny všechny autobusy MHD v Praze. Není nutné pořizování dalšího zařízení pro lokalizaci.

Inframaják. Je nutné autobusy vybavovat zařízením, které komunikuje s inframajáky.

Z tohoto velmi hrubého porovnání se systém GPS jeví výhodnější pro lokalizaci autobusů MHD z pohledu ekonomického a také se zdá že i užitné vlastnosti zařízení jsou vyšší než v případě inframajáků. Zároveň je třeba zmínit i budovaný evropský navigační systém Galileo, který bude s GPS kompatibilní a zajistí dokonce vyšší přesnost lokalizace.

Preference BUS na SSZ při použití detekce inframaják-radiosignál

Počet SSZ: 19
Vybaveno BUS: cca 250 (?)
Dodavatel: Eltodo dopravní systémy s.r.o.

Cíle projektu (dle DP-Kontaktu)

Počet SSZ: dalších 45 (navýšení na 64)
Vybaveno BUS: dalších cca 250 (navýšení na 508)
Celkové náklady: 64 792 644 Kč
Financování: Dopravní podnik a fondy EU
Tramvaje: 32 vozidel a 5 SSZ (zkušebně)
Realizace: do května 2008

Přesto nyní existuje snaha vybavovat desítky křižovatek a stovky autobusů dalším zařízením.

Co se týče provozu tramvají, i zde by mělo podle časopisu DP-Kontakt započít testování systému inframaják-radiosignál (rok 2008). Je otázkou, co nového by měl tento systém do preference přinést, když nyní je detekce tramvají spolehlivě zajišťována trolejovými kontakty.

Možné změny se ukazují dvě. V křižovatkách s větvením tratí, kde není před signalizací zastávka ani splítka, není v současné době zajištěna včasná směrová detekce tramvaje, protože tramvaj si přestavuje výhybku a přihlašuje detektorem pro rozlišení směru jízdy jen s cca 5 sekundovým předstihem před stopčárou SSZ. V případě inframajáků lze zajistit rozlišení směru jízdy tramvaje s libovolným předstihem nezávisle na systému ovládání výhybek.

Další změnou by byla volba stupně preference, kde by například tramvaje jedoucí načas byly preferovány méně než tramvaje zpožděné. Ve výsledku by však takový přístup měl za následek větší zdržení tramvají před SSZ a zvýšení energetické náročnosti provozu. Navíc není reálné na řadě složitých křižovatek vícestupňovou preferenci aplikovat z provozních důvodů a pro její softwarovou náročnost.

Preference autobusů a mýtné

Co mají tyto dvě věci společného? V případě volby systému mýtného na českých dálnicích a silnicích byla totiž také zvolena technologie, která vyžaduje náročnou výstavbu infrastruktury na komunikacích. DSRC (Dedicated Short Range Communication), tedy mikrovlnný systém používaný v Rakousku, vyžaduje výstavbu tzv. mýtných bran. GNSS (Global Navigation Satelite System), který se používá v Německu, je naopak založen na satelitní navigaci a infrastrukturu tvoří družice. V Česku byl vybrán mikrovlnný systém a tak do konce roku 2006 mají stát na českých komunikacích dvě stovky mýtných bran. Evropa přitom směřuje k moderní satelitní navigaci a za tím účelem buduje vlastní systém Galileo, který bude kompatibilní s GPS.

Pro dokreslení: v případě mikrovlnného i satelitního mýtného je třeba vybavovat vozidla podléhající placení mobilním zařízením. Pro preferenci MHD je rozdíl mezi oběma modely ještě markantnější, protože vozidla MHD jsou už nyní mobilním zařízením vybavena. Jen se pro preferenci nevyužívají.

Za perspektivní lze považovat spíše další zavádění komplexní bodové i liniové preference na celé síti, která zajistí výraznou eliminaci zdržení a další úpravu jízdních řádů na 'plynulý' průjezd tramvají (zkracování jízdních dob), čímž budou značně eliminována i možná předjetí.

Je otázkou, zdali by bylo přínosné zavádět překonaný systém inframaják-radiosignál do tramvajového provozu. Zvláště když nejčastěji používané trolejové kontakty PTK1 vykazují dlouhodobě vysokou spolehlivost.

Spíše se nabízí pokračování realizace finančně nenáročných trolejových kontaktů do doby, kdy se třeba ukáže jako výhodnější jiná technologie lokalizace tramvají, která přinese opravdu podstatné zlepšení a mnohostranné využití.

Je zřejmé, že ověřování spolehlivosti lokalizace pomocí GPS bylo stránkami Preference pražských tramvají testováno na poměrně malém vzorku a je třeba, aby proběhla další podrobná testování, která nejsou v možnostech autorů stránek. Možnosti satelitní navigace by měl zkoumat především Dopravní podnik a není vyloučeno, že určitá měření již prováděl.

V době, kdy probíhá v dopravě boom satelitní navigace, která například dokáže velmi přesně navádět motoristy křižovatku po křižovatce k cíli, vyvolává pochybnosti, že pro zavádění preference autobusů na SSZ dostávají přednost jednoúčelová překonaná zařízení před moderním systémem, jehož víceúčelovost přináší zjednodušení a zřejmě také ekonomické úspory.



[Akt. známka: 0,00 / Počet hlasů: 8] 1 2 3 4 5

Komentáře: 12 | Přidat komentář | Informační e-mail Vytisknout článek

Tento web je postaven na redakčním systému phpRS - © Pražské tramvaje 2004-2024