iii seminario sobre road pricing y...

Aplicaciones de valor añadido a los sistemas de a bordoUniversidad de Murcia

Valencia, 6 de Octubre de 20031

Antonio G. Skarmeta. Univ. MurciaBenito Ubeda Miñarro. Univ. Murcia

III SEMINARIO SOBREROAD PRICING

Y TECNOLOGÍAS DE SOPORTE



ITSAlgunas definiciones

ITS: Sistemas de transporte inteligentes.

Tecnologías involucradas:Electrónica, Informática, telecomunicaciones, aeroespacial, etc.

Aéreo Terrestre Marítimo

Carretera FerrocarrilITS-R

NOTA: En esta presentación nos centraremos en los sistemas de a bordo aplicados al transporte por carretera, en adelante, ITS-R.

Modos:



Descripción de los sistemasde a bordo del coche

ITS-R Descripción Sistemas de a bordo

Control interno del vehículo:

MotorCaja cambios

ABS

Control elementos externos:

Luces, ElevalunasClimatizador, Asientos

Etc.

Sistemas auxiliares encargados De proporcionar valor añadido

Seguridad, confort, infomovilidad, etc.

Navegadores: GNSSRoad Pricing

Telefonía móvil: GSM,GPRS,UMTSAudio,video

Etc.



ITS-R La telemática aplicada al transporte por

carretera

En esta presentación, nos referiremos a los sistemas inteligentes de a bordorelacionados con la informática y telecomunicaciones destinados a proporcionar servicios de valor añadido al vehículo en transporte por Carretera, ITS-R.



Telemática aplicada al transporte.Modelo típico de E-Servicios

Gestor“Management”

Proveedorservicios

Clientes Clientes

RedPSTN

Internet

ProvisiónConfiguraciónOperación

Sistemas de a bordo

Via de acesoInalámbrico Red interna al vehículo

Sensores,Actuadores,dispositivosServicio

de accesoEGNOS INS

CN

SBC



E-Servicios para ITS-RI

Relacionados con el estado del vehículo:Comprende comunicaciones con los dispositivos instalado a bordo del vehículoA través de las redes internas de éste. (CAN,LIN, Bluetooth, etc).

- Registro de eventos, caja negra..peritaje de accidentes, conducción errática, exceso de velocidad.

-Notificación de accidentes. Posición y hora.Accionamiento del airbag.

- Diagnóstico remoto de averías y telemantenimiento.Monitorización de componentes críticos dentro del vehículo para predecir y prevenir posibles fallos.Actualizaciones firware de determinados elementos.

- Desbloqueo de puertas de forma remota.- Detección de excesos de velocidad en función del tramo.-Matricula electrónica, etc.



E-Servicios para ITS-RII

Atención al conductor:Servicios dirigidos al conductor del vehículo. Proporcionan información a éste.

• Ayuda a la navegación en tiempo real: mapas de trafico, información meteorológica, etc.• Servicios basados en la localización. Información de hoteles, restaurantes, etc.• Información sobre disponibilidad de aparcamiento en los parking cercanos.

Atención a los pasajeros, Infomovilidad:-Audio, video- WAP, WLAN, Oficina móvil, correo electrónico, etc.- Puntos de interés.- Juegos.- Chat,- Etc.



E-Servicios para ITS-RIII

Gestión de flotas de vehículos:

Seguimiento y monitorización de la localización de cada vehículo en cada instante de tiempo.

-Se dispone en tiempo real de la localización, el estado y el kilometraje del vehículo.-Permite planificar la hora de entrega de las mercancías.-Logística para asociar conductores y vehículos.-Permite el seguimiento y localización de vehículos robados.-Etc.



E-Servicios para ITS-RIV

Relacionados con la seguridad vial:

- Navegación dinámica: Envío de datos del estado actual del trafico y condiciones de la carretera, en tiempo real.

- Sanción de excesos de velocidad, conducción temeraria, etc.- Suministro de información sobre los limites exactos de velocidad en el tramo

en que se encuentre el vehículo lo que permite una adaptación inteligente de ésta.- Información meteorológica, estado de carreteras, atascos, etc.



E-Servicios para ITS-RV

Relacionados con el pago de servicios.

- Road pricing: Sistemas de pago con tarificación por circular en determinadas vías. Nuevas propuestas de tarificación.

- Road tolling: Pago automático de peajes en determinadas autopistas. Se paga en determinados puntos, pero sin necesidad de detener el automóvil.

- Recargos en pólizas de seguro por circular en determinadas zonas de riesgo, etc.- Pago automático en gasolineras.



E-Servicios para ITS-RCliente

Podemos definir al cliente como los sistemas de a bordo del vehículo,provistos de una plataforma de software embebido que gestiona el acceso a la red interna de sensores, actuadores y controladores del vehículo.

El cliente es el vehículo. Para ello, se diseñan sistemas de a bordo hardware/software adecuados

Los sistemas de a bordo actuales incluirán:

- Punto de acceso para redes de comunicaciones inalámbricas, ( GSM, WAP, GPRS, UMTS, Bluetooth, etc.).

- Un entorno tipo PC embebido donde ejecutar las aplicaciones.- Puntos de conexión con la red interna del vehículo. (CAN, LIN, J1850, ).- Plataforma software con sistema operativo en tiempo real, idealmente.



Sistemas de a bordo.Cliente

En adelante, realizamos una revisión acerca de los sistemas de a bordo delVehículo relacionados con la plataforma cliente:Nuevos conceptos.Partes que los componenAplicaciones añadidas, etc.



OBU/ITS-R: Nuevo concepto

OBU

Redes celulares:2.5G,3G

Redes celulares:2.5G,3G

DSRCDSRC

Redes ISMIEEE802.11x

Bluetooth

Redes ISMIEEE802.11x

Bluetooth

COMUNICACIONESINALAMBRICASSENSORIZACION

INSDead-Reckoning

INSDead-Reckoning

GNSS/SBASGPS-GLONASS-GALILEO

EGNOS-WAAS-MSAS

GNSS/SBASGPS-GLONASS-GALILEO

EGNOS-WAAS-MSAS

MMW RadarLaser RadarMMW RadarLaser Radar

Sistema ElectrónicoEmbebido

INTERFACE

INTERFACE

INTERFACE

INTERFACE



ITS-R El sistema de a bordo ideal

Los futuros sistemas de a bordo deberían poseer los siguientes atributos:

- Multifuncional.- Cobertura universal.( Áreas urbanas, zonas interiores, túneles, etc.- Alta precisión.- Capacidad de posicionamiento absoluto.- Estandarizado, al menos en software.

Básicamente, estarán compuestos por:

- Sistema de posicionamiento global por satélite, GNSS/SBAS, y terrestre.- Enlace de comunicaciones móviles bidireccional.- Sensores inerciales de bajo coste.- Posibilidad de descarga de mapas según se requieran.-..-.. ¡¡ todo integrado en una unidad de a bordo de bajo coste!!



Sistemas ITSFactores de diseño

Por desgracia, el sistema ideal no existe.La solución actual consiste en diseñar los sistemas en función de la aplicación principal e ir procediendo a una interconexión de todos ellos.

Para ello tendremos en cuenta factores como los siguientes:•Precisión, disponibilidad, integridad, fiabilidad.•Cobertura: global, regional, local, urbana, etc.•Numero de posibles usuarios simultáneos.•Numero de medidas por segundo.•Coste de las unidades de a bordo.•Coste en infraestructuras de apoyo.•Resistencia a interferencias electromagnéticas intencionadas, “jamming”, o no, EMI.•Resistencia a la manipulación con fines fraudulentos.•Grado de autonomía.•Capacidad para soportar comunicaciones de datos con el ancho de banda adecuado.•Mantenimiento e instalación•Etc.



Futuros Sistemas de abordo.Hacia la integración.

PosicionamientoNavegación

ElectrónicaInternaControl

Seguridad

Comunicaciones

Vehículo

Sistemasactuales

ElectrónicaInternaControl

Seguridad

ComunicacionesPosicionamientoNavegación

SistemasFuturos

OBU



Sistemas de a bordoSoluciones

Puesto que la técnica nos ofrece:-Sistemas GNSS/SBAS.-Redes celulares de comunicaciones inalámbricas, CN.-Sensores inerciales a coste medio, INS.-Sistemas microprocesadores embebidos con gran capacidad de proceso.- Memorias no volátiles de alta capacidad.

Parece lógico que se tienda hacia la integraciónde todos ellos en una única unidad de abordo, OBU.



OBUConcepto

OBU

Hardware Software

RobustoFiableEconómico

Tiempo real.Multitarea.Reconfigurable.

A continuación describimos algunos de los elementos que incluye



OBU/ITS-RHardware

•SBC embebido de alta capacidad computacional.con memoria no volátil de alta capacidad.•Módulos de comunicaciones:

Red celular 2.5G/3GIEEE802.11xBluetoothDSRCInfrarrojos

•Sensores:De posicionamiento GNSS, INSOdométricosRadar MMW y/o LáserVídeo, audio, etc.

•Interfaz de usuario.•Batería de larga duración.



OBU/ITS-RHardware

SBC embebidos

CPU y Unidad de almacenamiento

SBC: Single Board Computer

-CPU adecuada

•Formato compacto.•Especificaciones industriales•En automoción: Temperatura, vibraciones, aceleración, etc.•Bajo consumo.•Bajo nivel de EMI



OBU/ITS-RHardware

Módulos de Comunicaciones

Tarjeta con Ethernet inalámbrica y GPRS

Punto de acceso inalámbrico



OBU/ITS-RHardwareSensores

Compás electrónico

Odometría.ABS

GNSS/SBASEGNOS/SISNeTGPSGLONASSGALILEO

FMCW Radar77 GHz

Orientación del vehículo respecto al Norte Posición absoluta del vehículo

Coordenadas ECEF y locales.VelocidadTiempo

Distancia de posiblesobstáculos en la trayectoria.Velocidad relativa

VelocidadDistancia recorrida.Etc.

INS

Inercial bajocoste



OBU/ITS-RHardware

Interfaz de usuario

-Pantallas planas de alta resolución para presentar mapas e información varia al conductor y ocupantes.



OBU/ITS-RHardware

Problema de las Interferencias Electromagnéticas, EMI

Los sistemas de a bordo se van a comportar como emisores de radiaciones electromagnéticasY a su vez como receptores de aquellas generadas por otros equipos.Se pueden ver, por tanto, afectados por determinadas fuentes de interferencias electromagnéticaque degradan su funcionalidad.Es necesario un estudio muy detallado de la compatibilidad electromagnética, EMC, de los sistemas de a bordo.

Estas fuentes pueden ser debidas a interferencias intencionadas, “jamming” o no intencionadas, emisiones espúreas de RF, ruido industrial.Los elementos mas susceptibles de verse afectados por las EMI son:

Sensores GNSS,Compás electrónicoenlaces comunicaciones inalámbricascentralita electrónica de control del propio vehículo: airbag, ABS, apertura de puertas, etc. .

SEE



OBU/ITS-RHardware

Fuentes de EMILas fuentes de EMI internas son:

Los relojes de los ordenadores de a bordoLa electrónica de los propios sensores.El ruido impulsivo generado en los determinados elementos eléctricos del motor, etc.

Las fuentes de interferencias externas mas típicas son emisiones:

Espúreas de los servicios de Radiodifusión y TV.De teléfonos móviles.En bandas ISMDe radar en bandas L y S,Señales de ruido captadas a través de los cables y conectores.Ruido atmosférico, rayos. etc.



OBU/ITS-RHardware

Soluciones ante el problema de las EMI

Las soluciones propuestas son varias, que en general encarecena estos sistemas:

- Blindaje de los diferentes sistemas, SBC, sensores, etc.- Adecuada ubicación de las antenas en el vehículo.-Adecuada ubicación de sensores críticos como el compás electrónico.- Uso de antenas inteligentes.-Filtros específicos en líneas de alimentación y de transmisión de señal.- Etc.

Realizar diferentes test de medidas EMC en laboratorios homologados

Ver directiva comunitaria DC 95/54 CEE sobre requisitos de ensayosDe compatibilidad electromagnética, EMC, para los Subsistemas Eléctricos yElectrónicos de a bordo, SEE, en automoción.

Cámara anecoica



OBU/ITS-RSoftware

Las diversas aplicaciones se basan en el empleo desoftware con los siguientes atributos:

-Sistema operativo en tiempo real, ejem. Linux RT-Protocolos estándar para dar universalidad. Ver. OSGI-Deberían permitir la interacción con las redes internas,

propiedad del fabricante.



Actividades UMUI

La Universidad de Murcia viene trabajando varios años enProyectos relacionados con el empleo de sensores GNSS/SBASEn el ámbito de los ITS-R.

La evaluación del sistema europeo de aumentación por satélite EGNOSAsí como la evaluación de la aplicación SISNeT han sido dos tareas Importantes que nos han permitido extraer algunas conclusiones.

A continuación mostramos de forma resumida, alguna de estas actividades.



EUROPEAN GEOESTACIONARY NAVIGATION OVERLAY SERVICE

Futuro

GPS/GLONASSSAT. GEO

Presente

EGNOS

RedInternet SISNeT

EGNOS

Evolución GNSS/SBAS



Actividades UMUII

Coche MIMICS.Sensor GNSS/EGNOS: Novatel OEM3Comunicaciones: WLAN/GPRS

Plataforma hardware

Medidas

-Precisión en punto estático.-Resolución para registro de trayectorias.

-Evaluación SISNeT entornos urbanos.-Integridad,-Etc.



Resultados:Registro de trayectorias con precisión

Capacidad para discriminarEl carril de circulación.

Registro del paso poruna rotonda. Roundabout

Road ringUMU Campus

Data misleading 10 m

5 m

20m

Parking

5m

210

215

220

225

230

Trajectory, velocity vector, me

UTM

North m

5 m

UMU Campus

Turn rightto parking

1

1

2

2

10 m

3m3m



Resultados:Registro de trayectorias con precisión

Monitorización de integridad

6.602

6.604

6.606

6.608

6.61

x 105

4.20864.2088

4.2094.2092

4.20944.2096

4.20984.21

x 106

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Registro de trayectoria Horizontal.Coordenadas UTM.Eje z muestra el parámetro deintegridad HPL.



Trabajos actuales

- Aplicación de road pricingBasada en la integración de sensoresInerciales, sensores GNSS/EGNOS y Sistemas GIS.

CPU

CO

MU

NIC

AC

ION

ES

UNIDAD DEALMACENAMIENTO

INTERFACESHOMBRE-MAQUINA

Bus CANBus CAN

EGNOS

RADAR

Otros Sensores: Inerciales...

VideoAudio

WLAN

BLUETOOTH

DSRC DSRC

BLUETOOTH

WLAN

GSM/GPRS

ALARMAS:Audiovisuales

GSM/GPRS

-Sistema de caja negra para registro de trayectorias y posibles eventos en casode accidente.



ConclusionesI

-Proporcionarán servicios específicamente diseñados para el tipo de vehículo.-Irán integrados dentro de éste, – incluirán localización/navegación, información sobre el viaje, sistemas de pago diseñados para monitorizarla vía por la que el vehículo se encuentre circulando.

-Se diseñarán nuevas redes de comunicaciones mas idóneas para el vehículo.-Usarán software reconfigurable dotado de medidas de seguridad.

-Para la interacción con el conductor se incluirán sistemas de autoaprendizaje que permitan una interacción personalizada con éste.

Fuente: Draft Transport Working Party Report to the ISTCVersion of 15th January 2001

Los futuros Sistemas de abordo:



ConclusionesII

- Los sistemas de a bordo se basarán en el empleo desensores GNSS, sensores INS y redes de comunicación celulares.- En Europa los sensores GNSS tenderán a ser multisistema(GPS+GLONASS+GALILEO). - Las unidades de a bordo serán multifuncionales.- Usarán plataforma software estándar. (¿ OSGI ?)- No está claro que los fabricantes de automóviles compartan la información que circula por las redes internas, CAN, con lo que determinados sensores habrán de duplicarse.



Ejemplo de servicios ofertados actualmentepor la empresa Webraska

Webraska's product portfolio consists of:

* Geospatial Middleware, APIs and SDKs to provide core functionality to applicationsand services developed by Webraska or 3rd parties.

* SDKs for the development of off-board, on-board and hybrid navigation solutions for PDAs, smartphones and on-board devices.

* Location-based services for WAP, SMS, MMS, iMode, PDA, Smartphone, J2ME and BREW interfaces.

* Frameworks for the development of highly customized call center interfaces for directory services and traffic information.

* Professional services for the customization and integration of applications and services.



Acrónimos

ESA: Agencia Espacilal Europea.EGNOS: Sistema SBAS basado en GPS desarrollado por la ESA.GNSS: Sistema de navegación de carácter global por satélite.GALILEO: Proyecto de GNSS europeo. Previsto para 2008.GIS: Sistemas de Información Geográfica.GLONASS: Sistema de posicionamiento global ruso.GPS: Sistema de posicionamiento global americano.INS: Sensor inercial desarrollado para navegación autónoma.ITS-R: Sistemas inteligentes aplicados al transporte por carreteraOBU: Equipo electrónico instalado a bordo del vehículo.OSGi: Open Services Gateway initiativeROAD-PRICING: Sistemas automáticos para pago de peajes. SBAS: Sistema de aumentación mediante satélites geoestacionariosSISNeT: Envío de la señal EGNOS mediante Internet.

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