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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
Aplicaciones de valor añadido a los sistemas de a bordoUniversidad de Murcia
Valencia, 6 de Octubre de 20032
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:
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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Valencia, 6 de Octubre de 200314
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!!
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Valencia, 6 de Octubre de 200315
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.
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Futuros Sistemas de abordo.Hacia la integración.
PosicionamientoNavegación
ElectrónicaInternaControl
Seguridad
Comunicaciones
Vehículo
Sistemasactuales
ElectrónicaInternaControl
Seguridad
ComunicacionesPosicionamientoNavegación
SistemasFuturos
OBU
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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.
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OBUConcepto
OBU
Hardware Software
RobustoFiableEconómico
Tiempo real.Multitarea.Reconfigurable.
A continuación describimos algunos de los elementos que incluye
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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.
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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
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OBU/ITS-RHardware
Módulos de Comunicaciones
Tarjeta con Ethernet inalámbrica y GPRS
Punto de acceso inalámbrico
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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
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OBU/ITS-RHardware
Interfaz de usuario
-Pantallas planas de alta resolución para presentar mapas e información varia al conductor y ocupantes.
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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
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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.
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Valencia, 6 de Octubre de 200326
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
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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.
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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.
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EUROPEAN GEOESTACIONARY NAVIGATION OVERLAY SERVICE
Futuro
GPS/GLONASSSAT. GEO
Presente
EGNOS
RedInternet SISNeT
EGNOS
Evolución GNSS/SBAS
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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.
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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
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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.
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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.
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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:
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Valencia, 6 de Octubre de 200335
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.
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Valencia, 6 de Octubre de 200336
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.
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Valencia, 6 de Octubre de 200337
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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