УДК 621.396

Разработка бортового электронного устройства связи для интеллектуальных транспортных систем

Чкалов Руслан Владимирович – ассистент кафедры Физики и прикладной математики Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г. Столетовых

Чкалова Дарья Геннадьевна – старший преподаватель кафедры Функционального анализа и его приложений Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г. Столетовых

Кочуев Дмитрий Андреевич – доцент кафедры Физики и прикладной математики Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г. Столетовых

Аннотация: Работа посвящена задаче разработки средств оперативной связи для интеллектуальных информационных систем на транспорте в условиях неустойчивого сотового покрытия. Проведено исследование актуальных направлений развития сферы интеллектуальных транспортных систем, показан пример опытного образца разработанного бортового радиоэлектронного устройства. Изготовленное устройство устанавливается на автотранспортные средства гражданского и специального назначения (в том числе аварийных, спасательных и коммунальных служб), и предназначено для предоставления сервиса оперативной связи путем организации динамической коммуникационной сети между движущимися автомобилями в условиях частичного или полного отсутствия традиционной радиосвязи.

Ключевые слова: V2X, DSRC, VANET, нестабильная сотовая связь, интеллектуальная транспортная система.

Введение

Разработка средств оперативной связи для интеллектуальных информационных систем на транспорте в условиях неустойчивого сотового покрытия – актуальная научно-исследовательская задача в контексте повышения безопасности дорожного движения и, в перспективе, развития систем автономного вождения [1, 2].

В настоящее время проблема обеспечения безопасности дорожного движения является одной из важнейших задач во всем мире. В целях решения данной проблемы, было разработано цифровое электронное устройство, предназначенное для предоставления сервиса оперативной связи путем организации динамической коммуникационной сети между движущимися автомобилями. Среди задач разработанного устройства: трансляция срочных оповещений от спецслужб, передача неотложных аварийных сигналов, автоматический мониторинг дорожной обстановки с целью обнаружения дорожных заторов, опасного вождения, предупреждения столкновений.

Интеллектуальная транспортная система

Интеллектуальная транспортная система – это система, использующая инновационные разработки в моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков, предоставляющая конечным потребителям большую информативность и безопасность, а также качественно повышающая уровень взаимодействия участников движения по сравнению с обычными транспортными системами. За последние годы акцент в ИТС обратился именно в сторону нового поколения – Cooperative Intelligent Transport Systems (C-ITS), в которых транспортные средства взаимодействуют друг с другом и/или с инфраструктурой. Именно кооперативные ИТС позволяют значительно увеличить качество и надежность информации, доступной о транспортных средствах, их расположении и дорожной среде. Создается серьезный потенциал для передвижения транспортного средства в реальных транспортных условиях без участия человека, поскольку автомобиль, управляемый человеком, является средством передвижения повышенной опасности.

Кооперативные ИТС строятся на основе таких систем связи, как: vehicle-to-vehicle (V2V), vehicle-to-infrastructure (V2I, I2V), infrastructure-to-infrastructure (I2I) и vehicle and pedestrian (V2P) [3-5]. Технологии типов V2V и V2I принято называть V2X.

Успешное выполнение вышеприведенных задач основано на двух этапах. Первый этап – наличие надежного канала мультисервисной связи между автомобилем и автомобилем, а также между автомобилем и инфраструктурой. Такой канал должен удовлетворять следующим требованиям:

  • быть стандартным и обеспечивающим принцип OSI;
  • иметь достаточную пропускную способность, низкую латентность, высокую скорость установления соединения с движущимся на предельной скорости объектом – для решения всего спектра задач;
  • быть защищенным и всепогодным.

Второй этап – разработка математических моделей, решающих задачи дорожного движения на основе данных ИТС. Общий принцип реализации этих моделей заключается в анализе (в режиме реального времени) положений движущихся объектов, находящихся в некоторой окрестности устройства, и аккумулировании этой информации путем передачи от других устройств [6].

Основные элементы и характеристики C-ITS

Система оперативного информационного обмена данными в условиях неустойчивого покрытия операторов сетей сотовой связи предназначена как для передачи информации водителям о случившемся ДТП, так и о возможности его совершения, с целью повышения безопасности движения.

Основным элементом системы является специализированное устройство связи, устанавливаемое в автомобиль (рисунок 1). Устройство комплексируется с несколькими датчиками и имеет возможность обмена данными по следующим каналам беспроводной связи: GSM (3G/4G), WiFi, V2X (рисунок 2).

Обмен информацией между ТС в условиях плохого уровня и отсутствия сигнала осуществляется за счет передачи его по V2X-сети через ТС, находящиеся в радиусе 1,5 км (использование ближайших ТС в качестве ретранслятора сигнала) от ТС, передающего необходимую информацию.

 image001

Рисунок 1. Бортовое радиоэлектронное устройство связи.

image002

Рисунок 2. Бортовое радиоэлектронное устройство связи.

Бортовое автомобильное радиоэлектронное устройство, обладает следующими характеристиками:

  • Питание от бортовой электросети 12/24 В;
  • Потребляемая мощность в активном режиме – не более 10 Вт;
  • Максимальная дальность радиосвязи между двумя бортовыми устройствами– не менее 1000 м;
  • Максимальное количество одновременно обслуживаемых соединений с ближайшими бортовыми устройствами - не менее 10;
  • Максимальная относительная скорость автотранспортных средств с взаимодействующими бортовыми устройствами – не менее 200 км/ч;
  • Используемый частотный диапазон 5,9 ГГц (5855-5925 МГц);
  • Максимальная пропускная способность радиоинтерфейса между двумя бортовыми устройствами – не менее 20 Мбит/с;
  • Предоставление функций пакетной передачи данных между приложениями бортовых устройств;
  • Транзит сообщений через промежуточные бортовые устройства с поддержкой функций приоритетного обслуживания и отложенной доставки «по готовности сети»;
  • Возможность интеграции с датчиками спутниковых систем позиционирования GPS/ГЛОНАСС/BeiDou;
  • Возможность интеграции с персональными мобильными устройствами по технологии Bluetooth или USB;
  • Возможность интеграции с сетями GPRS/EDGE/3G/LTE.

Система функционирует на базе разработанного программного обеспечения. Встраиваемое программное обеспечение является неотъемлемой частью бортового устройства и распространяется в предустановленном виде или в виде двоичного образа (слепка) энергонезависимой памяти, который включает все необходимое системное и прикладное программное обеспечение, в т.ч. операционную систему.

Управляющее программное обеспечение предназначено для реализации целевых функций бортового DSRC-устройства интеллектуальной автомобильной сети. Оно отвечает за запуск и инициализацию службы операционной системы, в рамках которой функционируют программные модули устройства, управляющие его аппаратными компонентами: DSRC-модем, LTE-модем, приемник GPS/ГЛОНАСС, акселерометр и гироскоп, сетевые интерфейсы Bluetooth и WiFi. Программа содержит средства настройки параметров модулей с помощью конфигурационных файлов, средства контроля их работы с помощью системного протокола, а также средства взаимодействия модулей для обмена данными.

Список литературы

  1. Щенников А.Н. Интеллектуальные транспортные системы как специализированные системы // Наука и технологии железных дорог. 2017. Т. 1. №. 4. С. 45-53.
  2. Галенко Л.А., Николаева Р.В. Интеллектуальные транспортные системы-решение транспортных проблем // Техника и технология транспорта. №. 3. С. 12.
  3. Кочуев Д.А., Чкалов Р.В., Черников А.В. Проблемы оперативных средств связи для интеллектуальных транспортных информационных систем в условиях нестабильного покрытия сотовой связи // Материалы Международной научно-технической конференции «Автоматизация», 2019. С. 1-5.
  4. Алехандр П., Хейли Д., Грант А. Кооперативные интеллектуальные транспортные системы: полевые испытания на частоте 5,9 ГГц // Труды IEEE. 2011. Т. 99. №. 7. С. 1213-1235.
  5. Нонами К., Картиджо М., Юн К., Будийоно А. Автономные системы управления и транспортные средства // Интеллектуальные cистемы. Автоматика управления. 2013. Т. 65.
  6. Васильченкова Д.Г. Вычислительные модели прогнозирования столкновений транспортных средств с помощью технологии DSRC // Материалы Международной научно-технической конференции «Автоматизация», 2020. C. 170-174.

Интересная статья? Поделись ей с другими: