Preference veřejné dopravy V2X

Moderní preference vozidel veřejné dopravy (MHD a linkové dopravy) probíhá pomocí mezinárodních komunikačních protokolů V2X (neboli pomocí C-ITS systémy). Obecně se jedná o nový způsob komunikace mezi vozidly vybavených jednotkami OBU (On Board Unit) (v naší produkci jednotka UCU 5.0V ) a jednotkami RSU (Road-Size Unit) u řadičů křižovatek (SSZ).

Samotná komunikace vozidlo veřejné dopravy – řadič SSZ probíhá dle  definovaného komunikačního diagramu pro přidělení preference, tj. vozidlové jednotky pošlou požadavky (přihlášky, staničení či odhlášky) na křižovatku, ke které se blíží či kterou projíždění. Následně přijmou odpověď o možnosti přidělení preference či stav řízení křižovatky (informaci o budoucí zelené).

Dodávaný systém vychází z dokumentu: C-ROADS CZ PTP 1.52 (dále jen „Dokument C-ROADS“) tak, jak byl schválen na Řídicím výboru konsorcia C-ROADS CZ. Systém samotné preference je v souladu s tímto dokumentem a vychází z našich zkušeností z více měst a je veřejně známý. 

Dodávané řešení umožňuje i speciální funkci – tzv. řízené staničení a preferenci umožňuje i dle zahraničních řešení, např. ve formátu R09.16 (instalace např. v Ludwigsburgu).

Princip

Ve vozidle je umístěna univerzální komunikační jednotka UCU 5.0V nad kabinou řidiče. Na křižovatce je umístěna komunikační jednotka UCU 5.0 I. Tyto jednotky ve vozidle a na křižovatkách spolu komunikují dle pokynů z palubního počítače a to buď:

• V2X komunikací – pro přímou, rychlou komunikaci se středním dosahem daným umístěním a kvalitou antén,
• LTE komunikací -– pro vzdálenou komunikaci a včasné informování řadiče SSZ.

Pro komunikaci se typicky použijí oba způsoby, jsou-li k dispozici (samozřejmě ale většinou stačí V2X). Všechny potřebné informace jsou zadávány v EPCOMP v2 (SW pro přípravu dat do palubního počítače) či CRUX (speciální SW pro přípravu preferenčních dat pro palubní počítače EPIS 4.0x) nebo se získají dynamicky za provozu (např. zpoždění, apod.). Veškerá komunikace je řízena znalostí polohy dle GNSS modulu (Globální navigační satelitní systém) a obsahuje modul GPS/GLONAS a GALILEO ready. Princip komunikace mezi jednotkami je zachycen na následujícím obrázku.

Na straně řadiče spolu komunikují jednotka UCU 5.0-I s řadičem SSZ a předává mu informace z vozu MHD řízeného níže uvedeným protokolem. Pro komunikaci s řadičem používá jednotka dvou typů komunikačních rozhraní:

• RS-485 – tato sběrnice se použije u již existujících křižovatek (nasazeno v Brně a odzkoušeno v Ostravě)
• Ethernet – tato sběrnice se použije pro nové instalace rozvodů v křižovatkách

V rámci preference se používají dnes tři typy preferencí:

1. odesílání požadavků do řadiče bez jakéhokoliv opakování – používá se pouze pro klasické radiomodemy (není vhodné pro V2X) a lze očekávat, že tato metoda brzy přestane být využívána.
2. pouhé odesílání do řadiče s potvrzením od protilehlé stanice RSU a nikoli od řadiče křižovatky – viz. popis jednostranné komunikace V2X dále.
3. obousměrná komunikace vozidlo – řadič křižovatky.  Popis prvního funkčního testu této technologie je uveden v této tiskové zprávě.

Posloupnost stavů dnešního řízení preferencí

Dnešní stav používání jednosměrné preference vozidel MHD má následující klíčové vlastnosti:

1. Vozidlo MHD samo aktivně vysílá požadavek na přidělení preference.
2. Tento požadavek na preferenci vysílá vozidlo MHD v předem definovaných geografických bodech (tzv. přihlašovacích či odhlašovacích oblastech), nebo při definované změně stavu vozidla (vůz zastavil v zastávce, odjel ze zastávky, zavřel dveře, apod…).
3. Vozidlo MHD se může postupně hlásit z více geografických bodů (zpřesňovat polohu), případně i jinak aktualizovat svůj stav.
4. Požadavek na preferenci vzniká ve vozidle MHD nejčastěji v palubním počítači a jednotka OBU na vozidle jej jen přenáší radiovou cestou k řadiči.
5. Požadavek ve vozidle (palubním počítači) vzniká na základě uložených dat, a to ve vztahu k „jízdě“ vozidla (pokyny k chování).
6. Řidič vozidla může manuálně žádat o přidělení preference na křižovatce či při výjezdu z „bočního“ směru (volba např. přes palubní počítač).
7. Každý požadavek vyslaný z vozidla MHD je minimálně potvrzen RSU jednotkou (v ČR neplatí u všech preferencí v rámci DP) a tato odpověď je zobrazena řidiči na displeji. Zobrazení je nutné zejména tam, kde systém preference ovlivňuje řadič tak, že tento musí zařadit individuální větev řízení.
8. Vozidlo může žádat o preferenci MHD současně na více křižovatkách.
9. Rozhodnutí, jestli a jak bude udělena preference, je plně v kompetenci řadiče a řidič se o stavu zpracování nedozví.
10. K ukončení žádosti o preferenci slouží odhlašovací zpráva, která je vysílána buď v dané geografické oblasti, nebo při určité změně stavu vozu (odjezd ze zastávky za křižovatkou).

Konfigurace chování vozu se děje na straně provozovatele vozů, tedy dopravních podniků, a to v tomuto účelu vytvořeném programu. Konfigurují se zejména:

• Geografické oblasti pro přihlášení/odhlášení.
• Vjezdové a výjezdové rameno křižovatky.
• Sekvence přihlašovacích a odhlašovacích požadavků (více přihlašovacích oblastí, reakce na zastavení v zastávce, opuštění křižovatky).

Použité zprávy V2X

Pro návrh standardu preferencí vozidel MHD jsou využity jen standardizované zprávy protokolu V2X. V souladu s Dokumentem C-ROADS jsou navrženy pro použití následující zprávy:

• SRM (Signal Request Message) pro požadavek na preferenci z vozu,
• SSM (Signal Status Message) pro odpověď od řadiče/RSU.

SRM tedy slouží pro odeslání požadavku na preferenci (případně aktualizaci požadavku), zatímco SSM slouží pro odpověď z řadiče na tento požadavek. Obě zprávy jsou adresné – je v nich uvedeno, pro jakou stanici jsou uvedeny. SRM má tedy v sobě číslo křižovatky, na niž směřuje požadavek na preferenci. Naproti tomu SSM má v sobě číslo vozu, kterému je odpověď určena.

SRM a SSM zprávy jsou definovány ve standardu ETSI TS 103 301, který se odkazuje na standard ISO TS 19091, který pak využívá datových struktur z normy SAE J2735 (profil C). Použití jednotlivých kontejnerů ve zprávě je blíže upraveno v normě C-Roads „C-ITS Infrastructure Functions and Specifications“ a dále v českém profilu C-ROADS CZ PTP 1.52.

Na každý požadavek či aktualizaci požadavku z vozidla MHD přes zprávu SRM musí RSU odpovědět zprávou či aktualizací zprávy SSM. Zpráva SSM se může průběžně aktualizovat i bez aktualizace požadavku, například na základě dat z řadiče (požadavek přijat, případně preference udělena).

V Dokumentu C-Roads je ještě zmíněna realizace preference přes zprávy typu CAM. Tato není vhodná, protože vozidlo MHD může nyní vysílat požadavek na více křižovatek současně, ale zpráva typu CAM nemá konkrétního adresáta (neumožňuje zadat komunikaci s příslušným řadičem). Zpráva CAM (z ní její Public Transport Activation container) umožňuje vysílat až 20 bajtů pro informace o stavu vozidla pro interní potřeby dopravních podniků (trakce, číslo vozu, linka, kurz, zpoždění, otevření dveří, provozovatele, apod.

Struktura zpráv typu SRM a SSM je volena tak, aby umožnila přenést veškerá data, která se dnes přenáší do řadiče (respektuje např. i tzv. „staničení“). Pro starší řadiče pak provede RSU „rekonstrukci“ a sestaví paket, který se dnes přenáší do řadiče po sběrnici RS-232 nebo RS-485 při standardní preferenci. Pokud je řaadič připojen Ethernetem, je samozřejmě využit protokol navržen přímo pro tuto sběrnici.

Praktické zkušenosti s preferencí

V rámci projektu RIS II realizovaném firmou Herman v DPMB je nyní v provozu téměř 80 křižovatek realizujících preferenci MHD pomocí V2X komunikace ve městě Brně  (dodáno 81 systémů, ale některé křižovatky jsou v rekonstrukci). V praxi se ukázala velmi vysoká spolehlivost komunikace – viz. níže – kde je ukázka vyhodnocení preference MHD vozidel DPMB a.s. za měsíc listopad 2019 na křižovatce Husova – Pekařská. V tomto případě se ze 160 tis. preferenčních pokynů “neztratil” ani jeden (výjimečně se to stát může).  Navíc tato metoda ukazuje i velkou průchodnost komunikace a to, že “preferenční kanál není možno zahltit”.

Další možný rozvoj preferencí

Jako další možný rozvoj preferencí je využívat dokonale možnosti přímé komunikace V2X – vozidlo-řadič a pro úsporu energií a pohonných hmot zajistit vozidlu veřejné dopravy bezpečný odjezd ze zastávky – tzv. řízené staničení a zasíláním signálních plánů zajistit plynulost provozu před křižovatkou.