Blížící se vozidlo IZS (Emergency Vehicle Approaching – EVA)

Cílem případu užití „Blížící se vozidlo IZS“, anglicky Emergency Vehicle Approaching (běžně užívaná zkratka EVA), je s předstihem upozornit řidiče na blížící se vozidlo integrovaného záchranného systému (IZS) nebo na místo zásahu jednotek IZS (např. u dopravní nehody). Řidiči jsou včasně informováni prostřednictvím DENM zpráv, prezentovaných výstrahou v palubním systému vozidla nebo na displeji vozidlové jednotky a mohou vozidlům IZS umožnit volný průjezd a snížit tak dojezdovou dobu vozidla IZS na místo určení.

Dále tato C-ITS aplikace pokrývá snížení dojezdové doby vozidla IZS absolutní preferencí na křižovatkách řízených světelným signalizačním zařízením. Řadič SSZ vybavený C-ITS jednotkou po obdržení C-ITS zprávy o blížícím se vozidle IZS nastaví signál volno ze směru, odkud se vozidlo přibližuje a naopak z ostatních směrů nastaví signál stůj.

Jedná se o jeden z nejrozšířenějších případů užití zaváděný v různých pilotních projektech C-ITS v mnoha státech po celém světě, a to z důvodu potenciálně vysoké nebezpečnosti provádění prací na pozemní komunikaci, obzvláště pak na komunikaci dálničního typu, kde se vozidla pohybují vysokou rychlostí. V České republice je use-case RWW aplikován v rámci mezinárodního projektu C-ROADS a to na tzv. C-ITS koridoru Mirošovice-Rudná a nově (2019) na dálnicích D5, D11 a na části D1 v Brněnské aglomeraci. V zahraničí se s aplikací tohoto UC můžeme setkat např. v sousedním Rakousku a dalších státech.

Nadskupina: C-ITS aplikace

Podskupiny: C-ITS zprávy, stanice C-ITS

ITS-S – ITS Stanice je entita v komunikační síti, která se skládá z aplikací, zařízení, komponent síťové a přístupové vrstvy stanovených v ISO 21217, které jsou provozovány v zabezpečené doméně

CAM – standardizovaný formát zpráv pro šíření základních informací o vozidlech (poloha, rychlost, směr, atd.).

C-ITS Back office, C-ITS BO – centrální server C-ITS systému, zpravidla provozovaný  poskytovatelem služby – správcem komunikace.

C-ITS – ITS systém, který pro zajištění funkcí využívá komunikace mezi inteligentním vozidlem a infrastrukturou nebo vozidly.

DENM – standardizovaný formát zpráv pro přenos varovných informací

ITS-G5 – Evropský standard pro komunikaci mezi vozidly nebo mezi vozidlem a infrastrukturou. Jedná se o přístupovou technologii využívající frekvenční pásma přidělená evropským inteligentním dopravním systémům.

OBU – Palubní jednotka – Součást C-ITS umístěném ve vozidle; základní součást palubního zařízení (OBE), podporující přinejmenším bezdrátové rozhraní

Případ užití, Use-case – Popis kroků a aktérů realizujících určitý konkrétní úkol. Ve smyslu C-ITS se jedná o popis jednoho konkrétního účelu z množiny C-ITS základních služeb

SSZ – Světelné signalizační zařízení sloužící k řízení dopravy v křižovatce světelnými signály

RSU – jednotka na straně infrastruktury – zařízení umístěné na straně infrastruktury, které řídí signály a poskytuje informace; součást C-ITS umístěná na infrastruktuře jako stacionární jednotka.

Případ užití EVA je realizován pomocí tzv. C-ITS jednotek – stanic. Jednotka umístěná v běžném vozidle přijímá C-ITS zprávy obsahující informace o blížícím se vozidle IZS, které, vybavené rovněž C-ITS jednotkou, zprávy o své poloze a směru za tímto účelem rozesílá. Pro potřeby tohoto UC se jedná o zprávy typu DENM (Decentralized Environmental Notification Message). Přijatá DENM zpráva je poté interpretována na displeji vozidlového systému (má-li vozidlo jednotku C-ITS integrovanou) nebo na displeji samostatné OBU jednotky.

Dále tento případ užití popisuje situaci, kdy lze C-ITS jednotku ve vozidle IZS využít pro získání absolutní preference vozidla na křižovatce se SSZ. Vozidlo IZS kromě zprávy DENM, určené pro kolem jedoucí vozidla, vysílá periodicky také zprávu CAM (Cooperative Awareness Message), která mimo jiné obsahuje informaci o potřebě vozidla IZS umožnit přednostní průjezd křižovatkou. Řadič SSZ vybavený C-ITS jednotkou typu RSU zachytí zprávu CAM a automaticky vyhodnotí z kterého směru se vozidlo IZS blíží a nastaví mu přednostně signál volno.

Jako technologie přenosu zpráv je použita buď DSRC komunikace ITS-G5, nebo alternativně mobilní síť LTE v případě, že je pro šíření informací o pohybu vozidla IZS využit centrální server systému – C-ITS Back Office, který umožňuje rozesílat příslušné zprávy do jednotek v okolí vozidla IZS. V tomto případě může být zdrojem informací pro tvorbu C-ITS zpráv např. systém správy vozidlové flotily vozidel IZS (odpadá tak nutnost vybavení vozidla IZS C-ITS jednotkou).

Na výše uvedeném schématu jsou znázorněny C-ITS stanice potřebné pro realizaci C-ITS aplikace Blížící se vozidlo IZS. Z funkčního pohledu obecného C-ITS systému jsou všechny stanice prakticky shodné – jejich klíčovou vlastností je možnost vytváření a zpracovávání C-ITS zpráv jednotným standardizovaným způsobem. Za tím účelem mají jednotky implementovánu sadu protokolů a aplikací zpravidla nazývaných SW stack. Jednotky pak mohou být realizovány jako embedded PC nebo jako virtuální SW jednotky. Z uživatelského pohledu se pak jednotky rozlišují dle konkrétního použití:

• Vozidlové jednotky – OBU;
• Jednotky na infrastruktuře – RSU;
• Jednotky centrálního serveru – C-ITS BO (Back Office).

Toto rozlišení jednotek však závisí na konkrétních projektech a implementacích a není ustáleno na základě mezinárodních standardů a norem (na rozdíl od obecných C-ITS stanic).

Znázorněná architektura komunikace v rámci případu užití EVA se pak může lišit v závislosti na konkrétní implementaci a použitých technologiích. V zásadě lze rozlišit dva různé případy z pohledu existence (nebo připojení k) centrálního systému:

• Bez spojení s C-ITS BO;
• Se spojením s C-ITS BO.

V prvním případě komunikace probíhá pouze lokálně s využitím bezdrátové komunikace typu ITS-G5. C-ITS jednotka umístěná ve vozidle IZS začne vysílat DENM zprávu na základě určitých pravidel (zpravidla při spuštění majáků vozidla s právem přednostní jízdy). DENM zpráva je následně šířena do okolí prostřednictvím technologie ITS-G5 a všechna okolní vozidla vybavená potřebnou technologií zprávu obdrží ve chvíli, kdy se dostanou do dosahu vysílající C-ITS jednotky. Na základě relevance zprávy, tedy zda je vozidlo ve stejném směru na pozemní komunikaci apod., je následně v přijímajícím vozidle zobrazeno varování o přibližujícím se vozidle IZS (vozidlo IZS se může blížit k vozidlu zezadu, nebo naopak vozidlo IZS může stát na místě zásahu a přijímající vozidlo se blížit k němu).

Ve druhém případě (který zároveň nevylučuje případ první) mohou všechny jednotky kromě bezdrátové komunikace krátkého dosahu pomocí technologie ITS-G5 komunikovat také prostřednictvím mobilní sítě LTE s centrálním prvkem sytému – C-ITS Back Officem. Informace o vozidlu IZS tak může být vytvořena na úrovni centrálního serveru (např. předáním této informace ze systému správy flotily vozidel IZS). Odtud je pak mobilní sítí šířena na všechny připojené jednotky RSU v okolí předmětné situace (včetně RSU připojených k řadičům SSZ), které dále rozesílají potřebné DENM zprávy po ITS-G5 či aktivují v řadiči požadavek na prioritní průjezd, nebo může C-ITS BO odeslat zprávy přímo do vozidlových jednotek OBU.

Funkci popisovaného případu užití lze popsat pomocí zobecněného scénáře neboli posloupnosti kroků potřebných pro jeho realizaci:

1. Generování C-ITS zpráv typu DENM a CAM. Zprávy DENM a CAM mohou dle typu zdroje obsahovat různé doplňující informace (např. rychlost vozidla IZS, stav majáků a výstražných světel apod.).
2. Distribuce DENM zprávy (a jejích aktualizací) pomocí technologie ITS-G5 (lokálně v místě vysílání, dosah cca 300 – 1000 metrů, nebo pomocí sítě LTE z C-ITS BO.
3. Příjem a zpracování zprávy (a jejích aktualizací) ve vozidlové jednotce OBU nebo v jednotce RSU připojené k řadiči SSZ.
4. Zobrazení informace řidiči prostřednictvím HMI ve vozidle.
5. Nastavením preference na SSZ.

Jednotlivé kroky jsou blíže popsány v následujících podkapitolách.

1. Generování zpráv DENM a CAM

Obsah zprávy DENM vychází z C-ITS služby Decentralized Environmental Notification Basic Service popsané normou ETSI EN 302 637-3, resp. ze služby Cooperative Awareness Basic Service popsané normou ETSI EN 302 637-2. Zpráva DENM obsahuje řadu atributů, které slouží k její identifikaci, identifikaci odesílatele, typu varování, lokality a mnoha dalších. Pro potřeby případu užití je pak definována sada atributů povinných a volitelných, které dostatečně definují potenciální nebezpečí na pozemní komunikaci. Příkladem těchto atributů jsou:

Výčet atributů není konečný, nicméně slouží pro názornost vyplnění informací do zprávy. Kompletní struktura zprávy je popsána ASN.1 popisem v ETSI EN 302 637-3 a její vytvoření je úlohou SW stacku C-ITS stanice.

Zpráva CAM rovněž obsahuje sadu standardizovaných atributů, nicméně tuto zprávu standardně periodicky vysílají všechny C-ITS jednotky s údaji o poloze, rychlosti, typu vozidla apod., ovšem pro potřeby případu užití Blížící se vozidlo IZS musí být vyplněny i atributy volitelné, na základě kterých např. řadič SSZ identifikuje potřebu vozidla získat právo přednostního průjezdu (tedy např. má-li zapnuté majáky).

Příklad atributů, které CAM zpráva obsahuje je následující:

2. Distribuce zpráv DENM a CAM

Po vytvoření zprávy by mělo dojít k podepsání zprávy pomocí digitálně podepsaného veřejného klíče vydaného certifikační autoritou příslušné PKI infrastruktury. Poté dojde k serializaci zprávy do binárního formátu a její rozeslání požadovanou technologií (ITS-G5/LTE případně oběma). Pro účely podepisování zpráv by daná C-ITS stanice měla být vybavena hardwarovým bezpečnostním modulem HSM.

3. Zpracování zprávy DENM

Přijímající C-ITS stanice, je-li v dosahu stanice vysílající (nebo je-li jí zpráva doručena prostřednictvím LTE), C-ITS zprávy obdrží a musí je zpracovat. Základním krokem je určení, zda je zpráva pro přijímající stanici relevantní a zda je důvěryhodná. Důvěryhodnost zprávy je řešena ověřením klíče vysílajícího subjektu, relevance pak záleží na mnoha faktorech jako je čas vytvoření zprávy, její platnost, dále směr na pozemní komunikaci, pro který je zpráva určena, geografická relevance zprávy (zda se jednotka nachází v zóně relevance předmětné události) atd. Pokud podmínka důvěryhodnosti a relevance není splněna, je zpráva zamítnuta jako neplatná. Pokud podmínky splněny jsou, SW stack přijímající jednotky „přečte“ a vyhodnotí informace obsažené v atributech zprávy a předá je k zobrazení řidiči.

4. Zobrazení informace řidiči

Zobrazení informací řidiči probíhá pomocí HMI rozhraní člověk-stroj, zpravidla se pak jedná o displej infotainmentu vozidla (je-li C-ITS jednotka integrována ve vozidle jako jeho součást), nebo o displej připojený k C-ITS jednotce, je-li tato samostatným příslušenstvím. Příkladem podoby zobrazení předmětné informace je následující obrázek.

5. Nastavení priority na SSZ

Zpráva CAM, je-li zachycena jednotkou RSU připojenou k řadiči a obsahuje-li zpráva CAM informace o potřebě vozidla získat přednostní průjezd křižovatkou, je v jednotce RSU vyhodnocena stejnou logikou jako zprávy DENM ve vozidlových jednotkách. Je tedy vyhodnocena relevance zprávy a důvěryhodnost jejího zdroje, následně pak jednotka RSU pomocí proprietárního protokolu (není předmětem C-ITS systémů ani jejich standardizace) zašle řadiči žádost o zařazení signálu volno pro požadovaný směr, ze kterého se vozidlo IZS přibližuje ke křižovatce.

Kromě zpráv CAM mohou být na úrovni komunikace „OBU (vozidla IZS) – řadič SSZ“ vyměňovány zprávy SPATEM (Signal Phase and Timing Message), MAPEM (Map Data Message), SSM (Signal Status Message) a SRM (Signal Request Message), které mohou obsahovat doplňkové informace při žádosti o prioritu průjezdu a informace o jejím přidělení. Proces přidělování priority na základě C-ITS technologie blíže popisuje norma ISO/TS 19091, nicméně tento proces přesahuje potřeby případu užití blížící se vozidlo a bude popsán samostatně.

ETSI EN 302 637-1 Intelligent Transport Systems (ITS); Vehicular Communications; Basic Set of Applications; Part 1: Functional Requirements

ETSI EN 302 637-2 Intelligent Transport Systems (ITS); Vehicular Communications; Basic Set of Applications; Part 2: Specification of Cooperative Awareness Basic Service

ETSI EN 302 637-3 Intelligent Transport Systems (ITS); Vehicular Communications; Basic Set of Applications; Part 3: Specification of Decentralized Environmental Notification Basic Service

C-ROADS CZ – Use Case katalog

ISO/TS 19091 Intelligent transport systems – Cooperative ITS – Using V2I and I2V communications for applications related to signalized intersections