Informace o stavu SSZ a varování před jízdou na červenou

Popis C-ITS aplikace, která umožňuje využití kooperativního systému pro informování řidiče o stavu signálního plánu světelně řízené křižovatky a pro varování řidičů v případě projetí signálu Stůj.

V dnešní době je již vcelku běžné, že vozidlo je schopno řidiči zobrazovat navigační data, zájmové body i směrové dopravní značky, nebo aktuálně platné omezení rychlosti v projížděném úseku dopravní komunikace. Tyto informace jsou zpravidla získávány z mapových podkladů a jejich metadat, případně je možné dopravní značky rozpoznávat z kamerového záznamu apod. Co však dosud vozidla zobrazovat nedokázala, byl stav světelných signálů na křižovatkách řízených světelným signalizačním zařízením – semaforem.

Využití kooperativních systémů zavedl v tomto směru nový standard, který umožňuje vozidlu zpracovávat informace poskytované dopravním řadičem a ty následně řidiči zobrazit. Tímto způsobem lze například zobrazit informaci o vzdálenosti ke křižovatce, aktuálním signálu pro směr, ze kterého vozidlo přijíždí a v některých případech i dobu, po kterou tento signál ještě bude platný. Vzhledem k tomu, že vozidlová jednotka je schopna na základě vlastní polohy a informací z řadiče, které mimo jiné obsahují topologii křižovatky a aktuální podobě signálního plánu, vyhodnotit i průjezd profilem stopčáry na křižovatce za stavu, kdy je již zobrazován signál Stůj pro danou signální skupinu, je schopna začít vysílat i varovnou zprávu ostatním vozidlům, blížícím se ke křižovatce z kolizních směrů.

aplikace C-ITS, případ užití – implementace C-ITS služby, zaměřená na uskutečnění konkrétního cíle, např. varování řidiče před potenciálním rizikem na komunikaci nebo přenos informace z infrastruktury do vozidla

DENM – standardizovaný formát zpráv pro přenos varovných informací

C-ITS – kooperativní inteligentní dopravní systém, který pro zajištění svých funkcí využívá komunikace mezi vozidly a infrastrukturou

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

C-ITS jednotky – vozidlové nebo infrastrukturní jednotky, které jsou v daném systémem využívány pro výměnu informací; za tímto účelem využívají stejnou přenosovou technologii, např. ITS-G5

C-ITS zprávy – datové zprávy různých typů využívané C-ITS systémem; jejich obsah a užití je dané standardy případně upřesňující specifikací konkrétních systémů; jejich obsah a užití není vázáno na technologii přenosu

HMI – rozhraní člověk-stroj umožňující zpravidla zobrazování informací poskytovaných systémem

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.

MAP - Map Data – C-ITS zpráva o poloze, topologii a geometrii křižovatky

OBU – on-board unit – C-ITS jednotka ve vozidle; vozidlová jednotka

RSU – road side unit – C-ITS jednotka na straně infrastruktury; infrastrukturní jednotka

SPaT – Signal phaze and timing message – C-ITS zpráva o stavu signálního plánu křižovatky

SSZ – světelné signalizační zařízení (lidově „semafor“)

Pro realizaci tohoto případu užití je nutné, aby byly jak křižovatkový řadič, tak vozidlo vybaveny C-ITS jednotkou, která je schopná vysílat a přijímat C-ITS zprávy. Těmito jednotkami lze vybavit i stávající vozidla a řadiče, řešení je tedy přenositelné i na současnou infrastrukturu bez významných stavebních a technologických úprav.

Samotné provedení uvedené C-ITS aplikace v provozu pak probíhá podle následujícího scénáře. Vozidlo vybavené C-ITS jednotkou typu OBU, dostane-li se do dosahu vysílání C-ITS jednotky typu RSU připojené k řadiči SSZ, začne zpracovávat zprávy MAP a SPaT, které RSU kontinuálně vysílá. Tyto zprávy obsahují informace o topologii a geometrii křižovatky, jízdních pruzích, signálních skupinách a aktuálním signálním plánu. Na základě těchto zpráv a vlastní polohy jednotka OBU ve vozidle vyhodnocuje jednak vzdálenost ke křižovatce a jednak které signály jsou platné pro vozidlo jehož je jednotka součástí. Tyto informace pak jednotka poskytne k zobrazení uživatelskému rozhraní HMI, které je na základě vlastní logiky může zobrazit řidiči (samotné zobrazení informací řidiči již není předmětem standardizace C-ITS).

Pokud vozidlo poruší signál Stůj, jak bylo výše popsáno, jednotka OBU je schopna toto vyhodnotit a začít vysílat C-ITS zprávu typu DENM, která nese a ostatním vozidlům v dosahu předává informaci o hrozícím riziku střetu s vozidlem jedoucím „na červenou“.

Obrázek 10: Příklad šíření informací o topologii a stavu křižovatky

Komunikace mezi infrastrukturou a vozidlem je zajištěna prostřednictvím výše zmíněných C-ITS zpráv typů MAP (Map Data) a SPaT (Signal Phaze and Timing Message). Zprávami MAP infrastrukturní jednotka RSU informuje přijíždějící vozidlo o topologii a geometrii křižovatky (jednotlivých pruzích, detekčních zónách apod.). Na základě informací poskytovaných v těchto zprávách je jednotka OBU schopna vyhodnotit svoji polohu vůči křižovatce. Na základě zpráv SPaT, kterými RSU jednotka vysílá stav signálního plánu, pak OBU jednotka vyhodnotí, jaký světelný signál je přijíždějícímu vozidlu vysílán.

V případě, že vozidlo vjede do křižovatky na signál Stůj, je jeho OBU jednotka opět na základě zpráv MAP a SPaT a na základě své aktuální polohy a rychlosti vyhodnotit že došlo k této situaci došlo a okamžitě začne vysílat varovnou zprávu DENM (Decentralized Environmental Message), která obsahuje pro tuto situaci určený kód příčiny (Cause Code) – signalViolation, který může být doplněn dodatečným kódem upřesňujícím tuto událost.

Obrázek 11: Příklad šíření informace o vozidle jedoucím na červený signál

Tato zpráva DENM slouží k varování ostatních vozidel, blížících se nebo projíždějících týž křižovatkou a je-li zachycena (OBU jednotkou), je opět do HMI poskytnuta informace o hrozícím riziku kolize s vozidlem projíždějícím křižovatkou na červený signál.

Pro zajištění pravosti vysílaných zpráv (zabraňující podvržení C-ITS zpráv subjektem, který není k jejich vysílání oprávněn) jsou jednotky autorizovány certifikační autoritou PKI, která vydá příslušné klíče, které zaručují důvěryhodnost zpráv jak na straně jednotky OBU, tak RSU. Jednotky v uvedeném řešení se k PKI přihlašují prostřednictvím serverového systému C‑ITS Back-office. Ten nadále umožňuje správu jednotek a celého systému (v případě RSU jednotek např. správce komunikací).

Informování o stavu SSZ

Vozidlo přijíždějící ke křižovatce řízené světelným signalizačním zařízením (SSZ) je v předstihu informováno o stavu světelné signalizace platné pro směr, ze kterého přijíždí. Informace o aktuálních signálech na jednotlivých ramenech křižovatky jsou zprostředkovávány C-ITS zprávami typu SPaT, informace o poloze a topologii křižovatky pak ve zprávách typu MAP. Tyto zprávy jsou generovány automaticky RSU jednotkou umístěnou v blízkosti dané křižovatky a propojenou s řadičem SSZ. Vyhodnocování zpráv následně probíhá v OBU jednotce ve vozidle. Na základě těchto zpráv je řidiči ve vozidle zobrazen aktuální signál pro daný směr.

Způsob generování zprávy

Zprávy SPaT jsou vždy generovány na základě aktuálních informací z řadiče SSZ na dané křižovatce. MAP zprávy popisující topologii křižovatky jsou vytvořeny manuálně v C-ITS BO (popř. přímo na RSU) a následně jsou vysílány společně se SPaT zprávami RSU jednotkou v blízkosti křižovatky, popř. mohou být vysílány z C-ITS Back-office do OBU jednotek prostřednictvím sítí mobilních operátorů. 

Scénář

1. Rozesílání informací z řadiče formou zpráv SPaT a MAP jednotkou RSU napojenou na řadič SSZ.
2. Přenos zpráv do vozidel s OBU.
3. Zpracování zpráv OBU jednotkou vozidla.
4. Zobrazení informací řidiči.

Způsob zobrazení informace

Řidiči mohou být zobrazovány následující parametry:

• Stav světelné signalizace pro jednotlivé směry.
• Řazení jízdních pruhů.
• Vzdálenost ke stopčáře.
• Čas do změny fáze.
• Doporučená rychlost.

Obrázek 12: Příklad zobrazení informace o platném světelném signálu SSZ

Spuštění služby

• Služba bude spuštěna současně se spuštěním SSZ.

Aktualizace zprávy

• Služba poskytuje informace z řadiče v reálném čase, zpráva SPaT je aktualizována při každé změně signálního plánu (tedy nejdéle jedenkrát za sekundu).
• MAP zpráva může být aktualizována v C-ITS BO.

Ukončení služby

• Přepnutí SSZ do režimu blikavé žluté nebo vypnutí SSZ.

Varování před jízdou na červenou

Vozidlová jednotka OBU je na základě kontinuálně vysílaných zpráv SPaT a MAP schopna detekovat jízdu na signál Stůj a upozornit jednak řidiče, který nedodržel platný signál (zobrazením informace v HMI) a jednak řidiče ostatních vozidel v křižovatce tím, že jednotka OBU ve vozidle porušivším signál Stůj začne generovat zprávu DENM, kterou mohou OBU jednotky okolních vozidel zpracovat a zobrazit řidičům tuto informaci.

Způsob generování zprávy

Varovná zpráva o nebezpečí srážky s vozidlem z důvodu nerespektování signálu „stůj“ začne být automaticky generována a vysílána OBU jednotkou v okamžiku, kdy jednotka vyhodnotí, že je již velmi malá nebo žádná šance zastavit před stopčárou. Varovná zpráva obsahuje informaci o typu nebezpečí a polohu daného vozidla, které před křižovatkou nezpomaluje. 

Scénář

1. Příjem informací z řadiče formou zpráv SPaT a MAP rozesílaných jednotkou RSU umístěnou v blízkosti křižovatky.
2. Zpracování zpráv OBU jednotkou vozidla (vyhodnocení aktuálního signálu a vlastní rychlosti, akcelerace, polohy).
3. Zobrazení varovné zprávy řidiči + generování zprávy DENM.
4. Přenos zpráv do ostatních vozidel s OBU.
5. Zpracování zpráv OBU jednotkou vozidla.
6. Zobrazení informací řidiči.

Způsob zobrazení informace

Řidiči by měly být zobrazovány následující parametry:

• Typ události
• Poloha události (respektive vzdálenost k události, směr k události)

Obrázek 13: Příklad zobrazení informace jízdě na červenou v kolizním směru

Spuštění služby

• Detekce potenciální jízdy na signál „stůj“ v jednotce OBU (vyhodnocení hodnot rychlosti, akcelerace, polohy, aktuálního stavu SSZ)
• Detekce potenciální jízdy na signál „stůj“ v jednotce RSU (vyhodnocení hodnot rychlosti, akcelerace, polohy, aktuálního stavu SSZ)

Aktualizace zprávy

Aktualizace zpráv proběhne v případě splnění alespoň jedné z následujících podmínek:               

• Změna polohy OBU.
• Zestárnutí zprávy nad stanovenou hodnotu.

Ukončení služby

Služba bude ukončena v případě splnění alespoň jedné z následujících podmínek:

• Zastavení vozidla před vjezdem do křižovatky.
• Opuštění prostoru křižovatky.

Tato C-ITS aplikace je často testována v různých pilotních projektech zavádění kooperativních systémů v mnoha státech po celém světě. V České republice je aplikace pro vysílání informací o křižovatce a stavu jejího signálního plánu testována v rámci mezinárodního projektu C-ROADS a to v pilotních lokalitách měst Ostrava, Brno a Plzeň. V budoucnu by tato služba měla být jedním z důležitých podpůrných systému autonomních vozidel a již současné pilotní projekty testující provoz autonomních vozidel MHD např. ve Vídni či Las Vegas využívají tuto aplikaci pro získání informací o stavu semaforů na své trase.

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

ETSI TS 102 894-2 V1.3.1 Intelligent Transport Systems (ITS); Users and applications requirements; Part 2: Applications and facilities layer common data dictionary

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

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

C-ROADS C-ITS Infrastructure Functions and Specifications

C-ROADS CZ – Use Case katalog v1.52

Nadskupina: C-ITS služby

Podskupiny: C-ITS zprávy, stanice C-ITS