Preferencia de los vehículos del cuerpo de bomberos mediante V2X

PREFERENCIA DE LOS VEHÍCULOS DEL CUERPO DE BOMBEROS MEDIANTE V2X

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Fig. n.1: Demostración del coche de bomberos con preferencia.

El artículo describe el proyecto en curso con la prueba de la preferencia absoluta de los vehículos del cuerpo de bomberos en Brno (HZS) que se lleva a cabo en cooperación con las Comunicaciones de Brno, el cuerpo de bomberos y la empresa Patriot, y eso en 5 intersecciones y 2 vehículos. La base del proyecto es nuestra unidad de comunicación UCU 5.0 complementada con el módulo de comunicación de dos canales V2X. El uso de este estándar internacional V2X en el tráfico práctico hace que el proyecto sea una solución completamente original. Es la primera instalación de un sistema similar en la República Checa.

Por qué se eligió la comunicación V2X

 

Fig. n. 2: Principio de la comunicación V2X. Fuente: https://www.extremetech.com/extreme/243542-v2x-conquers-bad-curves-construction-zones-red-lights

La preferencia de los vehículos del cuerpo de bomberos se basa en un nuevo estándar de comunicación común en toda Europa para la comunicación vehículo-vehículo y vehículo-infraestructura, los denominados V2X (vehicle-to-everything, eventualmente C2X, C2C – car-to-car). Es un estándar con el que serán equipados todos los vehículos que bajarán de las líneas de producción en el futuro (p. ej. la empresa Volkswagen planea la implementación en los vehículos ya desde el aňo 2019). Se trata de unificar toda la comunicación entre vehículos y entre vehículos y la infraestructura de transporte circundante, incluidos los controladores de intersecciones.

Teniendo en cuenta que, en futuro cercano, es muy probable que esta comunicación sea obligatoria para todos los usuarios de la carretera, su uso para comunicarse con la infraestructura de transporte se ofrece como una opción lógica y sostenible a largo plazo, independiente del proveedor.

En nuestro sistema, la comunicación según el estándar V2X sirve para la comunicación directa e independiente con la intersección. El alcance en la urbanización es de aproximadamente 300 metros y más de 1 km en terreno abierto (verificado durante la implementación del proyecto). El vehículo envía información sobre su estado periódicamente hasta 10 veces por segundo (la frecuencia cambia dinámicamente según la congestión del canal para V2X). De manera similar comunica también el controlador de la intersección que de esta forma puede comunicar con su entorno, p.ej. el estado de su plan de señalización.

Una de las desventajas de la comunicación V2X es peor propagación de la señal en zonas urbanas que viene dada por la frecuencia utilizada de 5,9 GHz. Esto requiere ubicar la unidad de comunicación en un lugar elevado y preferiblemente en el medio de una intersección. La ubicación típica es, por lo tanto, en un poste de brazo del sistema de señalización de luz – en un semáforo (SSZ). Esta ubicación generalmente garantiza una buena cobertura de todas las rutas de acceso al cruce.

El objetivo general de la comunicación entre los vehículos y los vehículos con la infraestructura de transporte es aumentar la seguridad y eficiencia de las operaciones del vehículo con el hecho de que la información de radio transmite el estado del vehículo al ambiente mucho más rápido de que los cambios pueden detectar y evaluar los sistemas de sensores de los vehículos circundantes. Estos beneficios incluyen:

  • vehículo del cuerpo de bomberos informa a los vehículos circundantes sobre su paso
  • coordinación del comportamiento de la infraestructura de una ruta de transporte con la infraestructura,
  • posibilidad de advertir de la colisión de dos vehículos consecutivos
  • comunicación es independiente del tiempo (niebla)

y muchos otros beneficios.

Principio de la preferencia del vehículo del cuerpo de bomberos

 

Fig. n. 3: Muestra de preferencia absoluta del vehículo.

La preferencia del vehículo se basa en la posición del vehículo que se obtiene del GPS (o incluso de otros sistemas de navegación como Galileo o Glonass). Si el vehículo llega a un área definida en el alrededor del cruce, entonces puede requerir una preferencia. El requisito de la preferencia viene o del ordenador de a bordo o está vinculada al estado de las entradas de un bit, por ejemplo, para activar las alarmas en el vehículo del cuerpo de bomberos. La decisión final sobre si se asignará la preferencia (y cuando se asignará) está en el controlador o la unidad de comunicación en el controlador. El cruce entonces solo decide cuándo cambiar el plan de señalización. El color verde se establece solo en la dirección en que llega el vehículo del cuerpo de bomberos con el fin de “limpiar” el cruce, o al menos para permitir circular en la dirección opuesta.

La comunicación del vehículo con el controlador del cruce debe contener las unidades:

  • unidad de comunicación en el vehículo (UCU 5.0) en función de OBU – on board unit,
  • unidad de comunicación en el cruce (UCU 5.0) en función de RSU – Road side unit,

Resolución sobre la preferencia

 

Fig. n. 4: Ejemplo de corredores de preferencia definidos.

Como se indicó, la preferencia de los vehículos se decide sobre la base se su posición. Esta se evalúa según los parámetros especificados para un cruce dado. El área designada se define dentro de la configuración de un cruce. La preferencia luego funciona sobre la base de:

  • posición actual del vehículo,
  • áreas marcadas en el mapa,
  • dirección de viaje,
  • encender las alarmas.

Cada dirección de llegada al cruce está definida por su propia área (polígono) en la que se activa la prioridad – en la Figura 4 color verde. Es un área suficientemente larga para garantizar que el controlador pueda cambiar el plan de señalización y configurar la señal requerida en la dirección deseada. Al entrar en el área se activará la preferencia. Si el vehículo abandona el área, la preferencia se termina. El área roja en la Fig. 4 es un llamado polígono de salida. Después de pasarlo, se supone que el vehículo ha cruzado la intersección con éxito, y que, por lo tanto, se terminó la solicitud de prioridad.

Los polígonos son una variante más robusta y versátil de los puntos de entrada y salida conocidos de los vehículos del transporte público urbano. Sin embargo, los puntos de entrada se definen en el vehículo, mientras que los polígonos se definen para la intersección. Una situación en la que toda la lógica de decisión se encuentra en la intersección tiene la ventaja de que la intersección conoce las condiciones del tráfico en el alrededor mucho mejor que el vehículo que se está llegando. Gracias a la comunicación mucho más frecuente con el vehículo, el controlador tiene mucha mejor información sobre la posición del vehículo y, por lo tanto, no se basa solo en un punto. Entonces puede determinar mejor cuándo iniciar la preferencia.

Comunicación entre vehículos e intersecciones o cruceros viales

 

Fig. n. 6: Principio de preferencia.


Fig. n. 6: Principio de preferencia.

Nuestro sistema está diseñado para hacer frente de una manera uniforme a una preferencia tanto para el sistema de rescate integrado (IZS) como eventualmente para los vehículos del transporte público (urbano – MHD y de línea – VLD). El comportamiento de cada uno de estos tipos de vehículos es, por supuesto, diferente pero la tecnología es idéntica, utilizando el estándar internacional idéntico. Nuestra idea era crear un sistema en el que sería posible asignar una unidad de comunicación al controlador para todos los propósitos.

El sistema se basa en una combinación de dos interfaces de comunicación: un V2X de corto alcance y una conexión móvil estándar en el estándar LTE. Los roles y características de cada interfaz son los siguientes:

  • LTE – conexión móvil para informar oportunamente la intersección – es más lenta, menos confiable, pero funciona independientemente de la distancia – tiene un gran alcance. Por lo tanto, está destinada especialmente para “presagiar” que un vehículo se aproxima a la intersección. Además, se ocupa del monitoreo remoto y gestión de la unidad.
  • V2X (C2X) – comunicación directa e independiente de medio rango de acuerdo con el estándar internacional – es una comunicación rápida y confiable, pero con menos alcance.

El uso simultáneo de 2 interfaces de comunicación para el mismo tipo de comunicación aumenta en gran medida la solidez y fiabilidad, porque en el caso de falla / interferencia de un tipo de comunicación, el otro funciona. Esta es una ventaja muy significativa de la solución. Además, en el futuro será necesario el uso de una conexión a Internet para actualizar los certificados de seguridad (véase más adelante).

Seguridad de la comunicación contra el abuso

 


Fig.n. 7: Seguridad de noticias sobre la preferencia de los vehículos.

Cada vehículo, de manera permanente y periódica, envía cada 100 ms su condición básica (posición, velocidad, aceleración, dirección de viaje, etc.) y el tipo de vehículo y su función – como el “vehículo del equipo de bomberos en acción” o el “vehículo del transporte público”. Es un mensaje llamado CAM (Cooperative Awareness Message). Todos los vehículos y elementos de la infraestructura en el alrededor captan este mensaje y pueden reaccionar a ello – por ejemplo, advertir al conductor sobre un paso temprano del equipo de bomberos o una colisión inminente con otro vehículo, y similares. Además, como ya se ha mencionado, es posible usar otro mensaje parar informar al controlador sobre el requisito de preferencia.

Para evitar el mal uso de esta información (lo que se ofrece en caso de la preferencia de vehículos), la comunicación se complementa con un alto nivel de seguridad que en una comunicación de radio estándar no es posible de alcanzar. La seguridad es por lo tanto un elemento esencial de la comunicación V2X. Los mensajes enviados del vehículo están firmados digitalmente, y la intersección “permite preferencia” sólo al vehículo que tiene el mensaje “correctamente” firmado para ella. Además, las claves de firma se almacenan en el módulo HW, por lo que no se puede acceder y entrar en el sistema.

Con eso se gana:

  • un alto nivel de seguridad utilizando métodos de autorización y autenticación,
  • cada mensaje está firmado digitalmente y enviado junto con el certificado que autoriza mandar este mensaje. En este caso, el emisor del certificado probablemente sea el operador de intersección.

Solución del vehículo y la intersección

En la actualidad se utilizan los prototipos de unidades UCU 5.0-V2X, que tienen las propiedades generales para verificar muchas funciones posibles. La ubicación de la unidad en el vehículo está en su techo y en la intersección en la columna del semáforo. Las unidades dispuestas de esta manera luego permiten el alcance de comunicación V2X de hasta 1000 m en visibilidad directa. La comunicación con los controladores de intersecciones se realiza a través de la interfaz RS 485.

 

Fig.n. 8: Prototipos de unidades V2X basados en UCU 5.0 – a la izquierda se ve una unidad externa ubicada en el semáforo y a la derecha – unidad ubicada en un camión de bomberos.

Conclusión o sea escribieron sobre el proyecto

Desde nuestro punto de vista, esta es una solución muy prometedora basada en los estándares ETSI – G5 existentes, es decir, una solución paneuropea. La ventaja es la velocidad de comunicación y la casi imposibilidad de abuso debido a las firmas digitales de la comunicación. Usando las unidades de comunicación UCU 5.0 de alto rendimiento, también puede conectar las cámaras al sistema. Por ejemplo, al centro de control del HZS (sistema integrado del equipo de bomberos) ya ahora se están mandando secuencias de cámaras del vehículo que llega a la intervención y, eventualmente, también de la misma intervención. Al sistema también puede integrarse el transporte público y realizar una preferencia de más prioridades para los vehículos del HZS, las ambulancias y transporte público (transporte público urbano y transporte público de línea). Esto significa que, p. ej. un vehículo del HZS tendrá la prioridad absoluta, luego podrán seguir las ambulancias según el estado de emergencia, luego p. ej. los tranvías y luego los demás vehículos del transporte público de manera que como es ahora habitual.

En el proyecto, queremos continuar verificando la configuración de preferencias en las intersecciones para ambulancias.

Demostración de los recorridos de un vehículo del HZS con preferencia absoluta del día 16.11.2017 (tomado del sitio web de HZS):

Escribieron sobre el proyecto:

  • En las páginas web del Cuerpo de bomberos de Brno -  aquí
  • Y en Blesk aquí
  • también dieron la información en la televisión checa ČT y el anexo del periódico de la Moravia del sur Právo