Efekty realizacji projektu dotyczącego systemu automatycznego powiadamiania o wypadkach drogowych - ecall

Transkrypt

1 KAMIŃSKI Tomasz 1 NIEZGODA Michał 2 KRUSZEWSKI Mikołaj 3 GRZESZCZYK Rafał 4 FILIPEK Przemysław 5 Efekty realizacji projektu dotyczącego systemu automatycznego powiadamiania o wypadkach drogowych - ecall WSTĘP Celem projektu nr /2009 było opracowanie metodyki oceny systemu automatycznego powiadamiania o wypadkach drogowych - ecall. W ramach projektu zostało zbudowane stanowisko laboratoryjne do badań samochodowego urządzenia ecall w warunkach wysokich wartości przyspieszeń i stanowisko do weryfikacji poprawności transmisji danych. Zgodnie z danymi Policji liczba wypadków drogowych oraz osób zabitych i rannych w tych wypadkach na terenie Polski utrzymuje się nadal na wysokim poziome. W ciągu ostatnich 25 lat doszło do ponad 1,2 mln wypadków drogowych, w których zginęło ponad osób, a ponad 1,5 mln zostało rannych. Biorąc pod uwagę dane historyczne można stwierdzić, że dopiero od 1997 roku można obserwować trend spadkowy wspomnianych statystyk. Problem skutków wypadków drogowych dotyczy oczywiście nie tylko Polski. Od pojawienia się w świecie, ponad 100 lat temu, samochodu na skutek wypadków drogowych zginęło 30 milionów ludzi. Na terenie Unii Europejskiej każdego roku ginie ponad osób a ponad pozostaje niepełnosprawnymi na całe życie. Koszty społeczne każdej zabitej osoby są bardzo wysokie. Ich wartość została oszacowana w Polsce przez Krajową Radę Bezpieczeństwa Drogowego jako równa niemal 1 mln złotych. W celu zapobiegania i łagodzenia skutków kolizji i wypadków drogowych Unia Europejska podjęła inicjatywę esafety (ebezpieczeństwo). Stanowi ona część kompleksowej strategii Komisji Europejskiej zmierzającej do poprawy bezpieczeństwa na drogach i zwiększenia efektywności transportu w Europie. Koncepcja systemu ecall jest jednym z kluczowych elementów esafety i ma na celu stworzenie ogólnoeuropejskiego systemu szybkiego powiadamiania o wypadkach drogowych. Zgodnie z drugim komunikatem Komisji Rady, Parlamentu Europejskiego, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno Społecznego oraz Komitetu Regionów, na temat ebezpieczeństwa, rozwinięcie systemu ecall na wielką skalę jest priorytetowym celem inicjatywy ebezpieczeństwo. System będzie wdrożony na terenie wszystkich krajów członkowskich i stowarzyszonych. Aby umożliwić działanie technologii ecall, służby ratunkowe w Państwach Członkowskich UE będą musiały wyposażyć i zmodernizować swoje punkty przyjmowania zgłoszeń o wypadkach PSAP (ang. Public Safety Answering Point). Komisja wezwała rządy krajów i regionów do działań i inwestycji w niezbędną dla systemu ecall infrastrukturę służb alarmowych, aby móc w pełni uruchomić paneuropejski system w 2009 r. Jednak biorąc pod uwagę stan zaawansowania prac nie było możliwe wdrożenie systemu ecall w 2009 roku i dlatego przesunięto ten termin na 2014 rok. Obecnie, planowanym terminem wdrożenia jest 1 sierpnia 2015 roku. Zgodnie z art. 3 Dyrektywy ITS (2010/40/UE z dnia 7 lipca 2010), wymagane jest zharmonizowane zapewnienie interoperacyjnej usługi ecall na terenie całej UE. 1 Instytut Transportu Samochodowego, Centrum Zarządzania i Telematyki Transportu, ul. Jagiellońska 80, Warszawa, tel , fax , tomasz.kaminski@its.waw.pl 2 Instytut Transportu Samochodowego, Centrum Zarządzania i Telematyki Transportu, ul. Jagiellońska 80, Warszawa, tel , fax , michal.niezgoda@its.waw.pl 3 Instytut Transportu Samochodowego, Centrum Zarządzania i Telematyki Transportu, ul. Jagiellońska 80, Warszawa, tel , fax , mikolaj.kruszewski@its.waw.pl 4 ODIUT Automex Sp. z o.o., ul. Marynarki Polskiej 55d, Gdańsk, tel , automex@automex.eu 5 Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny, Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn, ul. Nadbystrzycka 36, Lublin, tel , p.filipek@pollub.pl 2693

2 1. ZASADA DZIAŁANIA SYSTEMU ECALL System ecall będzie umożliwiał manualne lub automatyczne wezwanie pomocy. Ręczne wezwanie będzie włączane przyciskiem przez kierowcę lub pasażera pojazdu, a automatycznie aktywowane, w określonych warunkach po zderzeniu, dzięki czujnikom zamontowanym w pojeździe. Po aktywacji, samochodowe urządzenie ecall połączy się przy użyciu sieci telefonii komórkowej ze służbami ratunkowymi umożliwiając przekazanie danych elektronicznych i nawiązanie połączenia głosowego. Zgłoszenia będą odbierane przez centralę, którą będzie stanowił odpowiedni terytorialnie punkt przyjmowania zgłoszeń o wypadkach, funkcjonujący w ramach sieci telefonów alarmowych 112/E112. Urządzenie prześle minimalny zestaw danych dotyczących wypadku w postaci elektronicznej (tzw. komunikat MSD) oraz niezwłocznie uruchomi połączenie głosowe miedzy pojazdem, a centralą. Osoby znajdujące się w pojeździe, podczas rozmowy z wyszkolonym operatorem ecall, będą mogły udzielić dodatkowych informacji. Minimalny zbiór danych będzie zawierał informacje na temat zdarzenia obejmujące czas, dokładne położenie geograficzne pojazdu w czasie zdarzenia, dane pojazdu (w tym numer identyfikacyjny VIN), status ecall (co najmniej informacje o tym, czy wezwanie uruchomiono ręcznie czy automatycznie) oraz informacje na temat operatora świadczącego usługi. Należy zaznaczyć, że przewidywana jest możliwość komercyjnego świadczenia usługi przyjmowania zgłoszeń o wypadkach drogowych. 2. STANOWISKA DO WERYFIKACJI DZIAŁANIA URZĄDZENIA ECALL Pokładowe urządzenie ecall, opracowane w ramach projektu, składa się z modułu detekcji kolizji i opracowanego jako osobny blok funkcjonalny modułu teletransmisyjnego z odbiornikiem GPS, przeznaczonego do komunikacji z Centrum Powiadamiania Ratunkowego. Oba moduły stanowią łącznie badawczy prototyp urządzenia pokładowego ecall, odpowiadający funkcjonalnie urządzeniu ecall, które będzie montowane w pojazdach. Moduł detekcji kolizji wyposażony w czujnik przyspieszenia, w uzasadnionych przypadkach, będzie uruchamiał moduł teletransmisyjny. Weryfikacja poprawności działania urządzenia ecall powinna uwzględniać dwa aspekty: związany z weryfikacją poprawności detekcji kolizji i związany z weryfikacją poprawności działania modułu teletransmisyjnego. Działanie modułu teletransmisyjnego będzie zweryfikowane przy użyciu, opracowanego w ramach projektu, urządzenia symulującego urządzenie do przyjmowania zgłoszeń po stronie centrali ecall. Założenia dla procedury weryfikacji modułu detekcji kolizji zostały opisane poniżej. Najlepszym sposobem weryfikacji modułu detekcji wypadku urządzenia ecall byłoby przeprowadzenie badań w warunkach rzeczywistej kolizji drogowej. Jednak, wykonanie serii testów zderzeniowych różnych typów pojazdów, wewnątrz których byłoby zainstalowane urządzenie ecall, jest skomplikowane i kosztowne. W ramach realizowanego projektu, zaplanowano wykonanie laboratoryjnych badań symulacyjnych. W tym celu zbudowano dwa stanowiska badawcze przeznaczone do prac związanych z opracowaniem algorytmu detekcji wypadku oraz do weryfikacji poprawności działania modułu detekcji kolizji. Pierwsze stanowisko służyło do wywoływania przyspieszeń, a drugie do odtwarzania przebiegu sygnału napięciowego odpowiadającego przebiegowi przyspieszenia z rzeczywistej kolizji i podawaniu go, w zastępstwie sygnału z akcelerometrów, na wejście modułu detekcji kolizji seryjnie produkowanego sterownika poduszek powietrznych. Funkcjonalność i wymagania techniczne dla stanowisk wynikały w głównej mierze z warunków jakie panują podczas rzeczywistego zderzenia pojazdu. Czas trwania jednokrotnego zderzenia pojazdu jest stosunkowo krótki, tj. ok ms, przy czym chwilowe przyspieszenie może osiągać wartość ponad 30g (gdzie g oznacza przyspieszenie ziemskie) już przy prędkości zderzenia równej około 50 km/h. Zgodnie z danymi opublikowanymi przez Wolfa i Brattona średnia prędkość zderzenia w USA jest równa 55 km/h [4], natomiast średnia prędkość zderzenia zgodnie z oficjalnymi danymi w Wielkiej Brytanii jest równa 35,42 km/h [7]. Projekt stanowiska do badań samochodowego urządzenia ecall przedstawiono na rysunku 1. Stanowisko zostało wykorzystane do przeprowadzenia eksperymentów, z użyciem seryjnie produkowanego sterownika poduszek, w wyniku których określono wartości parametrów związanych 2694

3 z przebiegiem przyspieszenia, w przypadku których została uruchomiona poduszka powietrzna. Na tej podstawie opracowano algorytm detekcji kolizji w pokładowym urządzeniu ecall. Stanowisko służyło również do weryfikacji i opracowania ostatecznej wersji tego algorytmu. Elementem stanowiska był suwak, który przy zachowaniu minimalnych oporów ruchu, opadał pod własnym ciężarem i uderzał w materiał sprężysty (gąbkę poliuretanową). Do suwaka były przymocowane badane urządzenia i akcelerometry do pomiaru wartości przyspieszenia. Rys. 1. Widok ogólny stanowiska ecall Na wózku umieszczono, akcelerometr ADXL 150 oraz sterownik poduszki powietrznej typu 6Q , instalowany w seryjnych pojazdach grupy Volkswagen (np. VW Golf,VW Polo, Seat Leon). Na drugim stanowisku badawczym odtwarzano przebiegi sygnału napięciowego odpowiadającego przebiegowi przyspieszenia podczas rzeczywistej kolizji i przesyłaniu go do wejścia modułu detekcji kolizji seryjnie produkowanego sterownika poduszek. Podczas badań wykorzystano sygnały o zróżnicowanej amplitudzie i gradiencie. Były to sygnały napięciowe zarejestrowane podczas kolizji rzeczywistych pojazdów, w których doszło lub nie doszło do uruchomienia poduszek powietrznych. W ten sposób zbadano działanie algorytmu detekcji wypadku zaimplementowanego w seryjnie produkowanym sterowniku. Zatem badania algorytmu przeprowadzono zarówno na stanowisku do symulacji przyspieszeń jak i na stanowisku, w ramach którego odtwarzano przebieg sygnałów napięciowych z rzeczywistych kolizji. Odpowiednie oprogramowanie umożliwiało przywrócenie takiego stanu sterownika poduszek powietrznych jak przed symulowaną kolizją. Widok stanowiska do odtwarzania przebiegu przyspieszenia przedstawiono na rysunku

4 Rys. 2. Widok ogólny stanowiska do odtwarzania przebiegu przyspieszenia Podczas pomiarów przyjęto częstotliwość próbkowania równą 5 khz. Dane były zapisywane w pliku tekstowym, a następnie przetwarzane. Do filtrowania i analizy danych wykorzystano środowisko obliczeniowe Scilab Dane zostały przeskalowane zgodnie z parametrami akcelerometru w celu uzyskania przebiegu przyspieszenia, a następnie poddane filtrowaniu. Przykład przebiegu zarejestrowanego sygnału przyspieszenia przedstawia rysunek 3, natomiast przykładowy przebieg sygnału przyspieszenia uzyskany w wyniku zastosowania filtrowania sygnału pomiarowego przedstawiono na rysunku 4. Na podstawie danych uzyskanych w wyniku zastosowania filtrowania możliwe było obliczenie wartości parametru V (zmiany prędkości w czasie) dla poszczególnych, symulowanych zderzeń. Jego wartość obliczana była jako całka przyspieszenia (metoda prostokątów) w okresie trwania zderzenia (przy utracie informacji o wartości czynnika stałego). Na podstawie pomiarów określone zostały parametry algorytmu detekcji kolizji modułu detekcji kolizji urządzenia ecall opracowanego w ramach projektu. 2696

5 Rys. 3. Przykładowy przebieg zarejestrowanego sygnału przyspieszenia Rys. 4. Przykładowy przebieg sygnału przyspieszenia uzyskanego po zastosowaniu filtru Kalmana 3. MODUŁ TELETRANSMISYJNY URZĄDZENIA ECALL Jak wspomniano powyżej, w ramach projektu został opracowany moduł do teletransmisji danych komunikatu MSD, umożliwiający (po przesłaniu danych) prowadzenie rozmowy z Centrum Powiadamiania Ratunkowego CPR (odpowiednik europejskiego PSAP). Prototyp modemu IVS (In-Vehicle System) zrealizowano zgodnie ze specyfikacją ecall 3GPP [1]. Aplikacja modemu IVS została wykonana z wykorzystaniem kodu źródłowego napisanego w języku C i dostarczonego przez firmę Qualcomm, który został dołączony do specyfikacji [5]. Prototyp systemu IVS zrealizowano w oparciu o kompaktowy komputer przemysłowy AEC 6920 wyprodukowany przez firmę AAEON z kartą dźwiękową Maya 44 oraz podłączonymi do niego modułami: odbiornikiem GPS Holux M-215, modułem wykrywania kolizji, 2697

6 platformą PCI-E Mini Card Dev Kit z modułem GSM/UMTS MC-8795V, przełącznikiem audio zrealizowanym, jako rozwiązanie autorskie, w ramach projektu. Elementy modułu IVS przedstawiono na rysunku 5. Rys. 5. Elementy składowe modułu IVS 4. POZOSTAŁE EFEKTY REALIZACJI PROJEKTU ECALL Do pozostałych efektów realizacji projektu ecall zaliczyć należy: analizę stanu prawnego, dotyczącego systemu, w zakresie legislacji europejskiej i krajowej, analizę systemu certyfikacji i standaryzacji systemu ecall stan na 2010 rok, omówienie krajowych działań w zakresie wdrożenia systemu, analizę działań pilotażowych systemu ecall w poszczególnych krajach europejskich, omówienie przeprowadzonych analiz dotyczących skutków wdrożenia systemu ecall, opracowanie metodyki badawczej urządzenia ecall, opracowanie oferty dla przedsiębiorców. Jak wspomniano powyżej, w wyniku realizacji projektu, została opracowana oferta dla przedsiębiorców. W ramach oceny modułu detekcji kolizji proponuje się: wyznaczenie punktu decyzyjnego modułu inercyjnego. Badanie polega na sprawdzeniu przy jakich parametrach ruchu (przebieg opóźnienia w czasie) moduł będzie generował sygnał komunikatu o wykryciu sytuacji niebezpiecznej. W ramach badania sprawdzona zostanie powtarzalności generowania tego sygnału dla różnych parametrów pobudzenia. W trakcie badania wykorzystane będą dwa stanowiska do laboratoryjnego sprawdzania urządzeń ecall zbudowane w ramach wymienionego wyżej projektu, określenie czasu reakcji (opóźnienia w procesie aktywacji) modułu kinematycznego. Badanie to będzie polegało na wyznaczeniu/zmierzeniu czasu jaki upłynie od momentu zaistnienia pobudzenia na tyle silnego, aby zostało one zinterpretowane przez moduł inercyjny jako zdarzenie niebezpieczne, wyznaczenie parametrów energetycznych modułu kinematycznego. Badanie to będzie polegało na określeniu wielkości zapotrzebowania urządzenia na energię w różnych trybach: wyłączony zapłon, czuwanie, czy aktywny alarm. Pomiar umożliwi dobór, przez producenta, zapasowego źródła zasilania o odpowiedniej pojemności, zabezpieczającej wezwanie pomocy nawet w przypadku uszkodzenia akumulatora pojazdu, weryfikacja dopuszczalnych warunków pracy. Badanie to polega na sprawdzeniu czy urządzenie ecall prawidłowo funkcjonuje w całym zakresie dopuszczalnych dla tego typu urządzeń parametrów otoczenia (temperatura, wilgotność, drgania, zmienne pola magnetyczne). Do tego badania wykorzystane będą między innymi precyzyjne komory klimatyczne. Dla modułu teletransmisyjnego oferuje się następujące usługi: wyznaczenie czasu transmisji danych alarmowych do Centrum Powiadamiania Ratunkowego. Badanie to będzie polegało na określeniu minimalnego, maksymalnego i średniego czasu transmisji podstawowej wiadomości MSD, od momentu poprawnego zestawienia połączenia z CPR, do uzyskania przez nie poprawnej postaci wiadomości. Badanie to będzie realizowane wielokrotnie i w różnych warunkach transmisyjnych, 2698

7 ocena poprawności implementacji systemu ecall. Badanie to będzie polegało na realizacji testów zdefiniowanych w specyfikacji systemu ecall w celu oceny poprawności implementacji modułów IVS oraz PSAP systemu. Ocenie będą podlegały miedzy innymi: zgodność bitowa, stopa błędu, możliwość błędnej detekcji, poprawność implementacji wiadomości PUSH i HLACK oraz dodatkowe aspekty jakościowe, sprawdzenie poprawności transmisji danych. Badanie to będzie polegało na wielokrotnej realizacji eksperymentów polegających na wykonaniu testowych transmisji wiadomości MSD z różnymi koderami źródłowymi GSM/UMTS i dla różnych poziomów jakości kanału radiowego. Celem badania będzie określenie możliwości poprawnej transmisji wiadomości MSD w różnych warunkach. W wyniku badania będzie określana między innymi minimalna liczba różnych redundantnych replik wiadomości, którą należy przesłać do CPR w celu uzyskania poprawnej postaci wiadomości MSD. WNIOSKI Projekt nr /2009 pt. Opracowanie metodyki oceny systemu automatycznego powiadamiania o wypadkach drogowych ecall obejmował wszystkie aspekty wdrożenia systemu ecall. Jak wynika z przeprowadzonych analiz dotyczących skutków wdrożenia systemu umożliwi on szybsze reagowanie w przypadku poważnych wypadków drogowych. System automatycznie prześle informacje o wypadku do Centrum Powiadamiania Ratunkowego i niemal natychmiast rozpocznie się akcja ratunkowa. W wyniku analiz przeprowadzonych w ramach projektu uzyskano szeroką wiedzę ekspercką w zakresie podstaw prawnych działania systemu, technicznych aspektów w zakresie certyfikacji i wdrożenia, efektów wdrożenia i pilotażowych wdrożeń wraz z oceną skutków wdrożenia. Zgromadzone informacje posłużyły do propagowanie wiedzy w zakresie systemu ecall w Polsce i zostały wykorzystane w ramach współpracy z Resortem Spraw Wewnętrznych, Resortem Transportu. Zdobyta wiedza umożliwiła opracowanie wielu analiz i opinii, a wybrane efekty realizacji projektu zostały opublikowane na krajowych i międzynarodowych konferencjach naukowych. W ramach projektu powstały stanowiska badawcze, które będzie można wykorzystać w ramach wdrażania systemu ecall w Polsce. Streszczenie Celem projektu nr /2009 było opracowanie metodyki oceny systemu automatycznego powiadamiania o wypadkach drogowych - ecall. W wyniku analiz przeprowadzonych w ramach projektu uzyskano szeroką wiedzę ekspercką w zakresie podstaw prawnych działania systemu, technicznych aspektów w zakresie certyfikacji i wdrożenia, efektów wdrożenia i pilotażowych wdrożeń wraz z oceną skutków wdrożenia. W ramach projektu zostało zbudowane stanowisko laboratoryjne do badań samochodowego urządzenia ecall w warunkach wysokich wartości przyspieszeń i stanowisko do weryfikacji poprawności transmisji danych. Pierwsze stanowisko umożliwiło opracowanie własnego algorytmu detekcji kolizji. Projekt zakładał również opracowanie pokładowego urządzenia nadawczo-odbiorczego ecall i urządzenia do obierania zgłoszeń w systemie ecall. Ostatecznym efektem realizacji projektu było opracowanie metodyki oceny systemu ecall wykraczającej poza ramy norm i specyfikacji systemu. The realisation effects of project connected with automatic collision notification system - ecall Abstract The aim of the project number /2009 was to elaborate the assessment of automatic collision notification system ecall methodology. As the effect of analyses broad knowledge about legislation background of ecall system, technical aspects of certification and implementation, effects of introduction, and also pilots implementation and introduction assessment in other countries was obtained. In the project a laboratory research stand for on-board ecall device investigation in high acceleration conditions was developed as well as a laboratory stand for data transmission validation. First of the stands enabled to develop 2699

8 an own collision detection algorithm. The project was established to develop transreceiver ecall device and device for receiving ecall system notifications. The final effect of the project was to develop methodology for assessing the automatic collision notification system ecall. BIBLIOGRAFIA 1. Kamiński T., Filipek P., Kamińska E.: Algorytmy Detekcji Kolizji Drogowej Dla Systemu ecall, TTS Technika Transportu Szynowego 9/ Kamiński T., Niezgoda M., Kruszewski M., Grzeszczyk R., Drop T., Filipek P.: Collision detection algorithms in the ecall system, Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 19. No 4., Warszawa, Kamiński T., Nowacki G., Mitraszewska I., Niezgoda M., Kruszewski M., Kamińska E., Filipek P.: Selected Aspects of the ecall Emergency Notification System, The Archives of Transport, No. 4, Vol. XXIII, Kaminski T., Ucińska M., Kamińska E., Filipek P.: Effect analysis on the implementation of automatic emergency call system ecall, Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 18, No. 4/2011, Kamiński T., Wybrane aspekty realizacji projektu rozwojowego pt. Opracowanie metodyki oceny systemu automatycznego powiadamiania o wypadkach drogowych - ecall, Transport Samochodowy, 2/2012 ISSN , Kathleen L. Wolf, Bratton N.: Urban Trees and Traffic Safety: Considering U.S. Roadside Policy and Crash Data. Arboriculture & Urban Forestry Online, Vol. 32, No. 4, July Piątek S.: Regulacyjne aspekty systemu powiadamiania o wypadkach drogowych ecall, Telekomunikacja i Techniki Informacyjne, ISSN , Tom 1-2, Specyfikacja techniczna: 3GPP TS , ecall Data Transfer; In-band modem solution; General description (Release 9), Specyfikacja techniczna: 3GPP TS , ecall Data Transfer; In-band modem solution; ANSI-C reference code (Release 9), Strona internetowa: