KRAJOWY SYSTEM AUTOMATYCZNEGO POBORU OP AT PROJEKT PILOTA OWY

Transkrypt

1 PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 77 Transport 2011 Gabriel Nowacki, Anna Niedzicka, Ewa Smoczy ska Centrum Zarz dzania i Telematyki Transportu/Instytut Transportu Samochodowego Robert Rozes aniec Autoguard S.A. Thomas Kallweit FELA Management AG (Szwajcaria) KRAJOWY SYSTEM AUTOMATYCZNEGO POBORU OP AT PROJEKT PILOTA OWY R kopis dostarczono, grudzie 2010 Streszczenie: W artykule przedstawiono wybrane problemy dotycz ce implementacji europejskiej us ugi op aty elektronicznej EETS. Zdaniem Komisji Europejskiej systemy elektronicznego pobierania op at drogowych, stosowane w pa stwach Unii Europejskiej, nie s interoperacyjne. Komisja Europejska podj a milowe kroki w tym zakresie. Pierwszym by a dyrektywa 2004/52/EC w sprawie interoperacyjno ci systemów elektronicznych op at drogowych we Wspólnocie. Drugim, decyzja Komisji Europejskiej z dnia 6 pa dziernika 2009 r. w sprawie definicji europejskiej us ugi op aty elektronicznej (EETS) oraz jej elementów technicznych. Europejska us uga op aty elektronicznej ma by dost pna za trzy lata dla wszystkich pojazdów o masie powy ej 3,5 tony lub pojazdów przewo cych ponad 9 osób cznie z kierowc. Us uga ta b dzie dost pna dla pozosta ych pojazdów za pi lat. Instytut Transportu Samochodowego prowadzi testy projektu pilota owego - struktura funkcjonalna Krajowego Systemu Automatycznego Poboru Op at (KSAPO). W sk ad systemu wchodz nast puj ce elementy: dwa inteligentne urz dzenia pok adowe OBU, dwie bramki kontrolne, laboratoryjny model krajowej centrali automatycznego poboru op at KCAPO. OBU automatycznie nalicza op at (myto), bior c pod uwag kategori pojazdu (dmc, liczb osi), klas emisji spalin oraz przejechany odcinek drogi. OBU jest wyposa one w modu GPS, GSM oraz DSRC, co zapewnia mu interoperacyjno z innymi systemami EETS w pa stwach cz onkowskich UE. System spe nia wymagania dyrektywy 2004/52/EC oraz decyzji KE. S owa kluczowe: EETS, KSAPO, DSRC, interoperacyjno

2 76 Nowacki G., Niedzicka A., Smoczy ska E., Rozes aniec R., Kallweit T. 1. WPROWADZENIE W wi kszo ci pa stw Unii Europejskiej (Austria, Czechy, Francja, Hiszpania, W ochy) wykorzystywane s systemy elektronicznego pobierania op at drogowych typu DSRC 1, które funkcjonuj w oparciu o wydzielon czno radiow krótkiego zasi gu (pasmo mikrofalowe - 5,8 GHz). Bardziej nowoczesnym rozwi zaniem s systemy wykorzystuj ce technologi telefonii komórkowej GSM oraz pozycjonowania satelitarnego GPS (Szwajcaria, system wdro ony od 1 stycznia 2001, Niemcy od 1 stycznia 2005, S owacja od 1 stycznia 2010 roku). Zdaniem Komisji Europejskiej, krajowe i lokalne systemy op at elektronicznych wdro one w pa stwach europejskich s na ogó niekompatybilne i mog wspó pracowa wy cznie z w asnymi urz dzeniami rejestruj cymi. Taki brak interoperacyjno ci pomi dzy systemami op at drogowych jest szczególnie uci liwy dla mi dzynarodowego transportu drogowego. Na przyk ad, aby przejecha z Portugalii do Danii, nale a oby zainstalowa w poje dzie co najmniej pi ró nych urz dze rejestruj cych - ka de w ramach innej umowy zawartej za ka dym razem z innym operatorem op at drogowych. Dla przewo nika oznacza to czasoch onne formalno ci i kosztowne obci enia administracyjne wynikaj ce z konieczno ci przekazywania danych o podró y, otrzymanych faktur, warunków umów i polece p atno ci. Dlatego te Komisja Europejska okre li a g ówne techniczne specyfikacje i wymogi niezb dne do uruchomienia europejskiej us ugi op aty elektronicznej (EETS), która pozwoli u ytkownikom dróg na atwe uiszczanie op at za przejazd w ca ej Unii Europejskiej, dzi ki temu samemu abonamentowi wykupionemu u jednego us ugodawcy oraz jednemu zainstalowanemu w poje dzie urz dzeniu rejestruj cemu. Docelowo ma to ograniczy liczb transakcji gotówkowych w punktach poboru op at i przyczyni si do optymalizacji przep ywu ruchu i zmniejszenia zatorów komunikacyjnych. 1 DSRC (Dedicated Short Range Communication) wydzielona czno krótkiego zasi gu, przeznaczona dla przemys u motoryzacyjnego i odpowiadaj ca okre lonym standardom. EN DSRC - warstwa fizyczna za pomoc mikrofal 5.8 GHz. EN warstwa cza danych. EN warstwa aplikacji. EN profile aplikacji. EN ISO elektroniczny system pobierania op at - interfejs aplikacji. Obecnie g ówne zastosowanie DSRC odnosi si do systemów elektronicznego pobierania op at drogowych, g ówne w Europie, Japonii i Stanach Zjednoczonych.

3 Krajowy System Automatycznego Poboru Op at CHARAKTERYSTYKA EETS Urz dzenie pok adowe OBU, pracuj ce w systemie DSRC jest ma ej wielko ci (paczki papierosów), mocowane jest na szybie wewn trz pojazdu. Jednak urz dzenie to jest ma o inteligentne, bardzo proste i wykonuje jedynie funkcje potwierdzania (read only), nie posiada wy wietlacza, nie mo e odbiera ani przekazywa adnych wiadomo ci. W systemie DSRC wymagana jest rozbudowa infrastruktury drogowej, na ka dym skrzy owaniu, przy wjazdach na odcinki dróg p atnych lub zjazdach musz by zamontowane bramki (rys. 1). Rys. 1. Struktura systemu elektronicznego pobierania op at typu DSRC [2] W systemie DSRC wyst puj dwa rodzaje bramek: do czno ci (Toll Gate) oraz kontrolne, dlatego ich liczba jest dziesi ciokrotnie wi ksza ni w systemie GPS/GSM. Ponadto transmisja danych odbywa si przy wykorzystaniu czno ci przewodowej, a nast pnie mo e odbywa si przez Internet. System DSRC nie b dzie móg by w czony do zintegrowanej platformy technologicznej, gdy nie b dzie on móg w ogóle wspó pracowa z innymi krajowymi systemami transportowymi 2. Nawet w przypadku systemu DSRC, gdzie dostawc jest firma Kapsch, ka de pa stwo posiada inny typ urz dzenie pok adowego OBU. Innym rozwi zaniem jest system typu GPS/GSM (rys. 2). W systemie tym, dzi ki pozycjonowaniu satelitarnemu GPS organizowane s wirtualne punkty kontroli i poboru 2 Taka sytuacja jest w tej chwili w Polsce, systemy sterowania ruchem drogowym w poszczególnych miastach nie mog ze sob wspó pracowa.

4 78 Nowacki G., Niedzicka A., Smoczy ska E., Rozes aniec R., Kallweit T. op at, system mo e dzia a bez wykorzystania bram kontrolnych. Dane do centrali systemu przekazywane s bezpo rednio z OBU, przy wykorzystaniu czno ci GSM. Zdaniem Komisji Europejskiej systemy elektronicznego pobierania op at drogowych, stosowane w pa stwach Unii Europejskiej, nie s interoperacyjne z nast puj cych powodów: ró nic w koncepcjach pobierania op at drogowych, standardów technologicznych, klasyfikacji stawek op at, niezgodno ci w zakresie interpretacji przepisów prawnych. Rys. 2. System typu GPS/GSM Interoperacyjno 3 oraz budowa architektury tych systemów powoduje konieczno opracowania norm, dotycz cych m.in. rozwi za technicznych, bezpiecze stwa, protoko ów przekazywania danych miedzy elementami systemu i jego otoczeniem. Implementacja autonomicznych systemów w pa stwach europejskich oraz brak mo liwo ci wspó pracy z innymi systemami spowodowa y, e Komisja Europejska od 2004 r., prowadzi szeroko zakrojone dzia ania w zakresie interoperacyjno ci tych systemów. W 2004 roku zosta a przyj ta Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2004/52/WE, dotycz ca interoperacyjno ci systemów elektronicznych op at drogowych [6]. Zgodnie z dyrektyw, wszystkie systemy elektronicznych op at drogowych, wprowadzone do u ytku po dniu r., w pa stwach Unii Europejskiej, powinny wykorzystywa przynajmniej jedn z technologii: lokalizacj satelitarn, pakietow transmisj danych, opart na standardzie GSM-GPRS (GSM TS 03.60/23.060) lub system 3 Interoperacyjno sieci (Prawo telekomunikacyjne) oznacza zdolno sieci telekomunikacyjnych do efektywnej wspó pracy w celu zapewnienia wzajemnego dost pu u ytkowników do us ug wiadczonych w tych sieciach. Interoperacyjno wspólnotowego systemu oznacza spójno tego systemu w skali Unii Europejskiej, w ka dym aspekcie jego egzystencji, tj. technicznym, funkcjonalnym, syntaktycznym i semantycznym, przy za o eniu, e zosta y okre lone na szczeblu wspólnotowym dzia ania maj ce na celu jej osi gni cie, a które realizowane s zarówno na drodze wspólnych przedsi wzi (tworzenie sieci transeuropejskich), jak i na drodze dzia a niezale nych poszczególnych pa stw cz onkowskich wed ug strategii w asnych.

5 Krajowy System Automatycznego Poboru Op at 79 radiowy do obs ugi transportu i ruchu drogowego, pracuj cy w zakresie cz stotliwo ci 5,8 GHz. Systemy op at elektronicznych powinny by interoperacyjne i oparte na jawnych i powszechnych normach, dost pne na zasadach niedyskryminacyjnych dla wszystkich dostawców systemu. Europejska us uga op aty elektronicznej powinna zapewni interoperacyjno na technicznym, umownym i proceduralnym poziomie. Rys. 3. Urz dzenia pok adowe OBU aktualnie stosowane w poje dzie [11] Interoperacyjno umowna stanowi potencja w zakresie istotnego u atwienia dla niektórych u ytkowników dróg oraz w zakresie znacz cych oszcz dno ci w zarz dzaniu dla u ytkowników korzystaj cych z dróg w celach gospodarczych. Zgodnie z art. 2 ust. 3, zaleca si, aby nowe systemy op at elektronicznych wprowadzone do u ytku po przyj ciu niniejszej dyrektywy wykorzystywa y technologie pozycjonowania satelitarnego oraz czno ci ruchomej. W szczególno ci, z uwagi na ich du elastyczno i uniwersalno, stosowanie nowych technologii pozycjonowania satelitarnego (GNSS) oraz czno ci ruchomej (GSM/GPRS) w systemach op at elektronicznych mo e s u y spe nieniu wymogów nowych polityk w zakresie op at drogowych zaprojektowanych na poziomie Wspólnoty i Pa stw Cz onkowskich. Technologie te umo liwiaj policzenie du ej liczby kilometrów z uwzgl dnieniem kategorii dróg, bez konieczno ci kosztownych inwestycji w infrastruktur. Technologie te otwieraj równie mo liwo ci zwi zane z nowymi us ugami w zakresie bezpiecze stwa i informacji dla podró uj cych, takich jak automatyczny alarm uruchamiany przez pojazd uleg y wypadkowi, wskazuj cy po o enie pojazdu oraz informacje w czasie rzeczywistym dotycz ce warunków ruchu drogowego, nat enia ruchu drogowego oraz czasu podró y. Systemy pobierania op at elektronicznych, które s wdra ane w Pa stwach Cz onkowskich powinny spe nia nast puj ce podstawowe kryteria: system powinien by przygotowany do w czenia przysz ych technologicznych i systemowych ulepsze oraz uzupe nie, bez konieczno ci kosztownej redukcji starszych modeli i metod.

6 80 Nowacki G., Niedzicka A., Smoczy ska E., Rozes aniec R., Kallweit T. Postanowienia dyrektywy 2004/52/WE w Rzeczypospolitej Polskiej zostan wdro one na podstawie Ustawy z dnia 7 listopada 2008 (Dz. U. z 2008 r. Nr 218, poz. 1391) o zmianie ustawy o drogach publicznych oraz niektórych innych ustaw [13]. W najbli szej przysz o ci zostanie wdro ony system Galileo, którego dok adno b dzie znacznie lepsza od GPS. 26 czerwca 2004, KE podpisa a porozumienie z USA w zakresie koordynacji Galileo z GPS. Na podstawie decyzji KE z dnia 6 pa dziernika 2009 roku [5], zosta a zdefiniowana - europejska us uga op aty elektronicznej EETS, obejmuj ca wszystkie sieci drogowe we Wspólnocie, w których op aty lub op aty za u ytkowanie dróg s pobierane rodkami elektronicznymi. Zgodnie z wymaganiami okre lonymi w dyrektywach UE warunki osi gni cia interoperacyjno ci EETS obejmuj dzia ania zwi zane z projektowaniem, konstrukcj, wprowadzaniem do u ytku, modernizacj, odnawianiem i utrzymaniem infrastruktury EETS. Dzia ania te maj na celu zapewnienie w a ciwego funkcjonowania wprowadzonego do u ytku podsystemu. Dla ka dego z tych podsystemów odpowiednia techniczna specyfikacja interoperacyjno ci - TSI okre la przede wszystkim podstawowe parametry techniczne, które odnosz si do sk adników interoperacyjno ci i interfejsów. Specyfikacje TSI s integralnymi sk adnikami przepisów co oznacza, e s obligatoryjne. Dla wielu parametrów wymagane warto ci definiowane s poprzez powo anie si na odpowiednie dokumenty normalizacyjne, a w szczególno ci na normy europejskie. Wdra anie interoperacyjno ci jest dzia aniem d ugookresowym, o ci le okre lonym przebiegu. W strategii wdro eniowej dotycz cej interoperacyjno ci na plan pierwszy wysuwa si konieczno wprowadzenia EETS, sk adaj cego si z systemów: DSRC, GSM, GNSS CHARAKTERYSTYKA KSAPO 3.1. STRUKTURA FUNKCJONALNA KSAPO W sk ad systemu pilota owego wchodz nast puj ce elementy (rys. 4): inteligentne urz dzenie pok adowe o nazwie TRIPON-EU, które zosta o zainstalowane w dwóch pojazdach testowych, 4 Ogólno wiatowy system nawigacji satelitarnej, okre lany jako Global Navigation Satellite System (GNSS). GNSS-1 bazuje na istniej cych segmentach orbitalnych GPS Navstar i rosyjskiego systemu GLONASS. Integraln cz ci GNSS-1 jest system danych ró nicowych (DGPS - Differential Global Positioning System). Dzia anie systemu ró nicowego opiera si na tym, e b dy obserwowane przez dwa odbiorniki znajduj ce si w tym samym obszarze s skorelowane. Stacje referencyjne GPS o znanych koordynatach przestrzennych na bie co porównuj swoje wspó rz dne z pozycj otrzyman na podstawie pomiarów sygna u satelitów. Stacje ró nicowe poprzez kana czno ci komunikuj si z pok adowym odbiornikiem nawigacyjnym, który uwzgl dnia poprawk dla poszczególnych satelitów. Rozwini ciem GNSS-1 b dzie GNSS-2. Konstelacja satelitów nawigacyjnych b dzie obejmowa satelity GPS Navstar typu II F, GLONASS M i nowe satelity europejskie o roboczej nazwie Galileo.

7 Krajowy System Automatycznego Poboru Op at 81 system instalowania OBU z u yciem karty chipowej, dwie bramki kontrolne (z modemem DSRC i wizyjnym systemem pobierania op at drogowych), laboratoryjny model krajowej centrali automatycznego poboru op at KCAPO, serwer proxy do wymiany danych mi dzy central system a OBU poprzez GPRS, centrum sterowania OBU pozwalaj ce na zarz dzanie OBU i wykonywanie analiz danych dotycz cych poboru op at, narz dzia analityczne dla DSRC, analizy obrazów i klasyfikacji pojazdów. Rys. 4. Architektura Krajowego Systemu Automatycznego Poboru Op at W projekcie systemu uwzgl dniono nast puj ce technologie: pozycjonowanie satelitarne GPS, w przysz o ci system Galileo, czno bezprzewodow GSM (TS / ), wydzielon czno krótkiego zasi gu DSRC (5,8 GHz). Rozpocz cie i zako czenie pobierania op aty wyzwalane jest przez wirtualne punkty poboru op at oraz kontrolowane dodatkowo po przejechaniu przez, zaprojektowane i wykonane w ramach projektu, dwie bramki. Dane, dotycz ce pozycji pojazdu, s dodatkowo potwierdzane przez odbiornik GPS i przekazywane z OBU przez sie telefonii komórkowej do KCAPO (Krajowej Centrali Automatycznego Pobierania Op at). Wraz z potwierdzeniem wjazdu i wyjazdu samochodu z autostrady lub drogi ekspresowej, do KCAPO przekazywany jest numer identyfikacyjny pojazdu. Na podstawie baz danych, zawieraj cych dane zarejestrowanego w systemie przewo nika, w KCAPO, okre lany jest w a ciciel pojazdu i po obliczeniu op aty za przejazd, do siedziby firmy przekazywana jest faktura VAT. W takiej konfiguracji testowane zosta y nast puj ce funkcje systemu: dzia anie segmentów GPS urz dze pok adowych, dzia anie kana u transmisji danych mi dzy urz dzeniami pok adowymi a serwerem po rednicz cym (Proxy), generacja danych testowych dla celów walidacji, dzia anie mikrofalowych urz dze DSRC,

8 82 Nowacki G., Niedzicka A., Smoczy ska E., Rozes aniec R., Kallweit T. dzia anie wizyjnego systemu pobierania op ar. Urz dzenie OBU przeznaczone jest g ównie do detekcji p atnych odcinków dróg po których porusza si pojazd wyposa ony w OBU. Bramka stanowi stacjonarny punkt kontroli pojazdów poruszaj cych si po drogach p atnych. W przypadku systemu opartego o GPS/GSM nale y d y do minimalizacji liczby bramek co pozwoli na zmniejszenie nak adów finansowych potrzebnych do powstania sytemu KSAPO. Dodatkowo w systemie mog by stosowane kontrole mobilne, którymi w Polsce zajmowa si b dzie Inspekcja Transportu Drogowego URZ DZENIE POK ADOWE OBU Urz dzenie pok adowe TRIPON - EU (rys. 5) jest dost pne w dwóch ró nych wersjach. W systemie testowym zosta a u yta wersja montowana w jednej obudowie gromadz cej wszystkie komponenty cznie z antenami GPS i GSM. To wykonanie zosta o zaprojektowane z my l o instalacji na przedniej szybie pojazdu. Normalnie uchwyty monta owe s przyklejane do szyby specjaln ywic, jednak w systemie testowym zosta y przyklejone ta m samoprzylepn. W urz dzeniu OBU zostaj zapami tywane nast puj ce dane: klasa pojazdu, masa pojazdu, liczba osi lub klasa emisji spalin, numer rejestracyjny, dane umowne. Rys. 5. Urz dzenie pok adowe OBU i jego uchwyty monta owe Zastosowany modu GPS w urz dzeniu obs uguje nawigacj obliczeniow (DR, dead reckoning) dla polepszenia dok adno ci pozycji. Wykorzystywane s nast puj ce funkcje GPS: impulsy z tachometru lub szybko ciomierza s podstaw do dok adnego wyliczania odleg o ci i prowadzenia nawigacji obliczeniowej, informacje z wbudowanego yroskopu okre laj cego azymuty w nawigacji obliczeniowej, zewn trzna antena GPS (b dzie testowany wp yw po o enia tej anteny), wewn trzna antena GPS, system monitorowania anteny (defekty, nadu ycia) i rejestr zdarze. Dane GPS (z satelitów) uzupe nione o wyniki z nawigacji obliczeniowej s u ywane jako dane wej ciowe do detekcji obiektów naziemnych. Wykryte zdarzenia s rejestrowane

9 Krajowy System Automatycznego Poboru Op at 83 w pliku zdarze. Europejski system EGNOS mo e by w czony lub wy czony poprzez uruchamiany podczas rozruchu plik konfiguracyjny. Urz dzenie w przysz o ci mo e wspó pracowa z systemem Galileo. Dane zarejestrowane przez urz dzenie pok adowe OBU s transmitowane do wewn trznych elementów systemu EETS technik GPRS (stosowana w sieciach GSM technologia pakietowego przesy ania danych). Transmisja danych mi dzy urz dzeniami pok adowymi a wewn trznymi elementami systemu odbywa si przez serwer po rednicz cy (Proxy), który dzia a ca kowicie niezale nie od systemu bilingowego i ksi gowego. Dane s transferowane partiami, co oznacza, e nie trzeba utrzymywa sta ego po czenia mi dzy urz dzeniami pok adowymi a wewn trznymi elementami systemu. Jest to jedna z najwi kszych zalet koncepcji inteligentnych klientów. Zalety obejmuj : niskie koszty czno ci mi dzy urz dzeniami pok adowymi a wewn trznymi elementami systemu, sesje czno ci mo na przewidzie na por (lub pory) niskich taryf operatora GSM, przez okre lony czas urz dzenie pok adowe mo e pracowa autonomicznie bez czno ci GSM, mo liwo zakupu kart SIM umo liwiaj cych wy cznie pakietowy przesy danych GPRS pozwala jeszcze bardziej obni y koszty czno ci. Tripon EU analizuje dane samodzielnie (dane lokalizacyjne GPS, zdefiniowane dane pojazdu, dane dotycz ce taryf - ustalony schemat taryfikacji i inne dane), które s przesy ane zdalnie, na bie co, do serwera. Dane o zdarzeniach zwi zanych z naliczaniem op at i zdarzeniach dotycz cych kontroli i nadzoru, s ograniczone do minimum, co istotnie zwi ksza przepustowo systemu i zmniejsza koszty u ytkowania. W zale no ci od wymaganej precyzji i dodatkowej kontroli, Tripon EU mo e pracowa w dwóch trybach ustalania pozycji: przy wykorzystaniu sygna u z GPS oraz wspomaganym przez sygna przebiegu z innych urz dze pok adowych. Dla sprawdzenia mo liwo ci systemu w obu pojazdach OBU zosta o sprawdzone przy wykorzystaniu sygna u tylko z GPS oraz w powi zaniu z urz dzeniem dodatkowym, z którego otrzymano sygna przebiegu. Porównanie wskazywa o niewielkie rozbie no ci mi dzy pozycjonowaniem satelitarnym a sygna em przebiegu, sygnalizuj c je komunikatami Delta Tacho + - x% (rys. 6). Urz dzenia pok adowe TRIPON - EU korzystaj z wbudowanych anten GSM, nie ma potrzeby stosowania anten zewn trznych. Zainstalowana wewn trz urz dzenia karta SIM nie mo e by wymieniona przez u ytkownika. Dla wygody testowania, przyciskiem S (send, wy lij) mo na w ka dej chwili wyzwoli sesj czno ci GPRS bez konieczno ci czekania na nadej cie nast pnej sesji inicjowanej automatycznie. Rys. 6. Urz dzenie pok adowe OBU po lewej widok ogólny, po prawej wy wietlacz

10 84 Nowacki G., Niedzicka A., Smoczy ska E., Rozes aniec R., Kallweit T. Urz dzenie pok adowe TRIPON-EU mo e odbiera krótkie wiadomo ci tekstowe. Takie SMS-y mo na wy wietli na zak adce (rys. 7) w okienku SMS. Ka da z otrzymanych wiadomo ci mo e by przez kierowc : potwierdzona, zaprzeczona, skwitowana ustalon wiadomo ci zwrotn, skasowana. Rys. 7. Urz dzenie pok adowe OBU SMS Do tego celu przewidziano stosowne opcje w menu. Ta funkcjonalno zosta a uwzgl dniona w celu prostego zademonstrowania potencjalnie dost pnych us ug wnosz cych warto dodan, które mog by implementowane na platformie TRIPON - EU. Wydzielona czno krótkiego zasi gu DSRC (Dedicated Short-Range Communications) jest u ywana g ównie do pobierania op at. W ruchu trans-granicznym umo liwia wspó prac z systemami poboru myta DSRC stosowanymi w innych krajach (Austria, Czechy, W ochy, Hiszpania, Francja). Podstawowym, wykorzystywanym standardem w tego typu systemach (DSRC) jest standard ISO EN (Media Transactions). Urz dzenia pok adowe TRIPON -EU wykorzystuj takie transakcje w celu zademonstrowania mo liwo ci pobierania op at drogowych przy wspó pracy z systemem wizyjnym ANPR. Transakcje mo na konfigurowa tak, aby obs ugiwa y atrybuty DSRC niezb dne w okre lonej implementacji systemu poboru myta. Ka de urz dzenie pok adowe TRIPON-EU jest wyposa one w interfejs kart Smart Card, który mo e by u yty do celów kalibracji i inicjowania. Podczas konfigurowania systemu testowego karty Smart Cards b d stosowane do: zainicjowania urz dze pok adowych danymi wynikaj cymi z kontraktu, skonfigurowania parametrów urz dze pok adowych, wszystkie operacje z udzia em kart mo na równie inicjowa przez cze GSM. Urz dzenia pok adowe TRIPON - EU mo na skonfigurowa do pracy w dwóch ró nych typach. Jako bardziej inteligentne oraz jak o mniej inteligentne, w zale no ci od potrzeb i mo liwo ci finansowych klienta. Dla celów technicznych testów w Polsce zosta wybrany wariant urz dzenia bardziej inteligentnego. W tym typie wszelkie zdarzenia maj ce zwi zek z poborem myta s wykrywane w samym urz dzeniu pok adowym i rejestrowane w pliku zdarze. Od czasu do czasu plik zdarze jest transmitowany kana em GPRS do serwera po rednicz cego (Proxy). W celu walidacji, dane z serwera Proxy s eksportowane w formacie Excel lub XML. Aplikacja kontrolna urz dze

11 Krajowy System Automatycznego Poboru Op at 85 pok adowych OBU Control Center zapewnia dost p do danych z dowolnej przegl darki Internetowej. W celu prowadzenia pog bionych analiz, urz dzenia pok adowe TRIPON - EU zosta y skonfigurowane w taki sposób, aby do serwera Proxy by y te wysy ane (zasadniczo) nieprzetworzone pozycje GPS. Tym sposobem analizie zosta poddany zarówno plik zdarze, jak i nieprzetworzone pozycje GPS. W projekcie pilota owym zdefiniowano cznie 6 istotnych interfejsów, które zosta y uwzgl dnione w proponowanym systemie testowym z urz dzeniem pok adowym OBU (rys. 8). Rys. 8. Interfejsy przewidziane w projekcie pilota owym 1) Instalacja i kontrakt na obs ug urz dze pok adowych. OBU b d konfigurowane za pomoc kart Smartcard. Karty Smartcard z danymi pojazdów i danymi z kontraktu na obs ug systemu w czasie testowania zostan zaprogramowane za pomoc programatora kart. 2) Pod czenie do pojazdu. OBU po czone zosta o z nast puj cymi punktami w instalacji pojazdu: zasilanie, masa, zap on, tachograf. 3) Interfejs u ytkownika OBU obs uguje nast puj ce funkcje: ekranowe zestawy opcji (menu), mo liwo deklaracji przyczepy. 4) Interfejs DSRC s u y do przeprowadzania standardowych transakcji DSRC z urz dzeniami zainstalowanymi na testowej bramce kontrolnej pobierania op at. 5) Interfejs danych (od operatora op at do dostawcy systemu). Jest to interfejs wewn trzny poniewa w systemie testowym nie wyodr bniono miejsc poborcy myta i dostawcy systemu. 6) Kontrola pobierania op at drogowych zosta a zademonstrowana z u yciem anten DSRC i systemu wizyjnego ANPR (Automatic Number Plate Recognition - automatyczne rozpoznawanie numerów rejestracyjnych) na dwóch testowych bramkach, ustawionych na jednym pasie ruchu.

12 86 Nowacki G., Niedzicka A., Smoczy ska E., Rozes aniec R., Kallweit T BRAMKI KONTROLNE Koncepcja bramek kontrolnych pobierania op at drogowych dla systemu testowego w Polsce opiera si na do wiadczeniach firmy Fela, zebranych w trakcie dzia ania systemu szwajcarskiego. Na bramce zainstalowane s nast puj ce urz dzenia (rys. 9): lokalizator DSRC do przeprowadzania transakcji z kontrolerem pasma ruchu (zgodnie ze standardem EN15509), system wizyjny do automatycznego odczytywania numerów rejestracyjnych i sporz dzania dokumentacji fotograficznej (ANPR, tylko z przodu), lokalny sterownik do rejestracji pobierania op at drogowych. Rys. 9. Bramka kontrolna oraz samochód z OBU na terenie ITS w Warszawie Lokalizator DSRC przeprowadza standardowe transakcje DSRC (zgodnie z CEN TC278/EN155509) wykrywaj c ka dy pojazd przeje d aj cy przez bramk. Zasadniczo na dane sk adaj si dane kontraktowe, numery rejestracyjne i charakterystyka pojazdu. W procesie pobierania op at drogowych te dane s porównywane z danymi z systemu ANPR. Kamera oraz impulsowe ród o promieniowania podczerwonego (diody LED) s wyzwalane przez czujnik ruchu PIR. cznie rejestruj widok pojazdu z przodu. Zale nie od usytuowania bramki i/lub warunków ruchu mo na zastosowa ró ne inne sygna y wyzwalaj ce. Monochromatyczna kamera ANPR wyposa ona jest w przetwornik obrazu o rozdzielczo ci 1620 x 1220 pikseli iinterfejsem Gig-E. Zdj cie pojazdu jest transmitowane do serwera poboru op at z danego pasa ruchu do dalszego przetworzenia i zanalizowania w celu odczytania numerów rejestracyjnych. Równocze nie s u y ono jako dokumentacja w razie konieczno ci uruchomienia procedur pobierania op at. Aby umo liwi w pe ni automatyczn prac bramki, zastosowany zosta czujnik nat enia o wietlenia w otoczeniu, którego sygna jest podstaw kontroli parametrów kamery i impulsowego ród a promieniowania podczerwonego. Czujnik jest skierowany na obszar wykrywania pojazdów i ma zakres dynamiczny od 3 do luksów

13 Krajowy System Automatycznego Poboru Op at LABORATORYJNY MODEL KCAPO Laboratoryjny model Krajowej Centrali Automatycznego Poboru Op at (KCAPO) sk ada si z nast puj cych elementów: trzech komputerów klasy PC jeden dedykowany jako serwer baz danych (nazywany dalej KB), drugi serwer dla oprogramowania aplikacyjnego (nazywany dalej KA), trzeci jako terminal u ytkownika, oprogramowania aplikacyjnego i systemowego, baz danych, interfejsów programowych i fizycznych (pomi dzy KCAPO a OBU, pomi dzy KCAPO a bramkami kontrolnymi), interfejsów u ytkownika ((internetowy serwis WWW, CaIl Center). Bazy danych w KCAPO dziel si na nast puj ce grupy: dane o u ytkownikach, pojazdach i taryfach, fizyczny opis zasobów przestrzennych (Physical Inventory), dynamiczna baza informacji lokalizacyjnych (Dynamic Inventory). W proponowanym przez Instytut Transportu Samochodowego rozwi zaniu, dotycz cym KSAPO, oprócz przedstawionych wcze niej aspektów (GPS/GSM), urz dzenie pok adowe OBU, dzi ki zastosowaniu modu u DSRC (5,8 GHz, IR) jest interoperacyjne z systemami DSRC w innych pa stwach, czyli spe nia wymagania systemu hybrydowego. Mo e by wykorzystywane przez systemy typu GPS/GSM (Niemcy, S owacja, Szwajcaria) jak i systemy DSRC (np. w Austrii, Czechach, Hiszpanii, Francji, W oszech itp.) Testy projektu pilota owego KSAPO Testy dzia ania KSAPO (lipiec i sierpie 2010) przeprowadzi zespó (rys. 10) w sk adzie: Instytut Transportu Samochodowego (Gabriel Nowacki, Anna Niedzicka, Ewa Smoczy ska), FELA Management AG (Thomas Kallweit), Autoguard SA (Krzysztof Pus owski).

14 88 Nowacki G., Niedzicka A., Smoczy ska E., Rozes aniec R., Kallweit T. Rys. 10. Zespó badawczy oraz urz dzenia podlegaj ce testom Architektura systemu jest zgodna z Dyrektyw 2004/52/EC oraz decyzj KE z dnia 6 pa dziernika 2009 roku, standardami CE oraz ISO. W czterech samochodach testowych, zosta y zainstalowane cztery urz dzenia pok adowe OBU - Tripon EU, których zadaniem by o wykrywanie wszystkich zdarze zwi zanych z poborem op at bezpo rednio w OBU. Z kilku zaproponowanych wariantów tras testowych wybrano tras P o sk Garwolin, Garwolin P o sk 5 (rys. 11), jako najbardziej zró nicowan, tj. pozwalaj c na sprawdzenie najwi kszej liczby elementów systemu. Taki wybór trasy pozwala na wykorzystanie a trzech rzeczywistych fragmentów dróg ekspresowych S7 (rys. 12) oraz S17. Ponadto fragmenty dróg nr 637 i nr 61 zawarte w trasie na terenie Warszawy (Jagiello ska Grochowska, Grochowska - Jagiello ska), zosta y sklasyfikowane wirtualnie jako p atna autostrada. W bezpo rednim s siedztwie trasy zosta y zainstalowane dwie bramy kontrolne. Mo liwo definiowania dowolnej klasyfikacji dla wirtualnych segmentów to kolejny element pokazuj cy elastyczno systemu, potencjalnie tak e w zakresie definiowania identycznych op at dla nowych tras na autostradach, drogach ekspresowych, czy nawet krajowych. 5 Testowano tras P o sk Garwolin oraz Garwolin P o sk, dlatego, e ze wzgl du na zjazdy i wjazdy, trzeba by o wybra segmenty kontrolne w dwóch kierunkach ruchu. Rozwa ano jeszcze tras Mszczonów - Wyszków oraz Sochaczew Mi sk.

15 Krajowy System Automatycznego Poboru Op at 89 Rys. 11. Trasa testowa P o sk Garwolin, Garwolin - P o sk

16 90 Nowacki G., Niedzicka A., Smoczy ska E., Rozes aniec R., Kallweit T. Rys. 12. Segment - kierunek po udniowy (droga ekspresowa S7, obwodnica P o ska) Oprócz jazd testowych i sprawdzania funkcjonalno ci urz dze dodatkowo sprawdzano skuteczno bram kontrolnych, rejestruj c wszystkie pojazdy przeje d aj ce przez bram w rejonie Instytutu Transportu Samochodowego i drug w rejonie firmy AutoGuard SA, w ró nych warunkach pogodowych i porach dnia, indywidualnie sprawdzono 2967 rejestracji tych pojazdów (rys. 13, 14) i oceniono skuteczno automatycznego wykrywania tablic rejestracyjnych na poziomie 98%. B dy w rozpoznawaniu dotyczy y tylko liter niewidocznych (zas oni tych innymi elementami, np. ruby w tablicy, lub tablic zabrudzonych), a nie przek amanych (tj. le rozpoznanych). W centrum kontroli systemu znajduje si stanowisko do analizy numerów rejestracyjnych, które ca kowicie nie zosta y rozpoznane, po dodatkowej obróbce, z wykorzystaniem odpowiedniego oprogramowania, które dok adnie rozpoznaje numery rejestracyjne pojazdu, skuteczno systemu wzrasta do 99,9 %. Brak rozbudowanej infrastruktury przy zachowaniu minimalnej infrastruktury nadzoru i kontroli oraz atwo i elastyczno zmiany definicji segmentów oraz dodawania lub wykluczania tras alternatywnych, klasyfikacji i zdalnej zmiany kluczowych parametrów pokazuje wy szo rozwi zania GNSS/GSM nad rozwi zaniami wymagaj cymi infrastruktury komunikacyjnej dla ka dego punkt op at lub segmentu, jakimi s systemy oparte na komunikacji bezpo redniej DSRC. Segmenty by y definiowane w zale no ci od poszczególnych kierunków ruchu drogowego (ró na ilo segmentów, punkty poboru op at w innych lokalizacjach).

17 Krajowy System Automatycznego Poboru Op at 91 Rys. 13. Zdj cie pojazdu badawczego ITS, nr rejestracyjny WH 15904, wykonane , godz :26, dok adno Na podstawie zarejestrowanych danych, przesy anych przez pojazd w postaci komunikatów, mo liwe by o dok adne odtworzenie trasy przejazdu pojazdu z urz dzeniem OBU. Rys. 14. Zdj cie pojazdu nr rej. WWY 07512, PTM Sp. z o.o., ul. Przemys owa 5, Wyszków Legenda: Data (ANPR): :25:53; Nr rej. (ANPR): WWY 07512; Dok adno : 0.980; ID bramki: 3; Nazwa bramki: Autoguard Demo; Data (DSRC): :25:54; Kod kraju: F, D; Nr rej (DSRC):WWY 07512; Dane kontekstowe: WWY 07512; ID OBU: ; ID pojazdu: ; Klasa emisji:1; Kategoria pojazdu:1; Waga pojazdu:18000 kg; Waga ca kowita:40000 kg; Liczba osi: 5; rodek p atno ci:

18 92 Nowacki G., Niedzicka A., Smoczy ska E., Rozes aniec R., Kallweit T. Zarejestrowany pojazd posiada francuskie urz dzenie pok adowe Passango typu DSRC oraz niemieckie Toll Collect typu GPS/GSM, zosta dok adnie zidentyfikowany w systemie, jako u ytkownik, co oznacza, e system KSAPO jest interoperacyjny, mo e wspó pracowa zarówno z systemami typu DSRC, jak i GPS/GSM. Jednym z istotniejszych parametrów okre laj cym dok adno pomiaru i przesy anym w komunikatach lokalizacyjnych jest PDOP (Position Dilution of Precision) - defekt precyzji wyznaczenia pozycji. PDOP to wspó czynnik opisuj cy stosunek mi dzy b dem pozycji u ytkownika a b dem pozycji satelity. Warto którego z parametrów równa 0 oznacza, e w danej chwili pomiar pozycji jest niemo liwy ze wzgl du na zak ócenia, s aby sygna z satelitów, zbyt ma liczb widocznych satelitów itp. Im mniejsza jest warto tego parametru (ale wi ksza od zera) tym pomiar jest dok adniejszy. Przyjmuje si nast puj ce umowne opisy jako ci sygna u w zale no ci od warto ci PDOP: 1 (idealny), 2-3 (znakomity), 4-6 (dobry), 7-8 umiarkowany), 9 20 (s aby), > 20 (z y). Statystyki zosta y wykonane dla 4627 pomiarów pozycji. Z przedstawionych wykresów wynika, e testowane OBU o ilo ci pomiarów powy ej tysi ca mia y odpowiednio: 97,2%, 88,2% i 97,5% warto ci idealnych oraz odpowiednio 98,1%, 89,9% i 98,0% warto ci idealnych lub znakomitych. rednia dla wszystkich OBU wynios a 90,4% warto ci idealnych i 91,5% idealnych lub znakomitych. Liczba wyników (384) w kategorii s abej dok adnie odpowiada liczbie wyników przy braku widocznych satelitów. Analiza danych pomiarowych parametru PDOP i ilo ci satelitów u ywanych podczas pomiaru wykaza a, e dla ponad 90% pomiarów PDOP by o ni sze ni 1, co powinno dawa dok adno lokalizacji z b dem nie wi kszym ni 6 metrów. Dla 8% pomiarów parametr PDOP by wi kszy ni 3, ale mia o to miejsce przy za czaniu OBU i by o zwi zane z synchronizowaniem si odbiornika GPS. Przy ka dym przeje dzie badano dzia anie bram kontrolnych oraz zgodno danych DSRC z odczytem ANPR (automatycznego rozpoznawania numerów rejestracyjnych). W drugim etapie testów dokonano wymiany urz dze pok adowych OBU na nowe. Przez pomy k urz dzenia zosta y zainstalowane odwrotnie z ich przeznaczeniem, jednak system natychmiast wykry b dy. Badano równie dzia anie bram kontrolnych w zakresie wykrywania ró nych pr dko ci pojazdu. Dzi ki temu mo liwe by o dopasowanie oprogramowania oraz pó niejsze sprawdzenie nowych, wymienionych jednostek pok adowych OBU w zakresie poprawno ci detekcji pojazdów zbli aj cych si do bramy kontrolnej ze specjalnie dobranymi ma ymi pr dko ciami. System wykrywa pojazdy jad ce z pr dko ci od 1 do 200 km/h. Weryfikowano rozbie no ci mi dzy wskazaniami impulsów drogi lub tachografu w zale no ci od pojazdu a wskazaniami GNSS za pomoc informacji Delta Tacho. Dzi ki temu ustalono, e w samochodzie Volkswagen Transporter wskazania tachografu by y o 2-3% ni sze od pomiarów satelitarnych, a w samochodzie firmy Autoguard wskazania impulsów drogi by y o 2-3% wy sze ni wskazania z pomiarów satelitarnych. Powy szy fakt wskazuje na to, e w przypadku zaniku sygna ów GNSS mo na korzysta z wykrywania odleg o ci na podstawie tych urz dze do ustalenia, czy przejazd przez punkt poboru op at odby si po w a ciwej trasie. Sprawdzano dzia anie wykrywania nieprawid owo ci przez jednostk pok adow OBU poprzez od czenie sygna u tachografu, a pó niej wiadomie nieprawid owe pod czenie

19 Krajowy System Automatycznego Poboru Op at 93 tego sygna u w trakcie jazdy. Jednostka zachowa a si poprawnie, zapalaj c czerwon diod oznaczaj c usterk zamiast zielonej a do momentu zatrzymania, pod czenia sygna u i rozpocz cia pracy silnika. Weryfikowano tak e próby w czenia si do ruchu na trasie pomi dzy segmentami, próby jazdy drogami alternatywnymi oraz powtórne przejazdy przez segmenty jak i bramy. Oprócz jazd testowych i sprawdzania funkcjonalno ci urz dze dodatkowo sprawdzano skuteczno bramek, rejestruj c wszystkie pojazdy przeje d aj ce na terenie ITS i firmy AutoGuard w ró nych warunkach pogodowych i porach dnia. B dy w rozpoznawaniu dotyczy y tylko liter niewidocznych ( zgubionych ), a nie przek amanych (tj. le rozpoznanych). By o to spowodowane g ównie odb yskami s o ca, co wskazuje, e korekta parametrów mog aby wyeliminowa ten problem praktycznie ca kowicie. W centrum kontroli systemu znajduje si stanowisko do analizy numerów rejestracyjnych nierozpoznanych, które dok adnie rozpoznaje numery rejestracyjne pojazdu, dzi ki temu skuteczno systemu wzrasta do 99,9 %. W trakcie jazd testowych oraz innych testów funkcjonalnych sprawdzono dzia anie systemu znajduj c pojedyncze niedoci gni cia, które zosta y zg oszone do usuni cia. Nale y podkre li, e cz poprawek wprowadzona zosta a w czasie rzeczywistym korekty parametrów, usuni cie drobnych b dów. Inne poprawki wymaga y od godziny do kilku do usuni cia, jak zdalna zmiana danych pojazdu w OBU lub zmiana definicji segmentu. Wszystkie zastrze enia by y rozwi zywane na bie co, co pozwoli o nabra zaufania do skuteczno ci dzia ania takiego systemu w praktyce. Kontakt z operatorami systemu by szybki i bezproblemowy. Testuj cy zgodnie te stwierdzali, e próby oszukania systemu lub dzia ania nietypowego spotyka y si z prawid owymi reakcjami w przewidziany sposób. Zgodno systemu i jednostek OBU z wymaganiami interoperacyjno ci Unii Europejskiej pozwala te ywi nadziej, e idea jednego urz dzenia, jednego kontraktu i jednej faktury jest realna. Brak rozbudowanej infrastruktury przy zachowaniu minimalnej infrastruktury nadzoru i kontroli oraz atwo i elastyczno zmiany definicji segmentów oraz dodawania lub wykluczania tras alternatywnych, klasyfikacji i zdalnej zmiany kluczowych parametrów pokazuje wy szo rozwi zania GNSS/GSM nad rozwi zaniami wymagaj cymi infrastruktury komunikacyjnej dla ka dego punkt op at lub segmentu, jakimi s systemy oparte na komunikacji bezpo redniej DSRC. Wszystkie segmenty zosta y rozpoznane w a ciwie przez urz dzenia pok adowe, nie odnotowano adnych problemów w tym zakresie. Ka dy segment sk ada si z trzech punktów, aby dany odcinek zosta zaliczony, wszystkie trzy segmenty musia y zosta wykryte przez OBU. Taka sytuacja powoduj, e kierowcy którzy b d przecina drogi p atne, lub korzysta tylko z przejazdów, nie zostan zarejestrowani w systemie. Testy zako czy y si sukcesem i potwierdzi y skuteczno wybranych rozwi za zgodnie z za o onymi celami projektu.

20 94 Nowacki G., Niedzicka A., Smoczy ska E., Rozes aniec R., Kallweit T. 4. ASPEKTY TECHNICZNE I EKONOMICZNE WDRO ENIA EETS Zgodnie z danymi przedstawionymi przez firm EFKON AG (Austria), koszty implementacji systemu elektronicznego pobierania op at drogowych, wykorzystuj cego technologi GPS/GSM s na pocz tku troch wy sze (oko o 30 %) 6 ni w przypadku systemu DSRC, z zastrze eniem, e sie dróg obj ta systemem nie przekracza 1000 km oraz przy liczbie urz dze pok adowych do sztuk rys. 15. Przy d ugo ci sieci dróg, obj tych systemem, wynosz cej 1000 km, koszty wdro enia systemu DSRC lub opartego na GPS s takie same. Natomiast po osi gni ciu d ugo ci dróg 1000 km, koszty te dla systemu GPS zmniejszaj si znacznie (50 % przy sieci dróg 3000 km, obj tych systemem), natomiast przy systemie DSRC malej zaledwie o kilka procent. Rys. 15. Porównanie kosztów implementacji systemu DSRC oraz GPS/GSM [14] Friedrich Schwarz-Herda (Ministerstwo Transportu Austrii) dokumentuje dane na temat kosztów wdro enia systemu DSRC w Austrii na kwot 750,00 mln Euro 7 (koszty wdro enia oceniono na podstawie kontraktów rz dowych). Dodatkowe koszty dotycz ce infrastruktury systemy wynios y 360 milionów Euro 8. Natomiast koszty wdro enia systemu DSRC w Czechach wynios y 780 mln Euro. Firma austriacka Kapsh wygra a przetarg na wdro enie systemu w Czechach z kwot 6 Przyk adem mo e by oferta przetargowa. Konsorcjum Kapsch zaoferowa o GDDKiA system w technologii komunikacji mikrofalowej DSRC. System zostanie wybudowany kosztem 4,9 mld z. Konkurencyjna oferta konsorcjum MyToll opiewa a na 6,5 mld z. 7 Firma ASFINAG, odpowiedzialna za autostrady w Austrii wybra a ofert firmy w oskiej Autostrade S.p.a., na kwot 750 milionów Euro [12]. 8 Dodatkowe koszty infrastruktury systemu w Austrii wynios y 260 milionów Euro. ród o: Toll Road News. Oryginalny tekst: Addition :Additional Construction cost of the nationwide truck toll system for Austria is about $340m (E260m) using exchange rate $1.3=E1.Source: Toll Road News.