RNDr. Lubor Horkavý, RNDr. Jan Kuzník, CSc.
GEPRO, s.r.o.
Štefánikova 52, 150 00 Praha
Tel.: +420 2 57089811, E - mail: gepro@gepro.cz
Information technologies applications to locating vehicles, based on GPS solutions, have grown massively in the last couple of years, triggered by the GPS signal release for civil sector. Since then, GPS receivers of appropriate accuracy (the accuracy in the order of metres is satisfactory for transport applications) have been available on the market for reasonable prices. New achievements in wireless data transfer with the help of GSM have made it possible to transfer the vehicle position data to remote stations, thus providing for dispatcher tracking or possibly control of vehicle movements. In addition to the above two features, good maps, containing data about the road network, places of settlement and other relevant data, are necessary for the system to function properly.
Created on the basis of the above described conditions, the motorist software systems can be subdivided into the following groups according to their application:
traffic recording systems,
vehicle tracking systems,
navigation systems, and
logistic systems.
GEPRO, besides others, is involved in this field of information technologies, too. Working in collaboration with various reputable firms, we have developed a series of systems which are now being proved in various practical applications.
In this paper, it is our intention to present some of successful applications serving for vehicles tracking and securing, creation of driver's record books and operation of company vehicle fleet, and an emergency vehicles navigation system. We will also try to outline the further development of the information system applications to transport.
The systems described in this paper are all used in practice by a few operators. In our opinion, the following practical pieces of experience from the systems actual operation may be of interest for participants:
reduction of fuel consumption in the vehicles provided with GPS (aware of being monitored, a driver moves more fluently and according to rules);
savings in fuel consumption and savings in vehicle running costs (no on-the-side routes and no roundabout routes);
analyses of the usage of working time by drivers;
analyses of the business routes economy (comparison on a map basis of the single vehicle routes over the particular period of time);
automatic (on the basis of fuel cards) and manual processing of refuelling data;
combination of the vehicle electronic tracking and guarding;
premium discounts in the case of the electronic guarding application to a vehicle;
and the service of driver's record books electronic creation via the internet.
Other themes of technical nature connected with the systems application in practice may also be of interest:
protection or detection of the GPS aerial eclipse;
identification of single drivers;
entering additional information referring to the particular route (such as a job order number);
recording further vehicle operational data (cooling zone temperature, instantaneous consumption, open door detection);
solution for GPS signal failures, nonsensical data handling;
quality of the solution technical parts (dust, vibrations and high/low vehicle temperatures);
vehicle board navigation displays (advantages and disadvantages);
and some others.
Application of information technologies has shown to be a way to time, money and labour savings in transportation. Such applications provide for bringing this sector to quite a new quality level. Developing solutions, we put emphasize on links between and among these solutions and on providing hardware as well as complete servicing.
Poslední dobou se začíná velmi prudce rozvíjet uplatnění informačních technologií v dopravě využívajících určení polohy vozidla na základě technologie GPS. Tuto vlnu nastartovalo uvolnění signálu systému GPS pro civilní sféru. Od té doby se dostávají na trh cenově přijatelné přijímače signálu GPS s potřebnou přesností Ta v případě použití v dopravě postačuje v řádu metrů. Současně s tím prudký rozvoj technologie bezdrátového přenosu dat pomocí GSM přináší možnost přenášet zjištěnou polohu i mimo vozidlo. Možné je tak dispečerské sledování, případně řízení pohybu vozidel. Třetí ne nevýznamnou složkou, potřebnou pro správnou funkci systému, využívajícího zjištěné polohy vozidla je i kvalitní mapový podklad, obsahující potřebné údaje o silniční síti, místech osídlení a další, pro motoristickou veřejnost potřebné údaje.
Na základě těchto podmínek je možné vytvořit softwarové systémy, plnící potřeby motoristů. Tyto systémy můžeme rozdělit do základních skupin podle použití:
evidenci provozu vozidel
sledovací systémy vozidel
navigační systémy
logistické systémy
Společnost GEPRO se mimo jiné věnuje i této oblasti informačních technologií. Při řešení komplexních systémů spolupracujeme s řadou renomovaných firem a na základě této spolupráce vnikají systémy prověřované v řadě provozovaných aplikací.
V tomto referátu se Vám pokusíme představit některá úspěšně používaná řešení pro sledování a chránění vozidel, tvorbu knihy jízd, celopodnikový systém provozu vozového parku i navigační systém například pro záchrannou službu. Dále se pokusíme nastínit další možnosti vývoje informačních systémů do vozidel.
Systémy v referátu popisované jsou nasazené v praxi u několika provozovatelů. Pro posluchače mohou být zajímavé některé praktické zkušenosti z reálného užívání systémů, např.:
snížení spotřeby vozidel, ve kterých je nainstalováno zařízení GPS (řidič si uvědomuje, že je jízda zaznamenána , jezdí plynuleji a podle předpisů)
úspory pohonných hmot a režie vozidla (odpadají černé jízdy a zajížďky)
analýza využití pracovní doby řidiče
analýza hospodárnosti služebních jízd (porovnání jízd jednotlivých vozidel v určitém období na mapovém podkladu)
zpracování čerpání pohonných hmot automaticky (z benzínových karet) a ručně
kombinace elektronického sledování a střežení vozidla
slevy na pojistném vozidla v případě využití služby elektronického střežení vozidla
možnosti poskytování služby tvorby elektronické knihy jízd po internetu
Zajímavá jsou i další technická témata související s praktickým provozem:
ochrana, resp. detekce zastínění antény GPS
identifikace jednotlivých řidičů
zadávání doplňujících informací k jízdě (např. číslo zakázky)
zaznamenávání dalších hodnot provozu vozidla (teplota v chladícím prostoru, okamžitá spotřeba, detekce otevření dveří)
řešení výpadků signálu GPS, ošetření nesmyslných dat
kvalita technických součástí řešení (prach, otřesy a vysoké resp. nízké teploty ve vozidle)
způsoby řešení navigačního displeje v autě (výhody a nevýhody)
a jiné.
Ukazuje se, že využití informačních technologií v dopravě je cesta k úsporám času peněz i lidské práce a zároveň možnost dosažení celkově nové kvality v tomto oboru. Důraz navíc klademe na vzájemnou provázanost jednotlivých řešení a vytvoření systému nejen technického vybavení ale i komplexnosti poskytovaných služeb.
GPS (Global possition system) je navigačný systém založený na meraní polohy na povrchu zeme pomocou sústavy satelitov a pozemných staníc a triangulačnej metódy. Triangulácia je založené na počítaní rozdielov časov rádiových signálov vysielaných zo satelitov.
Sústavu tvorí dvadsaťštyri satelitov z ktorých sú tri záložné. Ich obežné dráhy okolo zeme sú umiestnené tak aby z každého bodu bolo viditeľných aspoň šesť satelitov a ich obeh okolo zeme trval dvanásť hodín. Pre určenie polohy včítane nadmorskej výšky postačujú štyri satelity. Satelity dopĺňa päť pozemných staníc, ktoré jednak kontrolujú obežnú dráhu satelitov, kontrolujú a synchronizujú čas v satelitoch, ktorý ma pre presnosť systému zásadný význam a pre krízové situácie (vojnový konflikt, teroristický útok, atp.) majú zavádzať nepresnosť do údajov, ktorá bez dekódovacieho mechanizmu znemožní využívanie navigácie pre nepriateľa. Silu tejto technologie mohli zhliadnuť ľudia celého sveta v interaktívnom prenose bombardovania Iráku počas vojny v zálive, kde satelitne navádzané strely zasahovali pozemné ciele s presnosťou šírky okna.
Výpočet polohy je závislý na veľmi presných výpočtov ovplyvňovaných radom rušivých vplyvov na kvalitu signálu prestupujúceho atmosférou, preto stredná chyba merania sa pohybuje v presnosti na 10 m. Spresnenie tejto odchýlky až do niekoľkých centimetrov je možné docieliť jednak kvalitnejším výpočtom a jednak metódou DGS (Differential GPS) založenou na porovnaní nameraných polohových údajov z pohybujúceho sa GPS zariadenia s nepohybujúcim sa referenčným pracoviskom so známou geodetickou polohou. Rozptyl chyby merania na referenčnom prijímači vyjadruje rušivé vplyvy atmosféry
Systém sa začal budovať v roku 1978 a dokončený bol v roku 1994. Do roku 2000 bol tento systém využívaný skoro výlučne americkou armádou a pre komerčnú sféru bola do signálu zavádzaná umelá chyba SA (Selective Avialability) za účelom zníženia presnosti polohy a to až do chyby cca 100m.
Zrušením tejto odchýlky sa systém otvoril pre komerčné využitie, čo sa okamžite prejavilo búrlivým vývojom jednak zariadení využívajúcich GPS navigáciu, ale aj informačných systémov s nimi spolupracujúcich.
Celé riešenie može byť skladačkou z jednotlivých komponentov a software modulov, ktoré navzájom spolupracujú a umožňujú vytvárať škálovateľné systémy rešpektujúce požiadavky zákazníka. Modularita zabezpečuje rozloženie investícií na väčšie obdobie a to aj bez straty cieľového výsledku, pretože zber dát je zaručený prvotnými investíciami do hardware a základného software a inteligentnejšie moduly je možné dopĺňať neskôr spolu so získavaním znalostí v oblasti využitia predstavovaných technológií.
GPS jednotka - prístroj zaznamenávajúci polohu a stavové informácie z vozidla alebo iného sledovaného objektu. Tieto informácie sa môžu zaznamenávať na pamäťové médium v prípade, že je požadovaní história dát alebo slúži len na okamžité oznámenie informácii o polohe alebo stave sledovaného zariadenia na vyžiadanie od klienta. Podľa spôsobu prenosu dát medzi jednotkou a spracovateľským software rozlišujeme tri typy jednotiek:
Dátové spojenie - prístroje alebo média na prenos polohových a stavových dát z jednotky do spracovateľského software. Podľa typu a výrobcu jednotky sú to buď špeciálne pamäte, multimediálne karty a iné prenosné pamäte alebo je to GSM modem, pomocou ktorého je možné medzi počítačom so spracovateľským software a jednotkou nadviazať dátové spojenie alebo zasielať SMS a tak si vymieňať povely a dáta.
Spracovateľský software - klientská aplikácia spracovávajúca polohové a stavové dáta do formy knihy jázd tak, že lokalizuje prejdenú trasu v databáze cieľov a dopĺňa názvy cieľov k prejdenej trase. Ďalej na základe stavových informácií obsiahnutých v dátach jednotky dokáže rozlíšiť začiatok a koniec jazdy, zmenu vodiča pomocou kódov z identifikačných zariadení (napr. DALAS chip), rozlíšenie účelu jazdy (napr. súkromná/ služobná) a iné. Spracovateľský software pri použití online jednotiek dokáže komunikovať z jednotkami a vysielať povely na jednotku za účelom získania aktuálnej polohy alebo stavu zariadenia alebo aj tento stav meniť ak je inštalácia jednotky k tomu určená. Jednotky môžu byť vybavené prídavnými zariadeniami napr. terminálom na vysielanie a príjem SMS správ, pomocou ktorých je potom možné si vymieňať textové správy medzi vodičom a dispečerom. Software je škálovateľný od jednoduchej jednoužívateľsky orientovanej aplikácie až po štruktúrovaný informačný systém pre veľkých firemných zákazníkov.
Aplikácie je možné rozdeliť do štyroch skupín, ktoré vyjadrujú funkčný pohľad na systém ale navzájom môžu spolupracovať a vytvárať integrovaný systém. Rozdelenie je teda len pohľadom záujemcu o takýto systém, z ktorej strany začať budovanie a ktoré moduly a v akom poradí nakupovať. Predpokladom každého riešenia je samozrejme zakúpený hardware - sledovacie jednotky. Druh závisí na zvolenom aplikačnom variante.
Najjednoduchší prístup k budovaniu systému, väčšinou je software v cene obstaraného hardware, ktoré umožňuje zhromažďovať dáta z vozidiel do jednoduchej databázy typy Microsoft Access, lokalizovať prejazd na databázu cieľov - popisne určených bodov v mape a vytvárať knihu jázd pre daňové a iné účely. Systém obsahuje aj spracovanie dát PHM od rôznych poskytovateľov platobných kariet, obsahuje jednoduché funkcie na prezeranie a editáciu vozidiel, vodičov, čerpaní PHM. Súčasťou riešenia sú mapové dáta nad ktorými je možné prezentovať prejazd vozidiel a analyzovať jazdy či tvoriť tlačové zostavy so zobrazením trasy.
Obr. 1 Ukážka podrobného zoznamu jázd informačného systému dopravy MISYS-TRACE
Reprezentuje aplikáciu umiestnenú v dispečerskom centre a komunikujúcu s online jednotkou pomocou GSM komunikácie alebo aplikáciu nainštalovanú na prenosnom počítači (notebook, tablet PC, počítač do dlane, a iné) umiestnenom vo vozidle a napojenom na GPS jednotku pomocou dátového káblu. Aplikácia je schopná zobrazovať interaktívne polohu vozidla na mapovom podklade napr. uličnej sieti mesta. Obsahuje databázu cieľov napríklad adresných bodov, ulíc, budov a iné, v ktorej umožňuje jednoducho vyhľadávať a zobrazovať vyhľadané ciele na mapovom podklade spolu s aktuálnou polohou vozidla. Dojazd do blízkosti cieľa je možné oznámiť zvukovým signálom. Silnejšie verzie navigačného software doplnené o sieť komunikácií umožňujú aj vyhľadanie optimálnej alebo alternatívnej cesty a zvukovú navigáciu.
Dispečerský systém je mutáciou navigačného systému a je určený pre dispečerské pracoviská umiestnené v centrále zákazníka. Táto aplikácia pomocou GSM komunikácie aktualizuje na požiadanie alebo automaticky polohu a stav sledovaných vozidiel a umožňuje zobrazovať tieto informácie na mapovom podklade v klientskej aplikácii. Takto umožňuje dispečerovi optimálne vyberať najvhodnejšie vozidlo z prevádzkovaných vozidiel na požadovaný úkon napríklad na návštevu u zákazníka, ktorý požaduje telefonicky službu. Poloha zákazníka sa dohľadá v databáze cieľov a zvolí sa vozidlo s najoptimálnejšou polohou voči zákazníkovi.
Obr. 2 Ukážka trasy vozidla s informáciami o jazde (click on image to see it in original resolution)
Sledovací systém je variantom dispečerského systému a je určený pre bezpečnostné agentúry, políciu a iné zložky ochrany majetku. Predpokladá sa existencia online jednotiek nasadených vo vozidlách alebo iných sledovaných zariadeniach a pripojenie týchto jednotiek na alarmové zariadenia v sledovanom vozidle. Po neoprávnenom narušení vozidla sa generuje alermový signál do online jednotky, ktorá automaticky nadviaže spojenie s centom sledovania a spolu s alarmovým signálom začne vysielať informácie o polohe. To umožní bezpečnostným zložkám v krátkom čase presne zasiahnuť proti narušiteľom.
Všetky predchádzajúce aplikácie môžu pracovať samostatne alebo kombinovane alebo je možné pozrieť sa na problém komplexne a riešiť ho v jednotnej architektúre. Takéto riešenie je určené hlavne pre zákazníkov z rozsiahlym parkom vozidiel, ktorý vyžaduje integrovanie dát získaných zo sledovania vozidiel s podnikovou informačnou infraštruktúrou.
Základom takého riešenia je jednotná databázová platforma, nad dátami ktorej pracujú všetky aplikácie a komponenty systému. Prístup špecializovaných pracovníkov (dispečerov, správcov autoparku,..) k dátam systému naďalej prebieha pomocou špecializovaných aplikácií avšak dáta sú jednotné. Ostatný užívatelia systému môžu k dátam pristupovať pomocou internetového prehliadača, ktorý prostredníctvom aplikačného serveru poskytuje komfortné nástroje na editáciu , prehliadanie dát a to včítane grafických (zobrazenie trasy nad mapovým podkladom) a hlavne na analýzu dát vo forme štatistických zostáv.
Takto koncipované riešenie kladie minimálne nároky na prevázdku systému, pretože údržba prebieha na jednom mieste - na mieste inštalácie databázového a aplikačného servera, ktoré sú väčšinou umiestnené na jednom počítači.
Cena systému je závislá na požadovanom riešení. Jednoduchý systém určený pre automatickú tvorbu knihy jázd je možné zaobstarať už za cenu okolo 15000 korún za vozidlo. Už toto minimálne riešenie buduje dátovú základňu, ktorú je neskôr možné využiť v komplexnejšom riešení.
Pri požiadavke na online komunikáciu so sledovanými vozidlami k prvotným nákladom pribúdajú prevádzkové náklady na GSM komunikáciu, ktoré v súčasnosti začínajú okolo 300 korún mesačne na vozidlo a stúpajú podľa nárokov na frekvenciu komunikácie. Pri väčších počtoch vozidiel je ale možné výrazne znížiť náklady výberom vhodného operátora a uzatváraním individuálnych zmlúv, ktoré pre veľkých firemných zákazníkov poskytujú všetci operátory.
Skúsenosti z budovania systémov a ich prevádzky dokazujú investičnú návratnosť v šetrení priamych nákladov maximálne do dvoch rokov. Návratnosť je individuálna a závisí na zvolenej variante. V nami počítaných návratnostiach sa zaratávali len priame investície a priame ušetrené náklady počítané zo štatistík pomeru súkromných a služobných ciest a čerpania PHM pred a po zavedení systému. Nepriame zisky plynúce z presnej evidencie jázd, preukaznej knihy jázd pre daňové účely, ušetrení pracovného času pri spracovaní prevádzky vozidiel nie sú zaratávané. Nesiem sa zabúdať ani na obrovský potenciál dát využiteľný pre optimalizácie jázd, marketingové štúdie a analýzy podpory zákazníka hlavne pre firmy s veľkým podielom pracovníkov pracujúcich v teréne a dopravujúcich sa k zákazníkovi vozidlom. Klasickým prípadom môže byť aj taxislužba, veľký dopravcovia, vozidlá záchranného systému, marketingové spoločnosti a iné.
Progresívne technológie k akým GPS určite patrí majú rýchly vzostup. Dôležitosť navigácie v doprave si uvedomuje aj Európske spoločenstvo, ktoré vyvíja vlastné riešenie systém Galileo (Global Mavigation Satellite Program). Tento systém je asi najväčším európskym projektom s odhadovanými nákladmi 3,2 miliardy euro na vybudovanie siete 30 satelitov s termínom uvedenia do prevádzky v roku 2008.
Hlavným motívom nie len nezávislosť Európy na americkom systéme GPS respektíve na ruskom systéme Glosat, ale hlavným motívom je posilniť komerčnú sféru a tým globálnu európsku ekonomiku. Každý ekonóm dnes chápe silu optimalizácie transferu zdrojov a výrobkov, optimalizácie logistiky a teda aj dopravy. Informácia, kde sa aktuálne nachádzajú zdroje a produkty je veľmi cenná a jej cena bude vo svete zdražovania energií len stúpať.
Kombinácie s modernými komunikačnými technológiami ako je GPRS (General Packet Radio Service) alebo technológia UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) tiež nazývaná ako komunikačné technológie tretej generácie, prinesú výrazne väčšie kapacity a kvalitu do prenosu dát a umožnia aplikačné riešenia, ktoré dnes práve kvôli komunikácií nie sú možné. Napríklad prenos videosignálu spolu s polohovou informáciou medzi vozidlom a dispečerským alebo marketingovým pracoviskom.
Záverom referátu predstavíme niektorá z řiešenia Informačného systému dopravy (ISD) firmy GEPRO: