Komunikace přes V2X může zabránit srážkám tramvají

Dne 13. 12. 2019 provedla naše společnost ve spolupráci s ČVUT (Katedra řídicí techniky) a v součinnosti s Dopravním podnikem v Ostravě test algoritmu, který zajistí varování řidiče před hrozící srážkou tramvají (nárazem do vpředu stojící tramvaje). Algoritmus varování je založen na nové komunikaci dle standardu V2X (ITS G5), kdy si vozidla vzájemně vyměňují informaci o své pozici a svém stavu. Systém varování tedy nemá zpoždění dané nezávislým vyhodnocováním vozidla o poloze jiných vozidel v okolí a pracuje s přesnou polohou.

Pro test byla využita tramvaj Vario LF2 provozovaná Dopravním podnikem v Ostravě (DPO a.s.) a test probíhal na vozovně v Porubě. Varování řidiče před hrozící srážkou zajistili naše komunikační jednotky UCU-5.0V vybavené moduly dle standardu V2X (C2X), která jsou provozovány v DPO a.s. Jednalo se tedy o test funkcionality, která byla experimentálně implementovaná v tramvajové komunikační jednotce.

Testovací trasa ve vozovně Poruba (DPO a.s.). Obsahuje  ukázku trajektorie vozu měřené z GPS (červeně) a odhadované na základě fúze senzorů  vozidla a lokalizované na koleje (modře). Systém má v sobě zaintegrován plán kolejí.

Cílem testu bylo ověřit funkčnost algoritmu varování, který má upozornit řidiče, že hrozí srážka mezi vozidly, a že je tedy nutné okamžitě brzdit, tj systém varování za pomoci V2X má upozornit na nebezpečnou situaci, kdy hrozí, že pokud by řidič jedoucí tramvaje nezačal brzdit, narazí do jiné tramvaje stojící před ním. Systém varování před srážkou po vyhodnocení, že před jedoucí tramvají se nachází jiná tramvaj, která je před ní buď „příliš“ blízko nebo tramvaj jede „příliš“ rychle a tím nemá vhodný odstup, hlasitým upozorněním varuje řidiče, že je již nutné zahájit okamžité brzdění. V našem testu pak poučený řidič po zaznění varovného signálu začal okamžitě brzdit. Pro povedení testů jsme měli body rozloženy dle následujícího obrázku.

Rozložení testovacích bodů za vozovnou při testu. Klíčové body pro algoritmus – 1 = spuštění varování před srážkou, 2 = začátek brzdění – projevila se akce řidiče, 3 = finální zastavení vozidla, 4 = pozice simulovaného vozu. Modře je měřená trajektorie z GPS. Z obrázku je jasné, že vozidlo zastavilo opravdu těsně před simulovaným vozidlem..

Komunikace V2X je zásadním prvkem systému varování, protože je to jediný způsob, jak se jedoucí tramvaj bezprostředně dozví, že před ním se nachází jiná tramvaj a v jakém je stavu (stojí, jede, apod.). Oba vozy totiž navzájem komunikují a vysílají svou vlastní polohu. Pro vyšší přesnost a minimalizaci falešných varování se v našich algoritmech nepoužívá jen GPS poloha, ale tato data se fúzují (společně vyhodnocují) s měřenou rychlostí vozu (získaná z tachografu), z akceleračního senzoru (umístěný přímo v komunikační jednotce UCU) a z mapových podkladů nahraných do jednotky (jednotka zná rozložení kolejí). Tento algoritmus tak využívá veškeré pokročilé funkce, které naše komunikační jednotka UCU nabízí.

Graf rychlosti tramvaje před a po fúzi senzorů. U fúzované rychlosti – modrá křivka (společně vyhodnocované rychlosti z akcelerometru, GPS a tachografu)  je vidět, že v čase 80 sekund díky akcelerometru reagovala křivka rychlosti rychleji, než se vůbec podařilo rychlost změřit tachografem nebo z GPS. Akcelerometr jednotky UCU  taktéž umí rozpoznat  prokluzy kol, kdy tramvaj vytváří velké zrychlení., ale námi prezentovaný graf (modře) tento stav eliminuje.

Výsledky testu byly velice pozitivní. Při zaznění signálu řidič začal okamžitě brzdit a zastavil do 5 metrů od simulovaného vozidla před ním. Pro účely testu funkčnosti jsme nenastavili žádnou bezpečnou vzdálenost (nebyla součástí testu) a cílem bylo zastavit  jedoucí tramvaj blízko před simulovaným stojícím vozidlem. Toto vozidlo pouze vysílalo svou polohu na kolejích, byť samotná komunikační jednotka “stojící tramvaje” byla fyzicky umístěna v rámci testu mimo trať.

Testy proběhly z rychlostí 10 km/h, 30 km/h, 40 km/h, 50 km/h a 60 km/h. U všech těchto rychlostí se povedlo zastavit včas, tj. systém varování před srážkou dle rychlosti jedoucí tramvaje správně vyhodnotil okamžik varování řidiče.

Výsledek zastavení pro 30 km/h. Vozidlo zastavilo opravdu těsně před pozici simulovaného  stojícího vozidla – označeno kužely.