سیستم حمل و نقل هوشمند
از ویکیپدیا، دانشنامهٔ آزاد.
درعصر حاضر حمل و نقل یکی از عمده مسائلی است که در زندگی افراد جامعه نقش اساسی دارد. با توجه به اینکه حمل و نقل با مسائلی همچون: زمان، هزینه ی سوخت و ترافیک و آلودگی هوا و ایمنی و آسایش افراد که هر کدام به نوبه ی خود از اهمیت قابل توجهی برخوردار هستند، ارتباط مستقیمی دارد، بنابراین سعی بر اینست که با بکارگیری تکنولوژی ارتباطات و اطلاعات (ICT) با جمع آوری اطلاعات و طراحی سخت افزار و نرم افزارهای مناسب، پارامترهایی همچون زمان، هزینه ی سوخت، ترافیک و آلودگی هوا را و... تا حد امکان کاهش داده و درمقابل مواردی چون ایمنی و آسایش و... را افزایش دهیم. سیستم حمل و نقل هوشمند (ITS) پروژه ای است جدید و بسیار وسیع که این اهداف را دنبال می کند.
مسایل و مشکلاتی که بر اثر شلوغی و ترافیک بوجود می آمد، باعث شد تحقیق در زمینه ی ITS شروع شود. این ترافیک سنگین خود در نتیجه ی افزایش موتورنیزه شدن، پیشرفت های صنعتی و افزایش شهرک های صنعتی، افزایش حمل و نقل بین مرکز شهر و حومه های آن ورشد جمعیت و تغییر در تراکم جمعیت افزایش یافته است. این ترافیک راندمان ساختار حمل و نقل را کاهش داده، درعوض زمان مسافرت، آلودگی هوا و مصرف سوخت را افزایش می دهند.
نیاز به وجود امنیت درجامعه باعث شد فعالیتهای دولتی در زمینه ی ITS مخصوصا در U.S با انگیزه ی بیشتری ادامه یابد و بسیاری از این سیستمهای ITS پیشنهاد شده در برگیرنده ی کنترل وسایل محرک جاده هاست که درامنیت جامعه نقش اصلی را ایفا می کند.
[ویرایش] تاریخچه ITS
تاریخ ITS از سه مرحله تشکیل شده است: مرحله ی اول: شروع تحقیقات در زمینه ی ITS در دهه ی 1960 و 1970 بود.
در سال 1970 برای اولین بار بودجه ی تحقیقاتی توسط دولت ایالات متحده آمریکا برای پروژه ی ERGS (Electronic Route Guidance Systems) در نظر گرفته شد و همزمان پروژه های مشابهی در ژاپن (CACS) ودراروپا انجام گرفت. این سیستم ها تاکید ویژه ای برهدایت درمسیریابی داشته وبراساس یک سیستم پردازشگر مرکزی که حجم عظیمی از سیستمهای کامپیوتری و ارتباطی را داشتند، عمل می کردند. با توجه به محدودیت های آن زمان این سیستمها هرگز بصورت عملی نتیجه ای ندادند.
مرحله ی دوم : در سالهای 1980 تا 1995 شرایط برای توسعه ی ITS بهبود یافت. پیشرفت های تکنولوژیکی از قبیل : حافظه های با حجم زیاد و پردازشگرهای سریع باعث شد که سیستم های پردازشی بسیار ارزان بوجود آید و تحقیقات و نظریه های پیشرفته ی جدید درعمل نیز امکان پذیر بود.
درسال 1984درژاپن کاربرروی پروژه یRACS (Road /Automobil Commiunications Systems)
که اساس سیستم حمل ونقل امروزی را تشکیل می دهد شروع شد.همزمان دراروپا دو پروژه به نامهایProgram for a European Traffic System With Higher Efficiency and Unprecedented Safety (PRDMETHEUS) که عمدتا توسط کارخانجات اتومبیل سازی انجام می شد وپروژه ی دیگر
Dedicated Road Infrastructure for Vehicle safety in Europe (DRIVE) که توسط انجمن اروپا انجام می گرفت.درآمریکا در سالهای 1992 تا 1995، پروژهIntelligent Vehicle Highway Systems (IVHS) درحال تحقیق و انجام بود. و در همین دوره کاربرد موثر تکنولوژی اطلاعات و ارتباطات(ICT) در انواع مختلف سیستم های حمل و نقل نمایان گشت. رهبران ITS، اصطلاح سیستم حمل و نقل هوشمند را برای توصیف کاربرد ICT در سیستم های حمل و نقل بکار بردند.
مرحله ی سوم : بعد ازسالهای 1995 وارد مرحله ی جدیدی از تاریخ ITS می شویم که در این مقاله تکنولوژی های بکار رفته و کاربردهای ITS در این دوره را بررسی می کنیم.
تکنولوژیهای سیستم های حمل ونقل هوشمند
سیستم های حمل و نقل هوشمند از نظر تکنولوژیهای بکار رفته در آنها متفاوتند، از سیستم های پایه مدیریتی مانند سیستم حمل و نقل ماشین، سیستم های کنترلی چراغ راهنما و علائم راهنمایی تا دوربین های سرعت سنج مانند CCTV که بطور کاربردی بکار می روند، نیز سیستم های پیشرفته جمع آوری اطلاعات به صورت real time از چندین منبع اطلاعاتی همچون اطلاعات هوا شناسی، سیستم های یخ شکن پل ها و... علاوه بر این، تکنیک های پیش بینی در حال گسترش هستند که منجر به مدل سازی پیشرفته و مقایسه با historical baseline data خواهد شد. در زیر برخی از تکنولوژیهای بکار رفته در ITS بررسی می شود:
Wireless communications
انواع مختلفی از تکنولوژی های ارتباطی بی سیم در ITS بکار می روند.که به دو دسته ی کلی short-range و long-range تقسیم می شوند.
Short range: کمتر از 450 متر(500 یارد)
• : IEEE 802.11
• : (DSRC) Dedicated Short Range Communications
یک پروتکل کوتاه - میان برد است که به منظور استفاده در صنعت اتومبیل سازی توسط انجمن ITS و دپارتمان حمل و نقل ایالات متحده آمریکا برای تبادل اطلاعات ما بین وسایل نقلیه در حال حرکت و تجهیزات ITS کنار جاده ها تعریف شده است.که بر مبنای تکنولوژی RFID (Radio Frequency Identification) در باندهای 5.9 GHz band (U.S.) ,5.8 GHz band (Japan, Europe) کار می کند. به طور تئوری برد این پروتکل ها را می توان با استفاده از Vehicular Ad-Hoc Networks (Vanet) که نوعی mobile ad-hoc network (MANet) (برای تبادل اطلاعات ما بین وسایل نقلیه در حال حرکت و تجهیزات ITS کنار جاده ها و همچنین ما بین وسایل نقلیه با استفاده ازrouter های موبایل) می باشد افزایش داد.
Longer range:
بر خلاف ارتباطات کوتاه برد، نیازمند تجهیزات زیر ساختاری بسیارپیچیده و گران قیمت می باشد. • :Wimax(802.16) شبکه بی سیم باند گسترده802.16a که در باند 2 تا 11 گیگا هرتز و 802.16b که در باند 5 گیگا هرتز عمل می کنند. • Global System for Mobile Communications (GSM) : یک شبکه سلولی تلفن های همراه است که در اوایل دهه 1980 توسعه سیستم تلفن های همراه، بویژه دراروپا به نحو چشمگیری رشد کرد. کمبود استاندارد های تکنولوژیکی باعث شد که European Conference of Postal and Telecommunications Administrations (CEPT) ، تصمیم به ایجاد GSM در سال 1982 با محوریت توسعه یک استاندارد برای سیستم تلفن همراه که می تواند در سراسر اروپا استفاده شود، کرد. اولین شبکه GSM در سال 1991 در فنلاند راه اندازی شد. در 1989 مسئولیت پروژه GSM به European Telecommunications Standards Institute (ETSI) واگذار شده بود و مشخصات اولیه این استاندارد در سال 1990 منتشر شد. GSM در چهار محدوده فرکانسی مختلف کار می کند. بیشتر شبکه های GSM در باند 900 یا 1800 مگاهرتز کار می کند. (در آمریکا و کانادا از باندهای 850 و 900 استفاده می شود.) باندهای 400 و450 هم ندرتا در برخی از کشورها از قبیل اسکاندیناوی استفاده می شوند. برخی از سرویس های GSM عبارتند از: SMS(short message services) و. GPRS(general packet radio services) • 3G(third-generation) :
3G یکی از تکنولوژیهای بکار رفته در استاندارد سیستم تلفن همراه است. سرویس های ارائه شده توسط 3G قابلیت انتقال همزمان داده های صوتی (مانند تماس های تلفنی) و داده های غیر صوتی (از قبیل انتقال اطلاعات،ارسال و دریافت e-mail و پیام های فوری (instant message) ) دارد.
ارتباطات long-range با استفاده از روشهای مذکور به خوبی برقرار می شوند، اما برخلاف پروتکل های short-range ، این متدها به تجهیزات زیر ساختی گران قیمت و گسترده ای نیاز دارند.
Computational technologies
پیشرفت های اخیردرالکترونیک اتومبیل ها منجر به حرکت به سمت پردازنده های کامپیوتری با قابلیت های بالا در خودرو شده است. یک خودرو در اوایل سال 2000 می توانست بین 20 تا 100 میکروکنترلر(مدول های کنترلی منطقی قابل برنامه ریزی) با سیستم عامل non-realtime را بطور اختصاصی شبکه بندی کند. گرایش جاری به سمت ریزپردازنده های کم هزینه و ارزان قیمت با مدیریت سخت افزاری حافظه و سیستم عامل real time است. این embedded system جدید، اجرای کاربردهای نرم افزاری پیچیده از قبیل کنترل پردازش بر مبنای مدلسازی، هوش مصنوعی و محاسبه در تمام شرایط را امکان پذیر می کند. شاید مهمترین آنها برای ITS هوش مصنوعی باشد. Embedded system: یک سیستم با هدف ویژه است که یک کامپیوتر بصورت فشرده و کامل و یا متناسب با دستگاهی که توسط این سیستم کنترل می شود، جاسازی می شود. برخلاف کامپیوترهای همه منظوره مانند PC، یک embedded system فقط یک یا چند وظیفه از پیش تعریف شده با توجه به نیاز دستگاه انجام می دهد.
Floating Car Data:
تمامی رانندگان خودروها با به همراه داشتن یک گوشی موبایل در اتوموبیلشان رانندگی می کنند که این موبایل همواره اطلاعات ترافیکی ضروری برای ITS از قبیل موقعیت، سرعت، سمت و زمان حرکت اتوموبیل ها را به شبکه انتقال می دهند. این تلفن های سلولی در ملشین ها به عنوان ردیاب ترافیکی بی نام و نشان استفاده می شوند. وقتی ماشین شروع به حرکت می کند این موبایل سیگنالهای خود را ارسال می کند. با اندازه گیری و تحلیل داده های شبکه این داده ها به اطلاعات ترافیکی دقیق تبدیل می شوند.
ازدحام بیشتر،خودرو بیشتر،phone های بیشتر،در نتیجه نظارت بیشتراست. در نواحی شهری فاصله بین آنتن ها کمتر است و در نتیجه دقت افزایش می یابد. در این مدل هیچ زیرساختی نیاز نیست که در طول جاده ها ساخته شود، فقط شبکه تلفن همراه بکار رفته است. تکنولوژی FCD نسبت به متدهای موجود در اندازه گیری ترافیک مزیت بیشتری دارد: • بسیار کم هزینه تر از سنسورها و دوربین ها. • پوشش کلی همه ی موقعیت ها و خیابان ها. • نصب و راه اندازی سریع وتعمیرآسان. • کارآیی در تمام شرایط جوی حتی باران شدید. درحالت کلی FCD براساس سیستم هایcellular network data-based (CDMA, GSM, UMTS, GPRS) کار می کند. اما در بعضی از موارد (نظامی و حمل و نقل عمومی) از سیستم GPS-basedاستفاده می شود.
Sensing technologies: با پیشرفت سیستم ITS، این سیستم نیازمند استفاده از امکانات تکنیکی گسترده و مطمئن می باشد، تکنولوژی بسیار جدید سنسور، تا حد زیادی این نیاز را بر آورده کرده است. سیستم سنسور در ITS به دو صورت بکار می رود: 1. در زیر ساخت جاده ها: که در زمان ساخت جاده در زیر ساخت آن تعبیه شده و در همان زمان، مواد حفاظتی لازم آنها نیز به کار برده می شود. و یا اینکه بعدا در کنار جاده ها جا سازی می شود. (برای مثال در ساختمان های کنار جاده، صندوق های پستی و علائم رانندگی کنار جاده ها) 2. در وسایل نقلیه: که در داخل سیستم وسیله نقلیه تعبیه می شود. این سنسورها با سنسورهای زیر ساخت در حال تبادل اطلاعات می باشند.
سنسور: سنسور نوعی مبدل است که برخی از آنها مانند دماسنج جیوه ای قابل خواندن توسط انسان هستند، ولی برخی دیگر باید با یک نمایشگر همراه شوند. بیشتر سنسورها الکتریکی یا الکترونیکی هستند. با پیشرفت تکنولوژی، بیشتر سنسورها در مقیاس میکروسکوپی ساخته می شوند.
انواع سنسورها: • Thermal: سنسورهای حساس به دما: مانند دماسنج، ترموکوپل، مقاومت های حساس به دما، ترموستات. سنسورهای حساس به حرارت:مانند بولومتر(جهت اندازه گیری تغییرات الکترومغناطیسی) ، کالرومتر • : Electromagnetic 1. سنسورهای مقاومت الکتریکی: اهم متر، مولتی متر 2. سنسورهای جریان الکتریکی: گالوانومتر، آمپرسنج 3. سنسورهای ولتاژ الکتریکی : الکترومتر، ولت متر 4. سنسورهای توان الکتریکی: وات سنج 5. سنسورهای مغناطیسی: قطب نما، مغناطیس سنج 6. فلز یاب و رادارها • Mechanical: سنسورهای فشار سنج: ارتفاع سنج، فشار سنج هوا، فشار نگار، نمایشگر سرعت هواپیما سنسورهای جریان سنج گازها و مایعات: باد سنج، جریان سنج • Chemical: سنسورهای شیمیایی وجود برخی مواد شیمیایی و یا دسته ای از مواد شیمیایی را پیدا می کنند. به عنوان مثال حسگر اکسیژن که در صنعت موتور سازی کاربرد گسترده ای دارد. • Optical radiation:
- light time-of-flight بر اساس انتشار نور و زمان رفت و بر گشت آن منبع نور می توان فاصله بین منبع نور و اجسام را بدست آورد.
Light sensors and infra-red sensors • Acoustic:
سنسورهای acoustic و sound
• Distance:
چندین تکنولوژی که برای محاسبه مسافت به کار برده می شود.
- Inductive loop detection
حلقه های القایی می توانند در بستر جاده ها قرار داده شوند تا وسایل نقلیه را با اندازه گیری میدان مغناطیسی آنها هنگام عبورشان از روی حلقه تشخیص دهند. ساده ترین detector براحتی تعداد وسایل نقلیه ای که در واحد زمان (به طور نمونه 60 ثانیه در US) از روی حلقه عبور می کنند را می شمارد در صورتیکه سنسورهای خبره و پیشرفته می توانند سرعت،طول و عرض وسایط نقلیه و همچنین فاصله بین آنها را تخمین بزنند.حلقه ها می توانند در یک باند خیابان یا در چندین باند قرار داده شوند. حلقه های القایی با اتومبیل های متوقف و یا بسیار آرام همانند خودروهایی که با سرعت بالا حرکت می کنند،کار می کنند.
- Video vehicle detection
اندازه گیری جریان ترافیک با استفاده از دوربین های ویدئویی نوع دیگری از تشخیص وسایل نقلیه (Vehicle Detection) است.ازآنجایی که سیستم های تشخیص ویدیوئی نیاز به هیچ گونه نصب و راه اندازی اضافی در سطح جاده ها یا بستر آنها بطور مستقیم ندارند، به عنوان روش "non-intrusive" در تشخیص ترافیک شناخته شده اند. تصاویر ویدیوئی به پردازنده ها(که تغییرخصوصیات تصاویر ویدیوئی وسایل نقلیه ای درحال عبوررا تجزیه و تحلیل می کنند) ،ارسال می شود. این دوربین ها بر روی دکل ها، بالای ساختمان یا درنزدیکی جاده ها نصب می شوند.بسیاری از سیستم های تشخیص ویدیوئی نیاز به تعدادی تصاویراولیه دارند تا تصویر پیش زمینه ی اصلی پردازنده را " Teach " کند. این کارمعمولا شامل وارد کردن اطلاعاتی از قبیل فاصله بین خطوط خیابان ها یا ارتفاع دوربین های موجود در جاده هاست. یک پردازنده ی تشخیص ویدیوئی ساده می تواند بصورت همزمان از 4 تا 8 دوربین ترافیک داده دریافت نماید. البته به مدل و نوع آن پردازنده بستگی دارد. خروجی یک سیستم تشخیص ویدیوئی بطور نمونه ای شامل: سرعت خودروها بصورت خط به خط، تعداد خودروها و محدوده ی اشغالی مسیراست. بعضی سیستم ها خروجی های بیشتری مانند تشخیص وقفه ها، حرکت به جلو، اتومبیل های متوقف و علائم مسیر اشتباه وسایل نقلیه را فراهم می کنند.
- Intelligent transportation applications
- (ETC) Electronic toll collection
) ETCاخذ الکترونیکی عوارض) جزیی از سیستمهای حمل و نقل هوشمند است که امکان اخذ عوارض بزرگراهها بدون توقف خودرو را فراهم می کند. این کار به کمک تجهیز خودرو با ترانسپوندر یا تگهای الکترونیکی ارتباط بی سیم، سنسورهای کنار جاده ای و سیستمهای کامپیوتری سخت افزاری و نرم افزاری انجام می شود. کاهش مصرف سوخت، جلوگیری ازهدررفتن زمان مردم، کاهش ترافیک و کاهش میزان آلودگی از جمله مهمترین مزایای این سیستمهاست.
در کل اهداف اصلی از برپایی سیستم های ETC عبارتند از:
1. کاهش هزینه های سربار اخذ عوارض، 2. دستیابی به یک سطح قابل قبول ارائه خدمات به مشتریان، 3. افزایش کیفیت جمع آوری داده ها و دستیابی به اطلاعاتی که در حال حاضر وجود ندارد، 4. کاهش ترافیک در ایستگاههای عوارضی و کاهش میزان آلودگی هوا و مصرف سوخت.
سیستمهای ETC اساسا فقط برای جمع آوری اتوماتیک عوارض استفاده می شدند، اما نوآوری های اخیر ETC علاوه بر هدف اولیه، به منظوراعمال نظارت درمراکزشهری وخطوط ETC نیزاستفاده می شود. تا سالهای اخیر اساس بسیاری از سیستم های ETC، استفاده از ابزارهای رادیویی در وسائل بود، که از پروتکلهای خاصی استفاده می کرد تا خودرویی را که از زیر یک جرثقیل دروازه ای در یک جاده عبور می کند، تشخیص دهد. جدیدا حرکتی توسط سازمان Intelligent Transportation Society آمریکا، ERICO و ITS ژاپن به منظور استاندارد سازی پروتکلهای ETC به سمت پروتکلDedicated Short Range Communications (ارتباطات کوتاه برد اختصاصی) انجام گرفته است، که ایمنی را برای وسائل نقلیه افزایش می دهد.

