C-ITS - Kooperativní inteligentní dopravy systémy

Kooperativní inteligentní dopravní systémy (C-ITS) představují moderní přístup ke zlepšení bezpečnosti a efektivity silniční dopravy prostřednictvím výměny informací mezi vozidly navzájem (V2V), mezi vozidly a infrastrukturou (V2I) a mezi infrastrukturou a dalšími účastníky dopravního provozu (V2X). Hlavním cílem těchto systémů je zvýšit bezpečnost dopravního provozu, zlepšit plynulost dopravy a optimalizovat řízení dopravních toků pomocí sdílení relevantních informací v reálném čase.

Díky C-ITS mohou vozidla získávat varování o překážkách na vozovce, nehodách, dopravních kolonách nebo změnách dopravního značení ještě předtím, než se dostanou do kritického úseku. Inteligentní infrastruktura, jako je adaptivní dopravní signalizace a dynamické dopravní značení, dokáže přizpůsobit provoz aktuální situaci na vozovce a tím optimalizovat průběh dopravy. C-ITS také podporují ekologičtější mobilitu tím, že pomáhají snižovat emise prostřednictvím plynulejší dopravy a efektivního řízení spotřeby paliva.

C-ITS se stále více prosazuje nejen v městském prostředí, ale i v dálniční a venkovské infrastruktuře, kde umožňuje efektivnější řízení dopravy a snižování rizik spojených s vysokými rychlostmi či nečekanými překážkami. Tato technologie rovněž podporuje optimalizaci tras a snižování dopravních kongescí. Další důležitou součástí je využití C-ITS v řízení veřejné dopravy, kde systémy umožňují lepší synchronizaci vozidel městské hromadné dopravy, což vede k efektivnějším jízdním řádům a optimalizaci tras na základě aktuálních dopravních podmínek. Tím dochází ke snížení zpoždění a ke zlepšení dostupnosti veřejné dopravy.

Typy C-ITS systémů

V rámci C-ITS existují různé typy komunikace:

Vozidlo-vozidlo (V2V): Umožňuje přímou výměnu informací mezi vozidly s cílem zvýšit bezpečnost a plynulost dopravy.

Příklad: Upozornění na dopravní kolony, pomalu jedoucí vozidla nebo vozidla integrovaného záchranného systému jedoucí k zásahu.

Vozidlo-infrastruktura (V2I) a infrastruktura-vozidlo (I2V): Zajišťuje komunikaci mezi vozidly a dopravní infrastrukturou, jako je dopravní signalizace, proměnné dopravní značení nebo parkovací systémy.

Příklad: Varování před nebezpečnými úseky, pracemi na silnici nebo nepříznivými meteorologickými podmínkami.

Infrastruktura-infrastruktura (I2I): Slouží k přenosu informací mezi jednotlivými prvky dopravní infrastruktury, což umožňuje efektivní řízení a koordinaci dopravního provozu.

Příklad: Synchronizace dopravní signalizace pro optimalizaci plynulosti dopravy.

Vozidlo-chodec (V2P): Zvyšuje bezpečnost chodců a cyklistů tím, že umožňuje komunikaci mezi vozidly a jejich mobilními zařízeními nebo chytrými přechody.

Příklad: Vozidlo detekuje blížícího se chodce na přechodu a upozorní jak řidiče, tak chodce pomocí mobilní aplikace.

Vozidlo-síť (V2N): Propojuje vozidla s cloudovými službami a dopravními systémy, čímž poskytuje aktuální dopravní informace, navigaci a infotainment.

Příklad: Získávání informací o dopravních zácpách v reálném čase a návrh alternativní trasy.

Vozidlo-elektrická síť (V2G): Umožňuje elektromobilům interakci s elektrickou sítí pro efektivní správu energie a nabíjení.

Příklad: Elektromobil se nabíjí v době levného tarifu a při špičce vrací přebytečnou energii zpět do sítě.

Vozidlo-všechno (Vehicle-to-Everything) (V2X): Komunikační technologie, která umožňuje vozidlům komunikovat s ostatními účastníky silničního provozu a dopravní infrastrukturou.

Příklad: V2X zastřešuje všechny výše uvedené technologie a umožňuje komplexní propojení dopravního ekosystému.

Technologie C-ITS

DSRC (Dedicated Short Range Communication) je klíčová technologie pro přímou komunikaci mezi vozidly a infrastrukturou. Jedná se o komunikační standard založený na IEEE 802.11p (a jeho vylepšení IEEE 802.11bd), známý také jako Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE). Tato technologie vychází ze standardu Wi-Fi, ale je optimalizovaná pro komunikaci mezi pohybujícími se vozidly a infrastrukturou bez potřeby základnové stanice. Technologie umožňuje rychlou výměnu dat s velmi nízkou latencí. Pracuje v bezlicenčním frekvenčním pásmu 5,9 GHz, což zajišťuje její širokou dostupnost a nízké provozní náklady. Výhodou DSRC je také odolnost vůči přetížení sítě. DSRC umožňuje provoz aplikací, jako jsou varování před kolizemi, detekce nebezpečných situací a dynamická regulace dopravy.

Mobilní datové sítě LTE a 5GMobilní sítě LTE a 5G představují alternativní přístup k zajištění komunikace mezi vozidly a infrastrukturou (V2I). Mobilní technologie, jako je čtvrtá generace mobilních sítí (4G LTE) a pátá generace (5G), umožňují pokročilé datové přenosy, které podporují inteligentní dopravní systémy, včetně Vehicle-to-Everything (V2X) komunikace. Oproti DSRC mají výhodu v širším dosahu a propojení s cloudovými technologiemi. LTE již umožňuje základní funkce C-ITS, avšak příchod 5G přináší zásadní změny díky vyšší přenosové rychlosti, extrémně nízké latenci a větší kapacitě sítě. 5G umožní pokročilé aplikace, jako je autonomní řízení, vzdálené řízení vozidel a propojení s inteligentní dopravní infrastrukturou. Díky síťové segmentaci (network slicing) mohou být služby C-ITS provozovány na vyhrazených částech sítě, čímž se zajistí jejich spolehlivost a bezpečnost.

Inteligentní dopravní senzory Dopravní senzory jsou základním prvkem C-ITS, umožňují detekci objektů, analýzu dopravní situace a monitorování dopravního prostředí v reálném čase. Tyto senzory mohou být umístěny na vozidlech, komunikacích, semaforech nebo jiných dopravních prvcích.

Mezi nejdůležitější senzory patří:
LIDAR (Light Detection and Ranging) představuje pokročilou technologii pro mapování dopravního prostředí. Využívá laserové paprsky k přesné detekci objektů a měření vzdáleností, což je zásadní pro autonomní vozidla a prediktivní řízení dopravy. LIDAR pomáhá detekovat vozidla, chodce a další objekty s vysokou přesností i za nepříznivých povětrnostních podmínek.

Radar (Far, Medium, Short Range Radar) používá rádiové vlny k měření vzdálenosti a rychlosti objektů v okolí. Na rozdíl od ultrazvukových senzorů a kamer fungují i v nepříznivých podmínkách (mlha, déšť, tma) a umožňují detekci na dlouhé vzdálenosti. Využívá se především k měření rychlosti vozidel.

Ultrazvukové senzory se využívají pro detekci objektů na krátkou vzdálenost, zejména v aplikacích vyžadujících přesnost při nízkých rychlostech. Fungují na principu vysílání zvukových vln a měření doby, za kterou se odrazí zpět od překážky. Využití najdou např. v automatických parkovacích systémech.

Kamerové systémy zahrnují 360° kamery, přední a zadní kamery, včetně interiérových senzorů. Kamerové systémy hrají klíčovou roli v monitorování dopravy, autonomním řízení, dopravní bezpečnosti a vymáhání pravidel. Kamery poskytují vizuální data, která mohou být analyzována umělou inteligencí (AI) a strojovým viděním, což umožňuje automatickou detekci a vyhodnocení dopravní situace.

Inerciální měřicí jednotky (IMU) obsahují akcelerometr a gyroskop, které pomáhají s lokalizací vozidel. Autonomní vozidla, letectví, železnice i chytré komunikace spoléhají na IMU pro přesnou detekci pohybu a zrychlení.

GNSS (Global Navigation Satellite Systems) je souhrnný název pro systémy satelitní navigace, které umožňují přesné určování polohy, rychlosti a času kdekoliv na Zemi. Satelitní systémy GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou umožňují přesnou navigaci a sledování polohy vozidel.

Palubní jednotky vozidel (OBU – On-Board Units) jsou zařízení instalovaná ve vozidlech, která umožňují komunikaci s dalšími prvky C-ITS. Tyto jednotky mohou obsahovat GPS moduly, bezdrátové komunikační moduly a senzory pro monitorování vozidla a okolního prostředí. OBU jednotky jsou klíčovým prvkem pro implementaci varování před nebezpečím, řízení adaptivních tempomatů a podporu autonomního řízení.

Cloudová řešení a umělá inteligence v C-ITS - moderní C-ITS systémy využívají cloudové platformy ke sběru, ukládání a analýze velkých objemů dat. Cloudové technologie umožňují propojení různých zdrojů informací, jako jsou dopravní kamery, senzory, vozidla a infrastruktura. Díky strojovému učení a umělé inteligenci mohou tyto systémy provádět prediktivní analýzy a optimalizovat dopravní toky. Například umělá inteligence může předpovídat vznik dopravních zácp na základě historických a aktuálních dat a navrhovat alternativní trasy. Dále může AI pomáhat s adaptivním řízením dopravní signalizace, kde dynamicky upravuje jejich nastavení podle aktuálního dopravního provozu.

Přínosy C-ITS

Jedním z největších přínosů C-ITS je zvýšení bezpečnosti. Systémy včasného varování mohou upozorňovat na hrozící nebezpečí, čímž dochází ke snížení počtu dopravních nehod. Dynamické řízení provozu umožňuje efektivnější využití dopravní infrastruktury, omezuje dopravní zácpy a přispívá ke snížení emisí díky plynulejší dopravě.

C-ITS umožňuje lepší koordinaci mezi veřejnou a individuální dopravou. Například systémy prioritizace vozidel veřejné dopravy na světelných signalizačních zařízeních pomáhají zrychlit městskou mobilitu a zvyšují její atraktivitu.

Dalším přínosem C-ITS je jeho využití v autonomní mobilitě. Systémy umožňují komunikaci mezi autonomními vozidly a infrastrukturou, což zvyšuje spolehlivost a bezpečnost samořídících technologií.

Standardizace a interoperabilita

Pro zajištění efektivního fungování C-ITS je nezbytná standardizace a interoperabilita systémů napříč různými výrobci a zeměmi. V Evropě je standardizace a interoperabilita klíčovým prvkem pro úspěšné zavedení kooperativních inteligentních dopravních systémů. Evropská unie a mezinárodní organizace pracují na harmonizaci technologií, protokolů a bezpečnostních opatření, aby zajistily bezproblémovou komunikaci mezi vozidly, infrastrukturou a dalšími účastníky provozu. Nejdůležitějšími částmi evropského regulačního rámce pro C-ITS je směrnice 2010/40/EU o rámci pro zavádění inteligentních dopravních systémů v oblasti silniční dopravy a pro rozhraní s jinými druhy dopravy z roku 2010 a její revize z roku 2023. Původní směrnice 2010/40/EU vytvořila rámec pro zavádění ITS v silniční dopravě a pro jejich propojení s ostatními dopravními módy. Revize z roku 2023 zahrnuje nové technologické trendy, autonomní mobilitu a multimodální dopravní systémy. Důraz je kladen na interoperabilitu digitálních dat, která umožňuje propojení vozidel a infrastruktury pro varování o dopravních událostech v reálném čase. C-ITS musí být technologicky neutrální, což znamená, že nesmí preferovat jednu specifickou technologii před jinými. Tento princip je zakotven ve směrnici EU 2018/1972, která zajišťuje spravedlivý přístup k technologiím ITS a podporuje interoperabilitu.

Kybernetická bezpečnost v C-ITS

Vzhledem k tomu, že C-ITS pracuje s citlivými dopravními daty a umožňuje přímou komunikaci mezi vozidly a infrastrukturou, je kybernetická bezpečnost klíčovým aspektem. Hrozby zahrnují neoprávněný přístup k síti, manipulaci s daty a kybernetické útoky na systémy řízení dopravy. Pro zabezpečení komunikace v C-ITS se využívají moderní kryptografické metody, jako jsou digitální certifikáty a šifrování. Pro minimalizaci bezpečnostních hrozeb v oblasti C-ITS se provádějí různá bezpečnostní opatření, jako například šifrování a autentizace komunikace, systémy detekce narušení (Intrusion Detection Systems) a monitorování provozu, bezpečnostní aktualizace a patch management (správa distribuce a instalace softwarových aktualizací (záplat) na systémy, zařízení a aplikace), segmentace sítí a omezení přístupu, testování bezpečnosti a simulace útoků.

Bližší informace k danému tématu naleznete na stránce věnované projektu C-ROADS zde. Informace o různých systémech C-ITS najdete zde.