Sposób sygnalizacji stanu elementu infrastruktury transportowej i zestaw do realizacji tego sposobu


ZESPÓŁ AUTORSKI

Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu

dr hab inż. Jarogniew Rykowski

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Przedmiotem wynalazku jest sposób sygnalizacji stanu elementu infrastruktury transportowej i zestaw do realizacji tego sposobu, z wykorzystaniem sieci radiowych ad-hoc bardzo bliskiego zasięgu (ang. Personal Area Network, Mesh Networking). Wynalazek dotyczy usprawnienia w zakresie skutecznego powiadamiania użytkowników infrastruktury transportowej o stanie lub cechach specyficznych miejsca, w którym się aktualnie znajdują. Te dane są transmitowane na bliskie odległości (rzędu kilku-, kilkunastu metrów) za pośrednictwem urządzeń radiowych pracujących w standardzie Bluetooth Low Energy (BLE) i tzw. kanału marketingowego BLE, wyłącznie w trybie rozgłaszania (ang. broadcast), do wszystkich urządzeń odbiorczych (typowo smartfonów) znajdujących się w danej chwili w zasięgu sygnału radiowego urządzenia powiadamiającego. Na przykład, po zatrzymaniu się przed światłami na skrzyżowaniu otrzymujemy na ekranie smartfonu informację o aktualnym i przewidywanym za chwilę stanie świateł, po dojechaniu do miejsca remontu – dane przedsiębiorstwa odpowiedzialnego za ten remont oraz przewidywany termin ukończenia prac, otrzymamy informację o zbliżającej się do nas karetce, realnym rozkładzie jazdy autobusów i tramwajów, lokalizacji karetki jadącej do wypadku itp. Należy zaznaczyć, że do działania systemu nie jest wymagany dostęp do sieci rozległej (LTE, 5G, WiFi) - telefon może być całkowicie od sieci odłączony, za wyjątkiem aktywnego modułu BLE.

ISTOTA WYNALAZKU

W wybranych elementach infrastruktury drogowej instaluje się małe urządzenia, które są wyposażone w moduł transmisji radiowej BLE. Urządzenia te rozgłaszają radiowo na bliską odległość określone informacje, albo specjalnie dla nich przygotowane przez uprawnione osoby/instytucje, albo dynamicznie określane na podstawie aktualnego stanu infrastruktury drogowej. W pierwszym przypadku mogą to być sygnalizatory utrudnień komunikacyjnych (rozgłaszające np. informacje o remoncie, zamknięciu drogi, objeździe itp.). Urządzenia te mogą uwzględniać czas, jaki upłynął od ich instalacji w danym miejscu, np. urządzenie sygnalizujące remont drogi, planowany na jeden miesiąc, codziennie będzie wskazywać, ile dni pozostało do końca tego remontu. Urządzenia są autonomiczne, to znaczy od momentu instalacji i zaprogramowania sposobu działania w danym miejscu nie muszą być nadzorowane przez człowieka. Urządzenia nie są też podłączone do żadnej publicznej sieci transmisji danych, nie można też do nich wysłać żadnych informacji - pracują wyłącznie w trybie cyklicznej transmisji rozgłoszeniowej. Urządzenia są rozwinięciem idei tzw. boi lokalizacyjnej BLE - korzystają z tych samych standardów i protokołów przesyłania danych. Jednakże, w odróżnieniu od klasycznych boi BLE, proponowane urządzenia zmieniają przesyłane dane w zależności od stanu elementu infrastruktury drogowej, z którym są związane, od upływu czasu, od zaprogramowanych wstępnie parametrów (np. krótkiej informacji o nazwie przedsiębiorstwa remontującego drogę, numeru telefonu itp.). Zmiany są uwzględniane w cyklicznej, około półsekundowej transmisji, co umożliwia także obrazowanie stanu urządzeń szybkozmiennych (np. odległości, która nas aktualnie dzieli od karetki, chwilowego stanu świateł - czerwone/zielone, itp.). Sygnały z urządzeń są odbierane przez odbiorniki BLE, w szczególności smartfony (wymagany moduł BLE w wersji 4 lub wyższej, czyli praktycznie ponad 95% wszystkich smartfonów dostępnych na rynku). Smartfon "widzi" radiowo tylko te urządzenia, które są w pobliżu. Na podstawie siły sygnału radiowego telefon wybiera to urządzenie, które jest najbliżej (dokładność określenia odległości to około jednego metra). Jeśli dane tego urządzenia są interesujące dla właściciela telefonu (co określa on w preferencjach zainstalowanej specjalnie w celu odbioru tych sygnałów aplikacji), są one automatycznie wizualizowane na ekranie. Sygnalizację wizualną, w zależności od preferencji, można zastąpić odtworzeniem komunikatu głosowego, wibracjami itp. W ten sposób np. osoby niedowidzące, zbliżające się do przejścia dla pieszych, otrzymają w słuchawkach informacje o momencie zapalenia się zielonego światła i możliwości bezpiecznego przejścia, a "smartfonowy zombie" w momencie podejścia do krawężnika i czerwonego światła poczuje wibracje telefonu, które zmuszą go do oderwania wzroku od ekranu i spojrzenia na sygnalizator. Jednocześnie kierowca, który oczekuje na zmianę świateł, zobaczy licznik odliczający sekundy do zielonego światła dla jego pasa ruchu. Rozróżnienia potrzeb w zakresie sygnalizacji dokona aplikacja, na podstawie danych z sensorów pokładowych smartfonu (idę/stoję/jadę, daję kroki czy siedzę itp.) oraz osobistych preferencji (np. wyboru sygnalizacji wizualnej czy też głosowej). Z technicznego punktu widzenia do odbioru sygnałów jest niezbędny tylko smartfon z włączonym modułem BLE oraz stosowna aplikacja. Prototyp takiej aplikacji przygotowano dla dowolnego smartfonu pracującego pod kontrolą systemu operacyjnego Android w wersji co najmniej 5.1. Elementy infrastruktury drogowej, dla których przewidziano możliwość sygnalizacji to (na chwilę obecną, poniższa lista nie jest ostateczna):
-sygnalizator stanu świateł na skrzyżowaniu, z podziałem na pasy ruchu oraz wyróżnieniem sygnalizatorów dla kierowców i pieszych,
-sygnalizator aktualnych czasów przyjazdu pojazdów komunikacji miejskiej (na danym przystanku, w zależności od miejsca i dostępności danych o aktualnych pozycjach pojazdów),
-sygnalizator remontu i innego czasowego zamknięcia drogi, odliczający czas do momentu rozpoczęcia remontu lub do jego końca,
-sygnalizator zmian w ruchu, na przykład objazdów,
-sygnalizator trudnych warunków pogodowych, który w tych warunkach włącza się automatycznie (np. informator o gołoledzi, który przekazuje informacje tylko pod warunkiem temperatury w okolicach zera i dużej wilgotności),
-sygnalizator wypadku, umieszczany w radiowozie (odliczający godziny do likwidacji skutków tego wypadku i przywrócenia ruchu w danym miejscu),
-sygnalizator pojazdu uprzywilejowanego, poruszającego się na sygnale, z odróżnieniem typu pojazdu (karetka, radiowóz, straż pożarna itp.) oraz kierunku i odległości (jest blisko, daleko, zbliża się, oddala).
Koszt jednego urządzenia sygnalizacyjnego nie powinien w produkcji masowej przekraczać ok. 100 zł (łącznie z modułem zasilania akumulatorowego). Jeśli urządzenia te będą zasilane panelami fotowoltaicznymi, koszt ten należy zwiększyć o 50%. Urządzenia są instalowane za pomocą specjalizowanej aplikacji (która już została przygotowana i której prototyp jest dostępny), panelu przełączników (dla typowych urządzeń), łącza Bluetooth/BLE (transmisja zabezpieczona), lub złącza transmisji szeregowej. Aplikacja na smartfony także została przygotowana i przetestowana w praktyce. Przy założeniu utrzymywania systemu przez miasto, aplikacja byłaby dostępna bezpłatnie dla mieszkańców. Z używaniem aplikacji nie wiążą się żadne opłaty, gdyż do działania nie wymaga ona dostępu do sieci rozległej typu LTE lub WiFi.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Wynalazek nadaje się do natychmiastowego wdrożenia, zarówno z punktu widzenia operatora systemu (miasta), jak i docelowych użytkowników (mieszkańców). Moduły BLE użyte w urządzeniach są produkowane masowo i dostępne w przystępnych cenach (w prototypach wykorzystano moduły firm Nordic Semiconductor - popularne układy z serii nRF52 i Espressif - seria ESP32), w ramach prac nad wynalazkiem opracowano prototyp urządzenia z szybkim wyborem funkcji za pomocą przełączników, z programowaniem przez łącze szeregowe/Bluetooth/WiFi/NFC, chronionym przez odpowiednie szyfrowanie komunikacji i podpis elektroniczny PKI. Operatorem wynalazku powinno zostać w pierwszej kolejności miasto, które powinno rozmieścić urządzenia i udostępnić mieszkańcom aplikację na smartfony. W pierwszej kolejności sygnalizowane mogą być stany świateł na kluczowych skrzyżowaniach z dużym ruchem pieszych, remonty, objazdy, pojazdy uprzywilejowane, rzeczywiste odjazdy autobusów i tramwajów z danego przystanku itp. Można też pomyśleć o wersji specjalizowanej pod kątem potrzeb osób niepełnosprawnych (np. sygnalizacja krawężników, schodów, wind itp. dla osób poruszających się na wózku inwalidzkim, sygnalizacja głosowa dla osób niewidomych i niedowidzących, pomoc dla małych dzieci itp.). Dalsze prace związane z wdrożeniem mogą obejmować nie tylko stopniowy wzrost zakresu funkcjonalnego przez włączanie nowych elementów infrastruktury drogowej, ale także opracowanie dedykowanych urządzeń odbiorczych i aplikacji pod kątem specyficznych potrzeb odbiorców (np. "mówiąca" laska osoby niewidomej, wózek inwalidzki sugerujący wybór drogi i drogi alternatywne w przypadku chwilowych utrudnień typu zepsuta winda itp.).