TELEMATICA PER I TRASPORTI

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1 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; POLITECNICO DI TORINO TELEMATICA PER I TRASPORTI Politecnico di Torino, I Facoltà di Ingegneria, Dip. DITIC Trasporti (prof. Bruno DALLA CHIARA) marzo 2012, 2012 Definizione Con ITS (Intelligent Transport Systems) o sistemi di trasporto intelligenti, si intende l integrazione delle conoscenze nel campo delle telecomunicazioni, elettronica, informatica - in breve, la telematica - con l ingegneria dei trasporti, per la pianificazione, progettazione, esercizio, manutenzione e gestione dei sistemi di trasporto. Questa integrazione è finalizzata al miglioramento della sicurezza della guida ed incolumità delle persone (safety), alla sicurezza e protezione dei veicoli e della merce (security), la qualità, l efficienza dei sistemi di trasporto per i passeggeri e le merci, ottimizzando l uso delle risorse naturali e rispettando l ambiente. Fonte: ITS-EDUNET,

2 TEMPO dagli anni in Europa Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Definizione Per il perseguimento di tali obiettivi, si richiedono procedure, sistemi, dispositivi per permettere la raccolta, comunicazione, analisi e distribuzione di informazioni e dati tra soggetti in movimento, le infrastrutture di trasporto e le applicazioni della tecnologia dell informazione. Nella misura in cui il sistema di trasporti riguarda le tecnologie dell informazione e la mobilità delle persone, si può definire può come infomobilità ; questa può riguardare il trasporto su strada o ogni altro modo di trasporto come pure le relative interazioni. Entrate per lo Stato (accise su combustibili per autotrazione) Veicoli (produzione industriale) Limitazioni e vincoli dagli anni 90 circa Infrastrutture (costruzioni civili) 2

3 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Sistemi di Trasporto Ricerca, formazione, applicazioni Pubblica amministrazione ed industria ITS Tematiche trattate p Supporti telematici Supporti di telecomunicazione Sistemi di localizzazione automatica (AVLS) Sistemi di identificazione automatica (AIS o AVI/AEI) Sistemi di raccolta dati di traffico, classificazione automatica e conteggio passeggeri (APC) Scambio elettronico dei dati (EDI) e documenti Banche dati cartografiche, sistemi informativi territoriali (GIS/SIT) 2. Cenni sulle relative applicazioni 3

4 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Elementi costitutivi di base ed architettura/e Esempi precedenti Capacità iniziali Situazioni reali Reti di telecomunicazione (TLC); Convenzioni Sistemi di localizzazione (AVLS); Sistemi di identificazione (AEI/AVI); Architettura Funzionale Scambio elettronico dei dati (EDI); Banche dati cartografiche (GIS o SIT). Sistemi di raccolta dati di traffico ; Sistemi per conteggio degli utenti (APC). Terminator i Diagramma di Contesto Requisiti Utente Situazioni reali Altri vincoli Convenzioni Architettura Fisica Architettura delle Comunicazioni Proprietà del Sistema ITS Requisiti del Sistema Figura 2 - Diagramma del processo di sviluppo di un'architettura Applicazioni (I/II) Applicazioni della telematica ai trasporti stradali Gruppo di lavoro UNI - CEI, "Telematica per il traffico ed il trasporto su strada - Norma quadro - Prospetto generale delle applicazioni, riferimenti ed indirizzi normativi" (UNI CEI 70031) e relativo Allegato, UNI-CEI, Milano, Luglio 1999; aggiornamento controllo e gestione della sosta controllo e gestione transiti con e senza fermata del veicolo monitoraggio del traffico e della viabilità controllo e gestione degli impianti semaforici apparati per la rilevazione delle infrazioni informazioni all'utenza assistenza alla guida e navigazione a bordo veicolo controllo e gestione dei servizi di trasporto passeggeri controllo e gestione delle flotte e delle unità per il carico p. 16 4

5 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Applicazioni (II/II) Applicazioni della telematica al trasporto multimodale sistemi telematici integrati per il trasporto ed il ciclo logistico delle merci (CCS, cargo community system) sistemi integrati per il controllo e la pianificazione del trasporto multimodale di merci pericolose controllo e gestione delle aree intermodali sistemi integrati di informazione all'utenza informazioni a bordo veicolo ed all'utenza mobile informazione all'utenza e scambio dati mediante apparati a terra sistemi automatici di identificazione dei colli sistemi automatici di pagamento per il trasporto merci Sistemi e dispositivi telematici a bordo veicolo Enti di normazione tecnica Elettrotecnica elettronica Aree tematiche Telecomunicazioni Tutto il resto Internazionale IEC ITU-T ISO Livello territoriale Europeo CENELEC ETSI CEN Nazionale CEI UNI UNINFO 5

6 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Reti micro e macro-cellulari digitali Sistemi via satellite Supporti di comunicazione mobile Reti radiomobili private o ad accesso pubblico (PMR, Private Mobile Radio e PAMR, Public Access Mobile Radio) Reti mobili per trasmissione dati (MDN o Mobile Data Network) Per esigenze spesso tipiche dei trasporti e sicurezza, si può fare riferimento alle telecomunicazioni monodirezionali standard (radioavviso o cercapersone ) e alla radiodiffusione o broadcast mediante RDS - Radio Data Systems o DAB - Digital Audio Broadcasting o ancora DVB (Digital Video Broadcasting) con l ausilio del Traffic Management Channel (RDS-TMC, in futuro DAB-TPEG) Esistono infine strumenti di TLC su corto raggio basati sulle iperfrequenze (micro-onde) e su trasmissioni agli infrarossi (DSRC, Dedicated Short Range Communication, IR beacon, MW beacon); sistemi di cooperative driving Comunicazione tra veicoli e tra veicolo ed infrastruttura: Vehicle to Vehicle communication (V2V): uno scambio cooperativo di dati tra veicoli attraverso tecnologie wireless, in un range variabile da pochi metri a qualche centinaio, con l obiettivo di migliorare la sicurezza stradale, la mobilità, l efficienza e la capacità delle strade. Vehicle to Infrastructure communication (V2I): l interazione cooperativa, tipicamente wireless, tra veicolo e infrastruttura, basata su sistemi in grado di migliorare la sicurezza e le prestazioni sulle strade. p. 25 6

7 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Esempi di sistemi di comunicazione veicolo-veicolo ed infrastruttura-veicolo (fonti: CRF-Centro Ricerche Fiat ed Audi) Supporti di comunicazione mobile Comunicazioni via satellite WAN (Wide Area Network) GSM GPRS WCDMA EDGE 3G-4G MAN (Metropolitan Area Network) WiMAX Effettiva Banda larga e Mobilità Actual wide band and mobility LAN e WLAN (Local Area Network e Wireless LAN) VHF, DMR Wi-Fi <~100 m PMR (Private Mobile Radio) e PAMR (Public Access Mobile Radio): TETRA PAN e WPAN (Personal Area Network e Wireless PAN), ~ 1-10 m ZigBee, Bluetooth RFID, TAG, IR (DSRC) UWB (chip per banda larga) IEEE p standard for wireless access in vehicular environments p. 22 7

8 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; TETRA (Terrestrial Trunked Radio): utilizzata in varie parti del nel mondo per comunicazioni sicure Nei trasporti: aeroporti, metro, taxi. Per pubblica sicurezza, scelta da governi Usata anche per applicazioni industriali e commerciali. TETRA: nata negli anni 90 quando per le radio mobili private (PMR) si addivenne ad uno standard per rispondere ai requisiti degli utenti della sicurezza pubblica, oltre che utenti, operatori. Standard poi sviluppato per comunicazioni critiche. Dopo la pubblica sicurezza, i maggiori utenti sono nel campo dei trasporti. Metropolitane 8

9 Number of people Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; TEMPO DI SICUREZZA AVVISO di INCIDENTE O EVENTO (ITS: VMS IVC) Tempo di percezione + reazione del conducente e procedura di frenatura/intervento Tempo indotto dalla variazione esogena, esterna a conducente-veicolo (INCIDENTE) Rischio più elevato Tempo di percezione- reazione del conducente e procedura di frenatura o intervento sul veicolo INSUFFICENZA DI TEMPO INCIDENTE-SCONTRO time Sistemi di allerta (IVC) Valore mediano: 0.66'' ,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 Time [s] Tempi di percezione e reazione dei guidatori [analisi sulla base di Johansson e Rumar, 1971; usata in norme ISO] 18 9

10 Attenzione del guidatore Massima attenzione alla guida Incremento del livello di attenzione dovuto alla presenza ed effetto di sistemi di allerta o comunicazione a bordo veicolo Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; 100% Minimo tempo di reazione Esempio Attenzione alla guida Attenzione ridotta da vari fattori Massimo tempo di reazione Efficacia dei sistemi di allerta 0% Tempo di viaggio, a decorrere dalla partenza del veicolo 19 Sistemi di localizzazione automatica p Sistemi di navigazione inerziali (quali accelerometri e giroscopi), montati a bordo, per la localizzazione dei soli veicoli; essi vengono solitamente impiegati insieme ad odometri, per la misura del percorso lineare, ed a cartografia elettronica, per la riconduzione del veicolo ad un punto su di essa (map matching) 2. Rilevatori di posizione e d informazioni su corto raggio (basati su telecamere, radiofrequenza,...), per merci, contenitori o veicoli obbligati a percorsi prestabiliti oppure al transito attraverso varchi, eventualmente virtuali; 3. Sistemi basati su triangolazione o trilaterazione (multilaterazione) a terra o via satellite, per la mobilità di persone, merci e veicoli; 4. Sistemi basati sull indicazione della cella di appartenenza di un terminale mobile in un certo istante (basati su reti con struttura a celle). 10

11 modalità di trasporto Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Localizzazione automatica A. Determinazione delle coordinate del punto associato alla posizione; B. Determinazione dello spostamento, di un veicolo, rispetto ad un punto di posizione nota; C. Associazione del punto e dello spostamento ad un grafo orientato ed una cartografia. Localizzazione automatica: accuratezza richiesta Trasporto aereo (volo) 0,10 1,00 10,00 100, ,00 [m] Trasporto aereo (atterraggio orizzontale) Trasporto aereo (atterraggio verticale) Trasporto marittimo e per vie navigabili (navigazione) Trasporto marittimo e per vie navigabili (costiero) Trasporto marittimo e per vie navigabili (portuale) Trasporto marittimo e per vie navigabili (acque interne) Trasporto terrestre (stradale extraurbano) Trasporto terrestre (stradale urbano) Trasporto terrestre (ferroviario in linea) Trasporto terrestre (ferroviario per frenatura a bersaglio, posizione in stazione) p

12 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; 12

13 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Esempio schematico di giroscopio (illustrazione del principio fisico, indipendentemente dalle tipologie di strumenti oggi utilizzate) d 2 (x 2, y 2 ) θ 2 d 1 (x 0, y 0 ) d 0 (x 1, y 1 ) θ 1 θ 0 p Esempio di giroscopio piezoelettrico Percorsi fissi e transito attraverso varchi 13

14 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Trilaterazione o multilaterazione terrestre r c C c r b C a r a C b p. 92 Tecnologie storiche di radionavigazione p. 93 Decca Loran C, Long Range Navigation (Chayka in Russia) VOR*, VHF Omnidirectional Radiorange DME*, Distance Measuring Equipment Omega ILS, Instrument Landing System MLS, Microwave Landing System * Impiegati nel TACAN (Tactical Air Navigation), sistema di navigazione di linee aeree. 14

15 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; TRANSIT CICADA Tecnologie attuali e venture dedicate alla localizzazione automatica via satellite NRL Timation GPS GLONASS GNSS Sistemi di localizzazione automatica D ( X x ) 2 ( Y y ) 2 ( Z z ) 2 C dt i i i i i= 1, 2, 3, 4 D i = distanza misurata tra ricevitore e generico satellite affetta da errore (pseudo-distanza) X, Y, Z = coordinate spaziali assolute del ricevitore (latitudine, longitudine, quota) x i, y i, z i = coordinate spaziali assolute del generico satellite (valori noti) dt = scarto (incognito) tra la base temporale del ricevitore e quella del sistema satellitare. C= m/s 15

16 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; GPS Sistema inizialmente sviluppato e gestito dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti (DoD) per scopi militari e reso successivamente disponibile, pur con precisioni limitate, anche per l'impiego da parte di operatori civili. Configurazione definitiva: lancio costellazione composta da 21 satelliti più 3 di riserva; oggi numero di satelliti variabile da un minimo di 24 ad un massimo di 32, a seconda delle condizioni di funzionamento, su orbite circolari ad una quota di km corrispondenti ad un periodo siderale di 12 ore circa ed operanti su 6 piani orbitali aventi un'inclinazione di 55. GPS Permette di determinare informazioni di posizione (PVT computation, Posizione, Velocità e Tempo) per qualsiasi utente sulla superficie terrestre (o in prossimità) sfruttando le misure di pseudo-distanza ottenute da almeno quattro satelliti in visibilità (contemporaneamente). 16

17 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; GPS La distanza da ciascun satellite ottenuta misurando, con grande precisione, tempo di trasmissione (volo) del segnale che dal satellite giunge all'antenna del ricevitore; dato che l'orologio di riferimento del sistema di ricezione non è sincronizzato con quello del satellite che ha emesso il segnale, la misura ottenuta è definita pseudo-distanza, ossia distanza geometrica affetta da un errore di disallineamento di scale di tempi. Con le coordinate dell utente anche questo disallineamento temporale è un incognita del sistema di navigazione, per questo è necessario avere almeno 4 satelliti in visibilità. I ricevitori GPS permettono di ottenere coordinate rispetto alla terra che possono essere convertite in latitudine e longitudine. GPS Dati GPS trasmessi utilizzando due frequenze portanti di MHz (L1) e MHz (L2). I servizi SPS (Standard Positioning Service) e PPS (Precise Positioning Service) vengono impiegati codici diversi: P- code di precisione (per uso militare) e C/A-code (per uso civile). Il segnale di precisione (P-code) è trasmesso su entrambe le frequenze, mentre il segnale non di precisione (C/A-code) è trasmesso soltanto sulla frequenza L1. Per l'impiego civile è disponibile soltanto il segnale non di precisione sulla frequenza L1 che viene trasmesso in modalità non criptata. 17

18 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; GPS Accuratezza orizzontale Accuratezza verticale Accuratezza temporale (rispetto all UTC) SA attiva 100 m 156 m 340 ns Senza SA 5 m 10 m 100 ns GPS Il livello d accuratezza attuale risulta, da misure sperimentali, di 7.6 metri in orizzontale e 9.2 metri in verticale con una probabilità del 95% nel caso di una buona visibilità e configurazione dei satelliti (v. oltre) e con veicolo in movimento a velocità contenuta. In questo modo si può riconoscere la posizione di un veicolo in una via urbana, non più solo in un quartiere come accadeva prima 18

19 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; p. 98 p. 110 [1] Ad esempio geostazionari. 19

20 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; SERVICE CENTRES p. 106 REGIONAL COMPONENTS IMS Network IMS Network GEO RIMS ICC ICC MCC EGNOS IULS IULS NLES COSPAS-SARSAT GROUND SEGMENT IMS Network GALILEO GLOBAL COMPONENT L-band ICC MEO CONSTELLATION IULS S-band NSCC L - band USER SEGMENT S- band OSS Network TTC INTEGRITY DETERMINATION NAVIGATION CONTROL & & DISSEMINATION CONSTELLATION MANAGEMENT L-band NAV UHF S&R LOCAL COMPONENTS Local MS Local MS UMTS DATA LINK DATA LINK External Complementary Systems [1] Ad esempio geostazionari. GALILEO: Open service - OS (servizio aperto) servizio di base per il grande pubblico ad accesso gratuito; Safety of Life Service - SoL (servizio Sicurezza della vita ); Commercial Service - CS (servizio commerciale); Public Regulated Service - PRS (servizio pubblico regolamentato); Search and Rescue Service - SAR (servizio di ricerca e salvataggio): contribuirà a migliorare le prestazioni del sistema internazionale di ricerca e salvataggio COSPAS- SARSAT. 20

21 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Identificazione automatica p. 37 Radiofrequenza Codici a barre e bidimensionali Identificazione visiva Banda magnetica Smart card (carte intelligenti ) Sistemi biometrici AVI/AEI: RFID Già dai primi anni 70 si poneva il problema del riconoscimento di contenitori in modo rapido e sicuro; dopo alcuni anni di studio furono selezionate due bande di frequenza, una in corrispondenza dei 933 MHz e l altra dei 2.45 GHz; questo sistema era adatto per la sola lettura. Furono successivamente proposte frequenze differenti e modificati i parametri di lettura, la velocità del segnale e la sua capacità di trasmissione nello spazio. 21

22 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; La lunghezza d onda connessa alla frequenza utilizzata è fornita dal calcolo seguente: RF ID c f [ km/ s] 12.5cm 2.45[ GHz] Essendo c ed f rispettivamente la velocità della luce e la frequenza di lavoro per la trasmissione del segnale. Con una frequenza di 900 MHz si sarebbe ottenuta una lunghezza d onda di 33 cm, mentre con una frequenza maggiore di 2.45 GHz e pari a 5.8 GHz si sarebbe ottenuta un onda di lunghezza 5.2 cm. Tale tipo di comunicazione può essere vocale, ma si può anche instaurare fra due computer, uno mobile ed uno fisso. RF ID Nelle sue linee essenziali un sistema RFID è costituito dai seguenti tre componenti: 1. un antenna o una bobina 2. un transceiver (con encoder) 3. un transponder (comunemente indicato come Rf tag) che viene programmato per via elettronica. 22

23 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; RFId p. 38 I tag o transponder passivi ricavano l energia dal segnale proveniente dal reader; non possiedono un vero e proprio trasmettitore, ma re-irradiano, modulandolo, il segnale trasmesso dal reader e riflesso dalla propria antenna. B. Dalla Chiara,, 2009 Le distanze alle quali possono operare sono al massimo dell ordine di alcuni metri o di alcuni centimetri a seconda della frequenza operativa. RfId, fondamenti di una tecnologia silenziosamente pervasiva, Fondazione U. Bordoni,

24 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Codici a barre e bidimensionali Si possono definire come simbologia studiata per codificare delle informazioni che possano venire rilevate in modo automatico. Il principio generale sul quale si basano i codici a barre è il riconoscimento di una sequenza di barre (di norma, ma non necessariamente, verticali) separate da spazi e contenenti l informazione codificata secondo regole e simbologie predefinite. Tali regole stabiliscono tipicamente la posizione e le dimensioni di barre e spazi. Una possibile classificazione dei codici consiste nella tecnologia di scansione necessaria per decodificarli, la quale può essere: 1. lineare (codici monodimensionali); 2. per linee o ranghi sovrapposti (codici bidimensionali); 3. per immagine (codici bidimensionali). Codici a barre e bidimensionali Le varie tipologie di codici a barre, che sono solitamente numeriche (tranne il Codice 128, Codice 32, Codice 39) hanno riscontrato applicazioni differenti nelle diverse tipologie di prodotti. Codici monodimensionali o lineari di maggiore impiego e applicazioni: EAN/GS1 8 e 13 - per prodotti a largo consumo; Codice nella codifica dei pallet; Codice 32 (Pharmacode) - nella codifica medicinali; Codice 39 - nella codifica alfanumerica; 2/5 Interleaved (ITF) nei trasporti. I codici bidimensionali più utilizzati attualmente sono invece: PDF417, Data Matrix, Codablock (MLC-2D), Codice 49, Codice 16k, Super Code, Maxi Code, Aztec Code. 24

25 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Codici a barre e bidimensionali Tipologia codice EAN 8; EAN 13 Codice 2/5 inter. Code 39 Code 128 Numero di caratteri 10 cifre 10 cifre 43 cifre 128 ASCII Autoverifica Sì Sì Sì Sì Tipo di caratteri Numerico Numerico Alfanumerico ASCII completo Es. di applicazione Retail (POS) Trasporti Elettronica Logistica Code 49 Codice 128 Codablock Data matrix 25

26 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; 26

27 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Modularità dello sviluppo tecnologico GS1 Scambio elettronico dei dati (EDI) p. 39 Raccolta e gestione automatica dei dati Standard di comunicazione (XML, EDI, ) Identificazione Codici vettori di dati o data carriers GS1 128, DataBar, Data matrix, EAN-13, Tag Codici vettori di dati o data carriers Chiavi (GTIN, SSCC, GRAI, GIAI, GLN, ) Chiavi GS1 Keys Chiavi GS1 Keys Raccolta e gestione automatica dei dati con elevata efficienza ed efficacia (performance) Chiave Numero seriale Lotto Data, scadenza, quantità, peso, Articolo Pacco Gestione quantitativi Dati aggiuntivi GS1 DataBar GS1 DataMatrix EPC Gen 2 EAN-13 GS1-128 p. 40 Elaborazione da GS1 standards, 2009, D 27

28 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Identificazione dei prodotti: evoluzione DataMatrix EPC Gen 2 EAN-13 GS Near Field Communication (NFC): fornisce connettività wireless (RF) bidirezionale a corto raggio (< circa 10 cm). Evoluta da combinazione d identificazione senza contatto o RFID e altre tecnologie di connettività. Contrariamente ai più semplici dispositivi RFID, permette una comunicazione bidirezionale quando due apparecchi (initiator e target) vengono accostati entro un raggio di 4 cm, viene creata una rete peer-to-peer tra i due ed entrambi possono inviare e ricevere informazioni. Opera alla frequenza di 13,56 Mhz e può raggiungere una velocità di trasmissione massima di 424 kbit/s 28

29 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; TIPOLOGIA TIPO DI AZIONE NATURA DELL AZIONE PRODOTTA COMMENTO DAL VEICOLO Pressione (peso del veicolo) Rilevatore puntuale per rotaia e gomma meccanica Azione della ruota su un organo meccanico della via Rilevatore puntuale per rotaia e gomma p. 89 Identificazione automatica dei veicoli su percorsi vincolati Con contatto elettrica magnetica Contatto della ruota con un elemento metallico posto in prossimità della rotaia Contatto delle ruote sulle rotaie Modifica della distribuzione di un flusso magnetico per mezzo di una calamita a bordo veicolo Modifica della distribuzione di un flusso magnetico per mezzo della massa metallica della ruota (sistema abbandonato, per veicoli ferroviari) Circuiti di via Rilevatore continuo Impiego per veicoli ferroviari Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari e stradali Rilevatore di treno completo (conta assi) Impiego per veicoli ferroviari Modifica della sintonia di un circuito oscillante per mezzo della massa metallica della ruota Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari Senza contatto elettronica Modifica della sintonia di un circuito oscillante per mezzo della massa metallica del treno Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari Modifica della sintonia di un circuito oscillante per mezzo di un circuito sintonizzato a bordo del treno Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari Interruzione di un raggio luminoso Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari e stradali Effetto schermo Interruzione di un raggio infrarosso Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari e stradali Trasmissione di radiofrequenza Collegamento induttivo Interruzione di una emissione di ultrasuoni Emissione da parte del veicolo di un segnale in radiofrequenza (es. HF o VHF) Legame bilaterale con i treni in marcia Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari e stradali Impiego per veicoli ferroviari e stradali Nel caso di treni: rilevatore di convoglio completo Localizzazione e controllo di velocità Impiego per veicoli ferroviari Identificazione automatica dei veicoli su percorsi vincolati TIPOLOGIA TIPO DI AZIONE NATURA DELL AZIONE PRODOTTA DAL VEICOLO COMMENTO meccanica Pressione (peso del veicolo) Azione della ruota su un organo meccanico della via Rilevatore puntuale per rotaia e gomma Rilevatore puntuale per rotaia e gomma Con contatto elettrica Contatto della ruota con un elemento metallico posto in prossimità della rotaia Contatto delle ruote sulle rotaie (sistema abbandonato, per veicoli ferroviari) Circuiti di via Rilevatore continuo Impiego per veicoli ferroviari Modifica della distribuzione di un flusso magnetico per mezzo di una calamita a bordo veicolo Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari e stradali magnetica Modifica della distribuzione di un flusso magnetico per mezzo della massa metallica della ruota Rilevatore di treno completo (conta assi) Impiego per veicoli ferroviari Modifica della sintonia di un circuito oscillante per mezzo della massa metallica della ruota Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari Senza contatto elettronica Modifica della sintonia di un circuito oscillante per mezzo della massa metallica del treno Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari 29

30 TIPOLOGIA TIPO DI AZIONE NATURA DELL AZIONE PRODOTTA DAL VEICOLO COMMENTO Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Politecnico di Torino, Dip. Pressione DIATI-Trasporti (peso del veicolo) meccanica Azione della ruota su un organo meccanico della via Rilevatore puntuale per rotaia e gomma Rilevatore puntuale per rotaia e gomma Con contatto elettrica Contatto della ruota con un elemento metallico posto in prossimità della rotaia Contatto delle ruote sulle rotaie (sistema abbandonato, per veicoli ferroviari) Circuiti di via Rilevatore continuo Impiego per veicoli ferroviari Modifica della distribuzione di un flusso magnetico per mezzo di una calamita a bordo veicolo Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari e stradali Identificazione automatica dei veicoli su percorsi vincolati Senza contatto magnetica elettronica Modifica della distribuzione di un flusso magnetico per mezzo della massa metallica della ruota Modifica della sintonia di un circuito oscillante per mezzo della massa metallica della ruota Modifica della sintonia di un circuito oscillante per mezzo della massa metallica del treno Rilevatore di treno completo (conta assi) Impiego per veicoli ferroviari Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari Modifica della sintonia di un circuito oscillante per mezzo di un circuito sintonizzato a bordo del treno Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari Interruzione di un raggio luminoso Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari e stradali Effetto schermo Interruzione di un raggio infrarosso Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari e stradali Trasmissione di radiofrequenza Collegamento induttivo Interruzione di una emissione di ultrasuoni Emissione da parte del veicolo di un segnale in radiofrequenza (es. HF o VHF) Legame bilaterale con i treni in marcia Rilevatore puntuale Impiego per veicoli ferroviari e stradali Impiego per veicoli ferroviari e stradali Nel caso di treni: rilevatore di convoglio completo Localizzazione e controllo di velocità Impiego per veicoli ferroviari Sistemi biometrici Sistemi principalmente impiegati sul mercato: 1. riconoscimento vocale; 2. riconoscimento dell impronta digitale; 3. riconoscimento del volto; 4. scansione della retina dell occhio; 5. riconoscimento della geometria della mano; 6. verifica della firma; 7. identificazione dell iride oculare. 30

31 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Raccolta dati di traffico e classificazione automatica p. 45 spire induttive video rilevamento microonde, infrarossi ed ultrasuoni, basate su analoghi principi magnetometri acustici passivi piezo-elettrici pneumatici Distinzione tra strumenti sulla o nella pavimentazione (GD, Ground vehicle Detector) e al di sopra o distante da questa (AGD, Above Ground vehicle Detector). Alcune tecnologie possono essere impiegate nelle wsn 31

32 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; p Molti problemi delle spire induttive, quando si verificano, derivano dall installazione, non svolta a regola d arte. Ci sono alcuni manuali sull installazione delle spire: il taglio nell asfalto deve essere regolare e preciso; il fondo del taglio deve essere regolare e solido; le spire del loop non devono più muoversi dopo esser state cementate; prima che venga cementata, la scanalatura deve essere pulita e asciutta; con strumento di diagnosi si dovrebbe misurare l induttanza e resistenza del loop; 32

33 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; il cavo del loop non deve presentare danni nello strato isolante. Durante l installazione bisogna fare particolare attenzione agli spigoli. Si consiglia di misurare, con uno strumento adatto, la R di isolamento verso terra; il cavo del loop non deve in nessun punto fuoriuscire dalla scanalatura, poiché altrimenti l isolamento diverrebbe, in breve tempo, difettoso. Spire preformate 33

34 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; I magnetometri, a differenza delle spire induttive, non emettono alcun campo magnetico e sono quindi passivi: analizzano le perturbazioni del campo magnetico terrestre provocate dalla presenza di un oggetto metallico, quale il veicolo. B E W T Immagine del veicolo e della targa Localizzazione della targa nell immagine Segmentazione sequenza caratteri targa Estrazione stringa caratteri targa Lettura targhe: sequenza delle fasi di elaborazione (Fonte: elaborazione da WPS Italia) 34

35 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; p. 53 Pavimentazione Normale Non concentrato Concentrato Non concentrato Concentrato Non concentrato Normale Effetti connessi alla collocazione dei sensori Segnale Posizione Impronta del veicolo Polarizzazione (bias) dovuta al campo magnetico terrestre Sensori magnetici Microonde, infrarossi ed ultrasuoni La tecnologia per la rilevazione del traffico non intrusiva I sensori a microonde operano tipicamente sulle frequenze di 10 2 o 10 3 MHz e si basano sulla tecnica radar (Radio Detection and Ranging) -> individuare e determinare nello spazio, mediante l impiego di onde radio, la posizione di oggetti fissi o mobili. La tecnologia che utilizza i sensori ad infrarossi si differenzia in: sensori infrarossi attivi, che analizzano la reazione di un segnale emesso da un LED o da un laser. Tramite questa informazione si possono ricavare il profilo del veicolo analizzato, la lunghezza e l'altezza consentendo quindi la classificazione e, attraverso il rilievo del tempo intercorrente tra l interruzione di due raggi indirizzati verso una zona della strada a distanza nota, anche la velocità; sensori infrarossi passivi, che non emettono segnali ma rilevano l energia infrarossa emessa dagli oggetti o dalle persone. Questo permette di rilevare la presenza di un oggetto ma non la velocità. Radiazione elettromagnetica con frequenza inferiore alla luce visibile e con un lunghezza d onda tra 700 nm e 1mm). 35

36 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Tali tipologie di sensori sono tipicamente impiegate nelle seguenti modalità: 1. con radar (microonde) usando di regola il principio Doppler indirizzati su una singola corsia, da un punto di vista frontale e laterale. In sostanza, si tratta di strumenti posti a bordo strada, orientati nella direzione opposta al moto dei veicoli; 2. con radar (microonde) non basati sul principio Doppler posizionati in alto e trasversalmente alla carreggiata, per poter identificare i flussi di veicoli su più corsie; 3. con infrarossi o ultrasuoni, in genere, posti al di sopra di una carreggiata, ad esempio su un cavalcavia, ed indirizzati verso il basso. I generatori di ultrasuoni possono essere di vario tipo, ma le principali sorgenti utilizzate sono basate sull'utilizzo di materiali piezoelettrici. I sensori ad ultrasuoni operano ad una frequenza di circa khz con modalità operative simili a quelli a microonde. Non hanno parti in movimento e per ciò sono affidabili nel tempo e richiedono poca manutenzione. 36

37 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Acustici passivi 37

38 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Reti di sensori senza fili Esiste la possibilità d integrare una o più tecnologie tra quelle sopra indicate, aggiungendone altre, ad esempio relative al monitoraggio ambientale, per realizzare le cosiddette reti di sensori senza fili (wireless sensor networks). Queste contemplano una serie di dispositivi elettrici ed elettronici di monitoraggio, autoalimentati - per esempio, con alimentazione a batteria o con ricarica mediante sensori piezoelettrici - oppure passivi, in grado di connettersi tra di loro e con alcuni punti di accesso attraverso reti di comunicazione senza fili. Reti di sensori senza fili Le reti di sensori permettono di sostituire o integrare sistemi per la raccolta di dati di traffico (ad esempio, magnetometri) e sensori ambientali (ad esempio, termometri, igrometri, per la rilevazione nebbia e ghiaccio) in reti di comunicazioni senza fili al fine di ottenere una conoscenza più o meno fitta dell uso dell infrastruttura, delle condizioni ambientali circostanti, della localizzazione relativa o assoluta per trilaterazione. 38

39 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Raccolta dati di traffico mediante veicoli sonda La raccolta delle informazioni sul traffico da postazioni mobili, invece che con gli strumenti considerati nei paragrafi precedenti, è una tecnica adottata da alcuni anni, spesso ad integrazione delle osservazioni eseguite con postazioni fisse. In tale contesto, la presenza di veicoli che si muovono lungo le strade, può essere utilizzata per raccogliere informazioni sul flusso veicolare (Floating Car Data, FCD o Probe Vehicle). Alcune soluzioni sono basate sul rilevamento della sola velocità del veicolo opportunamente equipaggiato, che - confrontata con quella massima consentita del tronco stradale in condizioni di flusso libero - consente di ricavare le condizioni di deflusso presenti sul tronco stesso e, di conseguenza, il tempo di percorrenza nelle varie fasce orarie della giornata. Raccolta dati di traffico mediante veicoli sonda In altre soluzioni più evolute, grazie all'innovazione tecnologica della strumentazione a bordo veicolo e dei sistemi di comunicazione, è proposto un rilevamento di ulteriori dati (ad esempio la temperatura esterna o la presenza di pioggia) ed il sistema è pertanto talvolta definito XFCD (extended FCD o FCD esteso). La raccolta dati più completa è un elemento a favore del rilevamento mobile, perché assicura una copertura continua della raccolta dati lungo l infrastruttura e non limitata alle sezioni stradali in cui sono installati i sensori. GEO (EGNOS) Veicoli sonda 39

40 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Conteggio passeggeri p. 115 Le modalità di conteggio delle persone su treni, tram ed autobus possono essere raggruppate nelle due categorie seguenti. 1. Conteggio indipendente dal biglietto di viaggio: a. rilievo di singole persone, solitamente con tecnologie a bordo veicolo; b. rilievo del carico complessivo sul mezzo di trasporto, solitamente con tecnologie sulle sospensioni o a terra; 2. Conteggio dipendente dal biglietto di viaggio. La tecnologia ad infrarossi (radiazioni elettromagnetiche di lunghezza d onda compresa tra 0.75 e 1000 m) è una delle più collaudate per questo tipo d impiego ed è infatti la soluzione più facilmente reperibile in commercio. I rilevatori ad infrarossi possono essere suddivisi innanzitutto in due categorie: 1. sensori di tipo attivo, composti da un trasmettitore e da un ricevitore, creano un raggio puntuale ed agiscono con una rilevazione di tipo on/off; 2. sensori di tipo passivo, che suddividono l unico raggio infrarosso prodotto in fasci creando un area di rilevazione volumetrica. I sensori ad infrarossi sono essenzialmente dei sensori piroelettrici 40

41 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Esempio di emettitore di infrarossi attivi installato su un autobus Esempi di posizionamento dei sensori ad infrarossi (da sinistra: posizionamento non corretto, corretto, non corretto) Sensore ad infrarossi con componenti passive, in blu, ed attive, in rosso Rappresentazione dei fasci volumetrici dei sensori 41

42 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Sensore infrarosso attivo e passivo Esempio di pedana deformante Esempio di installazione della pedana deformante sul veicolo 42

43 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Pedane deformanti (treadle mats) Molto accurate (se le condizioni di utilizzo sono ottimali, anche sopra il 95%) Non è richiesta una manutenzione preventiva Non visibili ai passeggeri Meno problemi di attivazioni del contatore errate per oggetti estranei Facile installazione anche con porte larghe con uso di corrimano Necessità di ingressi adeguati con almeno due scalini Installazione generalmente più complessa Sostituzione generalmente più difficile Non suscettibili ad emissioni elettrostatiche Necessità di flussi di passeggeri più lenti e possibilmente a fila unica Parti meccaniche in movimento più sensibili sporcizia e condizioni ambientali Infrarossi Generalmente meno accurate delle pedane (si pensa a circa 90%) È consigliabile una pulizia giornaliera dei sensori Visibile ai passeggeri Più probabilità di false attivazioni Più difficile installazione nel caso di utilizzo di 2 o 3 sensori per porta Praticamente installabili su qualunque tipo di veicolo Installazione più semplice con un sensore ma necessità di maggior precisione Sostituzione più semplice Potenzialmente suscettibile a radiazioni elettrostatiche Capacità di gestire flussi più veloci di passeggeri in transito e anche più compatti Assenza di parti mobili Sistema di tipo visivo 43

44 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Esempio di cella di carico, a sinistra, e valvola elettropneumatica, a destra, per la rilevazione del carico del veicolo Sospensione pneumatica p. 134 I sistemi WIM consistono, essenzialmente, in strumenti in grado di effettuare un controllo completo, continuo e automatico del traffico circolante in termini di numero, tipologia e carico assiale Esempio di installazione di un sensore WIM [fonte: Massload, 2007] 44

45 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; Sin dagli anni 70 negli Stati Uniti, e più tardi in Europa, le autorità hanno identificato i WIM come tecnologia efficace ed efficiente per controllare il peso dei veicoli al fine di: Preservare le infrastrutture Gestire il traffico in tempo reale Aumentare la sicurezza stradale Ridurre l impatto ambientale Sviluppare politiche di Road pricing Promuovere un clima di equità e giustizia tra le compagnie di trasporto WIM I sistemi Weigh In Motion individuano le sollecitazioni dinamiche dovute al passaggio di un veicolo sopra dei sensori e ne ricavano, tramite elaborazione dei dati con appositi algoritmi, il carico statico in tempo reale Ci sono due principali approcci: 1. low-speed WIM 2. high-speed WIM 45

46 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; I sistemi WIM possono essere classificati in: I. PERMANENTI Sensori ed equipaggiamenti per la raccolta dei dati di traffico sono fissi II. III. SEMI-PERMANENTI I sensori sono fissi mentre i sistemi per la raccolta dei dati di traffico vengono spostati di postazione in postazione MOBILI I sensori e i sistemi per la raccolta dei dati di traffico si spostano di postazione in postazione SISTEMI WIM PERMANENTI Si tratta sostanzialmente di sensori, di varie tipologie, inseriti direttamente o per mezzo di profilati, di diversa forma a seconda delle configurazioni, in appositi solchi ricavati nella carreggiata poi ricoperti generalmente con un primo strato di gomma e un secondo di sabbie silicee al fine di isolare la struttura da agenti chimici e atmosferici esterni. È necessario un attento posizionamento della struttura, a raso con il terreno in modo che essa riesca a deformarsi adeguatamente sotto il carico dinamico del veicolo in transito su di essa. 46

47 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; STRUTTURA DI UN SISTEMA WIM Una stazione di rilevazione è composta come segue: sensori di prossimità capaci di misurare flussi, distanze interveicolo, velocità e lunghezze dei diversi veicoli; sensori di varia tipologia capaci di fornire, anche mediante software dedicato, i pesi per asse, le distanze tra gli assi di ciascun veicolo così da risalire, quindi, alle differenti sagome transitate unità centrali, capaci di elaborare e gestire le informazioni provenienti dai sensori e dai rilevatori induttivi, e di immagazzinarli unità di alimentazione (a batterie, elettriche, ad energia solare) sistema di connessione tra le diverse stazioni, via modem, GSM o GPRS programmi dedicati per l analisi e l elaborazione statistica dei dati raccolti, nonché programmi di assicurazione della qualità delle misure Esempio di sistema WIM finalizzato al pedaggio dotato di raggi infrarossi 47

48 Dispense su "Telematica per i trasporti" a cura di: prof. B. Dalla Chiara, 2012; CELLE DI CARICO Una cella di carico è un componente elettronico capace di convertire una forza in un segnale elettrico Vengono usate due celle di carico indipendenti per ogni asse del veicolo che registrano, in base alla loro deformazione, i carichi sul lato destro e sinistro del mezzo per ogni asse che, sommati, forniscono il peso complessivo del mezzo. Presentano problemi di istallazione e manutenzione maggiori rispetto alle altre tecnologie ed un più facile deterioramento ma forniscono un elevata precisione di misura SENSORI PIEZOELETTRICI La piezoelettricità è la proprietà di alcuni cristalli di generare una differenza di potenziale quando sono soggetti ad una deformazione meccanica I sistemi WIM piezoelettrici sfruttano proprio il cambiamento di voltaggio dovuto alla pressione esercitata sul sensore da parte del veicolo: la variazione di carica nel sensore viene registrata dall unità di controllo che calcola i carichi dinamici legati agli assi del veicolo che, sommati ed elaborati, restituiscono il peso totale del mezzo. LIMITI: Sono influenzati anche dagli sforzi orizzontali Hanno un coefficiente di temperatura molto alto, quindi il loro rendimento dipende dalla temperatura 48

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