Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Innowacyjny system detekcji i sygnalizacji parkingowej S-PARK

wiadomokto 30 Cze 2012 13:21 3127 0
  • #1 30 Cze 2012 13:21
    wiadomokto
    Poziom 1  

    INNOWACYJNY SYSTEM DETEKCJI I SYGNALIZACJI PARKINGOWEJ S-PARK

    W dużych i średnich aglomeracjach miejskich oprócz problemów optymalizacji ruchu kołowego kluczowym zagadnieniem jest system parkingów oraz ich sprawne zarządzanie. Koncepcja „park&ride” nie ma sensu bez systemów publicznych lub prywatnych parkingów na peryferiach miast. Pojawia się także spora ilość parkingów prywatnych przy centrach handlowych oraz parkingów publicznych lub prywatnych w ścisłym sąsiedztwie centrów miast. Z doświadczenia wiemy, że decyzje o wyborze miejsca zakupów, spotkań, oddziału banku, miejsca pracy itd., często podejmujemy w kontekście możliwości parkowania. Nawet w prywatnych dużych parkingach często pojawiają się problemy ze znalezieniem wolnego miejsca. Potencjalny klient, petent czy turysta powinien więc wiedzieć z wyprzedzeniem, czy w danym miejscu może zaparkować, najlepiej gdyby wiedział to przed wyjazdem oraz gdyby mógł zarezerwować miejsce i być poprowadzony do niego jak „po sznurku”. Jak rozwiązać taki problem? Na takie potrzeby odpowiada innowacyjny system S-PARK, który wyprzedza w swojej koncepcji konkurencję, a na poziomie już wdrożonym do produkcji wygrywa przede wszystkim precyzją detekcji i konkurencyjną ceną.

    System S-PARK zaprojektowano z myślą o zastosowaniu go na parkingu wyposażonym w kilkanaście do kilku tysięcy miejsc parkingowych. Modułowa budowa powoduje, że system jest łatwo skalowalny. Przyjęta koncepcja komunikacji umożliwia poprawne działanie nawet niekompletnego systemu. Podejście decentralizacji większości zadań zwiększa niezależność, a tym samym niezawodność poszczególnych fragmentów systemu. Adresacja modułów została tak opracowana, aby ułatwić zestawianie, uruchamianie oraz serwisowanie systemu. W oprogramowaniu wbudowanym szczególny nacisk położono na prostotę konfiguracji i intuicyjną obsługę całego systemu.

    Podstawowym elementem systemu jest zestaw czujnika i sygnalizatora dla pojedynczego miejsca parkingowego. Samo zasilenie zestawu wystarczy do samodzielnego działania tj. pomiaru odległości, porównania z nastawionymi wartościami granicznymi i wyświetlenia stanu zajętości pojedynczego miejsca. Konfiguracja parametrów wymaga użycia interfejsu RS-485.

    Zestawy czujnik-sygnalizator obsługujące pojedynczą aleję łączone są magistralą zasilająco-sterującą przyłączoną do modułu koncentratora „strefowego”. Do tej samej magistrali przyłączona może być tablica informacyjna alei. Koncentrator „strefowy” może obsługiwać dwie aleje jednocześnie. Aleje są zasilane z koncentratorów, które dystrybuują swoje własne, niezależne od innych koncentratorów, zasilanie.

    Koordynatorem komunikacji w systemie jest koncentrator „centralny”, który dodatkowo umożliwia podłączenie systemu do komputera, z zainstalowaną dedykowaną aplikacją. Koncentrator „centralny” synchronizuje czas systemowy, gromadzi i analizuje dane z całego systemu, wyświetla zbiorcze informacje o ilości dostępnych miejsc na tablicy głównej parkingu.





    Aby wyświetlić pośrednią informację o miejscach parkingowych z kilku sąsiadujących ze sobą alei, np. w celu umieszczenia tablic kierunkowych włącza się w obwód szeregowo koncentrator „przekaźnikowy” (repeater), który dodatkowo ma za zadanie wzmocnić sygnał na magistrali. W przypadku odłączenia koncentratora „centralnego” od systemu, rolę koordynatorów poszczególnych gałęzi systemu przejmują koncentratory „przekaźnikowe”.

    W systemie S-PARK postawiono na skuteczność detekcji zajętości, jakość komunikacji i niezawodność systemu. Modułowa budowa oraz przyjęta struktura systemu umożliwiają łatwą modyfikację i rozbudowę o kolejne składniki. Podstawowe właściwości systemu to niezależność poszczególnych składników systemu, decentralizacja zadań w systemie. Główną zaletą jest to, że zaburzenia pracy jednego obszaru nie wpływają na drugi, brak jest skomplikowanej parametryzacji, system pozwala naprosty montaż i ewentualny serwis. Kolejną zaletą jest jednakowy czas reakcji systemu niezależny od liczby miejsc parkingowych, niezależny od zaburzeń pracy elementów systemu. S-Park gwarantuje stałą częstotliwość odświeżania danych. Kolejną cechą systemu jest synchronizacja w systemie czasu rzeczywistego, daje to możliwość wyświetlania daty i godziny, synchroniczną pracę sygnalizatorów co zapobiega efektowi „niejednorodnie migającej choinki”. Kolejne zalety systemu zostały zaprojektowane w zakresie kontroli zasilania alei i tablic. System pozwala na poziomie software na okresowe wyłączanie składników systemu np. w nocy co obniża pobór energii przez system.

    Kluczową przewagą konkurencyjną systemu jest wysoka skuteczność detekcji zajętości. Uzyskuje się ją dzięki gruntownej analizie fizycznych aspektów pomiarów, z czego wynika kilka kluczowych zasad działania systemu. Pomiar odległości wykonywany prostopadle do centralnego punktu miejsca parkingowego. Szeroki jest zakres pomiaru (do 4 metrów). Wyniki są uśredniane i porównywane z uwzględnieniem histerezy progu zadziałania. Ultradźwiękowy pomiar odległości jest skompensowany temperaturowo, w efekcie detekcja następuje bez względu na rodzaj pojazdu i jego budowę. System posiada możliwość modyfikacji typu wyświetlanych informacji w zależności od potrzeb klienta i funkcjonalności miejsca. Przede wszystkim klient przed wjazdem na parking widzi ilość wolnych miejsc podziałem na podstrefy lub poziomy, może więc dobrać optymalne miejsce dla siebie (o ile nie dokonał wcześniej rezerwacji i nie korzysta z systemu naprowadzania). Wizualizacja graficzna S-Park pozwala określić jaka jest:

    - suma wolnych miejsc w poszczególnych alejach (koncentrator strefowy);
    - suma wolnych miejsc z danego obszaru (koncentrator przekaźnikowy);
    - suma zbiorcza dla całego parkingu (koncentrator centralny);

    Pozostałe właściwości systemu to galwaniczna separacja stref parkingowych, wbudowana funkcja auto-adresowania czujników zgodnie z planem instalacji w efekcie uszkodzenie lub zdemontowanie dowolnego modułu nie zaburza pracy pozostałych, obsługiwane interfejsy LAN, CAN, USB, RS-485, 1-WIRE.

    Podstawowym elementem systemu jest zestaw czujnika i sygnalizatora dla pojedynczego miejsca parkingowego. Samo zasilenie zestawu wystarczy do samodzielnego działania tj. pomiaru odległości, porównania z nastawionymi wartościami granicznymi i wyświetlenia stanu zajętości pojedynczego miejsca. Zestawy czujnik-sygnalizator obsługujące pojedynczą aleję łączone są magistralą zasilająco-sterującą przyłączoną do modułu koncentratora „strefowego”. Do tej samej magistrali przyłączona może być tablica informacyjna alei. Koncentrator „strefowy” może obsługiwać dwie aleje jednocześnie. Aleje są zasilane z koncentratorów, które dystrybuują swoje własne, niezależne od innych koncentratorów, zasilanie. Koordynatorem komunikacji w systemie jest koncentrator „centralny”, który dodatkowo umożliwia podłączenie systemu do komputera, z zainstalowaną dedykowaną aplikacją. Koncentrator „centralny” synchronizuje czas systemowy, gromadzi i analizuje dane z całego systemu, wyświetla zbiorcze informacje o ilości dostępnych miejsc na tablicy głównej parkingu. Aby wyświetlić pośrednią informację o miejscach parkingowych z kilku sąsiadujących ze sobą alei, np. w celu umieszczenia tablic kierunkowych włącza się szeregowo w obwód koncentrator „przekaźnikowy” (repeater), który dodatkowo ma za zadanie wzmocnić sygnał na magistrali. W przypadku odłączenia koncentratora „centralnego” od systemu, rolę koordynatorów poszczególnych gałęzi systemu przejmują koncentratory „przekaźnikowe”.

    Innowacyjny system detekcji i sygnalizacji parkingowej S-PARK
    Rysunek 1. Przykładowa konfiguracja połączeń w systemie S-PARK.

    Parametry ogólne S-Park

    Liczba obsługiwanych poziomów/obszarów: 8
    Liczba obsługiwanych stref: 64
    Liczba obsługiwanych alei: 128
    Liczba obsługiwanych miejsc parkingowych: 5120
    Przepustowość systemu minimum: 50 000

    Moduł czujnika S-PARK SENSOR V2 jest podrzędnym elementem systemu parkingowego. Wspólnie z modułem wskaźnika S-PARK INDICATOR V2 tworzą zestaw dla pojedynczego miejsca parkingowego. W module czujnika zintegrowano niezależny nadajnik i odbiornik ultradźwiękowy. Do komunikacji z urządzeniem zastosowano interfejs RS-485 z wbudowanym protokołem MODBUS. W celu ułatwienia montażu, diagnostyki i serwisowania systemu, adresowanie modułów odbywa się automatycznie, zgodnie z planem instalacji. Źródłem zasilania dla zespołu czujników jest koncentrator strefowy dystrybuujący oraz kontrolujący napięcie stałe na magistrali.

    Koncentrator wyposażony w klucze sterujące zasilaniem czujników może łatwo zresetować zespół czujników np. na wypadek utraty komunikacji z czujnikiem lub wyłączyć czujniki w określonych przedziałach czasu (porach dnia) w celu obniżenia zużycia energii przez system. Czujnik w trakcie komunikacji z koncentratorem synchronizuje swój własny zegar, który z kolei wytycza właściwe momenty pomiarowe i powoduje synchroniczną sygnalizację w systemie. Detekcja zajętości odbywa się na podstawie cyklicznego pomiaru odległości (wysokości) od przeszkody wykonywanego 5 razy na sekundę. Ze względu na fizyczne właściwości fal ultradźwiękowych, zastosowano pomiar prostopadle do centralnego punktu miejsca parkingowego. Dzięki odpowiedniemu zasięgowi, który obejmuje odległość od podłoża, można jednoznacznie określić zajętość.

    Lokalnie status miejsca parkingowego jest sygnalizowany diodami umieszczonymi w module wskaźnika S-PARK INDICATOR V2. W celu odróżnienia ogólnodostępnych miejsc parkingowych od miejsc przeznaczonych dla osób niepełnosprawnych przewidziano dwa wykonania modułu różniące się kolorem diod, odpowiednio zielone i niebieskie. Stan zajętości jest wspólny dla obu opcji i sygnalizowany jest diodami czerwonymi. Moduł wskaźnika jest zasilany i sterowany bezpośrednio z modułu czujnika, nie jest oddzielnie adresowany i nie może działać samodzielnie.

    Innowacyjny system detekcji i sygnalizacji parkingowej S-PARK
    Rysunek 2. Teoretyczny obszar działania fali ultradźwiękowej.

    Fala ultradźwiękowa podlega wszystkim zjawiskom rozchodzenia się fal dźwiękowych, takim jak tłumienie fali w ośrodku (powietrzu), absorpcja energii fali przy odbiciu, czy interferencja fal padających i odbitych. Rodzaj materiału, kształt, chropowatość i pole powierzchni przeszkody (pojazdu) mają duże znaczenie dla powrotu fali odbitej (możliwości pomiarowe). Jeszcze większy wpływ na powrót fali ma odległość od przeszkody i przede wszystkim kąt padania i odbicia fali. Na rysunku 1 przedstawiono teoretyczny obszar działania fali ultradźwiękowej zastosowanych nadajników i odbiorników. W rzeczywistości generowana fala charakteryzuje się bardzo dużą kierunkowością. Rysunek 2 ukazuje kilka najważniejszych przypadków, które mogą wystąpić na parkingu. W przypadkach a), d), e), i g) pomiar odległości należy uznać za właściwy. W przypadku b) istnieje prawdopodobieństwo że fala nie trafi do odbiornika. Dla przypadków c) i f) są nikłe szanse na powrót fali. Stawiając na skuteczność detekcji stanu zajętości, jedynym słusznym rozwiązaniem jest umieszczenie czujnika prostopadle do centralnego punktu miejsca parkingowego i detekcja stanu „wolnego” wyłącznie na podstawie pomiaru odległości od podłoża. Każdy inny stan powinien zostać uznany za „zajęty”. Na uwagę zasługuje przypadek h) dla którego można dokonać pomiaru przynajmniej dwóch odległości. Gdyby taka sytuacja wystąpiła na sąsiednich miejscach parkingowych można by powziąć informację o źle zaparkowanym pojeździe. Takie postępowanie niesie jednak za sobą ryzyko uznania np. motocykla za źle zaparkowany pojazd.

    Innowacyjny system detekcji i sygnalizacji parkingowej S-PARK
    Rysunek 3. Różne przypadki generacji i powrotu fali na parkingu: a) detekcja podłoża;
    b) prawdopodobieństwo powrotu fali; c) całkowite odbicie fali;
    d) i g) pewny pomiar odległości; e) i h) pomiar różnych odległości;
    f) całkowita absorpcja fali;

    Ilustracja na rysunku 4. przedstawia wycinek tj. jedno piętro większego wielopoziomowego parkingu, w celu przybliżenia koncepcji systemu parkingowego S-PARK. Zobrazowane zostały elementy wchodzące w skład systemu oraz połączenia pomiędzy nimi. Poszczególne elementy, takie jak sygnalizatory i tablice zostały oznaczone kolorami stosownie do prezentowanej sytuacji / działania.

    Innowacyjny system detekcji i sygnalizacji parkingowej S-PARK
    Rysunek 4. Plansza parkingu z elementami systemu.

    Działanie całego systemu opiera się na komunikacji typu master-slave pomiędzy koncentratorem „centralnym” a poszczególnymi koncentratorami „strefowymi”. Każdy koncentrator „strefowy”, niezależnie od jego umiejscowienia, posiada niepowtarzalny w systemie adres i jest „logicznie” (nie zawsze „fizycznie”) połączony wspólną, nadrzędną magistralą do koncentratora „centralnego”. Dlatego każde zapytanie trafia równocześnie do wszystkich koncentratorów, natomiast odpowiada tylko jeden, który został odpowiednio zaadresowany.

    Koncentratory „przekaźnikowe” wpięte szeregowo w magistralę są dla niej „logicznie” transparentne. Ich zadaniem jest analizowanie odpowiedzi pochodzących od koncentratorów znajdujących się we wspólnej gałęzi, sumowanie i wyświetlanie na tablicach kierunkowych dostępnych „wolnych” miejsc parkingowych. Dodatkowo pełnią funkcje wzmacniaczy magistrali pomiędzy piętrami lub większymi obszarami.

    Innowacyjny system detekcji i sygnalizacji parkingowej S-PARK
    Rysunek 5. Konfiguracja A połączeń w systemie S-PARK.

    Na rysunku 6. przedstawiono szczególny przypadek struktury drzewiastej systemu, w której tablice kierunkowe wskazują sumaryczną liczbę „wolnych” miejsc z coraz to mniejszych podobszarów, w miarę przemieszczania się w głąb parkingu.

    Innowacyjny system detekcji i sygnalizacji parkingowej S-PARK
    Rysunek 6. Konfiguracja B połączeń w systemie S-PARK.

    Dla prostszych parkingów, gdzie nie ma potrzeby stosowania tablic kierunkowych, można zrezygnować z koncentratorów „przekaźnikowych”. Wtedy funkcję sumatora „wolnych” miejsc dla całego systemu spełniać będzie koncentrator „centralny”. Przykład konfiguracji takiego systemu ilustruje rysunek 4c. W przypadku parkingu o niewielkiej pojemności tj. kilkudziesięciu miejsc, wystarczy zastosować samodzielny koncentrator „centralny” w konfiguracji przedstawionej na rysunku 4d. Jeżeli system nie wymaga obsługi przez operatora i można zrezygnować z komputera, to wystarczy zastosować koncentrator „przekaźnikowy” zgodnie z rysunkiem 4e. Gdyby w systemie była pojedyncza aleja lub dwie i nie potrzebna byłaby informacja o łącznej liczbie „wolnych” miejsc wystarczyłoby zastosować koncentrator „strefowy”, tak jak na rysunku 4f. Podsumowując każde wykonanie koncentratora pozwala na koordynację pracy dwóch alei.

    Innowacyjny system detekcji i sygnalizacji parkingowej S-PARK
    Rysunek 7. Konfiguracje C, D, E, F połączeń w systemie S-PARK.

    Dwie aleje przynależące do jednego koncentratora zorganizowane mogą być zgodnie z rysunkiem 5. Ponieważ wyświetlacze mają na sztywno przypisane adresy 101 dla pierwszej alei i 102 dla drugiej, można je wpiąć w dowolne miejsce magistrali w sposób pokazany na rysunku 5, konfiguracje g, h, i, j. Magistrala podrzędna została wyposażona w linie do sprzętowego adresowania czujników. Adresy przydzielane są zgodnie z kolejnością przypięcia czujnika do magistrali, począwszy od czujnika najbliższego koncentratorowi. Stąd kolejność pierwszej instalacji czujników nie ma znaczenia. Jeżeli instalacja jest wykonana prawidłowo, tj. w przypadku gdy zgłoszą się wszystkie wpięte czujniki, należy zapisać adres w pamięci nieulotnej czujnika, poprzez wysłanie z aplikacji odpowiedniego rozkazu typu rozgłoszeniowego. Wtedy nawet w przypadku awarii jednego z czujników komunikacja przebiegać będzie zgodnie z planem instalacji. Przy wymianie czujnika należy jednak pamiętać, że należy zastosować czujnik z wyzerowanym adresem, dzięki temu sam przydzieli sobie adres. Wszystkie te operacje można przeprowadzić z poziomu aplikacji na PC.

    Innowacyjny system detekcji i sygnalizacji parkingowej S-PARK
    Rysunek 8. Konfiguracje G, H, I, J połączeń w systemie S-PARK.nstalacja

    Podsumowując można stwierdzić, że skalowalność systemu oraz jego funkcjonalności już dzisiaj wyprzedzają rozwiązania konkurencyjne na rynku. Dodatkow funkcjonalności prawdopodobnie pozwolą na uznanie tego sytemu jako jednego z najlepszych na świecie. Wymaga to jednak wielu wdrożeń i testowania aktualnych konstrukcji połączonych z działaniami R&D, głównie w warstwie oprogramowania oraz współpracy z urządzeniami mobilnymi.

    Konferencja odbyła się 20 marca 2012 r. w Krakowie-Balicach, w ramach działań R&D Klastra INTELIGENTNA INFRASTRUKTURA - na podstawie materiałów Krzysztofa Tworkowskiego oraz Konrada Moskowczenko.
    Opracował: Witold Borowski - Sotronic Sp. z o.o.