Mobile Sensoren in Funknetzwerken zur Verbesserung der Verkehrssicherheit und -effizienz. Dipl.-Ing. Armin Mahler, EADS Secure Networks GmbH, Ulm

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1 The EADS Systems House Projekt M O R Y N E enhancement of public transport safety through the use of mobile sensor networks FP6, IST, Call 4 Strategic Objective: e-safety co-operative systems for road transport Mobile Sensoren in Funknetzwerken zur Verbesserung der Verkehrssicherheit und -effizienz Dipl.-Ing. Armin Mahler, EADS Secure Networks GmbH, Ulm Seite 1

2 MORYNE Grundidee Verbesserung des öffentlichen und individuellen Verkehrs durch die Verwendung mobiler Sensornetzwerke im Verkehrsmanagement erhöhte Transporteffizienz verbesserte Verkehrssicherheit und gesteigerte Umweltfreundlichkeit Nutzung von Fahrzeugen des öffentlichen Personennahverkehrs als Träger der Sensorik Verwendung der Daten in den Leitstellen des ÖPNV und den städtischen Verkehrsleitzentralen Datenübertragung unter Verwendung verschiedener Funksysteme mittels intelligentem Routing Seite 2

3 MORYNE System-Übersicht Environmental sensors Camera PMR network (e.g. TETRAPOL, TETRA) broadband radio network (e.g. WiMAX / WiFi mesh) Fixed infrastructure public radio network (e.g. UMTS/GPRS/EDGE) Fleets of city buses Digital radio networks Traffic Management Centres Seite 3

4 MORYNE Datenverwendung und -auswertung Umweltsensorik: Automatische Glatteis- und Nebelwarnungen Auch Messdaten zu Schadstoffbelastung denkbar Verkehrssituation: Analyse der Verkehrssituation (Anzahl der Fahrzeuge) durch automatische Auswertung der Videodaten Klassifizierung der Verkehrsdichte Durch Bildauswertung widerrechtliche Nutzung der Busspur erkennen, melden und Bilder aufnehmen Unterstützung des Verkehrsmanagement Live-Bilder von Verkehrssituationen online abrufbar Notfall-Unterstützung: Videobilder aus dem Umfeld und dem Innenraum der Fahrzeuge Seite 4

5 MORYNE Verkehrsmanagement Recommendations/instructions Recommendations/instructions City Traffic Management Centre Public Transport Control Centre B Personal Assisstant Device B I Traffic Control Device I I I Other information sources Data / information / knowledge I B Area of transport coverage B I Public transport vehicles Individual vehicles Data / information feedback Coordination / optimization instruction Seite 5

6 MORYNE Projektdaten Projektstart: Januar 2006 Laufzeit: 24 Monate Projektbudget: 4 Mio. EURO (mit ca. 50% Förderquote) Abschluss: Vorführung in Berlin Präsentation z.b. im Internet, auf Konferenzen/Messen/ Tagungen und in Fachliteratur Involvierte technische Fachgebiete: Verkehrsmanagement Videobild-Analyse Umwelt-Sensorik (z.b. Temperatur, Feuchtigkeit) Funkübertragung 11 Projekt-Partner aus 5 Ländern Seite 6

7 MORYNE Projekt-Partner Frankreich und Deutschland Seite 7 Fachhochschule Osnabrück

8 Zusammenwirken der Partner Sensors MARTEC, TEMEX Information processing technologies MARTEC, MULTITEL Information transmission technologies EADS-F, EADS-G, Euskaltel Traffic management GMV, KTI, AED Brussels Transmission emulation FH Osnabrück System integration EADS-G Field trials Berliner Verkehrsbetriebe BVG Seite 8

9 Anforderungsanalyse Identifikation der Benutzer- und Interessengruppen (z.b. ÖPNV-Betreiber, städtische Verkehrsmanagement- Zentralen, Individualverkehr) und deren Anforderungen. Fragebogen an ÖPNV-Unternehmen und städtische Verkehrsmanagement-Organisationen in: Amsterdam, Barcelona, Berlin, Bologna, Bremen, Brüssel, Budapest, Köln, Kopenhagen, Dresden, Dublin, Genf, Göteborg, Hamburg, Hannover, Kiel, London, Madrid, München, Paris, Potsdam, Rom, Rostock, Schwerin, Stockholm, Wien und Zürich. Definition der Systemanforderungen bzgl. der versch. Nutzergruppen. Definition der funktionalen, betrieblichen und technischen Anforderungen an Sensoren, Videobildverarbeitung, Funkübertragung, Fahrzeuglokalisation und Verkehrsmanagement. Seite 9

10 System Design Grundprinzip des System Design: Modular mit klar definierbaren und trennbaren Subsystemen Offen und flexibel für spezifische Anwendungen Erweiterbar für zukünftige Entwicklungen Exemplarische Umweltsensoren für Demonstrator in Berlin: Temperatursensoren (Boden und Luft) Feuchtigkeitssensoren (Boden und Luft) Videosensoren/-kamera Warnungen und Alarme: Nebel Glatteis Besondere Verkehrssituationen (Stau, zähflüssiger Verkehr, Behinderung auf Busspur) Seite 10

11 System Design System Architektur On-Board Segment Video Camera Sensors Environmental Sensors: Temperature road Temp./humidity near road Temperature/humidity air Odometer, GPS sensor Communication System Communication Module Mobile Video Server On-Board Unit Radio Terminal TETRAPOL Radio Terminal UMTS Radio Terminal WiFi TETRAPOL UMTS Meshed WiFi Communication Server Public Transport Control Centre Application Client(s) Application ("MORYNE") Server (incl. sub-modules video server, data server, storage data base) City Traffic Management Centre Application Client(s) Ground Segment Seite 11

12 System Design Fahrzeug-Segment Sensoren: Videosensoren/-kamera Feuchtigkeit und Temperatur Boden (unter Fahrzeug) Temperatur Boden (mittels IR-Sensor) Feuchtigkeit und Temperatur Luft GPS (Global Positioning System) Odometer Mobile Video Server: Videobild-Analyse Verkehrssituation, -dichte On-Board-Unit: Zentrale Bordkomponente, Verarbeitung von Benutzeranfragen (z.b. Anforderung von Videobildern) Glatteis- und Nebelwarnungen, regelmäßige Information über Position, Geschwindigkeit etc. Seite 12

13 System Design Fahrzeug-Segment Videobild-Analyse: Erster Ansatz: Raderkennung (Bild links) Zweiter Ansatz: eindimensionale Fluss-Analyse (Bild rechts) Seite 13

14 System Design Datenübertragung Funksysteme: TETRAPOL als schmalbandiger, professioneller Mobilfunk Meshed WiFi als Breitbandfunksystem UMTS (HSDPA/HSUPA) als öffentlicher Mobilfunk Communication System: Einheitliche Schnittstelle für alle Funksysteme Management der Datenübertragung einschließlich evtl.* Datenkompression Pufferung Wiederholung (* nicht bei Echtzeit-Daten) Intelligentes Routing: Auswahl des geeigneten Funksystems und Übertragungsdienstes abhängig von Verfügbarkeit und Anforderung an die Übertragung durch die Anwendung Aufzeichnung/Protokollierung (z.b. für Funksystem- Analysen, Fehleranalysen,...) Seite 14

15 System Design Datenübertragung Communication System On-Board segment Communication module TETRAPOL or TETRA network On-Board segment Communication module On-Board segment Communication module WiMAX or WiFi network Communication server Ground segment On-Board segment Communication module UMTS or GPRS network Seite 15

16 System Design Datenübertragung Communication System Architektur-Übersicht: On-Board Unit Mobile equipment Applications Communication module Communication Server Applications IP Com. interface IP MODEX (client side) Com. interface MODEX (server side) IP other interfaces Ethernet interface Ethernet interface UMTS/GPRS/ EDGE interface (USB) WiMAX/WiFi interface (Ethernet) TETRAPOL interface to odometer to environmental sensors LAN (ethernet) USB LAN (ethernet) serial TETRAPOL/ TETRA terminal WiMAX / WiFi terminal TETRAPOL/ TETRA network WiMAX/ WiFi mesh network to MORYNE server to mobile video server UMTS / GPRS/EDGE terminal UMTS / GPRS/EDGE network IP Seite 16

17 System Design Datenübertragung Meshed WiFi Systemaufbau Übersicht: 12 WiFi Access Points mit je ca. 100m Abstand in Potsdamer Strasse zwischen Kleistpark und Kurfürstenstrasse (ca. 1,5 km) Festnetzübergang alle 3-4 Hops (WiFi Access Points) Seite 17

18 System Design Datenübertragung Meshed WiFi Systemaufbau Kennzahlen: Dual-band, simultaner Betrieb 2,4 GHz und 5,25-5,85 GHz. Max. Übertragungsleistung: Nutzerzugang bei 2,4 GHz: 100mW (20dBm) Festnetzzugang bei 5,25-5,85 GHz: 316mW (25dBm) Latenzzeit: 3 ms / Hop Max. Fahrzeug-Geschwindigkeit: km/h Seite 18

19 Mobile WiMAX Studie Mobile Client Mobile WiMAX Server UDP Traffic GPS Clock TCP dump Scenarios: Urban/rural Different speed GPS Clock TCP dump Seite 19

20 Defence and Communications Systems Mobile WiMAX Emulator Seite 20

21 Mobile WiMAX Emulator Vorführungsaufbau Video Storage Live Video Video Codec & Viewer Mobile WiMAX emulated as IP Link: - Data Rate - Packet Loss - Delay - Jitter Video Decoder & Viewer Seite 21

22 System Design Leitstellen-Segment Application ("MORYNE") Server Video-Server Daten-Server (Fahrzeugstatus, Warnungen, Alarme, Fahrzeug-Daten wie z.b. Position und Geschwindigkeit) Speicher-Datenbank Arbeitsplatz-Clients: ÖPNV-Leitstelle (BVG Bus-Leitstelle) Aufgaben/Funktionen: Weitergabe der Information an andere betroffene Fahrzeuge Abfrage von Videobildern (Live- Videostream, Videoclip oder Momentaufnahme) Bereitstellen der Daten für VMZ Kommunikation mit VMZ Seite 22

23 System Design Leitstellen-Segment Arbeitsplatz-Clients (Forts.): Städtische Verkehrsmanagement-Zentrale: Die städtische Verkehrsmanagement-Zentrale (in der Vorführung VMZ Berlin) kann die Informationen des MORYNE-Systems von einem Server der ÖPNV-Leitstelle abrufen, für interne Prozesse verwenden und über geeignete Dienste an andere Nutzer, z.b. Privatanwender (Nutzung mittels Handy, PDA, Navigationsgeräte, via SMS-Dienst, Internet, Rundfunk,...) weiterleiten. Derartige Weitergabeprozesse werden im EU-Projekt "COOPERS" untersucht. Seite 23

24 MORYNE im Internet MORYNE Homepage: Seite 24

25 Mobile Sensoren in Funknetzwerken zur Verbesserung der Verkehrssicherheit und -effizienz Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Seite 25