Telematica ruriera - analiza stadiului actual si perspective

Telematica ruriera - analiza stadiului actual si  perspective

Masina privita ca un calculator performant: senzori din domeniul industriei automobilului (automotive)

In ultimii cativa ani, a avut loc o evolutie importanta a tehnologiilor bazate pe senzori si actuatori, purtand numele de sisteme micro-electromecanice sau MEMS. Industria automobilistica a fost unul dintre initiatorii acestor sisteme. Alte industrii care folosesc aceste tehnologii sunt cea medicala, industria militara, cea chimica si cele implicate in managementul energetic.

MEMS reprezinta senzoti si actuatori care sunt realizati folosind placute de silicon. Avantajul unor astfel de dispozitive este acela ca detectorii si actuatorii mecanici, reactoarele chimice, etc pot fi realizate impreuna folosind memorii PROM si CPU-uri de pe aceeasi placuta. Exemple de tehnologii MEMS sunt detectorii, valvele si pompele integrate intr-un singur pachet pentru microdozajul in medicina, camerele video completate cu micro-lentile pe un singur cip de silicon, micro-spectrometre pentru analize chimice, etc.

Un exemplu de dispozitiv MEMS este cel descris in figura 1, folosit pentru controlul automat al cladirilor:

Figura 1. Un exemplu de dispozitiv MEMS

Sistemul este compus din 2 parti: detectorul si controlul retelei neurale. Cea din urma colecteaza toate masuratorile realizate de detector si calculeaza un raport al situatiei care este trimis apoi catre controller prin intermediul Internetului. Detectorul contine senzori care furnizeaza date despre climatul cladirii. Fiecare camera a cladirii poate avea unul sau mai multe dispozitive de detectie.

Industria automobilistica este cea mai mare industrie care foloseste dispozitive MEMS. Dispozitive care deja sunt produse pentru aplicatii pe masini sunt urmatoarele:

- Accelerometru pentru airbag;

- Aparat pentru masurarea presiunii uleiului de motor;

- Termometre pentru masurarea temperaturii din interior si exterior;

- Dispozitiv pentru masurarea nivelului de carburant.

Dispozitive care vor fi dezvoltate pe viitor si dispozitive care sunt deja testate:

- Aparat pentru masurarea nivelului si presiunii lichidului de frana si a lichidului de transmisie

- Masurarea contaminarii uleiului de motor si a gazelor emise;

- Monitorizarea pozitiei arborelui cotit, arborelui cu came etc;

- Monitorizarea vibratiilor motorului;

- Managementul optim al sistemului de injectie si al sistemului de aprindere;

-Monitorizarea caracteristicilor de siguranta: suspensie, ocuparea locurilor, comportamentul dinamic al vehiculului, radarul anti-coliziune si sistemul de evitare a obstacolelor

- Multe alte functii.

Ceal mai important lucru de observat este faptul ca masina devine o platforma computerizata, asa cum este prezentat in figura 2. Masin va contine o retea locala in care toti senzorii (S) sunt interconectati cu procesoare (μp = microprocesor), actuatori (A), si dispozitive de comunicare si navigatie.

ESEU: Modele de descompunere a procesului ESEU: Analiza lantului valorii

Aceasta evolutie este condusa de catre industria automobilistica si de catre industria semi-conductorilor: industria automobilistica prin producerea masinilor mai eficiente si mai sigure si industria semiconductorilor prin dezvoltarea componentelor MEMS mici, ieftine si sigure.

In sistemele automotive, comunicatiile sunt necesare pentru monitorizarea de la distanta, downloadarea de noi soft-uri pentru computer si mentenanta preventiva a autovehiculului. Acest fapt necesita comunicatii cu compuerele in fabrica producatorului sau in garajul dealer-ului.

Figura 2. Autovehiculul ca si platforma computerizata si de comunicare

Science Fiction? Masini fara sofer si internet de-a lungul autostrazilor

In principiu, constructia de masini care sa nu fie conduse de catre un sofer este posibila. Nu este mai complexa decat dispunerea unor senzori de-a lungul drumului in asa fel incat vehiculul sa ii poata urmari pentru a-si putea mentine cursul pe banda corespunzatoare, si, ca si o masura suplimentara de siguranta, echiparea tuturor vehiculelor cu radara anti-coliziune si sisteme de evitare a obstacolelor pentru a evita trecerea vehiculelor peste obiecte, pietoni,biciclisti sau animale aflate pe drum. Sistemul necesita de asemenea software si algoritmi care pot administra locurile de traversare a strazii, iesiri, stopuri, devieri, blocaje in trafic si parcari.

Aceste probleme sunt dificile, insa sunt rezolvabile de catre computerele din ziua de astazi daca alocam suficiente resurse pentru dezvoltarea sistemului, algoritmilor si programarii.

Figura 3. Drum cu parapet electronic

Sisteme computerizate pot fi mult mai sigure decat sistemele conduse cu ajutorul computerelor. Dispozitivul este preocupat numai de indeplinirea sarcinilor definite de catre programele soft-ului; atentia umana nu poate fi distrasa de la drum de catre devieri sau anumite disturbante pentru a se putea produce un accident. Cu toate acestea, majoritatea prefera ca la conducerea unui avion, tren sau autobuz sa se afle o persoana. Nu luam niciodata in considerare faptul ca de obicei conducerea unui avion este realizata de catre un pilot automat – in multe dintre aeroporturi pana si aterizarea este automatizata si coordonata de computere – si de faptul ca computerele sunt cele care conduc TGV-ul, Shinkansen si alte trenuri de mare viteza.

Conceptul de a introduce Internetul de-a lungul soselelor este ilustrat in figura 4. Odata ce vehiculele devin platforme computerizate avand capacitati de comunicare, platforma fiecarui autovehicul poate fi folosita ca si o statie de transmisie utilizata pentru inaintarea informatiei de la masina la Internet. Punctele de acces la Interne pot fi amplasate pe stalpii de iluminat. Baza stalpului poate contine statia electronica.

Figura 4. Internet de-a lungul autostrazilor

Problemele tehnologice complexe sunt asociate cu procedura si algoritmii necesari pentru transmiterea apelurilor de la o masina catre alta din cadrul acestui sistem dinamic. In cazul in care diametrul unei celule din acest sistem este de 1 km si masina merge cu o viteza de 100 km/ora, masina se afla in cadrul unei astfel de celule pentru o perioada de aprox 36 secunde astfel incat transmiterea trebuie sa fie efectuata mai des. Doua masini care se intalnesc la aceasta viteza pot comunica doar cel mult 18 secunde. Ne putem astepta ca in astfel de cazuri timpul dintre transmiteri succesive de apeluri de la o masina la cealalta sau de la o masina catre statia baza sa fie doar de cateva secunde facand ca sistemul sa fie foarte dinamic si extrem de complex pentru a fi produs. (Figura 5 ilustreaza dinamica unei astfel de retele).

Motivul pentru care masinile fara sofer si comunicarea intre vehicule sunt importante este acela ca drumurile sunt infrastructuri care pot fi dezvoltate pentru oferirea de sevicii de telecomunicatie nu numai utilizatorilor de drumuri, ci si comunitatilor in general. Un motiv evident este acela ca drumurile conduc catre locuintele oamenilor si catre locatiile industriale. In cazul in care serviciile de telecomunicatie sunt necesare pentru operarea drumurilor si pentru oferirea de servicii telematice, aceste sisteme pot fi extinse cu usurinta pentru a oferi servicii locuintelor, locatiilor industriale si societatii in general, acestea devenind in consecinta un competitor al operatorilor telecom care aleg sa nu coopereze cu autoritatile rutiere.

Figura 5. Dinamica graficului conectivitatii

Sisteme de plata pe sosele

Infrastructura telematica a soselelor este necesara si pentru altfel de aplicatii decat cele prezentate anterior. In figura 6 sunt reprezentate componentele principale ale unui drum cu taxa. Sistemul contine un detector folosit la citirea dispozitivului de plata din masina, verificarea validitatii acestuia , retragerea banilor si transferul acestora cu ajutoarul retelei bancare. In cazul in care masina nu este echipata cu un astfel de dispozitiv, sau acesta nu este valid, este realizata o fotografie a placutei cu numarul de inmatriculare al masinii si apoi transferata autoritatilor competente. Sistemele de parcare, sistemele de bilete si altfel de sisteme pentru plata altor taxe de drum sunt realizate intr-un mod similar. Majoritatea sistemelor existente sunt locale; acest lucru insemnand ca deservesc o singura statie de taxare sau parcare, sau mai multe statii de taxare sau parcari ale unei zone. Subscrierea si plata automata sunt din acest motiv realizate intre proprietarul autovehiculului si un proprietar sau operator al unor astfel de sisteme, in asa fel incat plata manuala sa fie necesara in alta parte. Cu toate acestea, o evolutie ar fi dezvoltarea unui sistem european comun pentru plata taxelor de drum cu transfer automat al banilor intre autoritatea subscrisa si detinatorul statiei de taxare. Dispozitivul poate fi asemanat cu un portofel electronic, iar micro-cardurile de plata pot oferi plati sigure si anonime.

Problema majora referitoare la realizarea si operarea sistemelor distribuite de taxare este reprezentata de necesitatea cooperarii mai multor companii si organizatii din acest domeniu. Aici sunt incluse autoritati rutiere, banci si institutii de credit, proprietari si operatori ai statiilor de taxare si ai parcarilor, producatori de echipamente, instalatii, companii de mentenanta si operatori de telecom. 

Figura 6. Sistem de plata a taxelor de drum