Teknologiske udfordringer ved positionsbestemmelse i GNSS-baserede kørselsafgiftssystemer Martina Zabic PhD Student Logistics & Intelligent Transport Systems Department of Transport Technical University of Denmark
Hvad er GNSS-baserede kørselsafgifter? Definition af GNSS-baseret kørselsafgiftssystem [Zabic, 2011]: Et system bestående af personer, procedurer og sammenspillende telematiske elementer, der former en sammenhørende enhed som har til formål at opkræve bilister for deres vejforbrug ved brug af Globale Navigations Satellit Systemer. Forskellige typer af kørselsafgiftssystemer Forskellige formål Variere fra simple systemer (manuelle) til komplekse integrerede og automatiserede systemer Forskellig brug af teknologi To overordnede typer af systemer Diskrete systemer (detektering af diskrete events) Kontinuerte systemer (betaling efter kumulative parametre) 2
GNSS-baserede systemer Variable kørselsafgifter Fleksible systemer uden etablering af fysiske betalingsstationer Muliggør et differentieret system med en afgift der varierer efter tid, afstand og sted Samfundsøkonomisk mest rentabelt Mest effektivt og fair (betaling per forbrug) Komplekse systemer Flere subsystemer og forskellige teknologi Tyskland: implementeringsproblemer (forsinkelse) Holland: tekniske vanskeligheder (forsinkelse)
System arkitektur 4
Road Charging Process 5
Ph.d.-projekt ved DTU Transport Teknisk kørselsafgiftsforsøg i samarbejde med Siemens Electronic Tolling Solutions (Austria) Power & Transportation Department (Denmark) Formål: Hvad er de teknologiske udfordringer ved positioneringsfunktionen i GNSS-baserede kørselsafgiftssystemer? Hvad er performance-niveauet for eksisterende state-of-the-art OBU teknologi? 6
Kort resumé af forsøget Forsøgssetup 40 biler med state-of-the-art OBUs Både person og erhvervsbiler GPS dataindsamling 1Hz (2007-2008) GPRS kommunikation (30 min) Tekniske udfordringer Software- og hardwarefejl Installationsfejl og forsinkelse Kommunikationsfejl og nedbrud 7
Kort resumé af forsøget Performance analyser Nye metoder Vurdering af datapålidelighed og performanceniveau 8
Data pålidelighed Tekniske udfordringer On/off virkende OBUs SMS kommunikation Konfigurationsfejl (server nedbrud mv.) Konsekvens Mange korte ture Flere ture i én Overlappende ture Ukorrekt tur-information Manglende data (gaps) 9
Data pålidelighed 10
Data pålidelighed 11
Data pålidelighed 99 % af alle udfald er under 25 sekunder 12
Required Navigation Performance GNSS performance kan vurderes ud fra de fire performance parametre: nøjagtighed, integritet, kontinuitet og tilgængelighed RNP parametrene stammer fra luftfart, hvor de benyttes til at definere performanceniveauet krævet af positioneringsfunktionen og senere udvidet til vej- og søtransport (Ochieng [1999]) RNP krav for ansvarskritiske vejapplikationer: 13
Performance Assessment Satellit tilgængelighed i København Steget 27% fra 2003-2008 14
Performance Analyse RNP parameter Tilgængelighed Gns. positioningstilgængelighed per tur: 92 % 15
Performance Analyse RNP parameter Nøjagtighed Fix Density: ratio of the number of positions meeting a accuracy requirement to the total number of positions expressed as a percentage. Total Outage: total period of the total time travelled over which the accuracy requirement was not achieved. 16
Performance Analyse RNP parameter Integritet 17
Performance Analyse RNP parameters Continuity 18
Performance Analyse RNP parameters Continuity 19
Performance Analyse Time To First Fix (TTFF) TTFF gaps udgør 6 % af det totale antal gaps 20
Performance Analyse Resultat Tilgængelighed Gap varighed som procent af den totale tid 21
Performance Analyse Resultat - Kontinuitet 63 % af alle ture havde gaps, med 22 gaps per tur i snit. 22
Performance Analyse Bestemmelse af den kørte afstand 23
Performance Analyse Gap indflydelse på bestemmelsen af den kørte afstand Simulation Forskellige scenarier af GPS gaps i ture Analyse af både distance-baseret og distance-relateret metode Distance-baseret Distance-relateret 24
Performance Analyse Resultat - Simulation 25
Konklusion og perspektivering Data pålidelighed Stadig tekniske udfordringer der skal løses Data validering vigtig før afgiftsberegningen Enforcementsystem nødvendigt Positionsbestemmelse performance Satellittilgængeligheden er forbedret Positionsnøjagtigheden kan leve op til performancekravet Kontinuiteten lider af både GPS and downtime gaps Gap indflydelsen på bestemmelsen af den kørte afstand er lille for GPS gaps Muligt at opnå stor procentdel af korrekt afgiftsberegning for begge beregningsmetoder 26
Konklusion og perspektivering Udfordringen er at: reducere de store maximum continuous gaps (stor betydning) reducere de mange små gaps (forekommer ofte) forhindre udfald grundet systemfejl Fault Tolerant Charging Sikre systemdriftssikkerhed, på trods af fejl Implementere redundante systemer, procedurer og komponenter for at sikre at grundlaget for afgiften er pålideligt og giver fair resultater på trods af forekomsten af fejl 27
Spørgsmål? mz@transport.dtu.dk Zabic, M. GNSS-based Road Charging Systems. PhD Thesis, Department of Transport, Technical University of Denmark. 2011 28