An end-to-end secure road preemption mechanism for first responders using V2X communications =

Abstract

Kablosuz iletişim ve/ veya diğer teknolojileri kullanarak acil durum araçları için kontrollü kavşakları önceliklendirme ve önceden boşaltma yaklaşımı, ilk müdahale ekiplerinin şehir içi karayollarını kullanarak en kısa zamanda hedeflerine ulaşmasını sağlamak amacıyla etkili bir yaklaşımdır. Literatürde bu konu hakkında farklı teknolojileri kullanan çeşitli yaklaşımlar bulunsa da, çoğu çalışma ve araştırma acil durum aracının rotası üzerindeki kavşaklar için zamanlamayı hesaplarken yolcu araçlarının oluşturduğu trafiğin sensör, kameralar aracılığıyla gerçek zamanlı olarak bilindiğini kabul eder. V2X haberleşmesi kullanan yöntemlerde de buna benzer bir durum mevcuttur. Çoğu çalışma trafikteki diğer araçların araç içi ünitelere sahip olduğunu ve bu şekilde bu araçların yaydığı mesajların sürekli alınarak trafiğin gerçek zamanlı durumunun bilindiğini kabul eder. Bahsedilen metotlar acil durum aracının hedefine varış süresinin kısaltılmasında etkilidir. Fakat sensör ve kameraların algılama kapasitesi sınırlıdır ve V2X haberleşmesi ise bireysel araç kullanıcıları arasında henüz çok yaygınlaşmış bir teknoloji değildir. Bu nedenle, yollarda ve kavşaklarda yeterli miktarda sensör ve kamera bulundurulması, veya trafikteki tüm araçların araç içi birimler ile donatılması maliyet ve imkan açısından mümkün olmayabilir. Nitekim, V2X teknolojisi geniş bir kullanıcı kitlesi tarafından kabul edilmemiş olsa da bu teknolojinin acil durum önceliklendirme ve önceden boşaltma sistemlerinde kullanımı mümkündür ve sağladığı veri transferi kapasitesi ile de önemli avantajlar sunar. Bu tez çalışmasında, yalnızca acil durum araçlarında ve kavşaklarda V2I haberleşmesi kurulumu gerektiren bir acil durum önceliklendirme ve önceden boşaltma mekanizması sunulmaktadır. Bu yöntem, rota üzerinde önceden boşaltma zamanlamasının hesaplanması için yolcu araç trafiğinin ve acil durum aracının hareket bilgisinin (V2X haberleşme uzaklığında bulunmaması durumunda) tahmin edilmesini sağlayan metotlar içerir ve zamanlamayı buna göre hesaplar. Ek olarak geliştirilen yöntem sensör bilgisinin ve yolcu araçlarından alınabilecek V2X mesajlarının kullanılmasına da uygundur.

Signalized intersection prioritization and preemption for emergency vehicles using wireless communication and various technologies is an effective approach for minimizing the time for transferring first responders to the emergency area through the urban roads. While there exist various studies and applications in the literature using different wireless communication technologies for emergency intersection preemption, most of the studies rely on the full knowledge of the passenger vehicle traffic through sensors and cameras mounted on the intersections or the portions of the road, while scheduling preemptions on the route of the emergency vehicle. This is also similar to the approaches using V2X communications: most of the studies assume every vehicle in the traffic is equipped with onboard units, and their transmitted messages are always received. While these methods significantly improve the emergency vehicle travel time, the sensors and cameras have limited vision for extracting the necessary information, and V2X communications are still not widely adopted by regular traffic users. Hence, deploying a sufficient amount of sensors and cameras on the roads, or equipping all vehicles in the traffic with onboard units might be infeasible considering the costs and the adoption of the V2X technology. However, even though the V2X technology is not widely adopted, using this technology for emergency preemption systems is still possible and offers significant advantages considering its data transfer capability and deployment convenience. In this thesis work, we propose an emergency preemption mechanism that only requires the deployment of the V2I communication equipment on the emergency vehicles and the intersections. To provide timely scheduling of the preemption on the route, the mechanism includes methods for forecasting the passenger vehicle traffic and the emergency vehicle’s motion state (when the emergency vehicle is not in the communication range) and relies on this forecast. Further, the method is flexible enough to include sensory or connected vehicle information to enhance the forecast method.