Jak działa ITS w mieście? Studium przypadku na przykładzie miasta Gliwice. Rys. 1. Pomieszczenie Centrum Sterowana Ruchem w Gliwicach [2]

Transkrypt

1 Agata Kurek Studentka Wydziału Transportu SKN Signalis Słowa kluczowe: detekcja, ITS, sygnalizacja świetlna Jak działa ITS w mieście? Studium przypadku na przykładzie miasta Gliwice Wstęp Codziennie każdy człowiek jest uczestnikiem ruchu drogowego. Jednak niewiele osób zdaje sobie sprawę, że większa część drogi i jej elementów to ściśle współpracujące systemy transportowe, tzw. ITS (Inteligent Transport System). W tych systemach najważniejsze są potrzeby użytkowników, zaspokajane przez integralność technologii. Ich podejście jest strukturalne, czyli łączą użytkowników, obszary zastosowań oraz technologie. [1] Wszystko po to, aby każdy z nas mógł poruszać się łatwiej, szybciej i bezpieczniej. W związku z powyższym w artykule postanowiono przedstawić funkcjonowanie ITS w Gliwicach. Rosnący ruch na ulicach miast powoduje, że władze muszą poszukiwać rozwiązań, aby usprawnić podróże oraz poprawić ich bezpieczeństwo. Niektóre miasta na bieżąco monitorują sytuacje na ulicach, reagują, kiedy są one obciążone zbyt dużym potokiem samochodów, czy też w przypadku sytuacji niebezpiecznych, zagrażających zdrowiu i życiu człowieka. Jednym z takich miast są Gliwice, gdzie w siedzibie Zarządu Dróg Miejskich (ZDM) działa Centrum Sterowania Ruchem (CSR) (rys. 1). ITS dla kierowców Rys. 1. Pomieszczenie Centrum Sterowana Ruchem w Gliwicach [2] Każda sygnalizacja świetlna połączona jest ze sterownikiem znajdującym się w bliskiej odległości od skrzyżowania (rys. 2). W czasie codziennych przejazdów przez miasto kierowcy nie zdają sobie sprawy, że sterowniki na bieżąco przetwarzają dane z sytuacji na skrzyżowaniu. W pierwszej kolejności analizowana jest zajętość wlotów skrzyżowania, czyli detekcja, przez którą rozumie się wykrywanie uczestników ruchu. 1

2 Rys. 2. Szafa sterownika sygnalizacji świetlnej, źródło: ZDM Gliwice W Gliwicach wszystkie sygnalizacje są akomodacyjne. Przez pojęcie sygnalizacji akomodacyjnej rozumie się sygnalizację, w której ustalona jest pewna sekwencja faz, zaś czasy trwania tych faz są zmienne i zależne od chwilowych danych dotyczących ruchu przesyłanych z detektorów. Istnieje też możliwość pomijania niektórych zbędnych faz. [3] Z tego względu nie jest możliwe zastosowanie wyświetlaczy czasu, które oznaczają urządzenia elektroniczne wskazujące uczestnikom ruchu wartość czasu pozostającego do końca sygnału świetlnego (czerwonego lub zielonego albo ich odpowiedników) nadawanego przez sygnalizator [4]. Wyobraźmy sobie sytuację: jedzie kierowca i widzi, że do końca sygnału zielonego zostały mu 3 sekundy, więc zaczyna zwalniać, ponieważ jego odległość nie pozwala mu na przejechanie skrzyżowania z prędkością zgodną z przepisami. W tym samym czasie detektory zgłaszają pojawienie się pojazdu i czas zostaje wydłużony. Kierowca nie wie, co robić, zaczyna mieć wrażenie, że coś jest nie tak. Dlatego każdy powinien sobie odpowiedzieć na pytanie, czy wolałby znać czas trwania danego sygnału, czy dłużej widzieć kolor zielony? Na sygnalizatorze widzimy trzy kolory: czerwony, żółty i zielony. Jednak to, co widzi sterownik, jest nieco bardziej skomplikowane. Rozróżnia on kilka kolorów zielonych (rys. 3). W zależności od liczby samochodów na danym skrzyżowaniu wydłuża lub skraca czas wyświetlania danego sygnału. Podstawowy czas to tzw. MIN GREEN, w którym zawsze sygnał zielony jest wyświetlany dla danej grupy pojazdów. Następnie, w przypadku ciągłości zgłaszających się pojazdów, występują czasy takie jak: MIN MAX GREEN, MAX GREEN, PASSIVE GREEN itp. (rys. 3). Sterownik, dostając informację z wlotu na danym skrzyżowaniu, dzięki detekcji pojazdów określa, czy przedłużyć czas sygnału zielonego dla danego wlotu (w przypadku zgłaszających się na nim pojazdów, a na pozostałych brak lub niewielka ich liczba). Jednak nie może on w nieskończoność wydłużać dla jednej z grup koloru zielonego, stąd potrzebny jest tzw. MAX GREEN, który określa, jak długo może ma być nadawany sygnał zezwalający. 2

3 Rys. 3. Fragment zrzutu z programu faz sygnalizacji świetlnej, W Gliwicach działają dwie formy detekcji pojazdów. Są to: kamery wideodetekcji (rys. 4) oraz pętle indukcyjne (rys. 5). Kamery wideodetekcji są łatwiejsze w serwisowaniu, natomiast istnieje możliwość, że jakiś pojazd może nie zostać wykryty (w większości przypadków ten problem dotyczy rowerzystów). Jest to najbardziej uciążliwe w nocy, ponieważ sygnalizacja świetlna w mieście w godzinach 22:00-6:00 (w niektórych przypadkach mogą być różnice w godzinach, np. wynikające z pracy strefy ekonomicznej) działają w systemie ALL-RED. Co oznacza, że dopiero w momencie pojawienia się pojazdu sygnalizator przełącza się na światło zielone, inaczej jest cały czas nadawany sygnał czerwony. Zasada działania kamer wideodetekcji została przedstawiona na rys. 4. Pojazd, znajdując się w polu wykrycia przez detektor, uruchamia funkcje logiczne (zielone paski). W przypadku pobudzenia odpowiedniej liczby tych funkcji zostaje przekazana informacja o pojawieniu się pojazdu do sterownika sygnalizacji świetlnej i w zależności od nadawanego sygnału oraz zajęcia detektorów na pozostałych wlotach sterownik podejmuje decyzje o wyświetlanym sygnale umożliwiającym lub zakazującym wjazd na skrzyżowanie. Pętle indukcyjne charakteryzują się większą pewnością wykrywania pojazdów niż kamery wideodetekcji, czasem nawet rejestrują więcej zgłoszeń niż w rzeczywistości (przejście zwierzęcia czy też pieszego może zostać zarejestrowane jako zgłoszenie się pojazdu). Największą wadą pętli indukcyjnych jest ich naprawa, ponieważ są one pod nawierzchnią, co oznacza, że należy fragment jezdni wyciąć na czas serwisu. Później z powrotem zostają one umieszczone na swoim miejscu. Efekty są widoczne na rys. 5. 3

4 Rys. 4. Zrzut z kamery wideodetekcji, Rys. 5. Pętle indukcyjne w nawierzchni, Rys. 6. ukazuje schemat skrzyżowania ulic Jagiellońska Częstochowska w Gliwicach wraz z sytuacyjnym rozmieszczeniem detektorów oraz sygnalizacji. Jest to program (SNS) umożliwiający podgląd w rzeczywistym czasie sytuacji na danym skrzyżowaniu. Można zobaczyć sygnał wyświetlany dla każdej z grup sygnalizacyjnych, każdego wlotu oraz zajęcie detektora ruchu. Program również umożliwia manualną zmianę fazy sygnalizacji, jeśli detektory jeszcze nie zdążyły jej zmienić, a pracownik CSR zauważy na kamerach monitoringu, że tworzy się korek dla jednej z relacji. Rys. 6 Zrzut z programu SNS ze schematem skrzyżowania, Kolejnym udogodnieniem dla kierowców jest tzw. zielona fala, co oznacza przejazd na zielonym świetle przez większą liczbę skrzyżowań. Na ciągach ulic głównych sygnalizacje są dodatkowo zsynchronizowane. Oznacza to, że jadąc z przepisową prędkością 50 km/h, można przejechać przez wszystkie skrzyżowania bez konieczności zatrzymywania się. Przykład koordynacji sygnalizacji świetlnych na ciągu ulicy Pszczyńskiej został pokazany na rys. 7. Kolorem zielonym jest oznaczony przejazd bez zatrzymania od skrzyżowania z ulicą 4

5 Bojkowską do skrzyżowania z ulicą Pocztową. Natomiast kolorem niebieskim w kierunku przeciwnym. Rys. 7. Zrzut z programu SNS z koordynacją sygnalizacji świetlnych na skrzyżowaniach, Ważnym elementem sieci drogowej jest system informowania kierowców poprzez zastosowanie znaków zmiennej treści. Mogą to być informacje dotyczące: warunków atmosferycznych, przeprowadzanych remontów na drodze czy też zdarzeń drogowych. W Gliwicach znajdują się VMS-y (Variable Message Signs): w mieście 9 szt., dodatkowo w rejonie ulicy Akademickiej 7 szt., a na Drogowej Trasie Średnicowej 9 szt. oraz ponad 150 szt. znaków predefiniowanych (rys. 9). Pracownicy CSR mają możliwość podglądu aktualnie wyświetlanych treści, jak również jej zmianę poprzez aplikację (rys. 8). Rys. 8. Zrzut z programu do zarządzania treścią VMS, Rys. 9. Drogowa Trasa Średnicowa wraz z umieszczonymi na niej VMS-ami, źródło: ZDM Gliwice Znaki zmiennej treści zostały również użyte w strefie płatnego parkowania, informując kierowców o liczbie wolnych miejsc na danym obszarze (rys. 10). Miejsca postojowe wyposażone są w czujniki umieszczone w nawierzchni (rys. 11), które w momencie wykrycia pojazdu wysyłają informację do sterownika. Ten z kolei wyświetla odpowiednią liczbę wolnych miejsc. 5

6 Rys. 10. Tablice informujące o liczbie wolnych miejsc w strefie parkowania,. Rys. 11. Czujnik parkowania, W mieście funkcjonuje również priorytet obsługi przez sygnalizację świetlną linii autobusowej A4. Autobusy mają zamontowany mikrokomputer wyposażony w odbiornik GPS, który w momencie zbliżania się do skrzyżowania z sygnalizacją świetlną analizuje zgodność przejazdu autobusu z rozkładem jazdy i w przypadku opóźnienia wymusza algorytm rozpoczynający procedurę. Efektem jest wywołanie zielonego światła dla grupy pojazdów znajdujących się na tym wlocie co autobus i w efekcie zmniejszenia opóźnienia. W ciągu Drogowej Trasy Średnicowej na terenie miasta Gliwice znajduje się tunel. Wszystkimi procesami technologicznymi związanymi z jego obsługą zajmuje się system SCADA. Jest to m.in. zarządzanie: sygnalizatorami świetlnymi, znakami zmiennej treści, sterowaniem znakami zakazu, ostrzegawczymi, specjalnymi oraz zaporami drogowymi, oświetleniem, wentylacją, monitoringiem video, kamerami wideodetekcji i alarmami. Kamery wideodetekcji umieszczone w tunelu służą do wykrywania sytuacji niebezpiecznych, takich jak: niepożądane zatrzymanie pojazdu, obecność człowieka czy też zgubienia ładunku. Po przeanalizowaniu obrazu program (rys. 12) w przypadku zagrożenia podaje informacje w CSR, a następnie pracownik podejmuje decyzję, czy konieczna jest interwencja, czy alarm jest fałszywy. W przypadku potwierdzenia sytuacji niebezpiecznej możliwe jest połączenie się z systemem nagłośnienia znajdującym się w tunelu (jeśli człowiek znajduje się w tunelu lub też niepożądany pojazd został zatrzymany). W przeciwnym razie wzywane są odpowiednie służby. 6

7 Rys. 12. Zrzut z programu do zarządzania kamerami wideodetekcji w tunelu, Niektóre obszary miasta są wyłączone z ruchu pojazdów. Przykładem jest ulica Akademicka kampus Politechniki Śląskiej, odgrodzona szlabanami (rys. 13). Działają tam kamery ANPR (Automatic Number Plate Recognition) Automatyczne Rozpoznawanie Tablic Rejestracyjnych. Mają one zapisane numery rejestracyjne służb publicznych. Pojazd ustawia się w taki sposób, aby kamera była zwrócona na tablice rejestracyjne. Po rozpoznaniu numeru, informacja zostaje przekazana do systemu otwierania szlabanu, który następnie zezwala na przejazd bez przeszkód. Rys. 13. Szlabany i kamera ANPR w zamkniętym obszarze ulicy Akademickiej, W ruchu uczestniczą nie tylko kierowcy ITS kojarzy się z udogodnieniami dla kierowców. W takim razie pojawia się pytanie, co z pieszymi czy też rowerzystami. Pierwsza z tych grup może cieszyć się w Gliwicach 7

8 bezpiecznymi przejściami tzw. inteligentnymi przejściami dla pieszych (rys. 14). W momencie pojawienia się pieszego w zasięgu czujnika (rys. 15) światło ostrzegawcze znajdujące się nad znakiem przymocowanym do wysięgu, zaczyna migać. Powoduje to zwiększenie koncentracji i uwagi u kierowcy. Dzięki temu poprawia się bezpieczeństwo niechronionych uczestników ruchu. Kolejnym udogodnieniem są sygnalizacje wzbudzane poprzez naciśnięcie przycisku dla pieszych (rys. 16), który ma na celu przyjęcie zgłoszenia pieszego żądania wyświetlenia sygnału zielonego. Na ulicy Bojkowskiej naciśnięcie tego przycisku powoduje wibracje, co jest szczególnie ważne dla osób niepełnosprawnych. Rys. 14. Inteligentne przejście dla pieszych, Rys. 15. Czujnik wykrywający pieszego, W przypadku rowerzystów, podobnie jak w przypadku pojazdów, na przejazdach z sygnalizacją świetlną są zamontowane pętle indukcyjne (rys. 17). Dzięki zastosowanym podpórkom przy przejazdach mają możliwość oparcia się w oczekiwaniu na światło zielone bez konieczności schodzenia z roweru, co jest widoczne na rys. 17. Rys 16. Przycisk dla pieszych, Rys. 17. Pętle indukcyjne w nawierzchni ścieżki rowerowej i podpórka dla rowerzystów, 8

9 Podsumowanie Studium przypadku na przykładzie miasta Gliwice pokazuje, jak w dobry sposób wykorzystać możliwości związane z planowaniem, organizacją oraz zarządzaniem infrastrukturą transportu. Coraz więcej miast w Polsce rozwija się, powstają centra sterowaniem mające na celu usprawnienie ruchu i poprawę jego bezpieczeństwa na danym obszarze. Wszystkie powyższe przykłady to elementy Systemów Transportowych, które na co dzień otaczają każdego człowieka. Nie zawsze zwraca się na nie uwagę, a czasem po prostu nie wie o ich istnieniu. Dzięki znajomości działania najważniejszych z procesów, jakie zachodzą w infrastrukturze transportowej miasta, łatwiej ludziom będzie poruszać się i dbać o swoje bezpieczeństwo. Warto każdemu z uczestników ruchu drogowego uświadamiać, że jest on ważną częścią całej struktury transportowej. Bibliografia [1] Adamski A., Inteligentne Systemy Transportowe: sterowanie, nadzór zarządzanie, Uczelniane Wydawnictwo Naukowo - Dydaktyczne, Kraków [2] data dostępu: r. [3] Gaca S, Suchorzewski W, Tracz M., Inżynieria ruchu drogowego. Teoria i Praktyka, WKŁ, Warszawa [4] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury I Budownictwa z dnia 24 maja 2017 r. 9