Polski Kongres ITS Andrzej MITAS * Artur RYGUŁA * Piotr ŚWIĄTALSKI ** INTEGRACJA SYSTEMÓW ZARZĄDZANIA RUCHEM NA PRZYKŁADZIE ODCINKA KONIN - STRYKÓW AUTOSTRADY A2 l. WPROWADZENIE Zagadnienie integracji w obszarze zarządzania ruchem drogowym rozumiane jest jako proces scalania struktur oraz urządzeń monitorowania i sterowania potokami pojazdów, realizowany poprzez tworzenie nadrzędnej architektury systemowej, łączącej dane elementy składowe. Głównym zadaniem układu integrującego jest rejestracja, przetwarzanie oraz właściwe dopasowanie poziomów sygnałowych informacji wejściowej, tak, aby zapewnić sprawną komunikację pomiędzy poszczególnymi systemami zarządzania i monitorowania ruchu. Rozwiązanie to ma na celu zwiększenie wydajności oraz efektywności pracy poszczególnych komponentów systemu. Dynamiczny rozwój infrastruktury oraz telematyki drogowej implikuje aktualnie w Polsce wiele działań w zakresie projektowania i wdrażania systemów sterowania ruchem. W większości przypadków są to koncepcje obszarowo ograniczone do granic administracyjnych danych jednostek zarządzających. Skutkuje to trudnościami we współpracy lub w szczególności, w ekstremalnym przypadku także brakiem możliwości jakiejkolwiek koordynacji zadań z systemami innych jednostek administracyjnych. Nie należą do rzadkości zapewne i takie przypadki, że w ramach jednego obszaru terytorialnego występuje kilka wzajemnie niekompatybilnych układów zarządzających ruchem. 2. SYSTEMY ZARZĄDZANIA RUCHEM Systemy zarządzania ruchem drogowym to rozwiązania składające się z elementów pomiarowo przetwarzająco wykonawczych. Ich zadaniem jest usprawnienie komunikacji wybranych środków transportu. Elementy pomiarowe systemu stanowią rejestratory aktualnych wartości parametrów opisujących potoki ruchu na wybranym przekroju sieci drogowej. Działając w czasie rzeczywistym, urządzenia rejestrujące generują informację wejściową do systemu przetwarzania danych. W naturalnym rozumieniu rolę tę pełni komputer, który według określonego algorytmu interpretuje sygnały wejściowe, wyznaczając wektor wyjściowy, sterujący pracą konkretnych elementów wykonawczych. Terminale wyjściowe omawianego systemu to z reguły urządzania kierowania ruchu, najczęściej w postaci znaków i informacji drogowych, regulujących proces poruszania się pojazdów w sieci komunikacyjnej. Systemy zarządzania ruchem znajdują zastosowanie szczególnie w obszarach silnie zurbanizowanych oraz na odcinkach dróg o zwiększonym natężeniu ruchu. Zasadniczym efektem działania kompleksowego takiego systemu powinno być wskazanie możliwości wyboru ścieżki alternatywnej, a w rezultacie realne zwiększenie przepustowości drogi poprzez optymalizację procesów sterowania. Ważnym aspektem jest potencjalna poprawa bezpieczeństwa i komfortu podróży użytkowników dróg. Z ogólnie naszkicowanego katalogu zadań systemu sterowania ruchem drogowym wynika jednoznacznie złożoność wielokryterialnej analizy optymalizacyjnej, do której niezbędnym wsadem jest wiedza, pochodząca z możliwie wielu nieskorelowanych źródeł. Wymogiem podstawowym staje się więc podatność koncepcji na przyjmowanie informacji z rozmaitych systemów, urządzeń i elementów infrastruktury drogowej. * Politechnika Śląska, Wydział Transportu, Katedra Systemów Informatycznych Transportu, kierownik Katedry. * Politechnika Śląska, Wydział Transportu, Katedra Systemów Informatycznych Transportu, doktorant. ** APM Konior Piwowarczyk Konior Sp. z O.O., Menadżer Projektu.
2 A.W. Mitas, A. Ryguła, P. Świątalski 2.1 Odcinek Konin - Stryków autostrady A2 Przykładowym systemem zarządzania ruchem jest opracowanie wdrażane na odcinku Konin Stryków autostrady A2. Projekt ten realizowany jest w ramach dostosowywania wymienionego odcinka autostrady do standardów autostarty płatnej. W ramach zamówienia powstaje system poboru opłat, system łączności alarmowej, obwód utrzymania autostrady w wybranych węzłach oraz omawiany system sterowania, zarządzania i kontroli ruchu. Całkowity koszt projektu wynosi ponad 3 miliony złotych, a termin jego realizacji przypada na lata 2009-2012 [1]. Rys.1. Odcinek Konin Stryków autostrady A2 System zintegrowanego zarządzania obejmuje procedury obsługi ruchu dla ośmiu węzłów autostradowych oraz łączących je odcinków międzywęzłowych [rys.1]. Wdrażany system definiuje proces sterowania dla wybranych algorytmów, zależnych od występującego zdarzenia lub konkretnych warunków i sytuacji drogowych. W systemie można wyróżnić następujące moduły: moduł zarządzania zdarzeniami drogowymi fragment ten odpowiedzialny jest za obsługę wypadków drogowych, zarówno w postaci wyłączenia z ruchu danego odcinka autostrady, jak również utrudnień na określonym pasie ruchu; moduł zarządzania robotami drogowymi element definiujący algorytmy działania dla wcześniej zdefiniowanych robót drogowych, związanych np. z odnową oznakowania poziomego jezdni; moduł informowania o warunkach ruchu fragment określający sposób postępowania dla sytuacji, związanych między innymi ze zwiększonym natężeniu ruchu na danym odcinku autostrady lub drogi dojazdowej, o przejazdach kolumny pojazdów lub pojazdów ponadnormatywnych, o zwierzętach znajdujących się na danym odcinku jezdni, jak również pojazdach poruszających się pod prąd ; moduł informowania o warunkach pogodowych generuje właściwe komunikaty informacyjne o niebezpiecznych warunkach atmosferycznych w określonych porach roku; moduł obsługi innych sytuacji drogowych steruje pracą urządzeń dla potrzeb testowania sprawności systemu, informowania o estymowanym czasie dojazdu do określonych lokalizacji lub punktach poboru opłat. Poszczególne moduły zarządzania ruchem aktywowane są za pośrednictwem centrum zarządzania, w sposób automatyczny, półautomatyczny lub ręczny, w zależności od rodzaju występującej sytuacji drogowej. Informację wejściową dla omawianego systemu stanowią dane z automatycznych urządzeń pomiarowych (stacja ważenia pojazdów, stacja pogodowa, urządzenia pomiaru natężenia ruchu), zgłoszeń alarmowych użytkowników autostrady, zgłoszeń jednostek obsługujących lub Policji. Centrum Zarządzania monitoruje aktualny stan ruchu dodatkowo za pośrednictwem kamer CCTV.
Integracja systemów zarządzania ruchem na przykładzie odcinka 3 W każdym węźle autostradowym zasadniczym elementem wykonawczym systemu są znaki i tablice o zmiennej treści, które ze względu na swoją funkcjonalność można podzielić na trzy grupy [rys. 2]: tablice tekstowe o zmiennej treści (alfanumeryczne) nad jezdnią główną, umiejscowione w odległości około jednego kilometra przed węzłem autostradowym, których zadaniem jest informowanie kierowców dojeżdżających do węzła o adekwatnych warunkach ruchu i sytuacji drogowej w jego obrębie; znaki o zmiennej treści nad jezdnią główną, nad każdym z dwóch pasów ruchu, umiejscowione w odległości około pięciuset metrów za węzłem autostradowym, których zadaniem jest kierowanie ruchem pojazdów na poszczególnych pasach ruchu; znaki o zmiennej treści nad łącznicami wjazdowymi, których zadaniem jest kierowanie ruchem na łącznicach wjazdowych jezdni północnej i południowej; tablice o zmiennej treści na drogach dojazdowych, których zadaniem jest informowanie kierowców dojeżdżających do autostrady o sytuacji i warunkach ruchu na odcinku, na którym zamierzają kontynuować podróż, z możliwością wskazania objazdu i włączenia się w kolejnym węźle. Rys. 2. Rozmieszczenie znaków i tablic o zmiennej treści Dodatkowo na łącznicach zjazdowych wybranych węzłów zastosowano pryzmatyczne tablice drogowe, których zadaniem jest kierowanie ruchem w przypadkach zablokowania/zamknięcia wybranej jezdni autostrady. Umiejscowienie znaków jest, warunkowane czytelnością zmiennych komunikatów, powinno sprzyjać utrzymaniu odpowiedniej płynności ruchu, a podstawowym tego warunkiem jest ewidentny charakter oraz zasadnicza aktualność i poprawność przekazywanej za ich pomocą informacji.
4 A.W. Mitas, A. Ryguła, P. Świątalski 2.2 Koncepcje systemów współpracujących W aspekcie zwiększenia efektywności i sprawności obszarowego zarządzania ruchem, na przykładzie opisanego systemu, czytelna staje sugestia zastosowania analogicznych rozwiązań także na innych odcinkach autostrady, a w szczególności na odcinkach graniczących z odcinkiem Konin Stryków. Rys.3. Wybrany fragment autostrady A2 Na rysunku 3. zaznaczono odcinki autostrady, zarówno te oddane do użytku (Nowy Tomyśl Konin oraz Konin Stryków), jak i odcinek będący w fazie budowy (Stryków Konotopa). Utworzenie oraz integracja systemów zarządzania dla wybranych tras staje się warunkiem koniecznym sprawnego ruchu drogowego z uwagi na bezpośredni, wzajemny wpływ poszczególnych odcinków, który wynika z braku równorzędnych klasowo szlaków komunikacyjnych. Równie istotnym zagadnieniem jest utworzenie i zintegrowanie systemów zarządzania ruchem dla obszarów znajdujących się w bezpośrednim sąsiedztwie autostrady A2. Drogi krajowe oraz wojewódzkie przebiegające przez te obszary są alternatywną trasą przejazdu pojazdów korzystających z drogi klasy A. Rys.4. Przykładowy odcinek Emilia Styków autostrady A2 Jako przykład wskazano odcinek drogi pomiędzy węzłami Emilia i Stryków [rys.4], gdzie w sytuacji zablokowania wybranej części autostrady istnieje możliwość wyboru kilku tras alternatywnych. Wybór właściwej trasy przejazdu wymaga jednak pełnej informacji o warunkach ruchu na danych odcinkach potencjalnego objazdu. Informacja ta pochodzić powinna z proponowanych systemów zarządzania ruchem, na bieżąco monitorujących i sterujących ruchem lokalnym oraz (w przypadku zakłóceń w funkcjonowaniu autostrady) ruchem objazdowym. Z uwagi na infrastrukturę drogową zasadnym rozwiązaniem byłoby wykonanie wymienionych lokalnych centrów zarządzania w pobliżu miejscowości Konin oraz Zgierz.
Integracja systemów zarządzania ruchem na przykładzie odcinka 5 3. PROBLEMY INTEGRACJI Integracja systemów i urządzeń sterowania ruchem drogowym jest czynnością złożoną, wymagającą (z racji wysokiego stopnia interdyscyplinarności) szerokiej wiedzy z zakresu zarządzania, inżynierii drogowej, elektroniki oraz informatyki. Czynność ta nie polega wyłącznie na skorelowaniu systemów na poziomie konceptualnym, ale również sprzętowym, wymagającym dopasowania urządzeń współtworzących systemy zarządzania. W konkretnym przypadku naszego kraju problem ten widoczny jest poprzez brak powszechnie stosowanych standardów wymiany informacji. Aktualne rozwiązania bazują zasadniczo na różnych podzespołach, a ich zestawianie w systemy jest zależne wyłącznie od wykonawcy i zarządcy określonego podsystemu zarządzania. Dlatego też zasadne jest ujednolicenie i wprowadzenie znormalizowanych protokołów komunikacyjnych, które umożliwią wymianę informacji pomiędzy poszczególnymi centrami zarządzania oraz w przyszłości stworzą platformę centralnych i zintegrowanych jednostek sterowania ruchem. Przykład systemu zintegrowanego przedstawiono na rysunku piątym. Koncepcja ta zawiera następujące systemów sterowania ruchem: SZR-A 1 istniejący system sterowania ruchem autostradowym na odcinku Konin Stryków, SZR-A 2 proponowany system sterowania ruchem autostradowym na odcinku Nowy Tomyśl-Konin, SZR-A 3 proponowany system sterowania ruchem autostradowym na odcinku Stryków- Konotopa, SZR-L 1 proponowany system sterowania ruchem lokalnym obszar Konin, SZR-L 2 system sterowania ruchem lokalnym obszar Zgierz. Rys.5. Schemat układu integracji systemów zarządzania ruchem
6 A.W. Mitas, A. Ryguła, P. Świątalski Wymienione elementy systemu zarządzania ruchem muszą współistnieć równolegle dla przeprowadzenia dowolnego, dedykowanego procesu sterowania w lokalnym obszarze ruchu. Podsystemy te mogłyby naturalnie pochodzić od różnych producentów, podobnie jak ma to miejsce w przypadku wielkoobszarowych sieci drobno-komórkowych, w dziedzinie telekomunikacji bezprzewodowej. Zasadniczym wymogiem konstrukcyjnym jest natomiast, podobnie jak w każdym podobnym systemowym rozwiązaniu, możliwość zakupu rozwiązań sprzętowych i programowych bez ograniczenia do konkretnego dostawcy urządzeń drogowych. Integracja składników systemu powinna być realizowana na płaszczyźnie wymiany informacji pomiędzy poszczególnymi jednostkami zarządzania. Proces ten wymaga sprecyzowania spójnych protokołów komunikacyjnych, rozumianych jako zdefiniowane standardy wymiany informacji. Dostosowanie do takiego wzorca ma oczywiście dwa wymiary: sprzętowy i programowy, obejmując odpowiednio dopasowanie elektryczne i zachowanie zdefiniowanego sposobu i kolejności danych w transmisji informacji. Rys. 5. prezentuje to zagadnienie z wykorzystaniem dwuczęściowych interfejsów sygnałowych. Moduł ZSI układu pośredniczącego odpowiada za dopasowanie do określonej specyfikacji przyjętego, postulowanego protokołu wymiany danych. Natomiast moduł SZR, stanowiący niejako element zabezpieczający i separujący cenne składniki systemu, musi być urządzeniem zaprojektowanym według indywidualnych wymagań administratora obszaru, objętego poszczególnymi systemami zarządzania ruchem. 4. PODSUMOWANIE W każdym obszarze ludzkiej działalności podstawowym warunkiem powodzenia i trwałego sukcesu jest komunikacja w wymiarze socjologicznym. W rozmaitych środowiskach odbywa się ona z wykorzystaniem zdefiniowanego języka, mniej lub bardziej maszynowego, a translatory kodów stanowią oczywisty składnik systemowy. W przypadku ruchu drogowego konieczność integracji z wykorzystaniem wspólnego języka jest równie oczywista, jak przyczyny jej braku. Niemniej jednak z pozycji kraju podążającego za krajami bardziej rozwiniętymi, wobec poważnych braków w infrastrukturze, możemy wnosić o propagowanie przemyślanych, mądrych rozwiązań systemowych. Niezależnie od efektu końcowego wymóg pozyskania wiedzy ( know-how ) jest nieunikniony, a zatem warto być może pokusić się o (poprzedzające podejmowanie decyzji strategicznych) szerokie konsultacje o wymiarze naukowo-wdrożeniowym, z wykorzystaniem uniwersyteckiej i praktycznie zweryfikowanej wiedzy w zakresie systemowych rozwiązań telematycznych. Literatura [1] Egis Polska. Strona internetowa: http://www.egis-poland.com/. [2] Generalna Dyrekcja Dróg krajowych i Autostrad w Łodzi: Projekt Systemowy: System Zarządzania Ruchem: Znaki LCS i tablice VMS. Dostosowanie Autostrady A2, odcinek Konin-Stryków do standardów autostrady płatnej.