Efektivní řízení dopravního proudu v pracovních zónách

• Foto

Mnohé státy investovaly značné částky do zvýšení informovanosti o dění na silnicích prostřednictvím dopravních detektorů a telekomunikačních služeb, které umožňovaly vzdálený dohled nad situací. Rozvoj výpočetní techniky a technologií pro zpracování velkého množství dat dále umožňoval postupný vývoj aplikací, které mají přímý vliv na chování dopravního proudu. Trend se neustále vyvíjel až do dnešní doby, kdy inteligentní dopravní systémy hrají nenahraditelnou roli k udržitelnému rozvoji dopravy v celosvětovém měřítku. Stejná filozofie stála na počátku projektu CONGMAN financovaného Ministerstvem dopravy ČR v letech 2007–2009, jehož výsledkem byl mobilní telematický systém pro řízení dopravy v pracovních zónách.

V tuzemsku se inteligentní dopravní systémy (ITS) v minulosti integrovaly spíše výjimečně, a pokud došlo k nějakým reálným aplikacím, zpravidla se jednalo o automatický sběr informací pro pozdější analýzu. Tento přístup byl přirozený (a do určité míry také ovlivněný ekonomickou situací země) – na českých silnicích nebyl ještě tak vysoký počet vozidel, a proto ani nebylo prioritou budování investičně náročných inteligentních technologií pro informování a řízení dopravního provozu. Se zlepšující se ekonomickou situací země a souvisejícím dramatickým nárůstem počtu dopravních prostředků se cestující začali stále častěji potýkat s kongescemi. Dnes platí, že spouštěčem dopravních kolapsů nejsou pouze dopravní nehody nebo kalamitní situace způsobené počasím, ale jednoduše příliš vysoká hustota dopravního proudu v kombinaci s nestabilitou systému jako celku [1]. Samostatnou kapitolou jsou potom situace, kdy na silnicích probíhají práce z důvodu běžné údržby nebo nutné opravy části komunikace, případně větší modernizace postižených komunikací.

Je možné řídit dopravní proudy v místech úzkých hrdel, které jsou na infrastruktuře po omezenou dobu? K této otázce jsme došli především proto, že drtivá většina ITS systémů instalovaných na infrastruktuře je ve formě stacionární aplikace. Tyto prvky jsou zde instalovány natrvalo a pochopitelně nerespektují požadavky cestujícího na informace a řízení i v místech pracovních zón, před sjezdem z dálnice na alternativní trasu, v místech nehod, nebo v místech sezónních vlivů, kde se nevyplatí náročná instalace permanentního systému. V průběhu projektu byla navržena architektura mobilní modulární telematické aplikace, která měla v konečné fázi vývoje fungovat jako komplexní kooperativní systém, který by umožnil řízení dopravního proudu v místech pracovních zón, v místech nehod, a obecně v místech, které jsou úzkými hrdly po omezenou dobu.

STŘÍDAVÉ ŘAZENÍ ŘIDIČŮ JE PROBLÉM
Základním problémem, na který se aplikace zaměřila, je tzv. střídané řazení neboli „zip“. Právě tento způsob jízdy českým řidičům dělá obrovské problémy a vznikají tak mnohdy až několikakilometrové kolony. V mnoha případech jsou takto dlouhé řady vozidel zbytečným důsledkem nedisciplinovanosti a nevědomosti řidičů. Řazení formou zipu jsme rovněž otestovali v mikrosimulačním software S-Paramics. Provedené testy dokázaly, že efektivní střídavé řazení vozidel plynulou rychlostí může zvýšit průjezdní kapacitu úzkého hrdla až o polovinu. Při některých modelových případech, které porovnávaly řazení střídavé s brzkým řazením (vozidla se řadí do průběžného proudu příliš brzy), docházelo ke zkrácení kolon až na 40 % původní délky.

Navrhovaný systém byl proto vyprojektován s celkem jasnou logikou: za určitých dopravních podmínek (vysoká intenzita a klesající průměrná rychlost dopravního proudu) navádí řidiče k využívání kapacity obou jízdních pruhů a naznačuje správný způsob střídavého řazení v místě uzávěry. V základním návrhu jsme počítali s reálnými informacemi o dopravním proudu v místě řazení a dále v místě přibližně 1 km před dopravním zúžením. Z toho důvodu systém obsahuje dvě unikátní telematické stanice, které mohou navzájem komunikovat, ale zároveň mají odlišné poslání:

Mobilní zobrazovací systém s detektorem – přívěsný vozík je osazen dvěma LED panely, teleskopickou tyčí s detektorem, potřebným vyhodnocovacím vybavením, technologiemi na přenos dat a zdrojem napájení.

Modulární mobilní telematická stanice – přívěsný vozík s teleskopickou tyčí, na které jsou umístěny potřebná detekční zařízení. Konkrétně jde o dopravní detektor, meteostanici, přehledovou kameru a hlukoměr. Nezbytným vybavením je zároveň stejný zdroj napájení, modemy a výpočetní technika.

Systém s obdobnou logickou architekturou, ale jiným technologickým řešením byl otestován v USA ve státě Texas v roce 2005 a vykazoval až 13% zlepšení průjezdní kapacity. O 18 % snížil cestovní čas postiženou oblastí a o více než 33 % snížil výskyt drobných nehod. V Evropské unii jsme prozatím nezaznamenali obdobné snahy o testování systému pracujícího na obdobném principu.

ENERGETICKÁ NEZÁVISLOST A VÝDRŽ
Všechny integrované technologie jsou náročné na spotřebu elektrické energie a s ohledem na fakt, že pouze výjimečně se můžeme setkat s připojením do elektrické infrastruktury na dálničních komunikacích, byl nezávislý zdroj elektrického napětí rizikovým faktorem při vývoji systému. Především se jedná o LED panely, které mají velkou spotřebu díky použitým prvkům. V systému byly původně otestovány velkokapacitní baterie používané v kamionech, což stačilo přibližně na 24 hodin nepřetržitého provozu. Další možností byla instalace dieselové elektrocentrály s pomocnými fotovoltaickými články, která byla schopna systém udržet v nepřetržité činnosti maximálně 36 hodin. Definitivním řešením se ukázaly methanolové palivové články v kombinaci se solárními panely i s ohledem na 90% snížení produkce oxidu uhličitého oproti naftovému generátoru. Takto vybavený systém umožňuje až 10 dní nepřetržitého provozu při plném jasu všech světelných prvků, v reálných podmínkách se obejde bez nutnosti obsluhy minimálně 14 dní.

PŘESNOST DETEKCE DOPRAVNÍ SITUACE
Kvalita získávaných dat pro potřeby řízení jsou alfou a omegou efektivního systému, požadavkem byl mobilní detektor s minimálně 90% přesností detekce dynamických parametrů a klasifikace. Dalším požadavkem byla nutná boční detekce minimálně čtyř jízdních pruhů a jednoduchá instalace a kalibrace. Jako optimální se ukázal mikrovlnný detektor Wavetronix, který při statickém testování produkoval data srovnatelná s údaji z indukčních smyček, resp. stanice WIM. Testy při mobilních aplikacích rovněž dopadly úspěšně a systém je nyní schopen garance přesné detekce dopravního proudu pro potřeby řízení až v 10 jízdních pruzích pomocí jediného detektoru.

VYHODNOCOVACÍ SOFTWARE PRO DYNAMICKÝ MANAGEMENT V REŽIMU „ZIPU“
Pro správnou funkci a komunikaci mobilních stanic byl vytvořen expertní softwarový nástroj s pracovním názvem KoloSOS, který umí vyhodnocovat údaje z více než jednoho detektoru v určitém časovém intervalu. V režimu „zipu“ je použit interval pět minut, kdy se při změně podmínek každých pět minut změní zobrazování na světelném panelu. V současnosti je SW připraven na propojení několika stanic, proto je možné umístit systémy ve třech a více profilech pracovní zóny a na základě algoritmů měnit zobrazování na LED panelech. Tento vnitřní algoritmus lze přepnout do poloautomatického modu, kdy jsou jednotlivé zobrazené piktogramy potvrzeny dispečerem v monitorovacím středisku (např. NDIC).

PERSPEKTIVA SYSTÉMU
Výsledky projektu CONGMAN byly průběžně prezentovány na konferencích a seminářích, mezi kterými lze uvést např. ITS Prague v Praze nebo ROSALINE v Bratislavě. Na obou konferencích systém vzbudil zájem ze stran správců komunikací a zaznamenali jsme žádosti o testování systému i v jiných evropských zemích (Polsko, Slovensko, Rakousko).

Systém CONGMAN rovněž vedl ke spolupráci s FHWA (Federal Highway of Administration) v USA, která nabídla možnost testování systému na silnicích ve státě Rhode Island. Spolupráce nyní probíhá na základě projektu česko-americké vědecké spolupráce z grantových prostředků MŠMT a dotace vlády USA.

ZÁVĚR
Mobilní inteligentní dopravní systémy jsou perspektivním nástrojem pro zlepšení bezpečnosti a mobility v místech pracovních zón prostřednictvím zlepšení plynulosti silničního provozu, snížení rychlosti, a řízení provozu efektivnějším způsobem než tomu je doposud. Inteligentní technologie uplatněné v pracovních zónách tvoří systém, který má za cíl vytvořit tzv. chytrou pracovní zónu, která umožní dle aktuální dopravní situace pomocí moderních detekčních, výpočetních a přenosových technologií upozornit řidiče na nadcházející situaci.

Navrhovaný systém v brzké budoucnosti snad přispěje k plynulejší dopravě v krizových místech dálnic, napomůže českým řidičům pochopit a uplatňovat pravidlo střídavého řazení, napomůže k rozšiřování detekční a informační platformy a hlavně zvýší bezpečnost silničního provozu na dálnicích a rychlostních komunikacích.

RECENZE
Problematika liniového řízení dopravy je v tuzemských podmínkách vysoce aktuální a nasazení v rámci pracovních zón činí toto téma ještě více atraktivním. Výhodou liniového řízení dopravy obecně je relativně účinná eliminace výskytu dopravních kongescí a s tím spojených vzniků sekundárních dopravních nehod. Je nutno konstatovat, že vybudování odpovídající infrastruktury je vysoce nákladné. Navrhovaný systém efektivního řízení dopravního proudu v pracovních zónách by bylo vhodné zasadit do celkového konceptu Jednotného systému dopravních informací (JSDI), kde se jeví jako velmi zajímavá výměna informací mezi popisovaným systémem a systémem NDIC. Tato vazba by umožnila v případě vniku kongescí detekovaných systémem efektivního řízení dopravního proudu v pracovních zónách poskytovat tyto informace via NDIC ostatním účastníkům silničního provozu a tím zvýšit kvalitu dopravních informací na území ČR. Autoři popisují výsledky projektu ve srozumitelné formě, přístupné co možná nejširší odborné veřejnosti a nezbývá než doufat, že cesta k definitivnímu uplatnění technologie bude co nejkratší.

Ing. Miloš Axman,
Project manager
VARS BRNO a. s.

LITERATURA:
[1] Stephen Budiansky: The Physics of Gridlock, The Atlantic Monthly (2000), Volume 286, No. 6; page 20–24
[2] http://www.wavetronix.com/products/smartsensor/125

Efficient management of traffic stream in working zones
Mobile intelligent transport systems are a prospective tool for improving safety and mobility in places of working zones by means of improving the continuity of road transport, speed decrease and more effective traffic management than it has been before. Intelligent technology applied in working zones is made of a system with the goal of creating so-called smart working zone enabling the information of drivers about the upcoming situation according to current transport situation using modern detection, calculation and transfer technology. The result of the CONGMAN project financed by the Ministry of Transport of the Czech Republic in 2007–2009 is a mobile telematics system for managing transport in working zones.

Autoři

• doc. Mgr. Apeltauer Tomáš Ph.D.
• Ing. Radimský Michal Ph.D.
• Mgr. Ščerba Marek