Kapitola III. ITS (Inteligentní Dopravní Systémy) (ČÁST 2)

3.5       Technická zařízení v ITS

Pro úspěšnou aplikaci ITS je nutno vytvořit odpovídající infrastrukturu. Její hlavní částí jsou detektory a aktory (výkonné prvky). Detektory zaznamenávají především dopravní nebo meteorologické parametry, aktory pak působí na účastníky dopravního provozu. Součástí technické infrastruktury je dále komunikační prostředí a informační technologie.

3.5.1         Dopravní detektory

Dopravní detektory jsou zařízení zjišťující vstupní data a informace pro ostatní systémy dopravní telematiky. Měření probíhá pomocí čidel, která se nazývají senzory. Senzory mohou pracovat na různých fyzikálních principech, avšak data jsou vždy získávána za jízdy vozidel, bez omezení plynulosti dopravního provozu. Detektory se umísťují buď vedle komunikace, nad komunikaci, do vozovky nebo na povrch vozovky. Získané údaje se využívají pro následné zpracování klíčových dopravně-inženýrských veličin.

Základní parametry, které lze pomocí detektorů zjišťovat jsou:

  • okamžitá rychlost vozidla,
  • řazení vozidla do dopravního pruhu,
  • klasifikace vozidla,
  • rozvor náprav,
  • celková hmotnost vozidla,
  • nápravové zatížení vozovky,
  • identifikace zastavení vozidla,
  • identifikace tvorby kolony,
  • identifikace nehody a
  • identifikace vozidla podle registračního čísla.

Další údaje, které lze odvozením z měřených veličin získat pomocí standardních dopravně – inženýrských výpočtů jsou:

  • intenzita dopravního proudu,
  • skladba dopravního proudu,
  • hustota dopravního proudu nebo
  • průměrná úseková rychlost vozidel

Základním údajem pro vyhodnocení dopravních dat jsou obsazenost detektoru (tzn. průjezd vozidla nebo zastavení vozidla v určitém řezu nebo sledovaném jízdním pruhu) nebo čas obsazenosti detektoru.

Tyto systémy lze dle základního provozního určení rozdělit na stacionární, což jsou pevná zařízení na komunikacích (indukční smyčky), nebo jsou součástí jiných zařízení (např. mýtných bran) a mobilní.

Dále je lze rozdělit dle principu detekce na detektory dotykové, ultrazvukové, elektromagnetické sestacionárním polem nebo elektromagnetické se světelným polem.

Podle instalačního postupu lze rozlišit skupinu detektorů destruktivních a nedestruktivních. Destruktivní detektory zasahují svými konstrukčními prvky do vozovky nebo jejího povrchu. Dříve patřily destruktivní detektory mezi majoritně používaný typ detektorů, dnes s rozvojem výpočetní techniky se více prosazují nedestruktivní metody.

Mezi nejvyužívanější typy detektorů patří:

  • indukční smyčky

Indukční smyčky jsou destruktivní elektromagnetické detektory se stacionárním polem, které se umísťují pod povrch vozovky. Vzhledem ke své jednoduchosti a spolehlivosti se řadí k nejčastěji používaným detektorům v České Republice. Indukční detektor se skládá z indukční smyčky, vlastního detektoru a analytické jednotky. Ve vozovce se v hloubce cca 30-60 mm nachází kabelový vodič vytvářející indukční smyčku, kolem které je vytvořeno magnetické pole. To je přítomností automobilu (kovové karoserie) narušeno a tyto změny jsou následně zaznamenávány detektorem.

Výhodou indukčních smyček je jejich snadná instalace a dostatečná přesnost a spolehlivost. Nevýhodou je jejich omezená možnost použití v místě kolejí nebo železobetonových konstrukcí, vyšší náklady na odstraňování poruch a náchylnost k přetržení vlivem těžké dopravy. Další nevýhodou je fakt, že při instalací smyčky dochází k narušení krytu vozovky.

  • pneumatické detektory

Pneumatické detektory lze zařadit mezi dotykové nedestruktivní detektory, které se umísťují na povrch vozovky. Pracují na principu zvýšení tlaku v uzavřené hadici vlivem průjezdu vozidla. Zvýšený tlak aktivuje spínač, který vyšle signál do samotného detektoru. Detektory se umísťují na vozovku přes jízdní pruh a lze je využít k měření intenzit, obsazenosti, rychlosti nebo klasifikaci vozidel dle počtu náprav.

Výhodou těchto detektorů je snadná a rychlá instalace, nízká pořizovací cena a skutečnost, že při jejich instalaci nedochází k narušení vozovky. Nevýhodou detektorů je náchylnost na změny teplot a snadné porušení měřící trubice způsobené pojezdy vozidel. V současné době je však metoda pneumatické detekce překonána a pneumatické detektory se používají velmi zřídka.

  • piezoelektrické detektory

Piezoelektrického jevu se využívá především u senzorů pro vážení vozidel za jízdy a u mobilních sčítačů dopravy. Jedná se destruktivní typy detektorů. Stacionární piezoelektrické detektory se umísťují pod povrch vozovky (kabely obdélníkového průřezu), a to přes celý jízdní pruh. Senzory jsou teplotně, elektricky i mechanicky stabilní. Princip vážení vozidel za jízdy je poměrně jednoduchý. Tlakem kol vozidla se v kabelovém vedení indukuje elektrické napětí (piezoelektrický jev), z něhož lze vyhodnotit zatížení. Detektor pracuje dynamicky, což znamená, že rozezná pouze jedoucí vozidla.

  • magnetometry

Magnetometry pracují na principu měření a porovnávání horizontálních a vertikálních složek zemského magnetického pole. V případě přítomnosti vozidla v zóně měření dojde ke změně (deformaci) tohoto pole, přičemž tato změna je impulsem detektoru, který detekuje změnu hustoty siločar a vyhodnotí ji jako přítomnost vozidla. Magnetometry se používají jako alternativa  k  indukčním  smyčkovým  detektorům.  Výhodou  detektorů  je možné použití  na

mostech, menší narušení vozovky a větší odolnost než u indukčních smyček. Jedná se tedy o stacionární, destruktivní detektor, který k detekci využívá magnetické pole.

  • ultrazvukové detektory

Ultrazvukové detektory se používají především pro měření dopravních parametrů jako je počet vozidel a jejich výška a délka. Jedná se o nedestruktivní metodu detekce, založenou na šíření ultrazvuku, kdy se z detektoru v pravidelných intervalech vysílají zvukové vlny a měří se čas, kdy se odražená vlna vrátí zpět. Nevýhodou této metody měření je její nízká přesnost, kdy změny teploty nebo nepříznivé povětrnostní podmínky ovlivňují samotnou detekci. Výhodou ultrazvukových detektorů je, že nenarušují povrch vozovky.

  • mikrovlnné detektory

Mikrovlnné detektory se používají pro měření rychlosti, kategorizaci vozidel a intenzity. Jedná se o nedestruktivní způsob měření, založení na šíření elektromagnetických vln (v mikrovlnném pásmu). Používá se pro měření více veličin současně. Paprsek vysílaný prostřednictvím parabolické antény se odráží od karoserie projíždějících vozidel zpět k detektoru. Mikrovlnné detektory lze používat jako stacionární nebo mobilní zařízení. Stacionární detektory se nejčastěji umísťují nad jízdní pruh proti pohybu dopravního proudu.

  • pasivní infračervené detektory

Pasivní infračervené detektory samy nevysílají žádný typ záření a pracují pouze na principu zaznamenávání změny tepla (obecně energie) vyzářenou při průjezdu vozidla. Detektor je schopen zaznamenat toto záření (vlnová délka přijímaného záření je u pasivních infračervených detektorů v rozmezí 8-14 μm) a vyhodnotit jej. Infračervené záření je do jisté míry nezávislé na povětrnostních podmínkách a je dobře šiřitelné mlhou i deštěm apod. Jedná se o nedestruktivní typ detektorů.

  • aktivní infračervené detektory

Aktivní infračervené detektory vysílají nízkoenergetické vlny v infračerveném pásmu, které po odrazu od vozidel jsou přijímány optickými senzory.  Aktivní infračervené detektory lze použít pro měření intenzity dopravy, rychlosti, obsazenost detektoru, kategorie vozidla. Jejich hlavní nevýhodou je, že kvalita signálu je ovlivňována mlhou, deštěm nebo sněžením. Výhodou pak je, že se rovněž jedná o nedestruktivní typ detektoru.

  • optické detektory

Optické detektory pracují na principu vysílání a příjmu optického paprsku (infračerveného nebo laserového) mezi dvěma referenčními body (vysílač a přijímač). Jedná se v podstatě o světelné závory, které se používají např. pro zjišťování dodržení maximální výšky vozidla nebo pro měření rychlosti (to však vyžaduje dvě světelné závory v přesně definované vzdálenosti). Výhodou optických detektorů je, že se jedná se o nedestruktivní způsob detekce, nevýhodou je fakt, že vysílané paprsky mohou být ovlivňovány povětrnostními vlivy.

  • Videodetekce

Princip činnosti je založen na digitalizaci statického obrazu, kdy průjezd vozidla změní hodnoty barev a jasu, což je pak signálem pro jeho detekci a identifikaci. Videodetekci lze použít pro detekci všech vozidel. Jedná se o nedestruktivní, mobilní i stacionární typ detektoru, kdy samotná detekční kamera se umísťuje např. na sloup světelné signalizace nebo veřejného osvětlení a snímá danou komunikace. Na samotném obrazu lze pak softwarově definovat virtuální smyčky, jejichž polohu a tvar lze zvolit dle potřeby (a dle umístění kamery). Tyto smyčky pak plní různé funkce – od detekce přítomnosti vozidla, po jeho rychlost nebo obsazenost komunikace.

3.5.2        Dopravní aktory

Dopravní aktor jsou výkonná zařízení systému dopravní telematiky. Jejich hlavní funkcí je zajistit zprostředkování informací mezi centrem ITS služeb a účastníky dopravního provozu, a to buď vizuálně, nebo poskytnutím informace prostřednictvím audio techniky.

Mezi dopravní aktory patří především:

  • proměnné dopravní značení

Proměnné dopravní značení slouží k vizuálnímu předání informace účastníkům dopravního provozu. Používá se pro řízení dopravního proudu nebo jeho přímé ovlivňování. Z technického hlediska je lze rozdělit na světlo – reflexní (pasivní) a světlo – emitující (aktivní) proměnné značky. Příkladem světlo – reflexních pasivních značek jsou značky vybavené trojbokými natáčecími hranoly, které jsou schopny maximálně tři symboly, a dále posuvné nebo překlápěcí značky různého technického provedení. Značky jsou opatřeny reflexní folií a pro jejich další zvýraznění jsou často osvětlovány vnějším zdrojem. Příkladem světlo – emitujících značek jsou tabule vybaveny LED diodami nebo světelnými vlákny. Na těchto zařízeních lze zobrazit vyšší počet dopravních značek.

Proměnné dopravní značení zobrazuje nejčastěji zákazové značky, především ty omezující rychlost nebo vjezd, případně předjíždění a značky příkazové (přikázaný směr jízdy, atd.), která jsou používány k zabránění vjezdů do určitých oblastí nebo úseků komunikací.

  • informační tabule

Hlavním účelem informačních tabulí je přehledně orientovat řidiče o dopravní situaci nebo její nastalé změně. Zobrazovací schopnost musí být velmi jednoduchá, aby příliš neodváděla pozornost řidiče od řízení vozidla, ale zároveň natolik vypovídající, aby poskytla relevantní informaci. Pro zobrazování zpráv se používají především alfanumerické znaky nebo jednoduché piktogramy. Z technického hlediska se používají především elektromagnetické bistabilní elementy nebo LED diody. Bistabilní elementy na informačním panelu jsou elektrickým impulsem překlápěny z pasivní do aktivní polohy. Pasivní poloha elementu je opatřena černou barvou, zatímco aktivní se vyznačuje tím, že má povrch s reflexním provedením. Výhodou těchto systémů je, že elektrická energie je potřebná pouze při překlápění jednotlivých elementů, zatímco LED tabule jsou aktivní po celou dobu, kdy vyzařují světlo. Jejich výhodou je však viditelnost z větší vzdálenosti.

Proměnné informační tabule slouží účastníkům provozu na pozemních komunikacích pro informování o aktuálních dopravních omezeních, uzavírkách, nehodách nebo povětrnostních vlivech a jsou nejčastěji ovládány přímo z informačního centra.

  • světelná signalizační zařízení

Světelná signalizační zařízení jsou nejčastějším typem aktoru, který lze v běžném provozu potkat (semafory). Semafory zobrazují barevné světelné signály (obvykle červená, žlutá a zelená) a slouží k přímému ovlivňování dopravního proudu.

3.5.3        Komunikační prostředí ITS

Komunikační prostředí ITS má tři základní funkce. Jedná se o přenos dat, přenos hlasu a přenos obrazu [3]. Jednotlivé systémy mají rozdílné požadavky na datová rozhraní a tedy i rozdílné požadavky na parametry přenosu. Přenos dat společně s digitálním přenosem hlasu a obrazu vyžadují kvalitní telekomunikační spojení (od rychlosti několika Byte za hodinu či dokonce den po rychlosti přenosu v desítkách MB za sekundu), přenos hlasu může být v rámci ITS zajišťován i jinak, např. standardním analogovým kmitočtovým pásmem v rozsahu 300-3500Hz. Tyto telekomunikační služby jsou poskytovány v České republice prostřednictvím kabelových sítí nebo radiokomunikačních služeb. Nejrozsáhlejší telekomunikační sítí je Jednotná telekomunikační síť (JTS), jejíž poslání je určeno zákonem o telekomunikacích. Poskytované služby v rámci JTS vytvářejí různé veřejné sítě. Další sítě jsou pak provozovány různými vlastníky a soukromými podnikatelskými subjekty.

Do komunikační infrastruktury ITS lze např. zařadit:

  • rozhlasové vysílání RDS – TMC

Jedná se o službu využívající stávající radiovou analogovou síť. Rozhlasové vysílání RDS (Radio Data System) se již několik let využívá jak v Evropě, tak i v České Republice. Jeho princip spočívá v klasickém šíření analogových přenosů, ke kterým jsou namodulována digitální data. To pak umožňuje zobrazovat např. na panelu rádia informace o vysílající stanici, přehrávané skladbě apod. TMC (Traffic Message Channel) je pak v rámci tohoto přenosu vyhrazený dopravní kanál, který přenáší kódovou adresu z katalogu varovných hlášení a názvů míst nebo označení silnic. Katalog je alokován na čipové kartě rádia a jeho prostřednictvím umožňuje tyto zprávy zobrazovat. Hlášení mohou být předávána nejenom ve formě textů na displeji, ale i jako hlasové zprávy. Jednotlivá hlášení i styl zobrazování zpráv jsou v Evropě standardizována. Pro katalog varovných hlášení předběžně platí evropská norma ALERT-C.

  • Datové spojení veřejnou telefonní sítí (VTS)

Dopravní systém využívá celou řadu zařízení, která nejsou propojena vyhrazenou komunikační sítí a ani je nelze z různých důvodů (technických, ekonomických) propojit kabely. Pak je nalézt alternativní komunikační kanál, kterým může být veřejná telefonní síť. Jedná se především o lokální spojení, a to realizované buď prostřednictvím modemu, nebo digitálně (ISDN). Pro řadu zařízení takový typ komunikace svou kapacitou zcela postačuje. Přestože u nás není tento druh lokálního propojení příliš využíván, je to v zahraničí považováno za zcela normální druh spojení.

  • spojení krátkého dosahu DSRC (Dedicated Short Range Communications)

Metoda DSRC (Dedicated Short Range Communication) umožňuje realizovat přenosy dat na krátké vzdálenosti. Jedná se o bezdrátový systém založený na bázi mikrovlnného nebo infračerveného přenosu. Zařízení pracuje pouze s malým výkonem, proto i dosah těchto zařízení je v řádech jednotek nebo desítek metrů, čímž se také eliminuje rušení rozhlasových a televizních vln. Standardizovaná frekvence v Evropě (5,8 GHz) pak vyžaduje přímou viditelnost mezi komunikačními zařízeními (typicky vozidlo – zařízení).

Systém DSRC se v České Republice v současnosti využívá zejména pro výběr mýtného. Vyloučeno však není ani jeho využití i pro další aplikace – např. pro komunikaci mezi dopravními značkami a vozidlem nebo pro platby za parkování apod.

  • multimediální systémy

Jedná se o systémy umožňující přenášet společně hlas, obraz i data. Mezi zařízení umožňující realizovat multimediální přenosy patří systémy ATM, Fast ETHERNET, MPLS, apod. Tento druh přenosu je také označován jako širokopásmová síť.

  • GSM přenosy

Jedná se telekomunikační spojení prostřednictvím digitální radiové sítě GSM. Systém má v současné době výhodu ve vybudované infrastruktuře, tj. v pokrytí prakticky celého území signálem a struktuře celé sítě (celulární), což umožňuje přenášet v podstatě do každého místa dopravní sítě. Kapacita spojení je omezená, do budoucna je však velkým příslibem přechod na vyšší kmitočty ( GSM 1800 nebo systémy GPRS či UMTS). Data mohou být přenášená obousměrně (tzn. detektory vyšlou zprávu typu „výpadek SSZ“, „námraza na úseku komunikace“ a z centrály mohou být následně dány pokyny příslušným aktorům, které zobrazí relevantní informaci na informačních tabulích. Systém může vysílat i přijímat krátké SMS zprávy a i tyto lze na informačních tabulích následně zobrazovat. Přenosy prostřednictvím technologie digitální radiové sítě jsou velmi rozšířené. Mimo GSM se využívají i jiné systémy, např. TETRA (jedná se digitální rádiový evropský systém, který se využívá pro integrované přenosy informací organizací státní správy), TETRAPOL, VSAT (Very Small Aperture Terminals, což je technologie satelitní komunikace, kdy komunikační kanál funguje jako radiové spojení mezi dvěma zařízeními prostřednictvím satelitu) nebo FWA (Fixed Wireless Access, což je pevné radiové spojení používající se na vzdálenost 3 – 7 km, které se obecně používá jako řešení posledního spojení k pevné telekomunikační síti).

3.5.4        Informační technologie ITS

Informační technologie zahrnují vybavenost potřebným fyzickým zařízením (hardware), jako jsou počítače, dopravní řadiče, vybavení dopravních ústředen apod. a programovým vybavením (software), kam spadají jednotlivé programové prostředky dopravní telematiky (operační systém, databáze apod.). Informační technologie se neustále vyvíjejí a mohou tak zvyšovat efektivitu ITS bez nutnosti instalace dalších zařízení, ať už se jedná o prosté zvýšení kapacity výpočetní techniky nebo lepší softwarovou optimalizaci jednotlivých zařízení.

There are currently no posts in this category.