plik

inżynieria ruchu

Magazyn Autostrady 10/2009

Rozwiązania telematyczne

w systemach sterowania ruchem drogowym

Gwałtowny wzrost popularności systemów usprawniających ruch w miastach, pracujących z wykorzysta-
niem pozyskanych danych, które następnie są przetwarzane w określonego rodzaju informacje lub procesy
automatyczne, przyczynił się do ukształtowania nowej terminologii używanej w celu opisania wymienionych
procesów oraz elementów struktury, z jakich się one składają. Jednym z nich jest telematyka.

Tomasz Wróblewski, ADT Fire & Security

Termin „telematyka” powstał z połączenia dwóch słów: „telekomu-
nikacja” i „informatyka”. Pojęciem tym określa się zespół rozwią-
zań telekomunikacyjnych i informatycznych w procesie zarządza-
nia systemami składającymi się z elementów, dzięki którym mogą
one spełniać swoje funkcje. Zakres telematyki obejmuje zbieranie,
transportowanie i przetwarzanie danych, algorytm przetwarzają-
cy różnego rodzaju dane oraz uzyskaną w ten sposób informację
przekazywaną użytkownikowi lub niezbędną w celu wykonania
operacji automatycznej.

System pracujący z wykorzystaniem rozwiązań telematycznych

powinien zostać zaprojektowany tak, aby w przypadku zaistnie-
nia zakłóceń w jego pracy możliwa była ingerencja operatorów
sprawujących nadzór nad prawidłowym działaniem rozwiązania.
Dzięki temu w sytuacji wystąpienia nieprzewidzianych zdarzeń,
takich jak np. kolizja drogowa, lub zaplanowanych akcji, takich
jak np. imprezy masowe, operatorzy mają możliwość nadania od-
powiedniego priorytetu pojazdom uprzywilejowanym, zapewniając
im bezpieczny i szybki przejazd przez skrzyżowania. Operatorzy

mają także możliwość natychmiastowej reakcji, odpowiedniej ka-
libracji systemu oraz usuwania ewentualnych usterek. Admini-
strują oni cały system i wprowadzają odpowiednie modyfikacje
programów sterowania na poszczególnych skrzyżowaniach, jeśli
jest to konieczne.

Jedną z najistotniejszych funkcji systemów telematycznych

jest zarządzanie informacją – uzyskiwaną, przetwarzaną i prze-
kazywaną przez system. Dobór odpowiednich rozwiązań jest
uzależniony od różnorodności i ilości zebranych danych (infor-
macje o zatłoczeniach, kolizjach, wypadkach itd. przekazywane
są do centrum zarządzania ruchem) oraz od wielowątkowości in-
formacji wyjściowych. Systemy takie projektowane są z uwzględ-
nieniem możliwości ich łatwej rozbudowy. Ma to niewątpliwy
wpływ na swobodę przepływu danych, szczególnie w przypadku
systemów telematycznych rozbudowywanych z wykorzystaniem
różnorodnych rozwiązań (np. zróżnicowane typy sterowników sy-
gnalizacji świetlnej, urządzenia różnych producentów itp.). Roz-
wiązania telematyczne stosuje się w systemach, których elementy

Fot. 1. Centrum sterowania ruchem

Summary

The  rapid  growth  in  popular-
ity  of  traffic  control  systems,
which  base  on  the  gathered
data then being converted into
particular  pieces  of  informa-
tion  or  automatic  processes,
caused  the  development  of
new  terminology  describing
the  said  processes  and  their
structural elements. Telematics
is one of such terms.

inżynieria ruchu

www.autostrady.elamed.pl

są rozproszone, oraz w takich, w których elementy zintegrowane
są w systemie nadrzędnym.

Różne zastosowania

systemów telematycznych

Rozwiązania telematyczne są powszechnie stosowane w różnych
sektorach, np. w medycynie, administracji czy edukacji. Znajdują
także zastosowanie w inżynierii ruchu, przy tworzeniu systemów
zarządzania ruchem. Ich działanie opiera się wówczas na groma-
dzeniu różnego rodzaju danych, przetwarzaniu ich w centrum
zarządzania  ruchem  (w  zależności  od  struktury  dane  te  mogą
być  przetwarzane  również  przez  lokalne  sterowniki),  a  następ-
nie  generowaniu  określonych  informacji  i  procesów  automa-
tycznych. W praktyce rozwiązania telematyczne są wykorzystane
we wszystkich aspektach pracy zintegrowanych systemów zarzą-
dzania ruchem.

Skala zastosowanych rozwiązań telematycznych jest uzależnio-

na od wielkości systemu: zarówno od jego rozległości obszarowej,
ilości oraz różnorodności danych, jak i od informacji przekazy-
wanej uczestnikom ruchu, a także możliwości obsługi w cen-
trum zarządzania ruchem. Informację taką stanowią wyświetlane
na skrzyżowaniach sygnały, komunikaty umieszczane na znakach
i tablicach zmiennej treści, dynamiczne informacje na przystan-
kach oraz w pojazdach komunikacji miejskiej.

Zintegrowany system zarządzania ruchem

– zasada działania

Na zintegrowany system zarządzania ruchem składa się od jedne-
go do kilku współpracujących ze sobą podsystemów. Mogą być
to podsystemy sterowania ruchem za pomocą sygnalizacji świetl-
nej, zarządzania komunikacją miejską, informacji dla kierowców
w postaci znaków i tablic zmiennej treści, informacji pasażerskiej
oraz wiele innych. Rozwiązania telematyczne zastosowane w roz-
budowanych systemach zarządzania ruchem są niezwykle rozległe
i skomplikowane – działają przy wykorzystaniu wielu zróżnico-
wanych informacji. Szczegółowemu przedstawieniu ich specyfiki
posłuży przykład systemu sterowania ruchem za pomocą sygna-
lizacji świetlnej.

Podobnie jak każde rozwiązanie telematyczne, system sterujący ru-

chem za pomocą sygnalizacji świetlnej powinny cechować skalowal-
ność i otwartość, oznaczająca w tym przypadku możliwość współ-
pracy z systemami innych producentów. Skuteczność rozwiązań
telematycznych jest również uzależniona od czasu reakcji na zmie-

niającą się sytuację w ruchu – powinna być ona natychmiastowa.
Poprawnie działający system spełniający swoje funkcje powinien ste-
rować ruchem w oparciu o skuteczny algorytm obliczeniowy, steru-
jący pracą sygnalizacji świetlnej. Przykładem takiego systemu może
być między innymi system sterowania ruchem SCATS (The Syd ney
Coordinated Adaptive Traffic System

). Rozwiązanie to usprawnia ruch

już w ponad 130 miastach, na ponad 28 tys. skrzy żowań na ca-
łym świecie, wykorzystując zróżnicowane systemy detekcyjne oraz
współpracując z różnymi typami sterowników.

Rozwiązania telematyczne funkcjonują na podstawie danych,

które są gromadzone w celu ich późniejszego przetworzenia.
W przypadku systemu sterowania ruchem są to dane dotyczące
warunków ruchu pojazdów. W zależności od algorytmu działania
takiego systemu mogą być to dane dotyczące liczby pojazdów, ich
struktury rodzajowej (procentowy udział pojazdów osobowych,
dostawczych, ciężarowych w danym strumieniu ruchu) lub na-
wet liczby i długości odstępów czasowych (SCATS nie liczy po-
jazdów – zlicza odstępy czasowe między nimi i ich długość), jak
ma to miejsce w przypadku wymienionego wcześniej systemu.
Dane te są zbierane za pomocą różnego rodzaju urządzeń de-
tekcyjnych, takich jak: pętle indukcyjne, kamery wideo, czujniki
podczerwieni czy detektory pneumatyczne. Typ zastosowanego
detektora zależy od warunków i organizacji ruchu w danym miej-
scu, a także od rodzaju nawierzchni. Montowanie detektorów pę-
tlowych nie jest np. wskazane pod nawierzchniami brukowanymi
lub kostkowanymi – każde odkształcenie nawierzchni grozi w tym
przypadku uszkodzeniem detektora. Natomiast zastosowanie de-
tektorów wideo umożliwia stworzenie kilku wirtualnych detekto-
rów pętlowych. Dzięki temu liczba urządzeń detekcyjnych zostaje
ograniczona, jednak w czasie zachmurzenia, opadów atmosferycz-
nych lub niedostatecznego oświetlenia detektory te mogą genero-
wać błędy w ocenie warunków ruchu.

Dane pozyskiwane z detektorów przesyłane są następnie do ste-

rowników sygnalizacji świetlnej. Tam, w zależności od architek-
tury systemu, są one przetwarzane lub kierowane do centrum
sterowania ruchem. Opis pierwszego z wymienionych przypad-
ków dotyczy systemu o architekturze rozproszonej – oznacza
to, że decyzje o planie sterowania są generowane automatycznie
przez sterowniki lokalne, w odniesieniu do ogólnego planu ste-
rowania obszarowego, dopasowanego do warunków ruchu na da-
nym obszarze przez system sterowania. Struktura taka redukuje
ryzyko awarii w łączności między centrum sterowania a sterow-
nikami sygnalizacji świetlnej, a także minimalizuje liczbę danych

Fot. 2. Wizualizacja warunków ruchu w zależnosci od liczby pojazdów

Fot. 3. Wykres obrazujący natężenie ruchu w poszczególnych dniach miesiąca

inżynieria ruchu

Magazyn Autostrady 10/2009

przesyłanych między centrum sterowania ruchem a sterownika-
mi. Gromadzone dane mogą być przesyłane na wiele sposobów
– za pomocą łączności kablowej, światłowodowej, GPRS, a obec-
nie także internetu. Wybór medium przesyłu danych jest uzależ-
niony od wielu czynników, takich jak: dostępność sieci bezprze-
wodowego przesyłu danych, odległość skrzyżowań od centrum
sterowania ruchem, wielkość obszaru systemu, wysokość zabu-
dowy miejskiej (możliwość zakłóceń przesyłu danych w sposób
bezprzewodowy – np. GPRS lub bezprzewodowy internet), roz-
proszenie skrzyżowań (duże odległości pomiędzy skrzyżowania-
mi powodują, iż instalacja sieci kablowej (światłowodowej) może
być bardzo kosztowna).

Serce każdego systemu pracującego z wykorzystaniem rozwią-

zań telematycznych stanowi obiekt lub algorytm przetwarzający
zdobyte dane i generujący na ich podstawie odpowiednie infor-
macje lub procesy automatyczne. Rozwiązanie takie zastosowane
jest również w przypadku systemów sterowania ruchem. W sys-
temach takich podstawowym elementem jest serwer gromadzą-
cy dane przesyłane z detektorów warunków ruchu oraz program
sterujący pracą sygnalizacji świetlnej na skrzyżowaniach, na pod-
stawie stworzonego wcześniej algorytmu. Do transmisji danych
wykorzystywane są różnego rodzaju protokoły stosowane przez
różnych producentów. Z uwagi na fakt, iż rozwiązania telematycz-
ne powinny zapewnić możliwość rozbudowy systemu, muszą to
być protokoły otwarte, umożliwiające współpracę systemów róż-
nych producentów. W centrum sterowania ruchem zlokalizowane
są również stanowiska operatorskie. Dzięki zastosowaniu jedne-
go interfejsu przedstawione są tam informacje o pracy systemu
– o aktualnie wyświetlanych programach sygnalizacji, głównych,
skoordynowanych ciągach komunikacyjnych, warunkach ruchu
lub ewentualnych uszkodzeniach elementów systemu. Informa-
cje te przedstawione są za pomocą mapy GIS, a operatorzy mają
możliwość ingerencji w pracę systemu – np. ustawienie priorytetu
przejazdu dla pojazdów uprzywilejowanych, skoordynowanie pracy
programów sygnalizacyjnych na skrzyżowaniach w celu rozłado-
wania zatłoczenia lub wysłania serwisu w miejsce awarii oraz wie-
le innych czynności, których liczba jest uzależniona od wielkości
systemu. W przypadku kiedy system zarządzania ruchem złożony
jest dodatkowo z innych podsystemów (np. zarządzania komuni-
kacją miejską, informacja dla kierowców, informacja pasażerska),
informacja o ich pracy również przedstawiona jest na mapie GIS,

a operatorzy centrum sterowania ruchem mają możliwość moni-
torowania i ingerencji w ich pracę, jeżeli jest to konieczne.

Wykorzystanie telematyki

w systemach sterowania ruchem

Systemy pracujące z wykorzystaniem rozwiązań telematycznych
cechują się możliwością szybkiej reakcji na zmiany warunków,
w jakich funkcjonują, oraz maksymalną elastycznością dopasowa-
nia parametrów pracy do aktualnej sytuacji. Funkcjonalność taką
powinny wykazywać również systemy sterowania ruchem. Warunki
ruchu w sieci ulic charakteryzują się określoną regularnością, jaką
można zaobserwować np. w określonych porach dnia, w wybrane
dni tygodnia, w określonych kierunkach ruchu. Są to np. godziny
szczytów przewozowych, występujące mniej więcej o tych samych
porach dnia, czy ruch pojazdów w stronę granic miasta w czasie
weekendów. Jednak zdarzają się także sytuacje nieprzewidywalne,
takie jak kolizje, wypadki, demonstracje, jak również pojedynczo
występujące zdarzenia zaplanowane, takie jak: roboty drogowe,
imprezy masowe czy czasowe zmiany organizacji ruchu. W tych
przypadkach niezbędna jest błyskawiczna reakcja systemu stero-
wania ruchem na zmiany kierunków potoków pojazdów w ruchu
drogowym, na występujące zatłoczenia (potocznie nazywane „kor-
kami”) czy objazdy. Zadanie takie spełniają systemy sterowania
ruchem pracujące w czasie rzeczywistym – na podstawie zgroma-
dzonych danych na bieżąco aktualizują programy sterowania sy-
gnalizacją świetlną na poszczególnych skrzyżowaniach. Aby za-
danie to było możliwe do wykonania, algorytmy sterujące muszą
posiadać elastyczne parametry sterowania (długość cyklu, długość
i kolejność faz, zmienne długości wiązek koordynacyjnych, tzw.
offsetów). Dzięki temu będą mogły błyskawicznie dostosować się
do nagłych zmian w warunkach przepływu pojazdów.

Stworzone przez algorytm systemy sterowania ruchem (również

w zależności od struktury systemu pracujące centralnie lub tak-
że lokalnie w sterownikach pod nadzorem jednostki centralnej –
struktura rozproszona) oraz programy pracy sygnalizacji świetlnej
przesyłane są do modułów logicznych sterowników, a następnie
są realizowane przez sygnalizatory sterujące ruchem, w zależności
od jego warunków. Sterowniki są elementami systemu sterowania
również wykorzystującymi rozwiązania telematyczne. W nich na-
stępuje przetworzenie nadesłanej z centrum sterowania informacji
(lub informacji pobranej bezpośrednio z detektorów ruchu, jeśli

Fot. 4. Praca sygnalizacji w zależności od warunków ruchu

Fot. 5. Informacja pasażerska

inżynieria ruchu

www.autostrady.elamed.pl

sterowniki pracują lokalnie z narzuconymi już przez jednostkę
centralną zakresami pracy obszarowej) na automatyczną sekwencję
wyświetlania sygnałów. Ponadto sterownik, jako element systemu
sterowania ruchem pracującego przy wykorzystaniu rozwiązań te-
lematycznych, powinien umożliwiać pracę algorytmów różnych
producentów. Gwarantowałoby to praktycznie nieograniczoną
możliwość rozbudowy systemów sterowania ruchem oraz bez-
zakłóceniowy przepływ danych. Umożliwienie pracy algorytmu
sterowania ruchem na danym sterowniku może być również zre-
alizowane przez producenta w postaci specjalnego urządzenia.
Urządzenie to to tzw. moduł komunikacyjny, który sprawia, że
algorytm sterowania ruchem wpływa na logikę pracy sterownika.
Dzięki takiemu rozwiązaniu wymiana sterownika na kompatybilny
z danym algorytmem sterowania ruchem nie jest konieczna.

Systemy sterowania ruchem praktycznie nie mogłyby istnieć bez

rozwiązań telematycznych. Ich praca opiera się na pozyskiwaniu
informacji – w tym przypadku o warunkach ruchu i przetwarzaniu
gromadzonych danych poprzez algorytm sterowania sygnalizacją
świetlną – oraz przekazywaniu informacji kierowcom za pomocą
sygnałów świetlnych na skrzyżowaniach. Systemy takie najczęściej
stanowią element zintegrowanych systemów zarządzania ruchem,
gdzie współpracują z innymi podsystemami i komunikują się
z nimi. Przykładem może być możliwość stworzenia priorytetu
dla pojazdów komunikacji miejskiej podczas pokonywania przez
nie skrzyżowań. W tym przypadku stworzenie opisanego udogod-
nienia dla pojazdów komunikacji zbiorowej polega na odpowied-
nim dostosowywaniu pracy sygnalizacji świetlnej w momencie, gdy
do skrzyżowania zbliża się np. tramwaj. System zarządzania komu-
nikacją miejską monitoruje na bieżąco ruch pojazdów komunika-
cji miejskiej i w momencie „wykrycia” tramwaju w odpowiedniej
odległości od skrzyżowania zgłasza tę informację do systemu stero-
wania ruchem. System ten odpowiednio modyfikuje program ste-
rowania na danym skrzyżowaniu, wyświetlając dla tramwaju sygnał
zezwalający na ruch. Priorytet taki może być wielostopniowy, w za-
leżności od stopnia opóźnienia pojazdu komunikacji zbiorowej.
Najwyższy stopień przyznawany jest pojazdom najbardziej opóź-
nionym, tj. takim, które bezzwłocznie powinny otrzymać sygnał
zezwalający na przejazd. System sterowania ruchem na podstawie
uzyskanych danych o warunkach ruchu analizuje także możliwość
przydzielenia priorytetu. Jeśli warunki ruchu nie są sprzyjające, zo-
stanie udzielony priorytet np. o jeden stopień niższy, lub zostanie

pominięty w celu rozładowania zatłoczeń spowodowanych przez
zbyt dużą liczbę pojazdów indywidualnych.

Rozbudowa systemów telematycznych

Systemy telematyczne można rozbudowywać nie tylko obszaro-
wo, ale również wprowadzając dodatkowe funkcje, podobnie jak
w przypadku systemów sterowania i zarządzania ruchem. System
powstaje w wersji testowej, obejmującej kilka skrzyżowań – jeśli się
sprawdzi, jest on rozbudowywany nie tylko obszarowo, ale także
o dodatkowe funkcje: zarządzanie incydentami, monitoring zatło-
czeń, warunków pogodowych czy systemy obliczające czas przejaz-
du pomiędzy wybranymi punktami w sieci. Otwartość tych rozwią-
zań umożliwia dostęp do tych wszystkich modułów poprzez jeden
interfejs użytkownika, rozdzielony na kilka stanowisk operatorskich
(w zależności od wielkości systemu). W miarę rozbudowy systemu,
zarówno pod względem obszarowym, jak i funkcjonalnym, możliwe
jest zwiększanie liczby stanowisk operatorskich, a także rozdziela-
nie różnych funkcji, np. stanowiska nadzoru systemu zarządzania
komunikacją miejską, nadzoru systemu sterowania ruchem oraz
wiele innych. Wszystkie stanowiska są połączone z interfejsem sys-
temu zarządzania ruchem za pomocą sieci LAN.

Podsumowanie

Na podstawie przytoczonych powyżej spostrzeżeń systemy stero-
wania i zarządzania ruchem bez wahania można określić jako sys-
temy wykorzystujące rozwiązania telematyczne w każdym aspekcie
swego działania. Dzięki zaawansowanym rozwiązaniom telematycz-
nym możliwe jest zwiększenie przepustowości sieci miejskich ulic
bez konieczności ich kosztownej rozbudowy. Systemy sterowania
wpływają również na zwiększenie bezpieczeństwa ruchu (np. po-
przez wykluczenie możliwości ruchu kolizyjnych strumieni uczest-
ników ruchu w jednej fazie), a także na zmniejszenie zużycia paliwa
i emisji zanieczyszczeń. Wprowadzenie rozwiązań telematycznych
pozwoliło na optymalne wykorzystanie sygnału zielonego dla naj-
bardziej obciążonych strumieni ruchu drogowego oraz umożliwiło
skrócenie czasu podróży nie tylko pojazdów indywidualnych, ale
także komunikacji miejskiej, poprawiając tym samym atrakcyjność
oferty przewozowej. Z pewnością nie pozostanie to bez wpływu
na decyzję części zmotoryzowanych mieszkańców obszarów miej-
skich, którzy postanowią zrezygnować z podróży pojazdem pry-
watnym na rzecz komunikacji miejskiej.

Fot. 6. Spotkanie z eurodeputowanymi w Łodzi

Fot. 7. Praca sygnalizacji świetlnej w mieście