Ovládání a koordinace semaforu - Traffic light control and coordination

Křižovatka pro silniční vozidla a chodce ovládaná semafory ve Velké Británii. Různé pohyby vozidel a chodců jsou kvůli bezpečnosti a efektivitě odděleny v čase nebo prostoru.

Běžná funkce semaforu vyžaduje více než jen ovládání zraku a koordinaci, aby se provoz a chodci pohybovali co nejplynuleji a nejbezpečněji. K dosažení tohoto cíle se používá řada různých řídicích systémů, počínaje jednoduchými hodinovými mechanismy až po sofistikované počítačové řídicí a koordinační systémy, které se samy nastavují tak, aby se minimalizovalo zpoždění pro lidi používající křižovatku.

Dějiny

První automatizovaný systém pro řízení dopravních signálů byl vyvinut vynálezci Leonardem Casciatem a Josefem Katesem a byl použit v Torontu v roce 1954.

Fáze a etapy

Tato křižovatka má tři fáze vozidla (A, B a C) a fázi pro chodce (D). Fáze pracují společně ve třech stupních (1, 2 a 3). Pohybující se fáze jsou zobrazeny zeleně a zastavené fáze červeně.

Řidiči provozu používají koncept fází , což jsou směry pohybu seskupené dohromady. Například jednoduchá T-křižovatka může mít tři fáze pohybu vozidla, jednu pro každé rameno křižovatky. Mohou existovat další fáze pro další pohyby, jako jsou chodci, cyklisté, pruhy pro autobusy nebo tramvaje.

Stupeň je skupina fáze, které nejsou v konfliktu, které se pohybují současně.

V Austrálii a na Novém Zélandu je terminologie odlišná. „Fáze“ je časové období, během kterého sada pohybů dopravy dostává zelený signál - ekvivalent pojmu „fáze“ ve Velké Británii a USA. Jeden elektrický výstup z regulátoru dopravního signálu se nazývá „skupina signálů“ - podobně jako ve Velké Británii a USA koncept „fáze“. PTV VISSIM také používá terminologii skupiny signálů.

Systémy řízení provozu

Dopravní signál je obvykle řízen ovladačem namontovaným uvnitř skříně. Některé elektromechanické regulátory jsou stále používány ( New York City měl od roku 1998 stále 4800, ačkoli toto číslo je nyní nižší kvůli převládání boxů řadiče signálu). Moderní řadiče provozu jsou však v pevném stavu. Skříň obvykle obsahuje napájecí panel pro distribuci elektrické energie ve skříni; panel rozhraní detektoru pro připojení ke smyčkovým detektorům a dalším detektorům; zesilovače detektorů; samotný ovladač; jednotka monitorující konflikty; relé přenosu blesku ; policejní panel, který policii umožní deaktivovat signál; a další komponenty.

Počítačová skříňka řízení provozu

Ve Spojených státech jsou ovladače standardizovány NEMA , která stanoví standardy pro konektory, provozní limity a intervaly. Standard TS-1 byl představen v roce 1976 pro první generaci polovodičových regulátorů.

Polovodičové řadiče musí mít nezávislou jednotku pro monitorování konfliktů (CMU), která zajišťuje bezpečný provoz. Jednotka CMU monitoruje výstupy řídicí jednotky a pokud je detekována chyba, jednotka CMU použije relé přenosu blesku k přepnutí na FLASH , přičemž všechna červená světla blikají, místo aby zobrazovala potenciálně nebezpečnou kombinaci signálů. Jednotka CMU je naprogramována s povolenými kombinacemi světel a detekuje, zda ovladač například dává konfliktním směrům zelený signál.

Na konci devadesátých let byl ve Spojených státech proveden Institutem dopravních inženýrů národní normalizační úsilí známé jako Advanced Transport Controller (ATC) . Projekt se pokouší vytvořit jednotný národní standard pro ovladače semaforů. Snaha o standardizaci je součástí programu Národního inteligentního dopravního systému financovaného z různých dálničních účtů, počínaje ISTEA v roce 1991, následuje TEA-21 a následné účty. Řadiče budou komunikovat pomocí protokolu National Transportation Communications pro protokol ITS ( NTCIP ) na základě internetového protokolu , ISO/OSI a ASN.1 .

Zálohování baterií instalováno v samostatné skříni od skříně řídícího provozu nahoře.

Semafory musí být poučeny o tom, kdy změnit stupeň, a jsou obvykle koordinovány tak, aby ke změnám stupně docházelo v určitém vztahu k jiným blízkým signálům nebo ke stisknutí tlačítka pro chodce nebo k činnosti časovače nebo řady dalších vstupů.

Bateriová záloha

V oblastech, které jsou náchylné k přerušení napájení, může přidání zálohování baterií do systémů řízení provozu zvýšit bezpečnost motoristů a chodců. V minulosti bylo zapotřebí větší kapacity nepřerušitelného napájení, aby bylo možné pokračovat v plném provozu semaforů pomocí žárovek . Náklady na takový systém by byly neúměrné. Po novějších generacích dopravních signálů využívajících LED světla, které spotřebovávají o 85-90% méně energie, je nyní možné začlenit do systémů semaforů záložní baterie. Zálohování baterií by bylo instalováno do skříně řídicí jednotky provozu nebo do jejich vlastní skříně sousedící s ovladačem.

Zálohy baterií mohou ovládat ovladač v nouzovém režimu s blikajícím červeným světlem nebo v plně funkčním režimu. V roce 2004 Kalifornská energetická komise doporučila místním vládám, aby převedly své semafory na LED diody se záložními bateriemi. To by snížilo spotřebu energie a zvýšilo bezpečnost na hlavních křižovatkách. Doporučení bylo pro systém, který poskytuje plně funkční dopravní signály dvě hodiny po výpadku proudu. Poté budou mít signály další dvě hodiny blikající červená světla.

Opraveno řízení času

Signál pro chodce na Tchaj -wanu , představující „Walking green man“ pod odpočítávacím displejem, kde kdysi stál „Red Man“.

V řízení provozu jsou jednoduché a staré formy regulátorů signálu známé jako elektromechanické ovladače signálu. Na rozdíl od počítačových ovladačů signálu se elektromechanické ovladače signálu skládají převážně z pohyblivých částí (vaček, číselníků a hřídelí), které ovládají signály, které jsou k nim přímo připojeny. Kromě pohyblivých částí se používají také elektrická relé. Elektromechanické regulátory signálu obecně používají časovače vytáčení, které mají pevné, signalizované časové plány křižovatky. Délky cyklů signalizovaných křižovatek jsou určeny malými převody, které jsou umístěny v číselnících. Cyklus převodů, jak jsou běžně známé, se pohybuje od 35 sekund do 120 sekund. Pokud má převodovka v číselníku za následek poruchu, může být nahrazena jiným cyklem, který by bylo vhodné použít. Protože časovač vytáčení má pouze jeden časový plán signalizované křižovatky, může řídit fáze na signalizované křižovatce pouze jedním způsobem. Mnoho starých signalizovaných křižovatek stále používá elektromechanické regulátory signálů a signály, které jsou jimi ovládány, jsou účinné v jednosměrných sítích, kde je často možné koordinovat signály na stanovený rychlostní limit. Jsou však nevýhodné, pokud by načasování signálu na křižovatce bylo výhodné, kdyby bylo přizpůsobeno dominantním tokům měnícím se v průběhu dne.

Koordinované ovládání

Diagram ukazující, že když jsou semafory synchronizovány pro provoz jedoucí v jednom směru (zelené šipky), provoz v druhém směru nemusí být nutně synchronizovaný (modré šipky).

Často se pokoušejí umístit dopravní signály na koordinovaný systém, aby řidiči narazili na zelenou vlnu  -  postup zelených světel. Rozdíl mezi koordinovanými signály a synchronizovanými signály je velmi důležitý. Všechny synchronizované signály se mění současně a používají se pouze ve speciálních případech nebo ve starších systémech. Koordinované (postupové) systémy jsou ovládány z hlavního ovladače a jsou nastaveny tak, aby světla „kaskádovala“ (postup) v pořadí, aby čety vozidel mohly postupovat souvislou řadou zelených světel. Grafické znázornění fázového stavu na dvouosé rovině vzdálenosti v závislosti na čase jasně ukazuje „zelené pásmo“, které bylo vytvořeno na základě signalizovaných roztečí křižovatek a očekávaných rychlostí vozidla. V některých zemích (např. Německo , Francie a Nizozemsko ) se tento systém „zeleného pásma“ používá k omezení rychlostí v určitých oblastech. Světla jsou načasována tak, aby motoristé mohli projet bez zastavení, pokud je jejich rychlost nižší než daný limit, většinou 50 km/h (30 mph) v městských oblastech. Tento systém je známý jako „grüne Welle“ v němčině, „vágní verte“ ve francouzštině nebo „groene golf“ v holandštině (anglicky: „ zelená vlna “). Takové systémy se běžně používaly v městských oblastech USA od čtyřicátých let minulého století, dnes jsou však méně běžné. Ve Velké Británii na tom Slough v Berkshire experimentoval s částí A4 . Mnoho amerických měst nastavilo zelenou vlnu na obousměrných ulicích tak, aby fungovalo ve směru více cestovaných, než aby se snažily rozvíjet dopravu v obou směrech. Ale nedávné zavedení blikající žluté šipky (viz článek Signalizace a provoz semaforu ) dělá signál lead-lag, pomůcku pro postup, k dispozici s chráněnými/povolujícími zatáčkami.

V moderních koordinovaných signálních systémech mohou řidiči cestovat na dlouhé vzdálenosti, aniž by narazili na červené světlo. Tuto koordinaci lze snadno provést pouze na jednosměrných ulicích s poměrně konstantní úrovní provozu. Obousměrné ulice jsou často uspořádány tak, aby odpovídaly dopravní špičce, aby se zrychlil směr těžšího objemu. Přetížení může často odhodit jakoukoli koordinaci. Na druhou stranu jsou některé semafory koordinovány, aby se řidiči nesetkali s dlouhým řetězcem zelených světel. Tato praxe odrazuje od velkého objemu dopravy tím, že vyvolává zpoždění, ale brání přetížení nebo odrazuje od používání konkrétní silnice. To se často děje na žádost místních obyvatel v oblastech, kde je spousta lidí, kteří dojíždějí „jen projíždějí“. Rychlost je v koordinovaných signálních systémech samoregulovaná; příliš rychlí řidiči přijedou na červenou indikaci a nakonec zastaví, řidiči jedoucí příliš pomalu nedorazí na další signál včas, aby využili zelenou indikaci. V synchronizovaných systémech však řidiči často používají příliš vysokou rychlost, aby mohli projet co nejvíce světel.

Tento semafor v Khobaru v Saúdské Arábii je ovládán videokamerou (těsně nad svisle zarovnanými čočkami) a také ukazuje zbývající sekundy na změnu do dalšího stavu (v nejhorším vodorovně zarovnaném objektivu)

V poslední době se používají ještě sofistikovanější metody. Semafory jsou někdy centrálně ovládány monitory nebo počítači, aby mohly být koordinovány v reálném čase, aby se vypořádaly se změnami dopravních vzorců. Videokamery nebo senzory zakopané v chodníku lze použít k monitorování provozu po městě. Nekoordinované senzory občas brání provozu tím, že detekují klid a začnou červenat, když auta přijíždějí z předchozího světla. Nejmodernější systémy používají desítky senzorů a stojí stovky tisíc dolarů za křižovatku, ale dokážou velmi jemně řídit úroveň provozu. To uvolňuje potřebu dalších opatření (jako jsou nové silnice), která jsou ještě dražší.

Mezi výhody patří:

  • Zvýšení kapacity řízení silnic
  • Zkrácení kolizí a čekací doby u vozidel i chodců
  • Povzbuzení cestování v rámci rychlostního limitu ke splnění zelených světel
  • Omezení zbytečného zastavování a rozjíždění provozu - to zase snižuje spotřebu paliva, znečištění ovzduší a hluk a opotřebení vozidla
  • Zkrácení doby cestování
  • Snižuje frustraci řidičů a vztek na silnici

Příklady:

  • New York City : 7 660 (z celkového počtu 12 460) signalizovaných křižovatek je řízeno centrální počítačovou sítí a monitorováno středisky řízení provozu.
  • Toronto : 83% jeho signálů je řízeno systémem hlavního dopravního signálu (MTSS). 15% také používá SCOOT (Split Cycle and Offset Optimization Technique), adaptivní systém řízení signálu.
  • Sydney : 3 400 dopravních signálů koordinovaných systémem Sydney Co-ordinated Adaptive Traffic System (SCATS). Systém navržený a vyvinutý společností RTA byl poprvé představen v roce 1963 a od té doby se postupně vyvíjel. V říjnu 2010 získala společnost SCATS licenci na 33 200 křižovatek ve 144 městech ve 24 zemích světa, včetně Singapuru, Hongkongu, Dublinu, Teheránu a Minneapolisu a Detroitu.
  • Melbourne : 3 200 semaforů napříč Victoria, včetně regionálních oblastí jako Geelong a Ballarat, pomocí SCATS. Asi 500 křižovatek má také přednost tramvaje a autobusu.
  • Adelaide : 580 sad koordinovaných semaforů v celé metropolitní oblasti spravovaných systémem ACTS (Adelaide Coordinated Traffic Signal System).

Adaptivní ovládání

Čtečka RFID E-ZPass připevněná ke sloupu a její anténě (vpravo) používaná při monitorování provozu v New Yorku pomocí metody opětovné identifikace vozidla
Hlavní článek: Adaptivní řízení provozu

Jiné typy ovládání

  • Selhání : Pokud je stále k dispozici napájení, blikající žlutá kontrolka se používá k upozornění na křižovatku. K metodám, jak odlišit hlavní silnici od vedlejší silnice (a tedy i přednost v jízdě), patří používání výtěžkových (dejte přednost v jízdě), zastávkových značek nebo blikajícího červeného světla na vedlejší silnici a také písemné značení. V některých zemích, včetně Austrálie, pravidla silničního provozu nastiňují postupy, jako například ustupování vpravo.
  • Provoz na částečný úvazek : Některé semafory nebudou fungovat v noci nebo při velmi slabém provozu. Některé mohou fungovat pouze v určitých stanovených časech (např. Během pracovní doby hlavní továrny) nebo pouze během speciálních akcí, jako jsou sporty nebo výstavy. Pokud není v provozu, jsou použita stejná opatření jako v případě poruch. Práce na částečný úvazek má výhody i nevýhody.
  • Předpoklad železnice : Dopravní signály se aktivují tak, aby se shodovaly s přiblížením vlaku, často tam, kde se křižovatka nachází v blízkosti železničního přejezdu. Viz také Preemption železnice
  • Priorita autobusu a dopravy : Dopravní signály jsou aktivovány tak, aby se shodovaly s příjezdem autobusu nebo tramvaje po autobusové, autobusové nebo tramvajové trati. Viz také Priorita autobusu
  • Záchranná vozidla Některá světla mimo požární nebo záchranné stanice nemají zelenou, protože se mohou rozsvítit pouze oranžově a poté červeně, když hasičská vozidla , sanitky nebo jiná záchranná vozidla a podobně vyjíždějí ze stanice na cestě k nouzové situaci. Viz také Preempce dopravního signálu
  • Rychlostní značky jsou zřídka používanou variantou, která řidičům dává doporučenou rychlost pro přiblížení k dalšímu semaforu v jeho zelené fázi.

Designový software

Semaforové systémy jsou navrženy pomocí softwaru jako LINSIG , TRANSYT , CORSIM/TRANSYT-7F nebo VISSIM .

Reference

externí odkazy