Közúti közlekedési automatika

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Közlekedésautomatikai Tanszék

Közúti közlekedési automatika

2008. május 5. Második kiadás


Összeállították: Tettamanti Tamás PhD. hallgató

Luspay Tamás tudományos segédmunkatárs

Dr. Varga István egyetemi adjunktus

A jegyzet elkészítésében közreműködött: Dr. Katkó László egyetemi adjunktus

A jegyzet készítői köszönetet mondanak dr. Katkó Lászlónak az értékes segítségért. A jelen elektronikus jegyzet az alábbi, korábban készített jegyzetek anyagainak bővített, átdolgozott kiadása:

2

Varga I., dr. Katkó L., Molnár G., „Forgalomirányító Központok” BME Közlekedésautomatikai Tanszék, 1998. Segédlet.

dr. Katkó L., Varga I., Molnár G., „Közúti forgalomirányító berendezések” BME Közlekedésautomatikai Tanszék, 1999. Segédlet.

dr. Katkó L., Molnár G., Varga I., „Kombinált közúti-vasúti forgalomirányító rendszerek” BME Közlekedésautomatikai Tanszék, 1999. Segédlet.

dr. Katkó L., Varga I., Molnár G., „A közúti közlekedési forgalom mérésének módszerei és technikai eszközei” BME Közlekedésautomatikai Tanszék, 2000. Segédlet.

Varga István, Kulcsár Balázs, „Forgalmi paraméterek mérése és becslése” BME Közlekedésautomatikai Tanszék, 2006. Segédlet.


Tartalomjegyzék 1

Bevezető....................................................................................................................................... 8

2

A közúti forgalomirányító rendszer ......................................................................................... 9 2.1 A FORGALOMIRÁNYÍTÓ RENDSZER ÁLTALÁNOS FELÉPÍTÉSE ............................................................................ 9 2.2 A KÖZÚTI JELZŐLÁMPÁS FORGALOMIRÁNYÍTÁS ALAPFOGALMAI ................................................................... 12 2.2.1 Fogalom-meghatározások......................................................................................................................... 12 2.3 A KÖZÚTI JELZŐLÁMPÁS FORGALOMIRÁNYÍTÁS TÖRTÉNETE .......................................................................... 15 2.3.1 Nemzetközi áttekintés (Részlet [35]) ......................................................................................................... 15 2.3.2 Magyarországi áttekintés (Részlet [35])................................................................................................... 16

3

A közúti forgalom mérése........................................................................................................ 19 3.1 A JÁRMŰFORGALMAT JELLEMZŐ VÁLTOZÓK ÉS PARAMÉTEREK ..................................................................... 19 3.2 A FORGALMI ADATOK GYŰJTÉSE ÉS SZÁMÍTÁSA............................................................................................. 19 3.2.1 Mérési elrendezés ..................................................................................................................................... 20 3.2.2 Egy mérési pontból számítható paraméterek ............................................................................................ 21 3.2.3 Két mérési pontból számítható paraméterek............................................................................................. 22 3.2.4 Példa ......................................................................................................................................................... 22 3.3 AUTOMATIZÁLT FORGALOMSZÁMLÁLÓ ÉS KIÉRTÉKELŐ RENDSZEREK ........................................................... 26 3.3.1 Bevezetés................................................................................................................................................... 26 3.3.2 Elektromos kontaktus(kontakt detektor, felsővezeték érzékelő) ................................................................ 28 3.3.3 Pneumatikus detektor................................................................................................................................ 29 3.3.4 Az induktív hurokdetektor ......................................................................................................................... 29 3.3.5 Az ultrahangos járműérzékelő .................................................................................................................. 34 3.3.6 A „PIEZO” elvű mérődetektorok.............................................................................................................. 37 3.3.7 Videós járműérzékelő................................................................................................................................ 37 3.3.8 Fénysugár detektorok ............................................................................................................................... 39 3.3.9 Infravörös járműérzékelők ........................................................................................................................ 40 3.3.10 Radar és lézer detektorok.......................................................................................................................... 41 3.3.11 A járművek mágneses leképzésén alapuló detektor................................................................................... 41 3.4 FORGALMI ADATOK (VÁLTOZÓK, PARAMÉTEREK) BECSLÉSE ......................................................................... 46 3.4.1 Célforgalmi mátrix becslése ..................................................................................................................... 47 3.4.2 Állapot-megfigyelő.................................................................................................................................... 47

4

Közúti forgalomirányító berendezések .................................................................................. 52 4.1 A KÖZÚTI FORGALOMIRÁNYÍTÓ BERENDEZÉSEK FELÉPÍTÉSE ......................................................................... 52 4.1.1 Általános felépítés..................................................................................................................................... 52 4.1.2 A közúti forgalomirányító berendezések üzemállapotai............................................................................ 52 4.1.3 Adatátviteli protokollok ............................................................................................................................ 53 4.2 A NIKOLA TESLA FORGALOMIRÁNYÍTÓ BERENDEZÉS .................................................................................... 57 4.3 AZ FB 016 FORGALOMIRÁNYÍTÓ BERENDEZÉS ............................................................................................... 59 4.3.1 Egyedi csomópontra kiépített FB berendezés vezérlése............................................................................ 59 4.3.2 Betétprogramok alkalmazása.................................................................................................................... 62 4.3.3 Kézi vezérlés ............................................................................................................................................. 64 4.3.4 Bejelentkezéses üzemmód.......................................................................................................................... 65 4.3.5 A programválasztási módok...................................................................................................................... 66 4.3.6 A jelzőlámpák helyes működésének ellenőrzése........................................................................................ 69 4.3.7 A forgalomirányító berendezés működése összehangolt rendszerben....................................................... 71 4.3.8 Vezérlési állapot meghatározása .............................................................................................................. 72

3

Közúti közlekedési automatika 4.3.9 Szinkronizálás megvalósíthatósága .......................................................................................................... 73 4.3.10 Állapot távadás ......................................................................................................................................... 74 4.3.11 Ikergépes alkalmazás................................................................................................................................ 75 4.4 A SIEMENS M FORGALOMIRÁNYÍTÓ GÉPCSALÁD............................................................................................ 76 4.4.1 A berendezések általános felépítése.......................................................................................................... 76 4.4.2 Forgalomtechnikai szolgáltatások ............................................................................................................ 77 4.4.3 Központi forgalomirányítás lehetőségei ................................................................................................... 78 4.4.4 A berendezések szoftverei ......................................................................................................................... 78 4.4.5 A Siemens berendezések hardver felépítése .............................................................................................. 81 4.4.6 Speciális lehetőségek ................................................................................................................................ 83 4.4.7 Speciális szolgáltatások ............................................................................................................................ 84 4.5 A SIEMENS C800/C900 FORGALOMIRÁNYÍTÓ BERENDEZÉSEK ....................................................................... 84 4.5.1 A Siemens C800 forgalomirányító berendezések ...................................................................................... 84 4.5.2 A Siemens C900 forgalomirányító berendezések ...................................................................................... 85 4.6 A VSF FORGALOMIRÁNYÍTÓ BERENDEZÉSEK ................................................................................................. 87 4.6.1 A berendezéscsalád tagjai......................................................................................................................... 87 4.6.2 Felépítése.................................................................................................................................................. 88 4.6.3 A berendezés kezelése ............................................................................................................................... 91 4.6.4 A berendezés szoftver felépítése................................................................................................................ 92 4.7 A VTC FORGALOMIRÁNYÍTÓ BERENDEZÉSEK ................................................................................................ 95 4.8 A VTC-3000 (ACTROS) FORGALOMIRÁNYÍTÓ BERENDEZÉSEK .................................................................... 95 4.8.1 A berendezés rendszer-hardverei.............................................................................................................. 96 4.8.2 A berendezés funkció-hardverei................................................................................................................ 97 4.9 AZ SGS 32/40 FORGALOMIRÁNYÍTÓ BERENDEZÉSEK ................................................................................... 100 4.9.1 A forgalomtechnikai szolgáltatások rövid ismertetése............................................................................ 100 4.9.2 Fontosabb műszaki adatok...................................................................................................................... 102 4.10 AZ SGS 48 FORGALOMIRÁNYÍTÓ BERENDEZÉSEK ........................................................................................ 104 4.11 AZ SKV FORGALOMIRÁNYÍTÓ BERENDEZÉSEK ............................................................................................ 106 4.11.1 A berendezések típusai............................................................................................................................ 106 4.11.2 Az SKV szoftver szolgáltatásai................................................................................................................ 107 4.11.3 Hardveres jellemzők ............................................................................................................................... 108 4.12 A BUDAPESTI FORGALOMIRÁNYÍTÓ BERENDEZÉSEK MEGOSZLÁSA .............................................................. 109

5

Kombinált közúti-vasúti csomópontok ................................................................................ 111 5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.4 5.5 5.5.1 5.5.2 5.6 5.6.1 5.6.2 5.6.3 5.6.4

4

AZ ÖSSZEHANGOLÁS ELVE LÉNYEGÉBEN A KÖVETKEZŐ: ............................................................................. 111 AZ EREDETI RENDSZER FELÉPÍTÉSE, MŰKÖDÉSE, BIZTONSÁGTECHNIKÁJA (ADP-2)..................................... 112 AZ ALKALMAZOTT VONATÉRZÉKELŐ ELEMEK ÉS SOROMPÓ BERENDEZÉSEK ............................................... 114 A sorompó berendezések hazánkban....................................................................................................... 115 A vasút elsőbbsége .................................................................................................................................. 116 A közúti-vasúti kereszteződések besorolása ............................................................................................ 116 ÁLTALÁNOS ALAPELVEK .............................................................................................................................. 117 KOMBINÁLT RENDSZER EGY VASÚTI BEJELENTKEZÉSSEL ............................................................................. 117 Egy vasúti behatás van a „B1” ponton, vagy távolabb .......................................................................... 118 Egy vasúti behatás van a „B2” ponton................................................................................................... 118 KOMPLEX IRÁNYÍTÓ BERENDEZÉS ................................................................................................................ 118 Alkalmazási terület ................................................................................................................................. 118 Információáramlás.................................................................................................................................. 118 Szolgáltatások, működés hibamentes esetben ......................................................................................... 118 Hibajelenségek, a rendszer reagálása .................................................................................................... 119

Közúti közlekedési automatika 5.7 VASÚTI FEJLESZTÉSEK.................................................................................................................................. 120 5.7.1 Sebességfüggő sorompólezárás .............................................................................................................. 120 5.7.2 Korszerű áramköri elemek alkalmazása sorompó berendezésekben ...................................................... 122 5.7.3 Eseménytároló alkalmazása.................................................................................................................... 122

6

Forgalomirányító központok ................................................................................................ 124 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.7.1 6.7.2 6.7.3 6.7.4 6.7.5 6.7.6 6.7.7 6.8 6.8.1 6.8.2 6.8.3 6.8.4 6.8.5 6.8.6

7

KÖZÚTI FORGALOMIRÁNYÍTÓ KÖZPONTOK .................................................................................................. 124 A közúti forgalomirányító központok (FIK) ............................................................................................ 124 A közúti forgalomirányító központokkal szemben támasztott követelmények ......................................... 124 Az irányítási stratégiák ........................................................................................................................... 125 Alkalmazott forgalomirányítási módszerek csoportosítása..................................................................... 126 Az irányító rendszer felépítése ................................................................................................................ 127 A BUDAPESTI FORGALOMIRÁNYÍTÓ KÖZPONT (BFK)...................................................................................... 128 A BFK FELÉPÍTÉSE ........................................................................................................................................ 129 FORGALOMIRÁNYÍTÁSI STRATÉGIÁK ................................................................................................................ 132 VIDÉKI NAGYVÁROSAINK FORGALOMIRÁNYÍTÁSA ............................................................................................. 135 A TELEFONOS TÁVFELÜGYELETI RENDSZEREK ................................................................................................. 136 AUTÓPÁLYA FORGALOMIRÁNYÍTÓ RENDSZEREK .......................................................................................... 137 Autópálya forgalomirányító központ ...................................................................................................... 138 CCTV-rendszer ....................................................................................................................................... 139 Detektor állomások ................................................................................................................................. 140 Beavatkozó eszközök - Változtatható Jelzésképű Táblák ........................................................................ 140 Felhajtás Szabályozás............................................................................................................................. 141 Irányítási feladatok autópályákon .......................................................................................................... 141 Hazai autópálya forgalomirányító rendszerek........................................................................................ 142 TÖMEGKÖZLEKEDÉSI FORGALOMIRÁNYÍTÓ RENDSZEREK ............................................................................ 144 A forgalmi adatgyűjtés a tömegközlekedésben (adatgyűjtő alrendszer) ................................................. 145 A tömegközlekedési irányítás központi eleme (központi alrendszer) ...................................................... 146 A tömegközlekedési folyamatba beavatkozó elemek (beavatkozó alrendszer) ........................................ 147 Végállomási rendszerek .......................................................................................................................... 147 Néhány hazai rendszer ismertetése ......................................................................................................... 148 Az AVM (Automatikus Vonali Megfigyelő) rendszer............................................................................... 148

Felhasznált irodalom ............................................................................................................. 150

5


Ábrajegyzék 1. ábra Általános közlekedési szabályozás ........................................................................................10 2. ábra Információáramlás különböző forgalomirányító rendszerekben ...........................................10 3. ábra Közlekedési irányítórendszer .................................................................................................12 4. ábra A közbenső idő alakulása.......................................................................................................14 5. ábra A digitális járműérzékelő mintavételezése.............................................................................20 6. ábra Detektor hurok mérési elrendezés egy, valamint két hurok esetén........................................20 7. ábra A sebesség – járműsűrűség – forgalomnagyság összefüggései (a példa eredménye)............26 8. ábra Analóg hurokdetektor blokk diagramja .................................................................................30 9. ábra Az analóg hurokdetektor működése (a fázisszög változás érzékelése)..................................30 10. ábra Az „M” detektor blokkdiagramja.........................................................................................31 11. ábra Digitális hurokdetektor működése .......................................................................................31 12. ábra Mérőgomba szétszerelt állapotban.......................................................................................33 13. ábra A CANOGA cég „MODEL 701” típusú microloop érzékelője...........................................33 14. ábra Az egyes járműtípusokra jellemző mágneses elhangolódási görbék ...................................34 15. ábra Ultrahangos érzékelő működési elvének sematikus ábrája..................................................34 16. ábra A BME-n fejlesztett ultrahangos mérőberendezés prototípusa............................................35 17. ábra Az ultrahangos mérés folyamata..........................................................................................36 18. ábra A mérési elrendezés és a „letapogatás”................................................................................36 19. ábra A képfeldolgozó egység felépítése.......................................................................................38 20. ábra A képi letapogatás eszközei .................................................................................................38 21. ábra A ProLaser sebességmérő ....................................................................................................41 22. ábra Egy átlagos jármű mágneses jellemzői ................................................................................43 23. ábra A COUNTCARD mérő regisztrált értékei különféle járműveknél......................................44 24. ábra Teher- és személygépkocsi hosszának összevetése .............................................................44 25. ábra A NU-METRICS cég mágneses, rádiós mérőgombája .......................................................45 26. ábra A GROUNDHOG telepítése ................................................................................................46 27. ábra Lineáris megfigyelő a becslési eljáráshoz............................................................................47 28. ábra Egyszerű közúti csomópont .................................................................................................48 29. ábra Becsült lefordulási ráták a valós adatokhoz képest..............................................................51 30. ábra OCIT: internet technológián alapuló nyílt interfészek megvalósítására szolgáló rendszer (forrás: http://www.ocit.org/).....................................................................................................54 31. ábra Az OCIT rendszer interfészterületei (forrás: http://www.ocit.org/).....................................55 32. ábra CAN 2.0A standard keretformátum (ISO 11898) ................................................................56 33. ábra CAN 2.0B kiterjesztett keretformátum ................................................................................57 34. ábra Tipikus CAN kapcsolódás ...................................................................................................57 35. ábra Az alap NT berendezés blokkvázlata...................................................................................58 36. ábra Az FB berendezés alap kiépítése..........................................................................................60 37. ábra Jélzéskép váltás ....................................................................................................................61 38. ábra A betétprogram jelzésterve .................................................................................................63 6

Közúti közlekedési automatika 39. ábra Az FB berendezés kiegészítése a betétprogram kapcsoló egységgel...................................64 40. ábra STOP pontos vezérlés ..........................................................................................................65 41. ábra FB berendezés kiegészítése bejelentkező logikával.............................................................66 42. ábra Forgalotól függő programválsztás az FB-ben ......................................................................68 43. ábra Hiszterézises programválasztó logika ..................................................................................69 44. ábra Az FB ellenőrző rendszere ...................................................................................................70 45. ábra Az FB működése összehangolt üzemben.............................................................................72 46. ábra Szinkronizálás összehangolt üzemben .................................................................................74 47. ábra Az MS és MR gépek szoftverei ..........................................................................................79 48. ábra A VSF berendezés blokkvázlata ..........................................................................................89 49. ábra A VSF berendezés hátulról, a kártyák közötti összeköttetések............................................91 50. ábra A VSF berendezés előnézete................................................................................................92 51. ábra A VSF berendezések szoftvere ............................................................................................93 52. ábra A VTC 2000 berendezés képe..............................................................................................95 53. ábra Actros üzem közben.............................................................................................................99 54. ábra Az SGS40 berendezés felépítése........................................................................................103 55. ábra Az SGS40 berendezés CPU kártyája .................................................................................104 56. ábra Az SGS-48 berendezés felépítése ......................................................................................104 57. ábra A berendezések megoszlása gyártók szerint Budapesten (1998, 2007).............................110 58. ábra Behatási, kilépési pontok, fénysorompók, járműjelzők az eredeti ADP változatban ........113 59. ábra Az UTB elektronikus útátjáró fedező berendezés..............................................................120 60. ábra Pontszerű érzékelés ............................................................................................................121 61. ábra Vegyes felépítésű forgalomirányító rendzserhierarchia.....................................................127 62. ábra A MIGRA központi irányítás felépítése [32].....................................................................130 63. ábra A Siemens SITRAFFIC közlekedési irányítórendszer felépítése ......................................131 64. ábra A Motion és Concert kapcsolata ........................................................................................131 65. ábra Budapesti Concert felépítésének tervezete.........................................................................132 66. ábra A MOTION működésének lépései (Günter Kruse, Dr. Fritz Busch [30]) .........................134 67. ábra Hálózati valósidejű áttekintő kép .......................................................................................134 68. ábra Jelzésterv megjelenítés.......................................................................................................135 69. ábra Telefonos távfelügyeleti rendszer ......................................................................................136 70. ábra A Signels-Net távfelügyeleti rendzser szoftverének néhány képernyője...........................137 71. ábra Zárt hurkú autópálya irányítás modellje ............................................................................137 72. ábra Irányító terem .....................................................................................................................139 73. ábra Kamera kép, járműazonosítás ............................................................................................139 74. ábra Tömegközlekedési forgalomirányító rendszer...................................................................145 75. ábra A tömegközlekedési irányítóközpont.................................................................................146 76. ábra Az AVM jármű fedélzeti egység........................................................................................149

7


1

Bevezető

A vasúti szemaforjelzőre hasonlító kétállású jelző volt a világ első közúti jelzőlámpája Londonban, közel 140 évvel ezelőtt, majd 1917-ben az Egyesült Államokban már több kereszteződést koordináló jelzőlámparendszer is létesült. Az irányítórendszerek gyors terjedése világszerte elindult a járműszám növekedésével. A korai berendezések telepítése óta eltelt időben a közúti közlekedés volumene dinamikusan emelkedett, és a motorizációs fok is folyamatosan nőtt. A közlekedéstudomány számára az egyik legnagyobb kihívás az egyre zsúfoltabb környezetünkben létesített közlekedési rendszerek tervezése és működtetése. A növekvő igények kiszolgálása érdekében már sok esetben nem lehetséges a kapacitások további bővítése, a meglévő hálózat jobb kihasználtságát kell elérni, amiben a korszerű közúti közlekedésirányítás kínálhat új módszereket. A felmerülő problémák megoldásában segít a más diszciplínák által kidolgozott elméleti eredmények integrálása és az irányítást segítő technikai berendezések műszaki színvonalának emelkedése is. A közúti forgalomirányító rendszerek feladata a közúti forgalom – meghatározott célok kielégítése érdekében történő – tervszerű irányítása, amely történhet előre tervezett statikus vagy forgalomfüggő dinamikus módon. A közúti automatika a forgalomirányítás és járművek közötti kapcsolat egyik láncszeme, pontosabban a közúti forgalomirányítás megvalósítását lehetővé tevő berendezések és eszközök összessége. A jegyzet célja, hogy a közúti közlekedést tervező, felügyelő és iránytó leendő szakemberek számára egy rendszerező ismeretet adjon a közúti automatikai rendszerek elemeiről és működéséről, mind a hagyományos képzésben, mind az új kétszintű szintű képzésben (a BSc szinten).

8


2

A közúti forgalomirányító rendszer

Az első közúti forgalomirányító berendezések létrehozásának eredeti célja a kereszteződések elsőbbségi viszonyainak biztosítása volt. A biztonság ma is elsődleges szempont, de idővel egyre inkább előtérbe kerültek a minőségi paraméterek javításával kapcsolatos igények is. A közúti forgalomirányítás alatt olyan tevékenységet értünk, amely elősegíti a forgalom biztonságos, gazdaságos, környezetbarát lebonyolódását közúton. A közúti a forgalomirányítás feladatait a közúti forgalomirányító rendszerek valósítják meg. Amennyiben a forgalomirányítás folyamata egy zárt szabályozó körben valósul meg − amelynek keretében az irányító egység képet tud alkotni az irányítás hatására bekövetkezett változásokról, és ezeknek megfelelő beavatkozásokat tesz − (azaz van visszacsatolás) akkor korszerű forgalomirányításról beszélünk. A forgalomirányítás definíciójában megfogalmazódnak a legfontosabb célkitűzések: • a gazdaságosság növelése, amely a várakozási idők, az utazási idők és az utazási költségek összegének csökkenésével érhető el; • a forgalombiztonság növelése nagy forgalmi terhelés mellett, vagy időszakos veszélyhelyzetben a baleseti számok és a balesetek súlyosságának csökkenésén keresztül; •

a környezetvédelem az emisszió és a zajszint, a többlet energiafelhasználás csökkentésével;

•

a közlekedéssel kapcsolatos információk minőségének növelése;

• az egyes közlekedési létesítmények jobb elérhetősége az utazási idők összegének csökkentésén keresztül; • az egyes közlekedési eszközök koordinált használatának javítása, amely a tömegközlekedés jobb kihasználtságát jelenti; • a forgalmi zavarok kialakulásának megelőzése, a meglévő zavarok megszüntetése, a forgalomlefolyás javítása lényeges építési beavatkozás nélkül; •

a meglévő úthálózat rendelkezésre álló kapacitásainak maximális kihasználása;

•

útszakasz vagy csomópont tehermentesítése a forgalomnak alternatív útra terelésével;

• városi forgalomban a parkolóhely keresési idő lerövidítése, a szabad parkolási létesítményekre és a parkolóhelyekre vonatkozó információk megadásával. A közlekedés területén számtalan irányító, vezérlő és felügyeleti rendszerrel találkozhatunk. Ezen berendezések megvalósításakor a legfontosabb szempont, hogy a rendszer kielégítse mindazokat az elvárásokat, amelyeket az előző részben megfogalmaztunk. 2.1

A forgalomirányító rendszer általános felépítése

A korszerű forgalomirányító rendszer legfontosabb ismérve, hogy figyeli a beavatkozás hatását, azaz tartalmaz egy visszacsatolást. Az irányító rendszerek modellezik az irányított hálózatot, majd alkalmazzák a szabályozástechnika eredményeit az irányításban. Az alábbi képen egy korszerű, általános közlekedési szabályozás vázlatát látjuk.

9

Közúti közlekedési automatika A közlekedési irányító rendszer

Döntéshozatal

Beavatkozás

Adatgyűjtés

Az irányított közlekedési hálózat

1. ábra Általános közlekedési szabályozás

Az általános szabályozási kör minden forgalomirányító rendszerre hasonlóan írható fel, az egyszerű csomóponttól a városi hálózatig, különbség csak a komplexitásban van. Az egyedi kereszteződés,ek forgalomirányító berendezései abban különböznek az egész városokat felügyelő forgalomirányító központoktól, hogy kisebb terület forgalmi folyamatait szabályozzák, és más célfüggvények érvényesülnek a döntéshozatalban. Az információ áramlása azonban teljesen hasonló, amit az alábbi ábrán követhetünk nyomon: Közúti forgalomirányító berendezés

Vezérlés, döntéshozatal

Beavatkozás, lámpakapcsolás, stb.

A vezérelt csomópont(ok)

Forgalmi adatgyűjtés, előfeldolgozás

Közúti forgalomirányító központ

Beavatkozás, távvezérlés, stb.

Központi vezérlés, döntéshozatal

Forgalmi adatgyűjtés, előfeldolgozás

A vezérelt csomópontok, városrészek, városok

2. ábra Információáramlás különböző forgalomirányító rendszerekben

A nagyobb irányítórendszereket szintekre oszthatjuk, ahol az egyes szinteken más-más célfüggvények érvényesülnek. A felsőbb szinteken globális, stratégiai célokat valósítunk meg, míg az alsóbb szinteken inkább a helyi célok kielégítése a feladat. A közlekedési irányítórendszer szempontjából ez azt jelenti, hogy az egyes szinteket külön kell megtervezni, a kapcsolatot közöttük néhány paraméter vagy alapjel átadása biztosíthatja. A célfüggvény megvalósítására létrehozott közlekedésirányító rendszerek működésük során valamely konkrét közúti paraméter értékét kívánják optimalizálni, ami egyes estekben ezen értékek minimalizálást más esetben a maximalizálását jelenti. A közúti közlekedésirányítás a leggyakrabban az alábbi célfüggvényeket valósítja meg (a hatókörébe tartozó közlekedési rendszerben): • • • 10

Maximális átbocsátó képesség, Maximális utazási sebesség (a rendszerben eltöltött idő minimalizálása), Megállások számának minimalizálása,

Közúti közlekedési automatika • • • •

Gyorsítások, lassítások számának minimalizálása, Sorhosszak minimalizálása, Az energiafelhasználás minimalizálása, A környezeti terhelés minimalizálása.

A közlekedésirányítás hatékonyságát az irányított rendszerben kialakult minőségi jellemzők alapján mérhetjük, amelyek azonban nagyban függnek a felállított céloktól. Általában a következő jellemzőket használjuk fel erre: •

•

A teljes utazási idő (a szakirodalomban TTS=Total Time Spent), amely a járműnek a közlekedési rendszerben való tartózkodásnak a teljes ideje, azaz a belépéstől a kilépésig eltelt idő. Mértékegysége a jármű és az időegység szorzata, A teljes utazási hossz (a szakirodalomban TTD=Total Travel Distance), amely a járműnek a közlekedési rendszerben megtett útvonal teljes hosszát mutatja. Mértékegysége a jármű és a hosszegység szorzata,

A középsebesség (a szakirodalomban MS=Mean Speed), amely a járművek átlagos sebességét mutatja, az előző két mérőszám hányadosa. MS=TTD/TTS. Mértékegysége hosszegység és időegység hányadosa. A közlekedés egésze bonyolult rendszer, ezért azt leggyakrabban részrendszerekre, részhálózatokra bontjuk szét. Az általános közlekedésirányítás előbb tárgyalt szabályozásos sémája minden részterületen igaz, de minden részhálózatnak (részrendszernek) megvannak a maga sajátosságai. Az alábbi főbb részrendszereket különböztetjük meg a megvalósításkor: • • •

Városi, közúti közlekedésirányítás, A városi tömegközlekedés irányítása, Autópálya közlekedésirányítás.

Az irányítási stratégia kiválasztása A közlekedési részrendszerek leírásánál láthattuk, hogy az egyes rendszerek jelentősen eltérnek egymástól, ezért egy mindenre kiterjedő általános közlekedésirányítási módszerről nem beszélhetünk. Továbbá figyelembe kell venni azt, hogy az egyes országok és régiók jelentősen eltérnek egymástól mind a motorizáció mértéke, mind a kialakult közlekedési szokások és viselkedés normák tekintetében. Éppen ezért az irányítási stratégia kiválasztásakor célszerű az általános irányítástechnika ismereteire támaszkodva dolgozni, majd azt az adott területen megvalósított rendszerben, a helyi viszonyokhoz igazítani. A közlekedés irányítása döntően kétféle lehet: • •

nyílt hurkú (pl. rögzített ciklusidejű programok kivezérlése) zárt hurkú (pl. egy forgalomtól függő szabályozás)

Az alfejezet elején már tárgyaltuk, hogy a korszerű közlekedésirányítás legfontosabb ismérve, hogy állandó visszajelzéssel rendelkezik, tehát ebben az esetben egy zárt hurkú szabályozásról beszélünk. A nyílt hurkú irányítás azonban továbbra is szerves része a modern közlekedésirányításnak, mert számos helyen szükséges és elégséges mind műszaki mind gazdasági vonatkozásban. A konkrét megvalósításoktól elvonatkoztatva az alábbi ábrán nézzük meg, hogyan építhetünk fel egy zárt hurkú irányítási rendszert:

11

Közúti közlekedési automatika Zavarás Bemenetek

Az irányított rendszer (Közlekedési folyamat)

Beavatkozás

Kimenetek

Mérés és becslés Irányítási stratégia, algoritmus

Szabályozó

Célfüggvény 3. ábra Közlekedési irányítórendszer

A közlekedési rendszer irányítását, tehát az irányítási stratégia határozza meg, amelyet az elérendő cél alapján választunk ki. Ez nagyon sokféle lehet, de vannak általánosan meglévő célkitűzések, ilyen pl. az utazási idők minimalizálása vagy az utak maximális átbocsátó képességének jobb kihasználása. Ha megalkottuk a megvalósítandó célfüggvényt, akkor keresnünk kell egy alkalmas szabályzót, vagy egy egyszerűbb gyakorlati módszert. Ezt úgy kell kiválasztani, hogy ez képes legyen a rendelkezésre álló adatokból olyan beavatkozó jelet produkálni, amely révén az irányított rendszerünkben a kívánandó hatást érhetjük el. 2.2

A közúti jelzőlámpás forgalomirányítás alapfogalmai

Az alábbiakban a közúti jelzőlámpás forgalomirányítás néhány alapfogalmának definícióját ismertetjük. A következő felsorolásban található fogalom-meghatározások többsége az Útügyi Műszaki Előírás [38] –ból származik. 2.2.1 Fogalom-meghatározások Általános járműjelző: a valamennyi járműre vonatkozó három fényjelzős – kör vagy nyíl alakú jelzéseket mutató – fényjelző készülék. Átengedő típusú fényjelző készülék: a fényjelző készülékek azon típusa, amelyet a közlekedő haladási iránya szerint, a csomópontba belépésének helye előtt helyeznek el, és amelynek a jelzéseit a közlekedő a csomópontba (úttestre) belépése után már nem látja. Áthívó típusú fényjelző készülék: a fényjelző készülékek azon típusa, amelyet a közlekedő haladási iránya szerint, a csomópontból (csomópont-részből, úttestről) kilépésének helyén helyeznek el, és amelynek a jelzéseit a közlekedő a csomópontba belépése után egészen a jelző vonalának eléréséig folyamatosan látja. Átmeneti jelzés: a szabad jelzést követő jelzés. Járműveknél 50 km/óráig: 3 s, 50 km/ó felett: 5 s. Kerékpárnál: 3 s. Gyalogosoknál: kihaladáskor a szabad jelzés utolsó 5 s-a villog. Bekapcsolási program: a jelzőlámpás forgalomirányításon kívüli állapotról a jelzőlámpás forgalomirányítási állapotra biztonságos áttérést lehetővé tevő program. 12

Közúti közlekedési automatika Behaladási idő: A behaladási idő a behaladási távolság és a behaladási sebesség hányadosa. Behaladási távolság: járműveknél és kerékpároknál: helyzetjelző vonaltól a konfliktus pontig, gyalogosoknál: általában 0 m. Behaladási sebesség: járműveknél: 14,0 m/s egyenesen, ívben a sugárral azonos. Kerékpárosoknál: 6,0 m/s. Gyalogosoknál: 1,5 m/s. Csoportvezérlő: több forgalomirányító berendezés együttes működését szabályozó berendezés. Detektor: járműérzékelő eszköz, amely forgalmi igény vagy forgalmi jellemző kimutatására szolgál. Egységjármű: a forgalomtechnikai számításokban a különféle járművek egyébként egymástól eltérő jellemzőinek kiküszöbölésére szolgáló, az átlagos személygépkocsi jellemzőivel rendelkező elméleti jármű. Előkészítő jelzés: a szabad jelzést megelőző jelzéskép. Járműveknél és kerékpárnál: 2 s. Gyalogosoknál: 0 s. Fázis: forgalmi állapot, amely alatt a csomópontba egyidejűleg behaladó forgalmi áramlatok száma nem változik. Másképpen az egyidejűleg megengedett csomóponti mozgások - az egyidejű szabad jelzések - csoportja. Fázisrend (fázisséma): a forgalmi áramlatok fázisokba rendezésének terve, amely megmutatja, hogy az adott csomóponton a különböző, egymással összeférhetetlen forgalmi irányok igényének jelzőlámpával történő szabályozása hány fázisban és milyen irányok együttesen megadott szabad jelzésével bonyolítható le. Fedezőjelző: az utat (vagy egyes forgalmi sávokat) keresztező villamos, illetőleg a megkülönböztető jelzéseket használó gépjárművek áthaladásának biztosítására szolgáló fényjelző készülék. Fényjelző készülék: egy vagy több, a házat is magában foglaló optikai egységet – beleértve a tartókengyeleket, rögzítőket, árnyékolókat, ellenzőernyőket és háttérpajzsokat – tartalmazó eszköz, amelynek feladata az úthasználók számára vizuális üzenet közvetítése. Fényjelző: meghatározott méretű, színű, fényerősségű és alakú fény előállítására szolgáló alkotóelemek együttese; ebben a szabályzatban fényjelzőn a forgalomirányító fényjelző értendő. Forgalomirányítás: az eltérő irányokból érkező (egymást keresztező, egymásba fonódó, egymással szemközt haladó) és ugyanazon közlekedési területet (konfliktusmezőt) igénybe venni szándékozó közlekedők (gyalogosok, kerékpárosok, tömegközlekedési járművek, egyéb járművek) áthaladási lehetőségeinek olyan biztosítása, melynek révén ezek a közlekedők a konfliktusmezőt általában saját elhatározásuktól függetlenül is csak egymástól eltérő időben használhatják. Forgalomirányító berendezés: a vezérel fényjelző készülékkel és a csatlakozó illesztő berendezésekkel együttműködő közúti fényjelző vezérlőberendezés. Forgalomirányító fényjelző (közúti fényjelző, jelzőfej): olyan fényjelző, amely a beépített fényforrás működésére meghatározott nagyságú, színű és alakú jelzési képpel a közúti forgalom (gyalogos-, illetve járműforgalom) számára jelzést ad. Forgalomirányító jelzőlámpa: a rendeltetésszerű működést biztosító szellemi termékkel (szoftverrel), valamint a szükséges közúti jelzésekkel ellátott forgalomirányító berendezés. Forgalomtól függő irányítás: a forgalomirányítás, illetőleg a jelzések egymás után következésének az a módja, ahol a – helyszíni adottságok és a biztonsági előírások miatt megkötött jelzéseken kívül – egy vagy több, vagy az összes jelzés közvetve vagy közvetlenül függ a forgalom nagyságától. Gyalogosjelző: fényjelző készülék a gyalogosforgalom irányításának kizárólagos céljára, a jelzőlámpával szabályozott helyeken.

13

Közúti közlekedési automatika Hibamód: a közúti fényjelző vezérlőberendezés nem üzemszerű állapota, amelyben egy forgalombiztonságot veszélyeztető hiba a szabályos üzemmódot sárga villogó üzemmóddal vagy a jelző sötétre kapcsolt állapotával helyettesíti. Jelzési kép: a fényjelző készülék jelzőfelületén megjelenő jelképek összessége, amely a közúti forgalom számára meghatározott tartalmú jelzést ad. Jelzőcsoport: A fázisterv szerint az azonos időben azonos jelzésképet mutató fényjelzők (jelzőfejek) csoportja. Kapacitás: az út egy keresztmetszetén, vagy egy irányban, vagy egyetlen forgalmi sávon az időegység alatt átbocsátható legnagyobb forgalomnagyság. Kiegészítő jelző: a fényjelző készülék mellett (annak meghatározott oldalán) elhelyezett fényjelző, amellyel bizonyos forgalmi irány(ok) számára a fényjelző készülék szabad jelzésétől eltérő időpontban és időtartamig lehet szabad jelzést adni. Kihaladási idő: A kihaladási (ürítési) távolság osztva a kihaladási sebességgel. Kihaladási távolság: járműveknél a helyzetjelző vonaltól a konfliktus-zóna túlsó széléig + 6 m. Kerékpárosoknál: a helyzetjelző vonaltól a konfliktus-zóna túlsó széléig + 2 m. Gyalogosoknál: a gyalogos átkelőhely tengelyben mért hossza. Kihaladási sebesség: járműveknél: 10,0 m/s egyenesen, ívben a sugárral azonos. Kerékpárosoknál: 4,0 m/s. Gyalogosoknál: 1,0 m/s Kikapcsolási program: a jelzőlámpás forgalomirányítási állapotról a jelzőlámpás forgalomirányítás nélküli állapotra biztonságos áttérést lehetővé tevő program. Konfliktusmező (konfliktus-zóna): az eltérő irányokból érkező és az egymást keresztező, egymásba fonódó, egymással szemközt haladó forgalom által a kereszteződési sokszögben egyaránt igénybe venni szándékozott közlekedési terület. Közbenső idő: biztonsági szempontból az egyidejűleg tiltott szabad jelzések között biztosítandó legrövidebb idő. közbenső idő (tk) kihaladási idő (tü) behaladási idő (tb)

átmeneti idő (tá)

előkészítő idő (te)

4. ábra A közbenső idő alakulása

Közúti forgalomirányító berendezés: a fényjelző készülékeket működtető berendezés. Összeférhetetlen forgalmi mozgások: az egymást veszélyeztető (az egymás útját keresztező vagy egymással fonódó) egyidejű forgalmi mozgások. 14


Minden jelző piros (MJP): Minden jelzőfejen egyidejűleg tilos jelzéskép jelenik meg. Periódusidő (P): A jelzésképek egyszeri ismétlődése közötti idő, általában: 60...90...120 s. Program: egy csomópont összes fényjelző készülékén megjelenő valamennyi jelzési kép időtartama (azok kezdetének és befejezésének időpontjával együtt), vagy az ennek meghatározására vonatkozó feltételek. Forgalomtechnikai megjelenése a fázisidőterv, fázisterv. Részlegesen védett járműmozgás: az olyan járműmozgás, amelynél a szabad jelzésen áthaladó járművek a KRESZ általános előírásai szerint elsőbbséget kötelesek adni jobbra bekanyarodásnál a velük párhuzamosan haladó gyalogosok, a jobb oldali kerékpársávon vagy kerékpárúton haladó járművek és az oldalfekvésű villamospályán közlekedő villamosok, valamint balra bekanyarodásnál a velük párhuzamosan haladó gyalogosok, a szemből érkező és egyenesen továbbhaladó vagy jobbra bekanyarodó járművek, a bal oldali kerékpárúton érkező járművek és az oldalfekvésű villamospályán közlekedő villamosok részére. Sárga villogó üzemmód „SV”: a jelzőlámpának a forgalomirányítás programszerű szükségtelensége vagy a rendőrség karjelzéses forgalomirányításának bevezetése, illetőleg más ok miatti kikapcsolása sárga villogó fényjelzésre. Szabad jelzés: a gyalogosok áthaladását, illetőleg a járművek továbbhaladását megengedő jelzés. Személysérüléses közúti közlekedési baleset: minden olyan közúton vagy közforgalomra megnyitott magánúton történt baleset, amelyben legalább egy mozgó jármű részt vett, és melynek következtében legalább egy személy meghalt vagy megsérült. Szükségprogram: A forgalomtól függő üzemmód, vagy a központi üzemmód zavara esetén alkalmazott állandó idejű jelzésterv. Tartószerkezet: olyan szerkezet (pl. oszlop, konzol, portál, tartósodrony stb.), amely a fényjelző készüléknek a megfelelő helyzetben tartására, és az erőhatások felvételére szolgál. Tilos jelzés: a gyalogosok áthaladását úttestre lépését, illetőleg a járművek továbbhaladását megtiltó (megállásukat előíró) jelzés. Tömegközlekedési jármű: a villamos, a trolibusz és a menetrend szerint közlekedő autóbusz. Tömegközlekedési jelző: fényjelző készülék a tömegközlekedési járművek irányításának kizárólagos céljára, a jelzőlámpával szabályozott helyeken. Üzemmód: a közúti forgalomnak kijelzett jelzések vezérlésére használt közúti fényjelző vezérlőberendezés bizonyos állapota (pl. készenléti üzemmód, kézi üzemmód, szabályos üzemmód, hibamód). Védett járműmozgás: az olyan járműmozgás, amelynél a járművek a szabad jelzés megjelenése után úgy haladhatnak át a csomóponton, hogy sem más járművel, sem gyalogossal nem kerülhetnek konfliktusba. 2.3

A közúti jelzőlámpás forgalomirányítás története

A forgalomirányítás történetéről átfogó írást közölt Szabóné Kamarás Csilla [35], a következőkben ebből találunk válogatott fejezeteket:

2.3.1 Nemzetközi áttekintés (Részlet [35]) 1868. december 10-én létesítették a világ első közúti jelzőlámpáját Londonban, a Bridge Street és a New Palace Yard sarkán. Ez egy kétállású szemafor-szerű jelző volt, amely vízszintes állásban megállást, 45º-ban pedig lefelé hajolva óvatos áthaladást jelzett. A jelzéseket éjszaka piros ill. zöld

15

Közúti közlekedési automatika fény is kiegészítette. A gázüzemű lámpa nem sokkal az üzembehelyezés után felrobbant és többé nem állították helyre. 1913-ban Clevelandben (USA) készítette az első elektromos jelzőlámpát James Hoge. Az izzóval és homorú tükörrel kialakított jelzés csak nappal működött. Hamarosan felismerték, hogy egy csomópontot izoláltan jelzőlámpával szabályozni nem elegendő, 1917-ben Salt Lake Cityben koordinált jelzőlámparendszert létesítettek. Ez volt az első összehangolás, az első ún. „zöldhullám”. Kezdetben miden jelzés két színnel, pirossal és zölddel működött. Az első sárga jelzést 1918-ban New Yorkban alkalmazták. Ebből az időből származnak az első forgalomirányító tornyok is, amelyekből a közlekedési rendőrök a forgalmat kézi kapcsolással irányították. Európában először 1920-ban, Londonban létesült a Piccadilly téren forgalomirányító fényjelző készülék. 1924-ben Berlinben a Potsdamer Platz-on építették az első jelzőlámpát, ez sokáig a város jelképe is volt. Berlinben 1926-1928 között már 60 befüggesztett jelzés biztosított nagyon jó zöldhullámot. Az USA-ban 1928-ban már forgalomtól függő berendezések működtek. Az első jelzőlámpa Bécsben 1930-ban létesült (három évvel később mint Budapesten). Európában a világháború miatt gyakorlatilag megszűnt a jelzőlámpás forgalomirányítás, csak 1950ben kezdtek ismét szaporodni ismét a rendőrök által kézzel vezérelt jelzőlámpák. A jelzőlámpás csomópontok számának növekedésével a szabályozás elméleti kutatása is fejlődésnek indult. 1956-ban Krell készítette az első meghatározásokat a zöld hullám sávjának megfelelő szélességéről. Krell számításait továbbfejlesztve 1964-ben Little meghatározta a zöld hullám maximális sáv szélességét. 1974-ben Netsim mikroszkópikus és makroszkópikus szimulációra végzett vizsgálatokat. 1977-ben Németországban megjelent az első RILSA (Richtlinien für Lichtsignalanlagen), amely az első tervezési irányelv volt jelzőlámpás tervezéshez, üzemeltetéshez. Többek között a zöld hullám sávjának meghatározását grafikus módon adta meg. A RILSA újabb kiadása 1992-ben jelent meg, amelyben a legfontosabb talán a jelzőlámpás irányítás telepítés indokainak meghatározása. Az előző előírással ellentétben jelzőlámpát nem ott kell telepíteni, ahol kapacitáshiányok jelentkeznek, hanem ahol a forgalombiztonsági helyzet javítása, a forgalomlefolyás minőségének javítása, környezetvédelmi szempontok miatt ez szükséges. A jelzőlámpa tervezésnek ez ma is az egyik legalaposabb segédanyaga. Amerikában 1965-ben jelent meg az első Highway Capacity Manual (HCM) amerikai forgalomtervezési útmutató, amelynek, 1985-ben a második, 1994-ben a harmadik és 2000-ben a negyedik kiadása. Az első még nem, de a második kiadás már igen részletesen foglalkozik a jelzőlámpás tervezéssel.

2.3.2 Magyarországi áttekintés (Részlet [35]) 1927. január 1-én helyezték üzembe Budapesten az első jelzőlámpát a Nagykörút – Rákóczi út kereszteződésében. A lámpát kézzel kellett működtetni, jelzésképei nem egymás alatt helyezkedtek el, hanem egymást váltották. A jelzés egyetlen fényforrásból állt, amelyet egy színes üvegkoszorú vett körül. Ezen egymással szemben két zöld, erre merőlegesen két piros és közöttük átlósan négy sárga jelzés volt. A sárga jelzés hatékonyságát rövid ideig villanycsengővel fokozták. A jelzőlámpa a két útkereszteződés felett, a keresztezés középpontjában függött, a rendőr alatta állt és a lámpából lelógó hosszú rúd forgatásával működtette. Szolgálatának végeztével az 5m-nél hosszabb rudat kiakasztotta a készülékből és bevitte az EMKE épületébe, majd reggel váltótársa visszatette és folytatta a szolgálatot. A jelzőlámpák éjjel nem működtek (ez egészen a hetvenes évekig így volt). Fényét messziről látni 16

Közúti közlekedési automatika lehetett, viszont hátránya volt, hogy közelről nehezen volt észlelhető és a gyalogosok átkelését nem irányította kellően. A berendezés kedvező tapasztalatokkal működött, ezért 1927-29 között már tíz ilyen berendezést üzemelt. Nagyon hosszú periódusidővel (gyakran akár több mint 300s-mal is) működtek. Budapesten az első járda szélén oszlopra szerelt jelzőlámpa 1938-ban a Szt. István körút és Csáky utca keresztezésében volt. A jelzőfej három, egymás alatt sorrendben piros, sárga és zöld világítótestet tartalmazott irányonként. Azokon a helyeken, ahol a keresztezés kialakítása nem tett szükségessé különleges megoldást, a négy járdasarokra egy-egy lámpafej került, amely a jelzést háromhárom irányba mutatta, így kilenc lámpát tartalmazott. Így a gyalogosok és a járművezetők is jobban láthatták a jelzéseket. 1938-45 között 15 keresztezésben szereltek fel ilyen jelzőlámpákat. A berendezéshez tartozó kapcsolószekrényben helyezték el a működtetéshez szükséges nyomógombot, továbbá a kapcsolásokat végző mechanikus szerkezetet. Ez a berendezés a zenélő óra elvén működött - öt bütykös tárcsa volt (egy-egy a két zöld irány, egy-egy a két piros irány, egy pedig az összes sárga lámpák be- és kikapcsolására). A tengelyt a forgalomirányító rendőr nyomógomb működtetésével forgathatta. 1940-44 között üzemelt az Andrássy úton az első zöldhullám. Az egymáshoz közeli két csomópontban az egyik csomópont rendőri kézi irányítással, a másik 3s-os eltolással elektromotorral működött. A főútvonalon haladó járművek így legfeljebb egyszer kaptak piros jelzést. A Szent István körút három kereszteződésében (a Pannónia utcánál, a Csáky utcánál és a Visegrádi utcánál) 1943. november 25-étől működött az első zöldhullám automata. Egy évig, a Margit-híd felrobbantásáig működött. 1944. december 24. és 1945. február 13. között Budapest ostroma alatt a közlekedés gyakorlatilag leállt. A háború után a közlekedési rend egyedüli fenntartói a szovjet hadsereg alakulatainak forgalomirányítói voltak. Az első kísérlet a jelzőlámpás szabályozás visszaállítására 1945. szeptember 27-én történt sikertelenül. A próbálkozások ellenére csak több mint egy évvel később 1946. novemberében adták át a forgalomnak a háború utáni első jelzőlámpát a Rákóczi út és a Nagykörút kereszteződésében, és megkezdődött a Király utca és a Nagykörút kereszteződésében is a jelzőlámpa felszerelése. A fővároson kívül 1959-ben, Miskolcon helyezték üzembe az első vidéki jelzőlámpát, amit a közlekedési rendőr a magasra épített emelvényből kézi vezérléssel irányított. A következő mérföldkő 1965. június 20-a, ekkor indult az első magyar gyártású elektronikus berendezés próbaüzeme. A Kiskörúton, az Andrássy úton, a Nagykörúton és a Rákóczi úton, valamint ezek meghosszabbításában telepítettek az Elektronikus Mérőkészülékek Gyára által kifejlesztett, összehangoltan működő lámparendszert. A berendezésekkel a tervek szerint meg lehetett volna oldani bármilyen bonyolult jelzési folyamatot, a jelzőlámpák koordinációját, a hibás kapcsolások elleni reteszelést és akár a diszpécserközpontba való bejelzéseket is. Azonban a próbaüzem nem hozta meg a várt eredményt (túlmelegedett; nem biztosított zöldhullámot, sokszor minden egyes kereszteződésnél piros jelzést adott), így a berendezéseket leszerelték és a gyártásukat megszüntették. A kedvezőtlen hazai tapasztalatok után az osztrák WSW (Wiener Schwachstrom-Werke) által gyártott Siemens-rendszerű berendezést állítottak fel 1967. május közepén a Hősök terén. A berendezés kifogástalanul működött. A svéd licenc alapján Jugoszláviában előállított Ericson-rendszerű, Tesla gyártmányú berendezéseket is hosszú éveken át és jó tapasztalatokkal alkalmazták hazánkban (még ma is működnek ilyen csomóponti gépek). Az első gépeket 1969 elején a Népköztársaság útján, a Bajza utcai, SzinnyeiMerse utcai, Izabella utcai és Lenin körúti keresztezések irányítására állították fel. A főváros vezetői végül e jelzőberendezések alkalmazása mellett döntöttek.

17

Közúti közlekedési automatika 1971-75 között a IV. ötéves terv idején többszörösére növekedett a jelzőlámpával szabályozott csomópontok száma, az elavult berendezések zömét kicserélték. 1975 végére már 180 berendezés működött Budapesten. Ez a tíz évvel ezelőttihez képest már közel tízszer több. 1978-80 között egy Vilati-Fiskars együttműködésnek köszönhetően 40 db ilyen berendezést telepítettek elsősorban Budapesten. További elterjedését azonban az importkorlátozás megakadályozta. A hazai gyártású gépek továbbfejlődéseként 1978-ban készültek a Vilati által gyártott FB típuscsalád első gépei. Ezek az FB-016 jelű alacsony integráltságú áramköri lapokból épített berendezések teljes mértékig megfeleltek az akkori műszaki fejlettségének és a forgalmi igényeknek. Közel 300 ilyen csomóponti gép működött az országban, jó tapasztalatokkal. 1981-ben a korábbi FB-016 jelű gépeket korszerűsítették, újjátervezték magas integráltságú elemek felhasználásával. Az így kialakított mikroprocesszor által vezérelt FB-16/M típusjelű berendezés egyre inkább elterjedt. Tíz darab ilyen típusú gép készült el, ebből hat került beépítésre, hosszú ideig működtek kedvező tapasztalatokkal. A fővárossal ellentétben az országos közutakon a jelzőberendezéseknek ekkor három típusa volt használatos: a Tesla PSV (jugoszláv gép); a PécsII elnevezésű (pécsi Kardos Imre fejlesztése); Debrecen típusú (debreceni Gergely Lajos fejlesztése). 1979. április 17-én helyezték üzembe az első Budapesti Forgalomirányító Központot, amelyben két önálló alrendszer működött. Ekkor 16 jelzőlámpás csomópont volt a központhoz kapcsolva, a szűken vett belvárosban. A terepi berendezésekbe előre megtervezett, a helyszínen egyedileg programozott időtervek kerültek. A futtatható programok száma átlagban 2,3 program/gép értékre adódott. Néhány csomópontban érte el csak a programszám a maximálisan elérhető 6 db-ot. Az irányítási terület bővülése és a technikai fejlődés a 80-as évek közepére kikényszerítette az irányítás továbbfejlesztését, így 1984 első felében megkezdte a szolgálatot a Siemens rendszerű, számítógépes vezérlésű forgalomirányító központ. Ekkor a fővárosban a központi felügyelet alá vont jelzőlámpás csomópontok száma 50 körüli volt, ez lefedte a teljes Kiskörutat, és a Nagykörút túlnyomó részét, az összekötő főutakkal, a Rákóczi úton a Baross térrel bezárólag, valamint az Üllői utat a Nagyvárad térig. A csomópontok zömét a központ úgynevezett továbbítópontos üzemmódban vezérelte. A központban a csomóponti igényektől függően 4-10 programot tárolt a számítógép. Ezek között egyes csomópontoknál időterv szerint, másoknál a pillanatnyi (detektorokon mért) forgalomtól függően automatikusan (TASS-logikával) választott a számítógép. A következő öt év alatt a teljes Pest-Budai körút és a Dózsa György út – Fiumei út által körbezárt terület, majd a 90-es évek első felében az észak-budapesti térség csomópontjainak többsége került központra a Bécsi úttal, Szentendrei úttal, az Árpád úttal és a Hungária körúttal együtt. Az 1992. április 30-án átadott Észak-pesti alközpont megépítésével egyidőben a központ szolgáltatásai is bővültek. Az Észak-pesti alközpont az Árpád-híd metrómegálló területén (BKV-területen) került kialakításra, mivel ekkor a jelzőlámpás forgalomirányítás még a BKV-hoz tartozott. A fejlesztést követően a fő- és tartalék számítógépek (Siemens M70-es) azonos szolgáltatási színvonalon képesek ellátni a centrum terület vezérlését. Üzembehelyezésre került az alközponti terület felügyelő számítógépe (M56-os) és az alközpontokat koordináló központi felügyelő számítógép (ZBR-M56). A csomópontok száma ekkor meghaladta már a 350-et. 1995. november 3-án helyezték üzembe a Dél-budai alközpontot a Szerémi úti gyalogos aluljáróban. Az eddig alkalmazott BEFA 12-es adatátvitel mellett az akkor legkorszerűbb BEFA 15-ös kommunikáció is megvalósult az új alközponti területen. A főközpontban kezelőbarát munkafelületet biztosított az akkor telepített PSM (Plus-Systemmanager). 1996. december 13-án adták át a főváros harmadik, Dél-pesti alközpontját, amely a Határ úti metrómegálló aluljáró részében került kialakításra. A jelenlegi budapesti forgalomirányító rendszert részletesen a 6.2 fejezetben mutatjuk be.

18


3

A közúti forgalom mérése

Az adatgyűjtés során felmerülő legelső kérdés, hogy milyen adatokra is van szükségünk? A forgalmi adatgyűjtés végtermékeként azokat az értékeket kell előállítanunk, amelyekre a forgalomirányításnak szüksége van. A probléma akkor adódik, amikor a kívánt jellemzők valamelyikét nem tudjuk közvetlenül mérni, és azt valamilyen összefüggés segítségével kell meghatározni. Ezek után felmerül a kérdés, hogy mit tudunk mérni, illetve ezekből miként tudjuk előállítani az irányítás által megkövetelt paramétereket.

3.1

A járműforgalmat jellemző változók és paraméterek

Mielőtt bármilyen beavatkozást vinnénk végbe a járműforgalom lefolyásában, ismernünk kell annak főbb jellemzőit és az egyes beavatkozások hatását. Az alábbi paraméterekkel jellemezzük a közúti forgalmat:

•

q : forgalomnagyság (jármű darabszám / időegység)

•

A forgalomnagyság egy adott keresztmetszetben, adott idő alatt áthaladt járművek számát jelenti.

•

ρ : forgalomsűrűség (jármű darabszám / hosszegység)

•

A forgalomsűrűség egy adott (megfigyelt) útszakaszon, az adott időpillanatban jelenlévő járművek számát jelenti.

•

v : sebesség (hosszegység / időegység)

•

vt : időbeli átlagsebesség (time mean speed), a megfigyelt útszakaszon közlekedő járművek sebességeinek átlaga (hosszegység / időegység)

•

vs : térbeli átlagsebesség (space mean speed), a megfigyelt útszakaszon közlekedő járművek által megtett teljes út osztva a teljes utazási idővel (hosszegység / időegység) N

∑v

i

•

vt =

i =1

N

vs =

Ndx

i=1,2…N a járművek száma; vi : az adott (i) jármű sebessé-

N

∑ dt

i

i =1

ge

•

tk : követési idő (időegység)

•

hk : követési távolság (hosszegység)

A forgalomáramlás alapösszefüggése (fundamentális egyenlete) a következő: q = v s ρ Az alapegyenletből az következik, hogy összefüggés van egy adott áramlat forgalomnagysága és forgalomsűrűsége között, és ez nem más, mint a sebesség.

3.2

A forgalmi adatok gyűjtése és számítása

Egy járműérzékelésre alkalmas berendezés képes arra, hogy a megfigyelt területen/keresztmetszetben elhaladt jármű jelenlétét érzékelje. Az alábbiakban meg kell vizsgálni ezen információ felhasználásával, hogyan tudjuk előállítani a forgalomirányítás által megkövetelt para-

19

Közúti közlekedési automatika métereket. Az alábbi ábrán egy digitális jelfeldolgozású járműérzékelő mintavételezést látjuk, ezen végigkövethetjük a paraméterek előállításának menetét:

Határérték

t

tf : foglaltsági idő Ts : mintavételi idő

tf

1

Ts

0

t ….000011111111110000... 5. ábra A digitális járműérzékelő mintavételezése

3.2.1 Mérési elrendezés Az alábbi ábra a detektor hurkok egy lehetséges mérési elrendezését mutatja.

Hurok

Feldolgozó egység

Hurok

Hurok

Feldolgozó egység

6. ábra Detektor hurok mérési elrendezés egy, valamint két hurok esetén

Vannak olyan forgalomtechnikai paraméterek, amelyek csak kettő hurok adatiból számíthatók, ilyen általában a pillanatnyi sebesség, hiszen az a bejelentkezési időkből és a huroktávolságból számíthatók. Meg kell azonban jegyezni, hogy korszerű detektor típusok egy hurok mérési adatiból is képesek sebesség értéket mondani, mivel felhasználják azt a tényt, hogy az elhangolódás változási sebessége arányos a jármű sebességével. 20


3.2.2

Egy mérési pontból számítható paraméterek

Forgalomnagyság Mivel a detektor érzékeli a járműveket és azok számát adott idő alatt, ezért a legelső érték, amit megkapunk az a forgalomnagyság.

q=

N T

(1.)

q : forgalomnagyság ( jármű darab / időegység ) N: az adott ponton elhaladt járművek száma T: a megfigyelt idő intervallum Digitális hurokdetektor esetében: q =

n0−1 T

n0-1 : 0-1 átmenetek száma T : a megfigyelt idő intervallum Foglaltság Egy érzékelt járműnek a detektor feletti tartózkodási ideje a foglaltsági idő. A foglaltsági idők öszszege az összes időhöz viszonyítva adja a foglaltságot (%). N

f =

∑ dt i i =1

T

(2.)

f: a foglaltság (%) ; ti : az adott (i) jármű tartózkodási ideje a detektor felett Digitális hurokdetektor esetében: f =

100 * n1 * Ts T

n1 : az magas helyi értékű bitek száma T : a megfigyelt idő intervallum Ts : a mintavételi idő Követési idő Két jármű érzékelése között eltelt idő a követési idő (tk). Járműkategória Továbbá a rezgőkör elhangolásának képéből, tapasztalati úton következtetni lehet a jármű nagyságára (típusára).

21


3.2.3

Két mérési pontból számítható paraméterek

Sebesség A két érzékelési pontnál mérhető elhaladás (jelenlét) között eltelt idő és a érzékelők távolságából adódik a jármű pillanatnyi sebessége vi. Ebből a sebességből kiszámítható a térbeli és időbeli átlagsebesség értéke: N

vt =

vs =

∑v

i

i =1

N

(3.)

N N

1

i =1

i

∑v

(4.)

vi : az adott (i) jármű pillanatnyi sebessége N : járműszám Jármű hossz Mivel ismerjük az érzékelési pont felett elhaladt jármű sebességét és foglaltsági idejét, ezért meg tudjuk határozni a jármű hosszát (Li) és a követési távolságot (hk). A járműhossz ismerete segít a típus beazonosításánál, továbbá meghatározhatjuk az egységjármű hosszt („mean effective vehicle length”) L. N

L=

Li

∑v i =1 N

i

1 ∑ i =1 vi

(5.)

Járműsűrűség A foglaltság és a forgalomsűrűség között felírható egy arányos összefüggés, amely segítségével megkapjuk ezt a fontos paramétert: ρ=

f 100 * L

(6.)

f: a foglaltság (%) L: egység jármű hossz (m) Képfeldolgozáson alapuló (videós) járműérzékelő esetében a járműsűrűség közvetlenül megkapható. Példa 3.2.4 Az alábbi feladatban egy autópálya szakaszon szeretnénk felírni az alapegyenletet (fundamentális). Előzetes információk alapján a sebesség az alábbi összefüggés szerint alakul v = vf *e

22

( −0 , 5*(

ρ 2 ) ) ρ cr

(7.)

Közúti közlekedési automatika A feladat, hogy az előzetes mérési adatok alapján határozzuk meg az egyenlet ismeretlen paramétereit és rajzoljuk fel a sebesség- járműsűrűség és a forgalomnagyság – járműsűrűség grafikonokat. A modell illesztését identifikációval határozzuk meg. Az autópálya szakaszon folyamatos forgalomfelvétel működik, a két darab induktív hurokdetektorból álló mérőpont adatait 15 percenként regisztrálja egy archiváló berendezés. A regisztráció reggel 7 óra 00 perckor kezdődött és este 19 óra 45 percig tart. Ez alatt az idő intervallum alatt a járművek folyamatosan érkeznek a detektorhoz és elhaladnak felette. A következő táblázatban található számsor egy reggeli időszakban az első 15 perces méréseit tartalmazza az alábbiak szerint: Követési idő,

Foglaltsági idő,

Pillanatnyi sebesség,

Jármű hossz,

az előző jármű kihaladása (a második detektornál) és a most érkező jármű behaladása (az első detektornál) között eltelt idő másodpercben

azaz a jármű behaladása (az első detektornál) és a jármű kihaladása (a második detektornál) között eltelt idő másodpercben

a két mérési ponton (az első és a második detektornál) regisztrált áthaladási időpontokból és a detektorok távolságából számított sebesség

a jármű sebessége és a belépési illetve a kilépési pont között eltöltött időből és köztük lévő távolságból számított jármű hossza

A valóságban a 14 óra * 4 mérési táblázat, azaz összesen 56 ilyen mérési eredmény táblázat állna a rendelkezésünkre. A következő táblázatban csak az első 15 perces mérés eredményeit közöljük részletesen. Az első 15 perces mérési ciklus adatai: A mérési táblázat bal oldalon kezdődik majd a jobbra lévő oszlopokban folytatódik. 9

811

80

17

5

247

88

4.9

3

144

165

5.4

2

153

135

4.6

4

173

116

4.4

5

178

125

5

3

198

119

5.4

5

158

134

4.7

9

163

144

5.3

1

184

114

4.7

6

173

117

4.5

0

188

116

4.9

6

217

98

4.7

3

168

145

5.6

5

222

125

6.5

3

217

116

5.8

2

217

113

5.7

3

145

148

4.8

2

198

125

5.7

4

188

117

4.9

9

189

124

5.3

1

174

113

4.3

3

232

98

5.1

4

171

137

5.3

1

277

93

6

2

178

135

5.5

3

371

88

7.9

1

242

104

5.8

0

162

133

4.8

3

228

117

6.3

1

201

121

5.6

2

163

157

5.9

3

892

74

17.3

1

166

136

5.1

3

188

125

5.4

3

589

84

12.6

6

168

125

4.7

14

207

106

4.9

2

599

88

13.6

9

179

132

5.4

1

178

125

5

5

162

134

4.8

4

173

134

5.3

1

177

137

5.6

11

130

157

4.5

25

168

132

5

4

174

123

4.8

5

160

151

5.5

26

207

106

4.9

3

257

110

6.7

1

321

84

6.3

3

188

116

4.9

4

247

93

5.2

13

425

84

8.8

6

440

77

8.3

1

321

84

6.3

7

242

98

5.4

1

618

93

14.8

1

178

124

4.9

3

171

137

5.3

1

261

106

6.5

4

185

100

3.9

1

415

103

10.7

1

163

132

4.8

0

190

131

5.7

1

200

107

4.8

7

152

144

4.9

4

147

157

5.2

1

425

88

9.3

1

167

125

4.6

2

277

98

6.4

6

247

110

6.4

3

188

125

5.3

3

168

133

5

4

163

157

5.9

1

215

110

5.4

6

267

104

6.5

3

262

93

5.6

2

217

110

5.5

1

179

123

4.9

3

185

132

5.6

6

179

131

5.3

1

210

109

5.2

2

212

132

6.6

5

237

93

5

1

219

110

5.5

3

163

135

4.9

4

187

126

5.4

4

185

132

5.6

2

174

122

4.7

2

198

139

6.5

2

155

148

5.2

1

168

123

4.6

5

242

117

6.7

1

168

123

4.6

8

935

80

19.8

3

178

145

6

1

157

122

4.1

12

183

116

4.7

8

238

104

5.7

3

569

88

12.8

5

168

144

5.5

8

262

110

6.8

4

167

136

5.1

3

198

125

5.7

5

169

122

4.5

1

145

148

4.8

2

223

98

4.9

4

193

117

5.1

5

163

132

4.8

3

177

125

4.9

2

188

125

5.4

3

171

151

6

1

228

117

6.3

1

185

122

5.1

2

190

122

5.3

1

168

146

5.6

9

153

145

5

5

400

84

8.2

3

197

116

5.2

4

252

93

5.4

4

183

134

5.6

4

193

125

5.5

6

174

113

4.3

3

190

142

6.3

1

237

88

4.6

2

152

144

4.9

5

178

125

5

14

174

144

5.8

5

193

117

5.1

23

Közúti közlekedési automatika 6

190

122

5.3

1

177

136

5.5

0

174

113

4.3

2

227

104

5.4

11

1

177

1

203

125

5

13

183

117

4.8

1

125

5.8

0

163

142

5.3

2

277

89

5.7

2

196

113

5

1

1

182

126

5.2

2

212

103

4.9

4

207

117

5.6

2

196

132

6

1

161

147

5.4

4

182

137

0

166

125

4.6

1

262

93

5.6

4

306

3

831

84

18.3

18

1

172

125

4.8

1

190

106

4.4

2

176

152

6.3

3

1

198

127

5.8

1

707

88

16.2

0

179

132

5.4

1

201

122

3

291

93

6.4

1

206

113

4 1

173

125

4.8

1

196

157

132

4.6

0

207

1

182

138

5.8

1

2

227

104

5.4

0

237

104

2

173

134

1

163

2

148

125

3.9

282

93

6.1

6

54

122

0.6

173

134

5.3

6

197

116

5.2

2

301

88

6.2

1

163

121

4.3

5.7

3

213

117

5.8

2

157

132

4.6

93

6.7

1

193

117

5.1

2

185

131

5.6

208

110

5.2

2

371

84

7.6

2

801

80

16.8

301

93

6.6

4

178

125

5

4

252

89

5

7

252

98

5.7

9

221

124

6.4

4

192

109

4.7

5.6

9

167

125

4.6

6

217

109

5.4

7

172

135

5.3

5.3

5

218

104

5.1

6

267

104

6.5

1

213

110

5.3

113

5

0

172

136

5.3

17

163

132

4.8

1

163

132

4.8

113

5.4

1

697

84

15.2

0

168

132

5

8

185

132

5.6

178

125

5

2

195

115

5.1

6

218

110

5.5

3

233

110

5.9

3

633

98

16.1

2

242

88

4.8

6

188

125

5.4

2

178

115

4.5

5.6

2

569

88

12.8

2

185

132

5.6

0

203

119

5.5

1

192

126

5.6

5.3

1

244

113

6.5

5

163

125

4.5

1

628

88

14.3

4

174

142

5.7

132

4.8

3

195

113

5

4

252

110

6.5

2

190

113

4.8

11

416

68

6.7

162

124

4.4

1

206

114

5.4

2

94

125

2.1

0

219

111

5.6

2

361

80

6.9

4

227

104

5.4

6

277

93

6

19

147

122

3.8

4

174

144

5.8

1

184

123

5.1

1

166

125

4.6

2

218

106

5.2

4

197

127

5.8

2

811

84

17.8

0

163

144

5.3

3

174

144

5.8

9

242

98

5.4

1

179

132

5.4

1

200

114

5.2

1

311

81

5.8

1

156

147

5.2

2

206

107

4.9

1

223

104

5.2

2

190

122

5.3

1

199

117

5.3

6

183

117

4.8

10

188

126

5.4

1

243

88

4.8

1

200

115

5.2

1

163

144

5.3

4

588

81

12

2

184

124

5.1

2

187

128

5.5

•

Számítsuk ki a 15 perces intervallumban a teljes foglaltsági időt. Ehhez össze kell adni a detektor foglaltsági időket (2 oszlop) és el kell osztani a teljes idővel. Foglaltság: o = 59605 ms / 15* 60s = 6.622778 %

•

Számítsuk ki a térbeli átlagsebességet a (4.) képlet alapján a pillanatnyi sebességek felhasználásával: 113.9921 km/óra

•

Számítsuk ki az egységjármű hosszt a (5.) képlet alapján: 6.29607 m

•

Számítsuk ki a maximális járműsűrűséget 1000 méterre vetítve: 1000 / 6.29607 = 158.82913 ejm/km

•

Számítsuk ki az aktuális járműsűrűséget: 158.82913 * 6.622778 % = 10.5189 ejm/km

Az alábbi táblázat összefoglalja az eredményeinket és kibővíti a többi mérési ciklus, már kiszámított adataival. idő

24

jármű(db) foglaltság(%)

Eff. L

Térbeli v.átl.

Max ρ

Aktuális ρ

700

253

6,62

6,29

113,99

158,83

10,52

715

238

6,32

6,26

111,84

159,62

10,09

730

218

5,4

6,26

120,05

159,65

8,61

745

248

6,34

6,24

115,91

160,26

10,16

800

230

6,07

6,35

113,98

157,34

9,56


228

5,84

6,43

118,77

155,4

9,07

830

224

5,82

6,31

115,11

158,43

9,22

1600

191

5,63

6,99

110,63

142,9

8,05

1615

171

4,7

6,53

111,87

153,08

7,2

1630

200

5,75

6,31

103,99

158,24

9,11

1645

174

5,04

6,43

104,86

155,47

7,84

1700

187

5,62

5,97

94,86

167,49

9,42

1715

188

4,98

6,16

110,77

162,17

8,07

1730

175

4,6

5,59

102,82

178,71

8,24

1745

199

4,99

5,95

113,35

168,16

8,4

1800

168

33,82

5,17

11,08

193,37

65,4

1815

168

29,15

7,6

17,26

131,49

38,32

1830

164

19,18

4,93

19,07

202,87

38,92

1845

150

13,92

6,29

31,41

158,84

22,11

1900

161

19,67

5,55

21,48

180,19

35,45

1915

146

23,38

5,59

16,32

178,61

41,76

1930

139

12,1

5,52

30,24

181,32

21,95

A következőkben ábrázoljuk a mért adatokat és illesszünk hozzá egy függvényt. A közelítő eljárás után az alábbi összefüggést kapjuk: v = 120 * e

( −0 , 5*(

ρ 20

)2 )

140

120

sebesség (km/h)

100

80 Mért átlag sebesség Modell

60

40

20

0 0

20

40

60

80

jmű sűrűség (jm/km)

25


forgalom nagyság (jm/h)

1400 1200 1000 Mért forgalomnagyság

800

Modell

600 400 200 0 0

20

40

60

80

jmű sűrűség (jm/km)

7. ábra A sebesség – járműsűrűség – forgalomnagyság összefüggései (a példa eredménye)

3.3

Automatizált forgalomszámláló és kiértékelő rendszerek

3.3.1 Bevezetés A járműérzékelők által összegyűjtött adatokból a forgalomirányításhoz szükséges minden változó előállítható az előző fejezet szerint. Ezen adatok előállítását nem célszerű a központi egységbe építeni sokkal előnyösebb, ha a feldolgozást már járműérzékelőket kezelő egység (pl. detektor vezérlő kártya) elvégzi, vagy legalább is jelentős előfeldolgozást végez. Ennek segítségével a folyamatok jobban elkülöníthetők és az egyes egységek csupán pár paraméter egymás közti adatcseréjével érintkeznek. Ez a módszer a fejlesztést is jelentősen megkönnyíti. A mérésekkel kapcsolatban az elsőnek feltehető kérdésünk az, hogy mikor van szükség közúti adatok mérésére. A közúti forgalmi áramlatok paramétereinek mérése forgalomtechnikai szempontból két terület számára elengedhetetlen, melyek a következők: • új létesítmények tervezéséhez szükséges alapadatok gyűjtése, • meglévő rendszerek működtetéséhez, módosításához, fejlesztéséhez szükséges jellemző adatok felvétele A járműérzékelő eszközök által szolgáltatott adatokat felhasználhatóságuk szempontjából történő csoportosításuknak van más lehetősége is: • forgalmi vizsgálatok, (forgalomszámlálások, statisztikák, elemzések, becslések) • forgalomszabályozás, (hálózatokon, hálózatrészeken, útvonalakon, csomópontokon) • speciális alkalmazások, (járműfajták szerinti vizsgálatok, tömegközlekedés prioritásának biztosítása, parkolási rendszerek, sebesség befolyásolás, váltakozó irányú sávhasználat stb.) A mérések csoportosítására a forgalomtechnika tudománya többféle csoportosítást használ, ezek közül az adatgyűjtő eszközökkel kapcsolatban a legfontosabbak a következők: • 26

térbeli forgalomfelvételek lehetnek:

Közúti közlekedési automatika •

helyi (útkeresztmetszeten, csomóponton) hálózati (városi és városok közötti útvonalakon)

időbeli forgalomfelvételek lehetnek: - teljes körű (minden járműről minden előre definiált jellemző paramétert rögzíteni kell a mérés teljes időtartama alatt) - mintavételes (előzetesen meghatározott időszakokra a jellemző paraméterek mérése és rögzítése)

Korszerű közúti forgalmi adatgyűjtők eszközönként más és más mérést szolgáltatnak, az eszközök kialakításától, telepítésétől és darabszámától függően. Az útkeresztmetszeten végzendő statikus méréseknek a bonyolultsági sorrendben a következő paramétereket mérhetjük: • • • • •

forgalomnagyságot követési időközt járműsűrűséget sebességet követési távolságot

[Ejm/h], [mp], [Ejm/km], [km/h], [m],

Ezeken a forgalomtechnikai paramétereken túl, még a járműfajták megkülönböztetésére is van lehetőség, ez általában 3-5 járműkategóriát jelenthet, amelyek a következők: • • • • •

kerékpár, motorkerékpár, személygépkocsi, motorkerékpár, busz, tehergépkocsi.

A mérőeszközöket telepítésük alapján a következő két csoportban sorolhatjuk: • •

statikus mérésre alkalmas, dinamikus mérésre alkalmas.

Statikus mérés: Azokat az eszközöket értjük, amelyek – függetlenül a mérés céljától – a közút, vagy környezete egy fix pontján kerültek telepítésre. Ezek valós idejű adatszolgáltatásra képes eszközök. Dinamikus mérés: Olyan mérőeszközöket, amelyek a forgalmi mérések esetén a egy járműbe telepítik, és a paramétereket (út-idő, vagy sebesség-idő adatpárokat, marker jeleket, menetdinamikai-, vezetéskényelmi értékeket, láthatósági jellemzőket stb.) az eszköz a forgalommal együtt haladva a közlekedés közben folyamatosan rögzíti, az eredményeket utólagosan értékelik ki. A forgalmi adatgyűjtő eszközök berendezés-technikailag statikus mérőeszközök. Ezeket az eszközöket bonyolultságuk szerint a következő csoportba sorolhatjuk: • • •

járműérzékelők, szelektív járműérzékelők, járműazonosítók.

Mind három esetben beszélhetünk passzív és aktív rendszerekről. Aktív rendszer: A mérőeszköz működéséhez valamilyen a járművön elhelyezendő eszközre van szükség amely valamely elv alapján az érzékelőnek extra információkat szolgál.

27

Közúti közlekedési automatika Passzív rendszer: A mérőeszköz helyes működéséhez nem kell a járműre semmiféle kiegészítő eszközt telepíteni. A járművek detektálásának fizikai elve szerint a következő besorolást készíthetjük el, ezek a következők: • • • • • • • • • • • • • 3.3.2

elektromos kontaktus (kontakt detektor, felsővezeték érzékelő), pneumatikus, induktív, ultrahangos, piezo érzékelő, videós, fénysugár, infravörös, radar és lézer elvű, mágneses, rádiós, mikrohullámú, műholdas, Elektromos kontaktus(kontakt detektor, felsővezeték érzékelő)

Kontakt detektor A kontakt detektor egy régebbi típusú megoldás. Általában 1.2m - 2.4m közötti hosszúságuk b. 30 cm széles fémkeret, amely gumiszövetbe rögzített fémlemez van helyezve. A jármű súlyának hatására a fémkeretből és a felső lemezből álló érintkezőpár záródik. A kapcsolások számlálót működtetnek. Felsővezeték érzékelő Budapesten napjainkban egy adott csomóponthoz a villamos jármű „közeledéséről” szinte kizárólagosan csak ilyen eszközök adnak tájékoztatást. A „tiszta közúti - villamos” kereszteződésekben ilyen bejelentkező eszköz működteti a KRESZ előírásai szerint telepített háromfogalmú (villogó-sárga, merev sárga, piros jelzésképű) útátjáró fedező berendezéseket is. Napjainkban elektromechanikus és elektronikus típusokat egyaránt alkalmaznak. Az elektromechanikus (jelfogós) úgynevezett „laza felsővezetékes detektor” jeladója egy, a villamos táplálását szolgáló munkavezetékkel párhuzamosan elhelyezett, külön szigetelt vezetékszakaszból áll, amely egy relével van összekapcsolva. A villamos jármű érkezésekor az áramszedő kapcsolatot (zárlatot) létesít a két vezeték között, ezt érzékeli egy jelfogó, és ennek jelére léphet működésbe a forgalomirányító készülék (pl. adhat igényfázist), vagy az útátjáró fedező berendezés. Előnyei: a viszonylag olcsó telepítési lehetőség, valamint az, hogy egyszerűen, jól illeszthető a villamosvasút jelző-, és biztosító berendezésének kialakításához. Hátrányként jelentkezik, hogy már önmagában is igen drága (alapárában és elektromos illesztőiben), valamint különösen fontos a munkavezeték, valamint a jeladó áramkör közötti szigetelés megfelelő értéken tartása, továbbá az, hogy (nem olcsó) rendszeres karbantartást, felülvizsgálatot igényel, mert dér-, vagy jégképződés esetén az érintkezési problémák gyakorlatilag megbízhatatlan működést eredményezhetnek! Az elektronikus felsővezetékes detektor a villamos áramszedőjének érintése nélkül, csupán a szenzornak a vezeték „mellé érkezése” alapján lép működésbe. A nálunk általánosan használatos relés megoldás jellemzőihez képest előnye, hogy nincsenek mechanikusan igénybevett (koptatásnak ki28

Közúti közlekedési automatika tett) alkotóelemei, és az időjárás változásokra is kevésbé érzékeny, viszont a „sima” megoldáshoz hasonlóan igen drága! 3.3.3 Pneumatikus detektor A pneumatikus detektor egy rugalmas tömlő, amelynek az egyik végébe membrán van beépítve. A membrán közvetítésével alakítják át a tömlőn áthaladó járművek által létrehozott levegőimpulzust elektromos impulzussá. Az így kapott impulzusokat számlálják meg. A tömlőt az út tengelyére merőlegesen helyezik el. Általában ideiglenes mérésekre alkalmazzák. 3.3.4 Az induktív hurokdetektor Az induktív hurokdetektorok a járműérzékelés területén a közúti közlekedésben a legelterjedtebben használt eszközök. A hurokdetektorok alapkiépítésben nagy hasonlóak. Minden hurokdetektor áll magából az érzékelő hurokból, ehhez kapcsolódik a kiértékelő áramkörből, az ezeket az eszközöket összekötő kábelből (általában a hurok anyagával megegyező anyagú vezeték, melyet méterenként kb. 10-szer össze kell sodorni), valamint az energia ellátására szolgáló tápegységből. A hurokdetektorok mérési elve a következő egyszerű fizikai tényen alapszik: a hurokban keltett mágneses teret a hurok közelébe kerülő mágnesezhető anyag elhangolja. Az elhangolódás mértéke függ a mágnesezhető anyag méretétől, valamint a huroknak és az anyagnak a távolságától. Az induktív hurokdetektorok osztályozása: • • •

a kiadott jel hosszúsága szerint, a hurok mérete szerint, érzékelő speciális szolgáltatásai szerint (jármű azonosítás).

Jelenléti detektor: A jelenléti detektor mind addig amíg a jármű fölötte tartózkodik folyamatos jelet ad ki, ha a jármű nincs felette akkor pedig nem ad ki jelet. foglaltság

t (sec) hurokra lépés

lelépés

Áthaladási detektor: Az áthaladási detektor egy előre definiált hosszúságú jelet (impulzust) bocsát ki akkor, ha jármű van fölötte. foglaltság

t (sec) impulzus hurokra lépés

lelépés

29

Közúti közlekedési automatika Az induktív hurokdetektoroknak a mérési elvét tekintve két fajtáját ismerjük: az analóg, illetve a digitális elven működő hurokdetektort. Analóg hurokdetektor Hurok

Hurok meghajtó

Fázis eltolás érzékelő

Kiegyenlítő

Erősítő

Oszcillátor

Jelfogó

Kimenet

8. ábra Analóg hurokdetektor blokk diagramja

Az analóg hurokdetektor a hurokmeghajtó áramkörön keresztül a referencia oszcillátor által megadott frekvenciára van gerjesztve. Ennek a huroknak a frekvenciája hangolódik el a járművek fémtömegének a hatására, de mivel az analóg elvű frekvencia megváltozását nehéz volt a berendezés fejlesztésekor mérni, ezért a fázisszög változását mérjük. Ezt a fázisszög változást a berendezés a referencia oszcillátor fázisszögével hasonlítja össze és ha ez meghaladja a beállított szintet akkor ott járművet érzékel. (Ezt a 9. ábra szemlélteti, ahol az alapfrekvencia fázisszöge φ1 és a jármű által elhangolt hurokban mérhető fázisszög a φ2.)

y

φ φ

t 9. ábra Az analóg hurokdetektor működése (a fázisszög változás érzékelése)

A digitális hurokdetektor A digitális elven működő hurokdetektor, a mikroprocesszorok megjelenése után fejlődött ki az analóg elven működő hurokdetektorokból. Maga az érzékelést végző „hurok” ugyanúgy épül fel, mint az analóg esetben, a feldolgozó egység részeit tekintve hasonlóak, itt is kell egy a referencia frek30

Közúti közlekedési automatika venciát szolgáltató generátor, valamint egy hurok generátor, viszont az érzékelést végző elemek a digitális feldolgozásnál egészen másként működnek. A feldolgozó egység ebben az esetben a frekvenciát „leszámolja” és ezt a leszámolt frekvenciát hasonlítja össze a referencia frekvencia esetében leszámolttal. Egy digitális hurokdetektor blokkdiagramját mutatja a 10. ábra.

A

Hurok generátor A

Frekvencia Számláló A

Kapcsoló panel

Soros port Processzor + EPROM

Referencia generátor

Vezérlő

B

Hurok generátor B

Frekvencia Számláló B

10. ábra Az „M” detektor blokkdiagramja

y

t

A1

T

y

t

A2 y

t 11. ábra Digitális hurokdetektor működése

31

Közúti közlekedési automatika A hurok elhelyezése és kialakítása mindig az adott mérési feladatnak (forgalomtechnikai igénynek) megfelelően történik. A járműforgalom megfigyelésére szolgáló hurok alakjával, nagyságával kapcsolatosan általános alapelvként kimondható, hogy a megfigyelési terület megegyezik a hurok által bezárt területtel. A gyakorlatban legtöbbször alkalmazott hurkok hossza 1 és 3 méter között, szélessége 1,5 és 2,5 méter között van. A hézag mélysége az út szerkezetétől függően 3 és 10 centiméter között változhat, az általános hézagszélesség 7 és 10 mm között van. Az objektív adottságok folytán nálunk a svéd, illetve német telepítési technológia terjedt el, azaz, a kábelek az út felszínéhez viszonylag közel helyezkednek el (2,5 - 5 cm). A mikroprocesszornak a kielégítő minőségű elemzések elkészíthetőségéhez (biztos érzékelés) fontos a detektor elektronika érzékenysége, (régebben hangolhatósága,) és napjainkban saját önbeállító képessége. Az érzékenység oldaláról a huroknak olyannak kell lennie, hogy biztosan érzékelje az elhaladó járműveket, ugyanakkor nem lehet túl érzékeny sem, mert ez esetben a zavaró környezeti mellékhatások meghamisítják az eredményt és hibás bejelentkezéseket produkálnak. A biztos üzem érdekében az egységnek széles átfedési tartománnyal kell rendelkeznie. Például egy 2 * 1 méteres hurok esetében az induktivitás változása 0,01 és 5-6 % között változhat attól függően, hogy kerékpárról, személygépkocsiról, vagy kamionról van szó. A legnagyobb elhangolás akkor érhető el, ha a hurok alakja megegyezik az észlelni kívánt jármű körvonalával (ez alól kivételt képeznek a kerékpárok, ugyanis esetükben akkor érzékel a detektor a legjobban, ha a kerékpár a hurok egyik oldala mentén halad el). Mivel a telepítési technológia számára nem „ideális” egy gépkocsi alakú hornyot marni az útfelületbe, az „analóg időszakban” mindenféle eltolással (rombusz, paralelepipedon) próbálták növelni a hurok érzékenységét. Jelenleg ez már nem szükséges, megfelel az egyszerűen kialakítható négyzet, vagy téglalap-forma, mert a mikrogépes értékelő így is tökéletesen működik. A meglévő utakon a kábeleket elővágott hézagokba telepítik, új utak létesítésénél a hurokfektetés az útépítési folyamat része lehet, így elkerülhető az útfelület utólagos vágása, amely mindenképpen károsítja az út monolit felületét, viszont az alaprétegben elhelyezett hurok az újabb fedőréteg felvitelekor súlyosan megsérülhet. Speciális induktív hurokdetektorok is telepíthetőek, amelyek az átlagostól a hurok méretében, illetve a kiértékelő egység által szolgáltatott információk forgalomtechnikai jellemzőiben térnek el. Ilyen hurokdetektorok (teljesség igénye nélkül): • • • •

Mérőgomba, Miniloop, Long loop detektor, Járműszelekcióra képes induktív hurokdetektor.

Mérőgomba A mérőgomba tulajdonképpen egy kicsi hurokdetektor speciális házba építve. A kialakítása során a tervezők arra törekedtek minél kisebb, könnyen mozgatható „kompakt” mérőeszközt tervezzenek. A berendezés telepítése a készülék mozgathatóságának érdekében, előzetesen a város kijelölt pontjain a szabványos (kb. 15 cm átmérőjű) út-mintavevő fúróval kb. 20 cm mély lyukakat fúrtak. Ebbe kellett beleragasztani egy perselyt, amelyet egy zárható sapkával kell ellátni, hogy a méréseken kívüli időszakokban szennyezés, sár, stb. ne kerüljön a lyukba. Mérések alkalmával a sapkát leveszik és a perselybe a mérőgombát helyezik el, rögzíthető módon. A készülék a beépített akkumulátorról kb. egy hétig végezte az előre beállított mintavételi időtartammal a mérést, majd a gombából az eredményeket kiolvasva azt vagy visszateszik, vagy más mérési ponton használják. A mérőgomba prototípusát láthatjuk az alábbi ábrán

32


12. ábra Mérőgomba szétszerelt állapotban

Miniloop detektor A hurkok telepítése mindig is alapvető, mondhatnánk kényes kérdése volt ezen mérési elv megbízható alkalmazásának. Több cég ezért fejlesztett ki úgynevezett „mini hurkos” mérőeszközöket (13. ábra). Ennek lényege, hogy csak kb. 15 - 20 cm oldalhosszúságú, négyzet alakú, kb. 3 cm mélységű hézagot kell készíteni. Az ilyen rendszerek legnagyobb előnye az olcsóbb és egyszerűbb telepítés, hátránya pedig az, hogy csak a hurok felett elhaladó járműveket tudja érzékelni, tehát a sávközépen elhaladó járműveket érzékeli a hurok, viszont a sávszéleken haladókat nem.

13. ábra A CANOGA cég „MODEL 701” típusú microloop érzékelője

Long loop detektor A Long Loop, vagy Large Area érzékelők a normál hurkokkal szemben a figyelt sávban kb. 50-80 méter hosszúságban helyezkednek el. Így az ilyen módon telepített hurok az általános hurokkal szemben több adatot szolgáltat (pl. forgalom sűrűséggel arányos számot). Bár felhasználását tekintve nem terjedt el, de forgalomtechnikai „MIKRO” mérések során jól alkalmazhatóak. Az ilyen rendszer másik nagy előnye az, hogy a tömegközlekedésben résztvevő jármű zöld nyújtást kezdeményezhet a csomóponttól még megfelelő távolságban. A hurok legnagyobb hátránya a telepítési költség, amely a normál hurok költségeinek akár többszöröse is lehet, valamint a rendelkezésre állást erősen befolyásolja a hurok méretével együtt növekedő meghibásodási valószínűség. Járműszelekcióra képes induktív hurokdetektor

33

Közúti közlekedési automatika Ezek egyetlen hurokkal is adatokat szolgáltatnak egy jármű közelítő sebességére és fajtájára. A mérés alapja egy elektromágneses elhangolási görbe (14. ábra), amelynek emelkedési szögéből a sebességre, alakjából a jármű típusára lehet következtetni.

14. ábra Az egyes járműtípusokra jellemző mágneses elhangolódási görbék

3.3.5 Az ultrahangos járműérzékelő Az ultrahangos járműérzékelés kifejlesztésének alapfeltétele a mikroprocesszorok megjelenése volt. Maga az elv nagyon egyszerű: a természetben is megtalálható tájékozódási módszert másolja le az érzékelő berendezés. A denevérek a kibocsátott ultrahangok visszaverődési idejéből tudják azt, hogy egy tárgy került az útjukba, a berendezés is így „látja” meg az útpályán haladó járművet. Az érzékelés alapelvét a következő ábrán követhetjük nyomon.

Piezo adó

1.

Piezo adó

2.

Piezo adó

3.

15. ábra Ultrahangos érzékelő működési elvének sematikus ábrája

34

Piezo adó

4.

Közúti közlekedési automatika (1) Ultrahangadó adás állapotban, (2) Ultrahangadó vétel állapotban, nincs jármű az érzékelő alatt, (3) Ultrahangadó adás állapotban, jármű van az érzékelő alatt, (4) Ultrahangadó vétel állapotban, járműről visszavert hanghullámok érzékelése. A berendezés felépítését tekintve a következő elemekre bonthatóak: • • • •

Adó-vevő egység (piezo kristály) Analóg csatoló áramkör Mikrogépes feldolgozó egység Áramforrás (ez lehet fix táplálás vagy akkumulátoros)

A berendezés elemeit egy házba (mérőfejbe) építik be.

16. ábra A BME-n fejlesztett ultrahangos mérőberendezés prototípusa

A készüléket a figyelt útpálya fölé kell elhelyezni maximálisan olyan magasra, amit a ciklikusan kibocsátott ultrahang csomagok visszaérkezési ideje (hangsebességgel) lehetővé tesz. A mérőeszköznek alaphelyzetben „látnia kell” az út felszínét (ez 20 KHz-es kristály alkalmazása esetén kb. 8 méteres magasságot jelent). A járműveket a berendezés a következő képen érzékeli, a berendezés egy mikrohullámú csomagot sugároz le az útfelület felé, majd a piezo kristály adófunkcióból vevő funkcióba vált, és várja a viszszaverődést, ha nem tartózkodik jármű a vizsgált útfelületen, akkor a visszaverődés az útfelületről történik meg. Ilyenkor a kibocsátás és a visszaverődés között eltelt időből visszaszámolva az érzékelő magasságát kapjuk vissza, míg ha az érzékelő alatt jármű tartózkodik, akkor az „ideális” viszszaverődött jeltől eltérően egy torzult jelet kapunk vissza, ez a jeltorzulás a jármű méreteivel arányos. Megfelelő feldolgozó program használatával az eszköz járműszelekcióra is képes, valamint két kristály alkalmazásával a jármű mozgásának irányára és a közelítő sebességét is meg lehet határozni. A mérés során az ultrahang sebessége nagyban változhat a környezeti változók hatására (hőmérséklet, páratartalom stb.), és ez a mérést meghamisíthatja, ezért a berendezés kb. 2 percenként újra hitelesíti önmagát. Ezzel a hang terjedési sebességének a lassú változásait ki lehet szűrni, viszont a berendezés nincs felkészülve az ultrahangot elnyelő járművek érzékelésére, valamint a berendezés helyes működését befolyásolhatják más ultrahangot kibocsátó berendezések zavaró hatásai, ilyen esetben a berendezés megbízhatatlanná válhat és meghamisíthatja mérést. Ezért célszerű olyan tartományban dolgozó piezo kristályokat alkalmazni, amelyek tartományban dolgozó más berendezések nincsenek a közúti forgalomban. A mérés folyamatát a következő ábra szemlélteti:

35

Közúti közlekedési automatika 50 ms

U 5 ms

adás

vétel

t

17. ábra Az ultrahangos mérés folyamata

Az alakfelismerés lehetőségét mutatja be a 18. ábra.

18. ábra A mérési elrendezés és a „letapogatás”

Az érzékelő telepítése nagyon egyszerű, az útpálya felett elhelyezett konzolokra hidak alá stb. tehát a már meglévő műtárgyakra telepíthető, de ha új konzolt kell az érzékelő miatt telepíteni, ez nagyban megemeli az eszköz árát. A berendezéssel az alakfelismerés és irányfigyelés miatt a Honnan Hová számlálások végezhetőek. Lehetőség van autópályák egymás melletti sávjainak a mérésére is, igaz ekkor a szomszédos sávokban más és más frekvenciákon működő ultrahangos adó-vevő fejre van szükség. (Ilyenkor a 25-40-25 kHz-en működő piezo elemek használata javasolható). A mérőeszköz nagy hátránya magával a hanggal, illetve a terjedésével van összefüggésben, ugyanis ha túlságosan magasra kerül a kristály, akkor külön adó és vevő egységet kell felszerelni, és ezzel is drágítja magának az érzékelőnek az árát. A másik hátrány az, hogy az ultrahangot 120 km/ó feletti szél az érzékelőtől olyan távolságba fújhatja el, hogy a kiértékelés lehetetlenné válik. Az ultrahangos járműérzékelés egyszerű és olcsó telepítése miatt alkalmazható parkolóhelyek foglaltságának ellenőrzésére is, ilyenkor megfelelően olcsó elektronikával akár egy központi helyről is lehet vezérelni a kristályokat. Az eszköz előnyeit is hátrányait figyelembe véve olyan területeken használják előszeretettel, ahol más mérőeszközök (pl. hurkok) telepítése nem kifizetődő. Ilyen terület, pl. Japán, ahol a földmozgások miatt az útpályába süllyesztett hurokdetektorok gyakori szakadása miatt az ilyen irányú mérésekre más hosszú életű eszköz nincs.

36

Közúti közlekedési automatika 3.3.6 A „PIEZO” elvű mérődetektorok A „PIEZO” megnevezést az előző fejezetben az ultrahangos mérőkészülék kristályára vonatkoztatva használtuk, (mert az is ilyen technológia alkalmazásával készül), noha ezen eszköznek az alapvető működési jellemzője sokkal szélesebb körű alkalmazást tesz lehetővé (pl. nyúlásmérő bélyeg, stb.)

A forgalomtechnikai paraméterek mérésére kifejlesztettek egy olyan speciális kábelt jeladóként alkalmazó detektort, amely kábelt a pályafelület alá, a járművek haladási irányára merőlegesen kell lefektetni. A járművek kerekeinek nyomására (hasonlóan a kontakt detektorhoz, vagy a pneumatikus mérőeszközökhöz) elváltozás következik be a „vonalszerűen lefektetett detektor” alapállapotához képest, esetünkben a kábelben a nyomás hatására elektromos feszültség indukálódik. Ezt a kisméretű feszültség változást érzékeli a feldolgozó elektronika. Mivel ez a detektor csak a dinamikus nyomásváltozásra „figyel”, ezért csak a mozgó járművek megfigyelésére alkalmas, ebben a kategóriában viszont lehetséges a járművek tengelyszámának meghatározása, illetve a tengelyterhelés-, sőt a sebesség mérése is! Előnye viszonylagos olcsósága, hátránya pedig a biztonságos működéshez szükséges telepítés jelentős költsége mellett az, hogy a „napi használat során” a külső téri (klimatikus) viszonyok változása következtében megbízhatósága nagyon jelentősen csökken! 3.3.7 Videós járműérzékelő Ha a járműérzékelésről beszélünk, akkor mindig a forgalomlefolyással kapcsolatos paraméterek felmérése a cél. Ilyen esetekben a forgalomtechnikai paraméterek (a bevezetőben említett) felvételéhez, ha a korábban említett eszközöket vesszük igénybe, akkor mindig a járművek egy bizonyos helyhez kötött paramétereiről kapunk felvilágosítást, és az összetettebb paraméterek meghatározásához szükségünk van még legalább egy mérési pontra, és ilyenkor nem egy pontos értékkel, hanem egy bizonyos területre vett átlagokkal számolhatunk. Ezzel szemben a videós járműérzékelés használatakor nincs szükségünk több mérési pontra, hiszen ez a fajta járműérzékelő úgymond „átlátja” a vizsgált területet, és a kiértékelés során a forgalomra jellemző összes paramétert szolgáltatja.

A videós járműérzékelő rendszerek fejlődését, illetve a jövőbeni nagyarányú térhódítását az olcsó, nagy kapacitású számítógépek elterjedése okozza. Addig, míg akár tíz-tizenkét évvel korábban a berendezések egy-két kép eltárolására voltak alkalmasak és „real-time” – valós idejű feldolgozásra szinte alkalmatlanok voltak, addig mára ezek a kapacitásbeli problémák elhárultak. A videós képfeldolgozás alapjait már évekkel ezelőtt lefektették, és a műholdakról érkező képeket fel is használták különféle mezőgazdasági terméssel kapcsolatos becslések és mérések végzésére, addig a közlekedésbe csak az elmúlt pár évben kezdték el komolyan használni az ilyen eszközöket, főleg a vezetőnélküli eszközök fejlesztésénél, de a lehetőség a járműérzékelésre is jelen van. Maga a járművek felismerése a távérzékelésen alapul. Távérzékelésen azt az adatszerzési módot értjük, amely azon alapul, hogy a megfigyelésre kiszemelt tárgyról (járműről, gyalogosokról) úgy nyerünk információt, hogy velük nem lépünk fizikai kapcsolatba, csupán távolról érzékeljük őket, például a belőlük érkező, illetve a róluk visszavert elektromágneses sugárzást mérjük. A videós forgalommérés akkora adatmennyiséget produkál, hogy a gyakorlatban ebből szinte minden a forgalom lefolyására jellemző adat meghatározható. Külön problémát az jelent, hogy ezekből az adatokból ki kell szűrni a feldolgozó szoftvernek a hasznos adatokat. A videós járműérzékelésnek a képi információ érzékelése szempontjából két módozatot mutatunk be részletesebben: • •

Kamerával (CCTV) történő érzékelést, A fényelektromos (fotocellás) cső alkalmazásán alapuló érzékelést. 37

Közúti közlekedési automatika A rendszer felépítését tekintve a következő elemekből épül fel: • • •

Kamera, Képfeldolgozó egység, Kiértékelő rendszer.

A képfeldolgozó egység felépítését a következő ábrán figyelhetjük meg. A-D átalakítás

Előfeldolgozás

Jármű kiválasztó

Feldolgozás

Kamera Tápegység Kimeneti egység

19. ábra A képfeldolgozó egység felépítése

A kiértékelést követően a rendszertől megkapjuk a mérni kívánt forgalomtechnikai paramétereket. A fényelektromos csövet használó típusok hasonlóan épül fel, mint az előbb bemutatott CCTV-s rendszer, azzal a különbséggel, hogy magát az érzékelést itt a fényelektromos cső végzi. Ebben az esetben a felépítés nem olyan kompakt, mint a kamerán, de a kép egy-egy részlete sokkal jobban megfigyelhető, és precízebbé teheti a feldolgozást. Mind a két berendezés a rávetülő képet egy képmátrixra képezi le, tehát ennek a vetítésnek a minőségétől függ a kép felbontása. A képmátrixnak az elemei a képpontok, ezek a képpontok az adott helyen lévő fényintenzitást mutatják (természetesen ez a fényintenzitás felbontható az alapszínek fényintenzitására, és ekkor színes képet kapunk, míg ha csak a fényességet vesszük figyelembe fekete fehér képet kapunk). Ahhoz, hogy a keletkezett képet el tudjuk tárolni a fényességhez (fényintenzitáshoz) egy-egy konkrét értéket kell rendelni, a számítástechnikában általában a 2-es szám valamelyik hatványa. A legsötétebb pontot általában a nullával jelöljük, míg a legvilágosabbat az adott berendezéstől függően adunk egy maximális értéket.

20. ábra A képi letapogatás eszközei

A bekerülő fényt egy megfelelő lencsével a digitalizáló mátrixra juttatjuk, ami (színes kép létrehozásakor) színszűrőt és érzékelőket tartalmazza, ami a képponthoz tartozó függvényértékeket határozza meg.

38

Közúti közlekedési automatika A járműveket az így előállított képmátrixokban kell felismerni, ezt speciális jármű-felismerő rendszer végzi el. A járművek felismerésének matematikai apparátusa már nagyon régen megszületett, ezek a következők lehetnek (a teljesség igénye nélkül): •

Kivonás: (f1 - f2) (x, y) = max {0; f1(x,y) - f2(x,y)}

•

Szimmetrikus különbség: (f1 \ f2) (x, y) = | f1(x,y) - f2(x,y) |

•

Lineáris kombináció: f = α f1 + β f2 α, β>0 és α + β = 1

Ezen műveletek segítségével kell a felismerő algoritmusnak észlelnie a járműveket, ehhez szükséges a járművek mozgásának irányát és haladásuk helyét azaz a sávokat ismerni, de ezeket a paramétereket az érzékelő eszközök helyes telepítésével érhetjük el. A rendszer a digitalizált értékekkel dolgozik és a keletkezett számhalmazokat veti össze a rendszer ∆t idő elteltével az újabb számhalmazzal. Ha az intenzitások közel állandóak maradtak, akkor ebben a metszetben nem tartózkodik mozgó tárgy, ha viszont éles intenzitás különbséget találunk, akkor ott mozgó tárgy – jármű van, ekkor a jármű méreteit a megfelelő arányok ismeretében meg lehet határozni, valamint más - a forgalomra jellemző - paramétereket közvetlenül ki lehet nyerni a képből. A ∆t időknek olyan megfelelően kicsiknek kell lenniük, hogy ne veszhessen el jármű a két mintavételezés között. Mivel a rendszer csak megfelelő fény és látási viszonyok között működik, ezért csak nagyon speciális mérési célokra érdemes használni. A rendszer másik hátránya az, hogy a járműfolyam figyelése közben egy-egy nagyobb területet figyelő kamera nem tudja megfelelő bizonyossággal követni a járműfolyamban haladó járművet. Ez a járműérzékelés jól használható a forgalom lebonyolódására jellemző, összetettebb paraméterek meghatározására, azonban az említett hátrányok miatt nem ideálisak egy pontbeli jármű érzékelésére, (jármű bejelentkeztetés) azaz nem képes helyettesíteni a normál hurokdetektorokat. Leghatékonyabban a városok bevezető útszakaszain használhatóak. Ugyanakkor a működésük nagyon problémás zsúfolt, lépésben haladó forgalomban, valamint nem megfelelő körülmények között a képfeldolgozó rendszerek megbízhatatlanná válhatnak. 3.3.8 Fénysugár detektorok Az érzékelő működése egyszerűen fogalmazva egy olyan „fénysorompó” elhelyezésén alapszik, amely egy adó-, és egy vevő egységből (illetve esetlegesen fényvisszaverő prizmából) áll. Az adó által kibocsátott fénysugár vagy közvetlenül a vele szemben lévő vevőre esik, vagy pedig az adó és vevő azonos oldalon történő elhelyezése esetén egy prizmára. Amennyiben a figyelt körzetben bármilyen tárgy (pl. egy mozgó jármű) megszakítja a fénysugár útját, akkor a feldolgozó elektronika ezt észlelve folyamatosan jelet ad egészen a megszakított állapot végéig.

Annak érdekében, hogy a rendszer a külső fényviszonyokra ne legyen érzékeny, rövid távú (néhány méteres) alkalmazásoknál általában infravörös fényeszközöket használnak, míg nagyobb (esetleg több száz méter) távolság „lefedésekor” az adóból pontosan irányított lézersugár kibocsátása kell. (Megfelelő számú tükör felhasználásával egyetlen lézersugárral igen nagy területet ellenőrizhetünk.) A készüléket általában különleges helyeken (pl. határőrségen a jármű magasságának megfelelő útvonalengedélyek kiadására, stb.) használják, és ezen specialitások határozzák meg a készülék előnyeit, hátrányait. Előnyök: • • •

járműfajták megkülönböztetése, magasság pontos, automatikus mérése, ellenőrzése, pontos sebességmérés (több érzékelő felállítása esetén). 39

Közúti közlekedési automatika Hátrányok: •

a készülék drága alapára mellett a szerelési magasságból, a pontos beállításból, a külön áramellátás kiépítéséből, és a felhasználóhoz kapcsolandó bekötésből származóan plusz költségek jelentkeznek,

•

kedvezőtlen látási viszonyok esetén (eső, hó, köd, légszennyezettség) a működési hatékonyság jelentősen csökken,

•

a magasság automatikus ellenőrzéséhez sok adó - vevő pár kell!

3.3.9 Infravörös járműérzékelők Az infravörös járműérzékelés az utóbbi években elterjedt technológiák közé tartozik, mint ismeretes a háztartási elektronikai eszközök távszabályzói szinte kivétel nélkül ilyen elven működnek. A működésüket vesszük figyelembe akkor két részre oszthatók aktív és passzív működésűek.

Aktív infravörös detektorok (IR) Az aktív infravörös járműérzékelők felépítésüket tekintve két nagyon fontos elemből épülnek fel, ezek egyike fixen van telepítve az út mentén a kívánt bejelentkezési ponthoz, míg a másik a járműn kapott helyet. Az ilyen rendszerek járművek előnyben részesítését, illetve biztonsági rendszereknél járművek azonosítását végzik. Ezekben az esetekben az útpályán fixen elhelyezett adóegység sugároz egy helykódot, amit a járművön található elem dekódol és visszaküldi a jármű azonosítását, így látható hogy egy teljes bejelentkezési ciklus egy üzenetváltásból áll. Más rendszereknél az üzenet feldolgozás, illetve az üzenet-küldés más ennél bonyolultabb stratégiákkal is történhet. Passzív infravörös detektorok (PIR) A passzív infravörös detektorok működési elvüket tekintve egész másképpen működnek, ezek az érzékelő eszközök a járművek által kibocsátott infravörös tartományba eső sugárzást érzékelik és megfelelő elektronikájukkal különböztetik meg őket. A passzív eszközök felépítésüket tekintve, egy érzékelőből és egy optikai egységből, valamint kiértékelő elektronikából épülnek fel. Ezen elemek egy, a környezeti sugárzástól védő házban helyezkednek el. A bejelentkező rendszerek értékelése szempontjából csak passzív megoldások jöhetnek szóba, amelyek viszont teljesen más elven működnek, nevezetesen ebben a detektorban olyan érzékelő egység van, amely képes a járművek (és az emberek, állatok!) által kibocsátott, infravörös tartományba eső hőmérsékleti sugárzás mérésére, kiértékelésére. A passzív infravörös (PIR) detektor egy érzékelőből, egy optikai egységből (különleges anyagú lencse), és egy kiértékelő elektronikából áll, amelyet az útpálya mellett (vagy felett) időjárás ellen védett házban helyeznek el. Más fényforrások - nap, közvilágítás, járművek reflektorai - is bocsátanak ki infravörös sugarakat, ezek zavaró hatásainak kiszűrése az elektronika feladata. Előnyök:

40

gyors, egyszerű és költségkímélő telepítés, (pl. úgynevezett „vándorló” munkahelyeknél, ahol rövid idejű forgalmi terhelések jelentkezhetnek, és ilyen helyeken a jelzőlámpa oszlopára is szerelhető a szenzor),

jól alkalmazható ideiglenes mérőhelyek kialakítására,

használható bejelentkezésre, zöld idő nyújtásra (ez utóbbi funkció különösen előnyös pl. tömegközlekedési eszközök megállói melletti átkelők, közintézmények, METRO kijáratok,

Közúti közlekedési automatika iskolai átkelőhelyek esetében, ahol a gyalogos forgalmi igények lökésszerűen jelentkeznek, és a szokásos hosszúságú szabad jelzés nem elegendő a nagyobb létszámú csoportok átkeléséhez).

alkalmazható a forgalomtól függően üzemelő félútelzáró jelzőberendezéseknél, ahol mind a bejelentkezési, mind a nyújtási funkció megvalósításának alapadatait szolgáltathatja.

Hátrányok:

az érzékelő által felfogandó és kiértékelendő energia rendkívül kicsi és számos tényezőtől függ (pl. az érzékelő felület nagyságától, az optimális látószögtől, a szűrők abszorpciójától, a sugárzást kibocsátó test felületétől, távolságától, stb.) a zavaró tényezők a mérési pontosságot jelentősen befolyásolhatják, és csak mozgó tárgyak, illetve forgalom megfigyelésére alkalmas.

3.3.10 Radar és lézer detektorok A forgalom jellemzőinek mérésére radar-, vagy lézeres detektorokat általában nem használnak. Mérési pontosságuk alapján ugyan kifejezetten alkalmasak lennének ilyen feladatokra, viszont a készülékek ára, illetve a telepítés megfelelő (lopásmentes) biztonságának költségei aránytalanul magasak a közúti forgalmi mérések elvárásaihoz képest. További hátrányokként említhetőek, hogy csak mozgó tárgyak megfigyelésére képesek, a felerősítésnek rezgésmentesnek kell lennie, így elsősorban hatósági ellenőrzések alkalmával használatosak fixen telepített, vagy mobil mérőeszközként (Rendőrségi Traffipax, ProLaser - 21. ábra). Ezek az eszközök I/O csatlakozóikon kiadott jeleivel fotó-, illetve TV felvételek készítésének vezérlésére is alkalmasak.

21. ábra A ProLaser sebességmérő

3.3.11 A járművek mágneses leképzésén alapuló detektor Az elmúlt években a járművek érzékelése területén új eszközök jelentek meg, melyek az eddigi berendezésektől mérési elvükben is eltértek. Az ilyen eszközök létjogosultságát indokolja az, hogy a korábbi eszközök élettartama, megbízhatósága nem volt kielégítő. Ezért a járműérzékelő gyártás-

41

Közúti közlekedési automatika sal és fejlesztéssel foglakozó vállalatok nagy hangsúlyt fektettek ezen hiányosságok kiküszöbölésére. Ennek az irányvonalnak az egyik képviselője teljesen új(mágneses) járműérzékelés elvet használó NU-METRICS cég. Az elv a Vehicle Magnetic Imaging (VMI) (járművek mágneses leképezése) nem új keletű, ezért már eléggé kiforrottnak tekinthetjük. A témával foglakozó kutatások már elég korán megindultak, hiszen arra a tényre, hogy a járművek fémtömege a földi mágneses erőteret megzavarja, már régen felfigyeltek, de a megfelelő érzékelésre alkalmas fémet-fémötvözetet hosszú ideig keresni kellett. Az áttörésre 1989-ben került sor, ekkor sikerült egy olyan fémötvözetet előállítani, amiből egy µW (egy milliomod Watt!) erősségű érzékelő állítható elő, amely rendkívül érzékeny a Föld gyönge mágneses erőterére. Ekkor laboratóriumi körülmények között sikerült mérésekkel igazolni ezt, amit később terepi mérésekkel is igazolni tudtak, miszerint ez az érzékelő képes a felette keresztülhaladó jármű által a földi mágneses erőtérben előidézett változásokat detektálni. Az, hogy a jármű megváltoztatja a körülötte található erőteret, jó mérőeszköz készítéséhez még kevés lett volna, ehhez természetesen szükséges volt az is, hogy ezek a változások hű képet alkotnak magáról a jármű mágneses tömegéről is. A szenzorkutatás végeredménye végül egy 50,8 * 3 mm-es érzékelő, amelynek az energia igénye mindössze 40 µA. Az érzékelő a mágneses görbék lineáris szakaszában működik, ezáltal a stabilitása különböző környezeti hatások mellett is megfelelő. A VMI alapelve Minden mágneses érzékelő alkalmazásánál az a közös, hogy többi járműdetektálási eljáráshoz képest, ez a technológia strapabíróbb, megbízhatóbb, és jóval kisebb a karbantartási igénye. Habár a mágneses érzékelésen alapuló eljárások rengeteg fizikai és kémiai tudást igényelnek; ha megvalósulnak, alkalmazásuk lényegében korlátlan. A legfontosabb tény, hogy a mágneses erővonalak a legtöbb közvetítő közegen áthatolnak. Az előbb említett tényből következik, hogy a VMI szenzor ellenálló bármilyen időjárási körülménynyel szemben és működik a víz alatt, föld alatt vagy egyéb mágneses erőterek jelenlétében. Eltérően más detektoroktól, kis méreténél és precíz stabilitásánál fogva a helyigénye nagyon kicsi, miközben pedig több mérést is végez. Az érzékelés teljesen a Föld geomágneses erőterének jelenlétén alapszik. Az aktuális erőtérvonalak attól függően változnak, hogy hol helyezkedünk el a Földön. Ennek magyarázata az, hogy a Föld mágneses terének egyaránt van függőleges és vízszintes mágneses komponense. Az egyenlítőnél az erővonalak párhuzamosak a Föld felületével. Az Északi-, illetve Déli-sark felé haladva, az erővonalak függőlegesebbekké válnak. Fontos megjegyezni, hogy a szenzor működési elve lehetővé teszi a korrekt működést valamennyi szélességen; így tehát egyaránt érzékeny a vízszintes és a függőleges mezőkre. A mágneseket, mint amilyen a Föld is, erőtér veszi körül. Ezt az Északi és a Déli pólusoknál összpontosuló vonalakkal lehet ábrázolni. A vonalak a sarkoktól eltávolodva ritkulnak. A vastartalmú tárgyak megváltoztathatják az erőteret, mivel a vas sokkal ellenállóbb a mágneses erővonalakkal szemben, mint például a levegő. A geomágneses tér eredete rendkívül bonyolult. Azonban nagy vonalakban elegendő azt tudnunk, hogy a Föld vastartamú maggal rendelkezik, ami a külső részen folyékony, belül pedig szilárd. A magot egy alsó és felső burok veszi körül. A Föld mágneses erőtere a mag - burok zónában keletkezik. A geomágneses erőteret inkább a dinamó-effektus, semmint a mag vastartamának hagyományos mágnesessége adja. A mag külső részének vasban gazdag folyékony fém anyagának állandó kavargása lényegében úgy működik, mint a vezetékben áthaladó elektromos áram! Lényegében a 42

Közúti közlekedési automatika mag és a burok mágneses erőteret gerjeszt maga körül, és ezek együttesen mágnes módjára viselkednek. Egy jármű és a Föld mágneses erőtere A következőkben, az alábbi ábra alapján próbálunk választ adni olyan alapvető kérdésekre, hogy mit jelent: • • •

az iránytűváltozás jelensége, a szenzor jelének változása, és miként befolyásolja a jármű a Föld mágneses erőterét.

A jármű mágneses tulajdonságokkal rendelkezik, tekintve, hogy vastartalmú alkatrészei vannak. Egy iránytű alkalmazásával végzett egyszerű kísérlet mutatja be, milyen hatással van egy ilyen jármű a Föld mágneses erőterére. Az iránytű, a jármű mentén mozgatva, különböző irányokat mutat. Ezeknek a változásoknak a Föld erőterében mért amplitúdója arányos a jármű mágneses tömegével. Ugyanezt bizonyítja egy tipikus VMI szenzorral gerjesztett elektromos jel.

22. ábra Egy átlagos jármű mágneses jellemzői

A jármű mágneses tömege torzítja a Föld mágneses erőterének erővonalait. Ahogyan a jármű közelít, illetve áthalad a szenzoron, a Föld mágneses erőterének a különböző torzulásai nyilvánvalóak. Erre a szenzorok, időben változó jelekkel válaszolnak, amelyeket a VMI számítógép elemez. A VMI számítógép minden egyes járművet megszámlál és képes arra is, hogy meghatározza a jármű sebességét és hosszát. A VMI technológia előnyei között említhető a kis helyigény és a (más érzékelőkkel szembeni) pontosabb adatok szolgáltatása. A kis külső-téri helyigénye miatt kialakítható az, hogy egy érzékelő egységbe két érzékelő kerüljön. Így kis távolságon belül - 28 cm megtett útból - ki tudja számítani a jármű sebességét, és ezen adat segítségével a rendszer megfelelő számítási eljárásokkal megbecsüli és beállítja a járművek közötti követési időközt. A követési időköz az a jellegzetes járművek közti eloszlás, amely a sebességgel arányosan változik. Egy 90 km/ó–val haladó jármű követési távolsága például 13,7 méter lesz. Hagyományos berendezésekkel nem lehetséges a pontos beállítás, mivel nagy helyigényük van a sebesség kiszámítására. A VMI kutatások, mint egy melléktermékeként kiderült az, hogy minden járműnek megvan a saját mágneses képe. A szenzorok elektromos feszültséget alakítanak ki, amely változik. Ez ahhoz a gondolatmenethez vezetett, hogy további információ, nyerhető ha a szenzorjeleket gondosan elemezzük és azokat a számítógép memóriájában tárolt karakterisztikus hossz szelvényekkel összevetjük.

43


23. ábra A COUNTCARD mérő regisztrált értékei különféle járműveknél

Ez a lényege egy folyamatban lévő vizsgálatnak, amely valamikor olyan szelvény elemző rendszer kialakulását eredményezheti, amely még több információt szolgáltatna a járművek sebességére és hosszára vonatkozóan. A jelenlegi mikroszámítógépes technológia, egyelőre behatárolja az elérhető eredményeket. Mindazonáltal ígéretes a jövő, a nagysebességű digitális jelfeldolgozás, az adatok nagy mennyiségben való tárolása és a kisebb mértékű energiafogyasztás szempontjából.

24. ábra Teher- és személygépkocsi hosszának összevetése

A mikroszámítógép működését tekintve, talán a legfontosabb funkció a járműsebesség kiszámítása. Az alkalmazott számlálók szenzorának jeleit a mikrogép 250 mikro másodpercenként (azaz másodpercenként 4000-szer) letapogatja. Egy áthaladást követően a tipikus sebességszámítás 100 milisecundumnál rövidebb ideig tart. Folyamatos forgalomnál a számlálási pontossága 99,2%-nál jobb. A megálló és az induló forgalom esetében a számlálási pontosság csak 97%-osra csökken.

44

Közúti közlekedési automatika Forgalomellenőrzés távirányítással, VMI alapú rádiós „mérőgombák” Az érzékelő berendezések a GROUNDHOG G-1 és G-2, míg a helyszínen működő vezérlő központ az LBU (Local Basis Unit = helyi bázis egység) nevet kapták. (A NU-METRICS cég jelölései alapján)

25. ábra A NU-METRICS cég mágneses, rádiós mérőgombája

Ellentétben a hagyományos installálási módszereket alkalmazó méréstechnikával, amelyeknél bármilyen érzékelési elvű szenzort is alkalmaznak, azokat vezetékes úton kell az előfeldolgozó, vagy közvetlenül a számítógépes egységhez kapcsolni. Ezeknek a felszerelése, vagy bérlete drága és általában korlátozva van. Ugyancsak költséges a villámlás, kábelátvágás, útromlás, stb. miatt megsérült hurkok, illetve tápvezetékek cseréje is. A legmodernebb lehetőségeket kihasználva, olyan rendszer hozható létre melynek egyes elemei a forgalom nagyságát, az út telítettségét, és a felületi hőmérsékletét mérik, míg a helyi bázisegység(ek) az érzékelők által szolgáltatott adatokat gyűjtik és értékelik ki. Ezeket a rendszereket elsősorban autópályákon alkalmazzák, ahol nem elegendőek a forgalomtechnikai adatok, hanem a klimatikus viszonyok ismerete is kell a központ számára, hogy a vizuális tájékoztató rendszerén keresztül időben intézkedhessen (csúszásveszély, elterelés, baleset, stb.). Egyetlen rádióadó segítségével képes továbbítani az információkat a BSR (Basic Station Roadside = útmentén telepített rádióállomás típusú) főközponthoz, vagy erősítő állomáshoz. Modernebb mérőgomba alkalmazásával (pl. G-2-es modell) ennél jóval több szolgáltatást nyújt. 15 sebesség, illetve járműtípus osztályközzel regisztrálja a forgalom nagyságát, a belső telítettséget, a követési távolságot - és időközt, valamint a burkolat hőmérsékletét. Speciális alkalmazásként, a járműérzékelő eszköz kiegészíthető olyan érzékelőkkel is, amelyek a környezeti klimatikus viszonyokat és sok egyéb paramétert is mérhetnek, így mini „meteorológiai” állomásként is funkcionálhat. A teljes rendszerben, a mérőgombák és az út menti telepített rádióállomások között kétirányú adatforgalom folyhat. Az RVS (Roadside data collection Vehicle System = járműves adatgyűjtő rendszer) egyszerűen beépíthető egy gépjárműbe (pl. mérőkocsi), amellyel a mobil adatgyűjtés megoldható. Az ilyen rendszerben az adatgyűjtést végző eszköz (mobil kiolvasóval felszerelt mérőkocsi), egy üzenetet küld az adatgyűjtőnek, amiben „felszólítja” az általa gyűjtött információk átadására. Ez a folyamat akár menetközben is megoldható, de ajánlott az adatgyűjtő eszköz környezetében (kb. 100 méteres körzet) megállni, a kommunikációs zavarok elkerülése miatt. Az átvett adatokat vagy további feldolgozásnak vetjük alá vagy archiválhatjuk.

45

Közúti közlekedési automatika A nagy teljesítményt a következő ábrán látható módon - a készülék kubatúrájának jelentős részét elfoglaló - elhelyezett kb. 30 Aó-s akkumulátor biztosítja, amely (igaz kb. harmad feszültségen) egy átlagos autóakkumulátor kapacitásának kb. a fele.

26. ábra A GROUNDHOG telepítése

Elhelyezéskor az útfelületbe magfúrást kell végezni, majd a lyukba kerül (ragasztással vagy szegecseléssel) a készülék külső burka. Amint a burkolatház beszerelésre került elhelyezhető benne - az előzetesen száraz nitrogénnel letisztított - elektronikus egység, amely később célszerszámmal kiemelhető elemcsere, illetve a műszer karbantartása végett. Az egységet úgy tervezték, hogy a forgalmi sáv közepére kerüljön, mert a VMI szenzor érzékenységének hatósugara átlagosan 1 méter. Így a „normálisan” közlekedő járműveket biztonságosan detektálja (kivétel a sávváltók, és a sáv szélén haladó kerékpárok, motorkerékpárok).

3.4

Forgalmi adatok (változók, paraméterek) becslése

A nehezen vagy egyáltalán nem mérhető forgalmi paraméterek meghatározásában jelentős segítséget kapunk a modern irányításelmélet eredményeinek felhasználásával. Az állapottér szemlélet bevezetésével képesek vagyunk olyan megfigyelőt tervezni, amely megbecsüli a közúti forgalomirányítás számára fontos paramétereket. Különösen alkalmasnak tűnik a Kálmán - szűrés, és egyéb, a távolabbi kutatások célpontját képző eljárások ilyen irányú felhasználása. A becslések segítségével előállított forgalmi paraméterek megléte, csak az irányítás első fontos lépését jelenti. A továbbiakban olyan döntéseket kell hozni, amelyek elősegítik a járműforgalom gyors és balesetmentes lefolyását (jelzőlámpa szabályozás). A pontos forgalmi helyzet felméréséhez meg kell ismerni, azt hogy az egyes járművek honnan hová és milyen útvonalon közlekednek.

46

Közúti közlekedési automatika 3.4.1 Célforgalmi mátrix becslése A közúton közlekedő járművek egy része dedikált jármű, helyzetük, mozgási pályájuk könnyen meghatározható a korszerű eszközökkel. A járművek többségéről azonban nem tudjuk, hogy éppen hol helyezkedik el, és azt sem tudjuk honnan hová tart. Ezeket az információkat csak nehézkes kikérdezéses forgalomfelvételekkel szerezhetjük be. A modern irányításelmélet azonban erre is kínál megoldást. Egy adott részrendszerben, ha ismerjük a több irányból behaladó és a több irány felé kihaladó járművek számát, akkor képesek vagyunk becsülni azt, hogy a behaladó járművek milyen irányokba távoztak.

Természetesen egy konkrét egyedi járműről nem tudunk ilyen információt mondani, de azt meg tudjuk becsülni mekkora arány haladt el az egyik, illetve a másik irányba. Ezeket a megbecsült arányokat egy mátrixba foglalhatjuk, ahol az első oszlopban vannak behajtó ágak, míg az első sorában a kihajtó ágak. A mátrix egyes elemei pedig az adott irányból az egyes irányokba kihajtó autók százalékos eloszlását mutatja. Ezt a mátrixot a külföldi szakirodalom OD mátrixnak hívja (OriginDestination) magyarul célforgalmi, vagy honnan-hová mátrixnak hívjuk. Irányok

1

2

3

4

1

x11

x12

x13

x14

2

x21

x22

x23

x24

3

x31

x32

x33

x34

4

x41

x42

x43

x44

1. Táblázat Célforgalmi mátrix

Ha a vizsgált részrendszer egy autópálya szakasz lehajtó és felhajtó ágakkal, akkor bonyolultabb modellre van szükségünk, mivel vizsgálni kell a járműfolyam sebességét is. Ha egy körforgalomról vagy egyszerűbb kereszteződésről beszélünk, akkor igen egyszerű modellt kapunk. A jelen leírás összefoglalja a célforgalmi mátrixok dinamikus becslésére adható módszereket, különös tekintettel a közúti folyamatokban történő alkalmazhatóság témakörére. 3.4.2 Állapot-megfigyelő A méréseink nem pontosak, mind a kereszteződésbe be, mind a kihajtó ágak járműnagysága zajjal terhelt, továbbá a belső állapot is tartalmaz hibát.

A zajokról feltételezzük, hogy független, zérus középértékű, normális eloszlású fehér zajok.

q

y

Kereszteződés Lineáris modell

ζ

Megfigyelő feltételek: 0<=xij<=1; Σ xj=1

v

zajok:

ˆ ζ, vˆ, w

xˆ 27. ábra Lineáris megfigyelő a becslési eljáráshoz

47

Közúti közlekedési automatika q y

ζ

v w xˆ

: A behaladó forgalomnagyság : A kihaladó forgalomnagyság : A behaladó forgalomnagyság mérésének hibája : A kihaladó forgalomnagyság mérésének hibája : Az állapot hiba : A becsült állapot, azaz a fordulási ráta

A lefordulási ráta becslésére KALMAN szűrőt tervezhetünk. A feladatot MATLAB program segítségével oldottuk meg. Az egyszerűség kedvéért a kereszteződésbe behaladó járművek számát (q) konstansra vesszük így lineáris rendszert kapunk. Hozzá adunk azonban egy véletlen szám generátor segítségével előállított számot, ami a mérési zaj (ζ) lesz. Ezek után egy függvény segítségével előre, pontosan meghatározzuk a lefordulási rátát (x), amit majd később becsülni fogunk. A pontosan kiszámított lefordulási ráta lesz a valós érték, amihez képest vizsgálhatjuk a becsült érték pontosságát, ez szám nulla és egy közé esik. A pontos ráta alapján kiszámítjuk a kihaladó járművek elméleti, pontos számát: y (k ) = q T (k ) x(k )

(8.)

A valóságban nem áll rendelkezésre a pontos lefordulási ráta, ezért ott nem is számíthatjuk ki a kihaladó járművek számát, hanem mérnünk kell azokat. A mérés hibája miatt ehhez a pontos számhoz hozzáadunk egy véletlen zajt (v) és megkapjuk a kihaladó járművek számát (y), azaz a „valóságos” zajjal terhelt mérésünket. A zajról (mérési hibáról) információval kell rendelkeznünk, meg kell azt előre becsülnünk (R mátrix). Ezen felül meg kell határozni a Q mátrixot, ami a becsült állapothiba kovariancia mátrixa. A becslés minőségét, stabilitását és érzékenységét nagyban befolyásolja az R és a Q helyes megválasztása. A programban rendelkezésünkre áll a behaladó és a kihaladó járművek száma, egy beállított kezdeti értékről indulva ezek alapján a KALMAN szűrő segítségével megbecsüljük az állapotot, ami jelen példánkban a lefordulási ráta lesz ( xˆ ). A végeredmény bemutatására egy közös diagrammban rajzoljuk a becsült lefordulási rátákat és a „valóságos” általunk előre kiszámított rátákat. (29. ábra). Nézzük az alábbi egyszerű közúti kereszteződést:

q4

y4

x24 y3

x23 x21

q3

y2

q2

28. ábra Egyszerű közúti csomópont

48

q1 y1

Közúti közlekedési automatika A bementek és egy vizsgált kimenet között felírható: y1(k) = q1*x11(k) + q2*x21(k) + q3*x31(k) + q4*x41(k) + ζ1(k) y2(k) = q1*x12(k) + q2*x22(k) + q3*x32(k) + q4*x42(k) + ζ2(k) y3(k) = q1*x13(k) + q2*x23(k) + q3*x33(k) + q4*x43(k) + ζ3(k) y4(k) = q1*x14(k) + q2*x24(k) + q3*x34(k) + q4*x44(k) + ζ4(k) A rendszerünket képzeletben terjesszük ki egy „i” darab bemenetű és „j” darab kimenetű rendszerre. (Ez lehet egy körfogalom is): m

y j (k ) = ∑ qi (k ) xij (k ) + ζ j (k ) i =1

Keressük az xij értékeket (0<=xij<=1) Ismerjük a bementeket q = [ q1 q2 … qi] és a kimeneteket: y = [ y1 y2 … yj] A keresett xij értékek, rögzített i esetében megmutatják, hogy az adott i bemeneten behaladt járművek milyen arányban haladtak ki a j kimeneteken. Rögzített j esetében megmutatják, hogy az adott j kimeneten kihaladt járművek milyen arányban érkeztek az egyes i bementekről. Az xij egy mátrix, feladat ennek a meghatározása. xij = [ x11

x12

x13

x14

x15

……

x1j

x21

x22

x23

x24

x25

……

x2j

x31

x32

x33

x34

x35

……

x3j

xi2

xi3

xi4

xi5

……

xij]

az „1”-es bementről

…………

xi1

az „1”-es kimentre Az xij értékek változásának meghatározására tervezzünk egy állapot megfigyelőt: x(k+1) = Ax(k) + Bu(k) + Gw(k)

A=G=I, B=0;

x(k+1) = x(k) + w(k) 49

Közúti közlekedési automatika y(k)

= C(k)x(k) + ζ(k)

y(k)

= qT(k)x(k) + ζ(k)

D=0; C(k)=qT(k)

Tervezzünk Kálmán-szűrőt Legyen R a ζ(k) kovariancia mátrixa, meghatározása az y várható értékén alapul. Az R diagonális mátrix elemei, a mérési zajok szórásnégyzetei, azaz kovarianciái lesznek. A Q mátrix a w(k) kovariancia mátrixa. x(k+1) = x(k) + K (y-qT x(k)); Ebből a K értéke: K(k) = P(k)q(qT P(k)q + R) -1 Ebből a P értéke: P(k) = Q + P(k)(I – K(k) qT) A kidolgozott példában a 3-as irányból kihaladó járművek összetételét (lefordulási rátáit) becsüljük a különböző behaladási irányokból. A 3-as ág forgalmának a nagysága: y3(k) A feladat: keressük a: x13, x23, x43 értékeket, azaz az másik három irányból hány százalék azon járművek aránya, amelyek ide a hármas kihajtó ágba kanyarodtak.

50


29. ábra Becsült lefordulási ráták a valós adatokhoz képest

Az eredményekről leolvasható, hogy még ebben az egyszerű példában is a becslés igen kis hibával képes a lefordulási ráták értékét előállítani. A feladat különböző összetettebb kereszteződésekre is elvégezhető.

51


4

Közúti forgalomirányító berendezések

4.1

A közúti forgalomirányító berendezések felépítése

4.1.1 Általános felépítés A berendezések felépítése erősen eltér egymástól, közös funkciócsoportok kialakításával négy csoportba sorolhatók a berendezéseket felépítő elemek. • • • •

Logikai modul Erősáramú modul Adatátviteli (Interfész) modul Tápellátó modul

A következő táblázat a modulok legfontosabb funkcióit illetve a felépítésükhöz használt elektrotechnikai alkatrészeket foglalja össze:

Logikai modul

Erősáramú modul

Adatátviteli modul

Tápellátó modul

- irányítás, vezérlés

- kapcsolás

- berendezések

- kis,

- ellenőrzés

- meghajtás

- csatornák

- törpe,

- ellenőrzés

- vezetékes (s/p/v)

- nagy feszültség

- vezeték nélküli

- fázis, és

Elemei: jelfogós (relés)

Elemei:

elektronikus

jelfogó

- 1 – 2 oldalas

mikrogépes, célproceszszoros

solid-state

- alapsávi

processzoros általános vezérlő, PLC

tirisztor

- modulált

- áramfigyelés

triak nullpont IC nullpont relé 4.1.2

A közúti forgalomirányító berendezések üzemállapotai

Alap sötét üzem minden jelző piros MJP sárga villogó SV bekapcsolási pr. kikapcsolási pr. kézi vezérlés

52

normál üzem betétprogram alkalmazása

Forgalomfüggő állapot típusok MJP főirányú zöldre tér

továbbító pontos vezérlés

utolsó zöldön marad

Helyi fix, automata típusok

Programok választása

Speciális forgalomfüggő állapot

Vezérelt üzem csv. szinkron saját ütem, kapott pr. szám külső ütem, kapott pr. szám

Központi üzem

Közúti közlekedési automatika helyi fix automata üzem forgalomtól függő üzem vezérelt üzem

kézzel, heti órával helyi detektorral csv. – központ vezérelve

sárga-villogó gyalogos sötét üzem jármű sötét üzem gyalogos MJP teljes sötét üzem

jelzőcsoport távvezérlés továbbító pontos üzem program letöltés

4.1.3 Adatátviteli protokollok A forgalomirányítás területén adatátvitelre van szükség az egyes forgalomirányító berendezések között, valamint a berendezések és a központ között. Míg kezdetben a speciális, a terepi igénybevételeket jól tűrő, analóg adatátviteli rendszereket használtak, addig napjainkban elsősorban az általános célú protokollok terjedtek el (TCP/IP). A központi adatátvitel területén a Siemens BEFA technika térhódítása volt jelentős, majd a gyártók közösen kifejlesztették az OCIT protokollt.

Siemens BEFA protokollok A Siemens BEFA protokollok a közlekedési rendszerekben terjedtek el, elsősorban a központok és a terepei berendezések közötti kapcsolattartásra. Időrendben: BEFA 5/51, 8/81, 10, 12, 15, 16, 17. A legelterjedtebb típusok leírása: •

A BEFA 12 egy frekvencia és idő multiplex rendszer. Összesen 20 csatornát képes megkülönböztetni 20 frekvencia tartományban (TST 20), és ezeken a csatornákon soros átvitellel (időben eltolva) tud információkat küldeni. A két érpáros rendszer nagyon megbízható, a mai napig használatos. Az egyes elemek (max. 5 db) sorosan is felfűzhetők, ezzel számos kábelezési költség takarítható meg viszont a hálózat megbénul egy elem kiesésekor. A jelenlegi budapesti központ nagy részén a BEFA 12 információ-átvitel üzemel. Hátránya, hogy a mai igényekhez képest lassú.

•

A BEFA 15 gyakorlatilag egy modern táviratos elven működő rendszer. Az egyes elemek, mint egy hálózat elemei vannak felfűzve a közös buszra, innen mindenki elérhető a neki címzett táviratokkal. A hálózatot stabil működés és viszonylag nagy átviteli sebesség jellemzi. A budapesti központnál a Dél-Budai alközpontban használnak BEFA 15–ös rendszert, általa sokkal több információt képes cserélni a központ és egy csomóponti berendezés (pl. detektor információkat), így alkalmazható jelzőcsoport távvezérlés esetén is.

•

BEFA16 annyi módosítást jelent, hogy az architektúrájában egy igazi buszrendszert valósít meg és sebessége tovább növekedett.

OCIT OCIT=Open Communication Interface for Road Traffic Control Systems. Internet technológián alapuló nyílt interfészek megvalósítására szolgáló rendszer a közúti közlekedési forgalomirányításban. Az OCIT® név ma már egy levédett márka. Az OCIT kizárólag ipari felhasználású, forgalomirányításban alkalmazott protokoll. A technológia kialakítása 5 német cég nevéhez fűződik: Dambach, Siemens, Signalbau Huber, Stoye, Stührenberg. OCIT technológiát alkalmaznak Németországon kívül még Ausztriában, Hollandiában, Magyarországon, Svájcban, Spanyolországban. Az OCIT lehetővé teszi, hogy a forgalomirányító berendezéseket, a központi elemeket és irányítóterületet egy hálózatba fogjuk össze.

53


Mérőberendezések (detektor, kamera stb.)

Változtatható jelzésképű táblák Forgalomirányító berendezések

30. ábra OCIT: internet technológián alapuló nyílt interfészek megvalósítására szolgáló rendszer (forrás: http://www.ocit.org/)

Az OCIT rendszer a nyitott rendszer-architektúra alapját képezi. Az OCIT interfészek szabványosított kapcsolatot valósítanak elosztott központi és nem központi elemek között. Az internettechnológia alkalmazásával lehetőség nyílik a forgalomirányítási rendszerek és hálózatok, terepi berendezések és központok összekapcsolására. Az OCIT rendszer részei: • • • • •

rendszer-architektúra, szabályok, OCIT-protokoll, funkciók, átviteli protokoll,

Az OCIT-architektúra három interfészterületet különböztet meg a közlekedésirányításban: 1. OCIT-belső állomás: szabványosított interfészek a központi elemek között 2. OCIT-külső állomás: szabványosított interfészek a központ és a terepi berendezések között 3. OCIT-LED: elektromos interfész a jelzőberendezés és a LED-jeladómodul között Az OCIT adatátviteli technika a szabványos TCP/IP protokollra „ül” rá, ami alapból egy megbízható adatkapcsolatot nyújt. Az OCIT saját protokollja a BTPPL (Basis Transport Paket Protokoll Layer), ami együtt működik az internetes szabvánnyal. A BTPPL kétcsatornás adatfolyam. Az egyik – magasabb prioritással rendelkező - csatornát kapcsolási parancsok és jelentések küldésére használják. Az alacsonyabb prioritású csatornát pedig az alapvető működés ellátását közvetlenül nem befolyásoló adatok cseréjére. Az adatátvitel működése aszinkron.

54


OCIT-belső állomás

belső interfészek

OCIT-külső állomás

forgalomtechnika érzékelő, aktuátor

belső és külső állomások közötti interfészek

berendezésfunkciók biztonság

OCIT-LED interfész

31. ábra Az OCIT rendszer interfészterületei (forrás: http://www.ocit.org/)

Az OCIT kommunikáció az OSI (Open Systems Interconnection) referenciamodellen alapul. Az OSI rétegmodell implementálásával a legkülönbözőbb hálózati rendszerek (pl. különböző gyártók esetén) egy nyitott, egymással kompatibilis kommunikációs hálózattá kapcsolhatók össze. 7

Alkalmazás

6

Megjelenítés

5

Kommunikációvezérlés

4

Transzport

3

Közvetítés

2

Biztonság

1

Fizikai réteg 2. Táblázat: OSI rétegek

A BTPPL protokoll az 5., 6. és 7. réteg funkcióit fogja át. A 3. és 4. szint protokollja a TCP/IP. Az 1-es és 2-es rétegen keresztül telekommunikációs szolgáltatók kapcsolhatók a rendszerre. CAN busz A CAN (Controller Area Network) hálózat szerepe az utóbbi években értékelődött fel. A protokollt alapvetően vezetékes átviteli módon használják, elsősorban a jármű fedélzeti rendszerek összeköttetetésre, valamint az intelligens csomóponti vezérlő és a körzetébe fixen telepített berendezések közötti kommunikációra szolgálhat. Eredetileg az autóiparban használt CAN buszt egyre többet használják az iparban általános célra. A CANopen busz egy multi-master busz, mely megbízható, determinisztikus hozzáférést biztosít a valósidejű adatokhoz a vezérlő rendszer eszközeiben. A CAN protokollt a Robert Bosch GmbH 55

Közúti közlekedési automatika fejlesztette ki 1986-ban Németországban. Céljuk egy kommunikációs csatorna kifejlesztése volt, amely 3, más-más részfeladatot ellátó elektronikus vezérlőegység közötti információcserét biztosítja a Mercedes járműveiben. Előnyös tulajdonságai miatt hamarosan betört az ipari szabályozástechnika területére. A CAN lényegében egy 2-vezetékes, félduplex nagysebességű soros busz, amely jól illeszkedik a rövid üzenetcsomagokat használó, nagysebességű alkalmazásokhoz. Legfontosabb előnyei: •

robosztussága, megbízhatósága, amely lehetővé teszi zajos, elektromágneses zavarokkal szennyezett ipari környezetben való alkalmazását;

•

nagy sebessége (maximum 1 Mbit/s), és nem destruktív arbitrációja lehetőséget nyújt a valósidejű alkalmazásokhoz;

•

félvezető támogatottsága, olcsó, kisméretű megvalósíthatóságát biztosítja.

A CAN hálózatban nincs megcímzett állomás, helyette az üzenet tartalmát egy a hálózatban egyedi azonosító jellemzi (arbitrációs kód). Az azonosító nemcsak a tartalmat definiálja, hanem az üzenet prioritását is. Erre a busz allokáció során van szükség, amikor több állomás verseng a hozzáférés jogáért. A tartalom orientált címzési sémának köszönhetően a rendszer és a konfiguráció nagyfokú rugalmassága érhető el. Nagyon egyszerűen lehet új állomást felvenni a hálózatba a többi állomás szoftverének vagy hardverének módosítása nélkül, ha az új állomások csak vevők. Mivel az adatátviteli protokoll nem használ fizikai címeket, broadcast és multicast üzenetek is küldhetők, és elosztott folyamatok is szinkronizálhatók: a több vezérlő által is igényelt mérési információt át lehet küldeni a hálózaton, így nincs szükség arra, hogy minden vezérlőnek saját érzékelője legyen. A CAN protokoll 2 keretformát támogat, melyek között az egyetlen lényeges különbség az azonosító (ID) hossza. A standard formátumú üzenetben ez 11 bit, a kiterjesztett formátumúban pedig 29 bit. A keretek 7 további mezőt tartalmaznak. Az alap (standard) CAN üzenetformátum a "start of frame" bittel kezdődik, ezt követi az "arbitration field", ami az azonosítót tartalmazza, és a "RTR" (remote transmission request) bit, ami azt jelzi, hogy az adott keret adat keret vagy adatot nem tartalmazó kérés keret-e. A "control field" az IDE (identifier extension) bitet tartalmazza, mely a standard és kiterjesztett formátum közül választ, 1 későbbi felhasználásra fenntartott bitet és - az utolsó 4 bitben - az adatmezőben levő adatbyte-ok számát. A "data field" 0-8 byte hosszú lehet és a "CRC field" követi, amit a keret a bithibák detektálására biztonsági ellenőrzésre használ. Az "ACK field" része az ACK slot (1 bit) és az ACK delimiter (1 recesszív bit). Az ACK szakaszban levő bit recesszív bitként kerül elküldésre, és domináns bittel azok a vevők írják felül, akik helyesen vették az adatot (pozitív nyugta). A korrekt üzeneteket a vevők az elfogadási teszttől függetlenül nyugtázzák. Az üzenet végét az "end of frame" mező jelzi. Az "Intermission" az egymást követő üzenetek közti minimális bitidőt adja meg. Ha egyik állomás sem jelentkezik hozzáférési igénnyel, a busz idle állapotban marad. A távirat felépítése:

32. ábra CAN 2.0A standard keretformátum (ISO 11898)

56

Közúti közlekedési automatika A kiterjesztett CAN üzenetformátumát kapacitás gondok miatt a hozták létre, egy 29 bites azonosító mező bevezetésével. Ez egyrészt a már létező 11 bites azonosítót (alap ID), másrészt a 18 bites bővítményt tartalmazza. Így a CAN protokoll két üzenetformátumot támogat: a Standard CAN-t (2.0A verzió) és az Extended CAN-t (2.0B verzió). Mivel együttesen használják ugyanazt a buszt, meghatározták, hogy melyiknek magasabb a prioritása abban az esetben, amikor különböző formátumú, de azonos alap azonosítóval rendelkező üzenetek ütköznek. A standard formátumú üzenet prioritása mindig nagyobb, mint a kiterjesztett formátumú üzeneté.

33. ábra CAN 2.0B kiterjesztett keretformátum

A CAN protokoll fizikai megvalósítása minden chipben azonos, különbség csak abban van, hogy a chip milyen mértékben veszi át az adatküldés és fogadás szervezését a mikroprocesszortól.

34. ábra Tipikus CAN kapcsolódás

Más buszrendszerektől eltérően a CAN protokoll nem használ nyugtázó üzeneteket, de jelzi az előforduló hibákat. A CAN protokoll többféle mechanizmust implementál hibadetektálásra az üzenetek szintjén.

4.2

A Nikola Tesla forgalomirányító berendezés

A Nikola Tesla (NT) berendezések az 1960-as évek második felében jelentek meg hazánkban, mivel az akkori hazai gyártású (tranzisztoros EMG) készülékek igen megbízhatatlan, nehezen üzemeltethető konstrukciónak bizonyultak. A zágrábi NT cég megvette a világszerte ismert LM. Ericcson licencét, majd hamarosan elkezdték a gyártást és hazánkban is kb. egy évtizeden keresztül szinte csak NT forgalomirányító berendezéseket telepítettek. A gépek jelfogós alkatrészbázis felhasználásával, a funkcionális egységeket relésávokba (rack) építve készültek egyszerű kiegészítő elemek (ellenállások, kondenzátorok, diódák, stb.), alkalmazásával. Komolyabb elektronikus egységek beépítését a hazai kivitelezésben elkészített tirisztoros és triak-os LGBA (SÁRGA VILLOGÓ) relésávok lecserélése, illetve a Siemens forgalomirányító központhoz való csatlakoztatást biztosító Z80 alapú mikroprocesszoros interfészek szükségszerű 57

Közúti közlekedési automatika alkalmazása jelentette. A berendezések csomóponthoz illesztése (a forgalomtechnikai tervek beépítése) igen nehézkes munkával - huzalátkötések beforrasztásával - volt elvégezhető, így a módosítás is idő- és munkaigényes tennivaló. Forgalom-, és berendezéstechnikai szolgáltatási szintjüket tekintve pedig nyilvánvalóan a legalacsonyabb szinten állnak a meglévő gépek között. Ezek a berendezések a következő altípusokkal szerepelnek A, AM, BC, PSV, DE. Az „A” és „AM” típusok voltak a legelsők, a „BC” típus az előzőktől csak annyiban különbözik, hogy az „A” és „AM” berendezések jelzőcsoport kapacitását a 6 jármű + 8 gyalogosról a duplájára (12 jármű + 16 gyalogos) növelte azáltal, hogy a szükséges relésávokat kettőzve tartalmazta. Így az alapkapacitást meghaladó igényű nagyobb csomóponthoz nem kellett két gép, nem kellett összehangolt üzemet kellett biztosítani azok között, és az elmaradó egységek miatt olcsóbb is volt egy „BC”, mint két „A”, vagy „AM”. Ezek a berendezések nem rendelkeznek zöld együttégés ellenőrző áramkörökkel, így egy kábelzárlat balesetveszélyes helyzetet okozhat! TIGA

LISA

PGGAT

PGOA

PGOB

LGVA

LGVC

KP

DFOB

HSSB

KSLAT RTTZ

LGBA

35. ábra Az alap NT berendezés blokkvázlata

TIGA PGGAT LISA HSSB PGOA KP PGOB DFOB LGVA RTTZ LGVC KSLAT LGBA

: : : : : : : : : : : : :

Impulzus generátor Programadó Vezeték impulzus adó Kézi vezérlő Programtároló Kezelő panel Programkapcsoló Üzemmód átkapcsoló Jármű jelzőcsoport kapcsoló Zöld villogtató Gyalogos jelzőcsoport kapcsoló Piros izzó ellenőrző Sárga villogtató

A „PSV” gépből van a legtöbb, ez az alaptípusoknak egy Tesla fejlesztésű változata. Az újabb egységek magasabb forgalomtechnikai szolgáltatásokat nyújtanak (pl. betétprogram, helyi szükség58

Közúti közlekedési automatika program, detektorok, gyalogos nyomógombok lekezelése, stb.), és javult a védelem szintje is a KSKA zöld együttégés ellenőrző áramkör megjelenésével. A „DE” változat a „BC”-vel rokon felépítésű, a „PSV” alapgép duplázása.

4.3

Az FB 016 forgalomirányító berendezés

A berendezést a közúti járművezetők számára fontos vizuális utasító-, és tájékoztató eszközök (Pl. jelzőlámpák, sebességkijelzők) vezérlésére fejlesztette ki a Villamos Automatikai Intézet (VILATI) 1980-ban. A vezérlési feladat végrehajtása magában foglalja az üzemmódok szerinti vezérlési típus önálló ellátását, valamint a különböző teljesítmény elemek kapcsolását is. A berendezés modulrendszerben épül fel, teljes egészében elektronikus elemekből (TTL áramkörökből). A modulrendszerű felépítés azt jelenti, hogy az előre gyártott nyomtatott áramkörök (NYÁK) egy kész keretbe kerülnek beépítésre a szükséges konfigurációnak megfelelő elemekből. A berendezés sokrétű feladatok megoldására képes típuscsaláddal rendelkezik, amelynek 36 tagja van. A berendezés kiépítése nagyban függ az ellátandó forgalomtechnikai feladattól, ami azt jelenti hogy a berendezésbe mindig csak annyi kártyát kell dugaszolni amennyire az adott feladat ellátásához szükség van; ez minimálisan 14, maximális kiépítés esetén 72 egységet jelent. A berendezés költsége arányos a berendezésbe beépített egységek számával. A berendezésbe a beépített kártyákon kívül még lehetőség van 8 tartalék NYÁK beépítésére is amelyek speciális feladatokat láthatnak el (pl. közút-vasút összehangolás, stb). 4.3.1 Egyedi csomópontra kiépített FB berendezés vezérlése A jelzőlámpák kapcsolásának időzítését a berendezésben többféleképpen tehetjük meg: • • • •

fix ciklus idejű programmal, betétprogramokkal, kézi vezérléssel, és bejelentkezéses üzemmóddal.

A fix ciklusidejű program esetén a berendezés működését a 36. ábra mutatja. Az ábrán a védelmi rendszereket nincsenek ábrázolva. VJG (vezérlő jelek generátora) Az egység feladatai: • A hálózati 50 Hz-es frekvencia leosztásával a VJG állítja elő berendezés működéséhez szükséges 1 Hz-es frekvenciát a berendezés többi egysége számára, • Bekapcsolás esetén, vagy sárga villogó üzemmódról történő átkapcsoláskor vezérli az indítási programot. Az indítási program a következő:

•

-

5 másodperc sárga villogó, ekkor a gyalogosoknak sötét a jelző,

-

5 másodperc folyamatos sárga minden irányban, a gyalogosok jelzője piros,

-

Általános piros a PCP (Programválasztási pont és ciklus vége programozó egysége) egységben programozható ideig.

Hiba esetén (vagy esetleges kézkapcsolásnál) vezérli a sárga villogó üzemmódot.

• Egy beépített áramkör segítségével figyeli a tápfeszültséget és ha az egy megengedett értéktartományon kívül esik lekapcsolja a berendezést, a hibás működés elkerülése érdekében

59

Közúti közlekedési automatika ÜPI (ütem generátor és program illesztő) • Számlálja VJG-től kapott 1 Hz-es impulzusokat, és előállítja a t=1..129 secundum időadatokat (27+1=129, tehát a ciklus idő maximuma a binárisban történő számlálás eredményeképpen ennyi) a berendezés többi egysége számára • A számlálás mindig a PCP egységben megadott, programonként külön-külön beállítható ciklusvég időig tart, ekkor az ÜPI nulláról újra kezdi a számlálást • A berendezés 4 különböző program szerint üzemelhet ezért szükség van az éppen futó program számának az eltárolására, ezt a feladatot is az ÜPI látja el

36. ábra Az FB berendezés alap kiépítése

PCP (programválasztási pont és ciklus vége programozó egysége) • Bekapcsolási általános piros hosszának a programozása (forrasztással, vagy jumperek behelyezésével). •

A programok ciklus idejének a beállítása.

• Programváltási pontok programozása, - külön megadható az összes, azaz mind a 12 lehetséges programváltási pont (1-2,1-3,1-4,2-1......4-1,4-2,4-3), - és ezen kívül megadható még a t=0 időpontban egy általános programváltási időpont is.

JCP (jelzőcsoportok programozása egysége)

60

Közúti közlekedési automatika • A jelzőlámpák jelzéskép váltási időpontjainak a programozása itt történik. Egy JCP egységben két jelzőcsoport négy program szerinti programozása végezhető el. Itt még nem teszünk különbséget jármű és gyalogos jelzőcsoport között, mivel csak a zöldre váltási pontokat és a pirosra váltási pontokat programozzuk ezen a kártyán. Ez jármű esetén a piros-sárga, és sárga jelzésképek kapcsolási időpontjait jelenti, gyalogosnál a zöld kezdetét és a villogás kezdetét.

JCV (jelzőcsoportok vezérlő egysége) • A JCP egység jeleiből előállítja a lámpakapcsoló egységek vezérlő jeleit (a piros-sárga időt, amely 2 secundum, a sárga időt, amely 3 secundum valamint a villogó zöld időt, amely 5 secundum, a berendezés hardveresen állítja elő)

Az egység két változatban készül: -

Két jármű és két gyalogos jelzőcsoport vezérlésére

-

Három jármű és egy gyalogos jelzőcsoport vezérlésére

37. ábra Jélzéskép váltás

A gyalogos jelzőcsoport vezérlő jeleit alkalmazzák a villamos jelzők vezérléséhez is úgy, hogy a villogó zöldet egy rövidre záró vezeték beforrasztásával kiiktatják. JLK (jármű lámpa kapcsoló egysége) és GLK (gyalogos lámpa kapcsoló egysége) • A JCV által előállított jelek alapján kapcsolják a jelzőlámpákat, egy JLK egység egy jármű jelzőcsoportot, egy GLK pedig két gyalogos jelzőcsoportot tud vezérelni.

A JLK és GLK már az erősáramú modul (EM) részeit alkotják. A beépített kapcsolóeszközök típusa szerint a lámpákat kapcsolhatja: -

Solid State Relay, (csak a nevében „jelfogó”, a valóságban elektronikus áramkör)

-

Félvezetős (tirisztor, triak), és

-

„0” pontos félvezetős (a be- és kikapcsoló jeleket a váltófeszültség 0 Volt értékien aktivizáló) elem. Ez nagymértékben csökkenti az izzókiégéseket, és növeli az izzók üzemidejét.

61

Közúti közlekedési automatika Fix ciklusidejű programok esetében a berendezés egységei a beépített fázis időtervnek megfelelő program szerint működnek. A VJG egység előállítja az 1 Hz-es ütemeket és vezérli a JCV és ÜPI egységeket ezekkel az órajelekkel. Az ÜPI előállítja a ciklusidőt, amelyet a PCP figyel és a ciklus végén, vagy program váltás esetén beavatkozik az ÜPI működésébe. Az ÜPI egységtől érkező másodperc adatok alapján a JCP áramkörök a jumperekkel beállított program szerint működtetik a JCV egységeket (ekkor csak a pirosra váltást és a zöldre váltást adják meg). A JCV áramkörei a szükséges átmeneti időértékeket hozzárendelik a már meglévő váltási pontokhoz, ezek alapján a JLK és a GLK elemei vezérlik ki a jelző lámpákra a megfelelő jelzésképeket. 4.3.2 Betétprogramok alkalmazása Ahhoz hogy a berendezés ilyen speciális üzemmódú működését megérthessük, tisztáznunk kell mi a betétprogram, ehhez a 3.ábrát használjuk fel. Betétprogramról akkor beszélünk ha a berendezés az alapprogramon kívül az adott forgalmi helyzettől függően annak egy módosított verzióját is futtathatja.

Az ábrán látható kereszteződésben a „C” balra kanyarodó irány kis forgalmú, tehát ha minden ciklusban ennek az iránynak is adnánk zöldet, akkor a kereszteződés forgalmi átbocsátó képességét csökkentenénk, ezért csak akkor kap szabad jelzést, ha ténylegesen igény jelentkezik. Tehát a berendezésben tárolunk egy olyan programot, amelyben a „C” iránynak az egész ciklus során pirosat adunk, illetve készítünk egy módosított programot, amelyben a „C” irány is kap zöldet. A berendezés akkor futtatja ezt a másik programot, ha a „C” irányban elhelyezett detektor foglaltságot jelez, természetesen a detektort úgy kell bekötni, hogy annak hibája esetén minden ciklusban megkapja a „C” irány is a szabad jelzést, mert ennek elmaradása esetén a „C” irány a berendezés hibája miatt sohasem kaphatna szabad jelzést, és ezzel növekedne a balesetveszély a tilosba hajtások miatt (INDIREKT vezérlési mód). A berendezés működése megegyezik a fix ciklus idejűben elmondottakkal azzal a különbséggel, hogy a betétprogram esetén módosuló jelzésű jelzéscsoportokat kétszer kell programoznunk, egyszer az alapprogram szerint egyszer pedig a módosított betétprogramnak megfelelően. Az ismertetett példában ez az „A”, „E” jelzéscsoportok változását jelenti, hiszen „C” zöldjét az „A” terhére adjuk meg, viszont „C”-vel párhuzamosan haladhat az „E” irány, így az több zöldidőben részesülhet. Ilyen esetekben a betétprogram számára külön JCP egységet használunk, így a betétprogram mind a négy program esetén más és más lehet. Azt hogy éppen melyik szerint fog a berendezés működni az határozza meg, hogy a BPK egység melyik JCV-t kapcsolja át a bejelentkezések függvényében a JCP kártyákhoz (a betétprogramot tartalmazó-, vagy az alapprogramot tartalmazó JCP-t).

62


38. ábra A betétprogram jelzésterve

A 39. ábra a berendezés módosított blokkvázlatát mutatja, itt található a BPK (betét program kapcsoló) egység. Annak a jelzőcsoportnak a programozása, amelyik csak a bejelentkezés esetén kap zöld jelzést csak egyszer történik (a példánkban ez a „C” jelzőcsoport). Ha nincs bejelentkezés, akkor a BPK egység tiltja a zöld jelzésre vonatkozó parancs továbbjutását a JCP egységtől a JCV egység felé. A BPK két más-más feltételű bejelentkezési betétprogramozását teszi lehetővé. Öt jelzőcsoport kétféleképpen történő programozására és öt jelzőcsoport zöld jelzésének bejelentkezéstől függő megengedésére és tiltására van lehetőség.

63


39. ábra Az FB berendezés kiegészítése a betétprogram kapcsoló egységgel

4.3.3 Kézi vezérlés Rendkívüli forgalmi helyzetek során szükség lehet arra, hogy a jelzőlámpákat személy működtesse. Azonban az ilyen vezérlés során is szem előtt kell tartani a biztonságot, ezért ilyenkor is szükség van az ürítési idők betartására. Ezt az biztosítja, hogy a berendezésben az átmenetek (piros-sárga, sárga, villogó zöld) automatikusan futnak.

Az 40. ábra mutatja, hogy kézi vezérléskor a berendezés a legrövidebb ciklusidejű programot futatja. Az SPP (stop pontok programozása) egység a programozott stop időpontokban leállítja az ÜPI egységben az órajelet, tehát a berendezésben fázisnyújtás következik be. A kézi vezérlést végző személy egy nyomógomb benyomásával léptetheti tovább az órajelet, tehát tetszőleges hosszúságú fázisokat határozhat meg, úgy, hogy a berendezés a forgalomtechnikai terveknek megfelelően működik. Ezt a fajta kézi „VEZÉRLÉST” kézi „LÉPTETÉSNEK” nevezzük, mert nem tetszőleges a fázisok sorrendje, (mint a külön fázisnyomógombos esetben), hanem fix, kötött, csak az ábrán látható sorrend szerint követhetik egymást a forgalmi áramlatok, függetlenül attól, hogy egy irányból jelentkezik-e igény, vagy sem. Kézi léptetés esetén a berendezésben maximálisan négy stop pontot tudunk 64

Közúti közlekedési automatika programozni, és a pontokat célszerű úgy meghatározni, hogy a fázis végét jelentő első váltási időpont előtt 1 másodperccel legyenek. Maga az üzemmód szorosan kapcsolódik a bejelentkezéses módhoz, csak ott nem ember, hanem járműérzékelő (detektor) léptet tovább.

40. ábra STOP pontos vezérlés

4.3.4 Bejelentkezéses üzemmód A forgalomirányító berendezés néhány újabb kártya beépítésével (41. ábra) alkalmassá tehető a forgalomtól függő vezérlésre, ekkor a berendezés a négy program közül bármelyikkel üzemelhet. (SPP = Stop pontok programozása, BLO = Bejelentkezési logika, BLK = Bejelentkezési lámpa kapcsoló, ZNP = Zöld idő nyújtás programozása). Ebben az esetben a SPP egységet úgy programozhatjuk, hogy mind a négy programhoz négy-négy stop időpontot állíthatunk be. A berendezés, az előző pontban leírtakhoz hasonlóan futtatja a programot és a stop pontban leáll, de a különbség az, hogy ebben az esetben nem a kézi kapcsolóval léptetjük tovább a programot hanem egy új egység a BLO (bejelentkezési logika) teszi ezt meg. A BLO egység akkor lépteti a következő fázisra a programot, ha a stop parancsot tiltó jel érkezik. Ennek hatására a program tovább fut a következő stop pontig. A jelet jármű detektor, villamos lengővezeték, vagy gyalogos nyomógomb generálhatja.

A BLO egység vezérel egy másik egységet is, a BLK (bejelentkezési lámpa kapcsoló) áramkört, amely a gyalogosok nyomógombjainak visszajelző lámpáit kapcsolja. A BLO egység a kapott jelek kiértékelését végzi és eldönti azt, hogy az éppen futó fázistól eltérő igény van-e, vagy nincs, és ennek megfelelően fázist kell-e nyújtani, vagy sem (vagyis a stop pontban megállítja-e a programot vagy nem).

65


41. ábra FB berendezés kiegészítése bejelentkező logikával

A fázisnyújtást a ZNP (zöld nyújtás programozása) kártya vezérli oly módon, hogy ha a stop időponthoz érkezik a berendezés, de a futó fázisra folyamatos igény van, vagyis a két bejelentkezés között nem telik el nagyobb idő, mint (a detektoronként előre külön-külön beállítható) 2-5 s, addig fázisnyújtás történik. A fázisnyújtás maximális értéke mind a négy fázisra külön-külön programozható, a zöld idő maximális értéke 60 s lehet. A forgalomtól függő vezérlésre célszerű egy minimális fázishosszakat tartalmazó programot használni, és a stop pontokat úgy meghatározni, hogy a fázis végét jelentő első váltási időpont előtt 1 másodperccel legyenek. Így a berendezés a bejelentkezésre minimális zöld időt ad, de ha folyamatos az igény, akkor a berendezés fázisnyújtást hajt végre egészen az igény megszűnésig, illetve folyamatos járműforgalom érzékelése esetében a programozott leghosszabb fázisnyújtási időig. Ekkor a berendezés az igények szerint másik fázisra kapcsol át. 4.3.5 A programválasztási módok A berendezés kiépítéséből következik az, hogy négy különböző programot képes futtatni. A forgalmi igényekhez legjobban igazodó program választása elsődleges szerepet játszik a közlekedés hatékony lebonyolításában.

A berendezés a programok választását három különböző módon teheti meg, nevezetesen: • • •

Kézi kapcsolással, Kapcsolóórás programválasztással, és Forgalomtól függő programválasztással.

Kézi kapcsolás A kézi kapcsolású programválasztási mód a legegyszerűbb, és legkönnyebben megoldható módszer. Ekkor egy kezelő személy szemrevételezéssel állapítja meg a különböző irányok forgalomnagysá66

Közúti közlekedési automatika gát és szubjektív döntésként választja ki a programot. Látható, hogy ennek a módszernek két nagy hibája van, az egyik hogy a kezelő személy szubjektivitásától függnek a döntések ezért nem szükségszerű, hogy a legjobb programot kerül kiválasztásra. A kézi kapcsolás a gyakorlatban úgy realizálódik, hogy a kezelő személy a berendezés kezelő felületén beállítja a kézi kapcsolás üzemmódját, majd a programválasztóval a megfelelő sorszámú programra kapcsol. Kapcsolóórás programválasztás Ebben az esetben előfeltétel az, hogy a forgalomnak az idő függvényében történő változása közel állandó legyen és hetenkénti ciklussal jól lehessen követni. Ehhez az FB berendezést egy újabb egységgel kell kiegészíteni, amelyet már a gépcsalád megjelenése előtt fejlesztettek ki, ezért angol rövidítése az AWU (Automatic Week Unit = heti kapcsolóóra). Az AWU egységben program átkapcsolási pontok programozhatóak be nappal 4-20 óráig minden félórában, éjszaka pedig minden egész órában lehetséges a programátkapcsolás. A heti óra programozás naponta más-más lehet, itt a ciklus hossza az egy hét. Hétköznap öt program választása lehetséges, ez azzal magyarázható hogy a berendezés négy alapprogramja mellett a sárga-villogó üzemmódot is programozhatjuk, vasárnap azonban csak három program közül választhatunk. A berendezés működés során az AWU egységből a kiválasztott program száma a PSE (program szelektor egység)-en keresztül jut az ÜPI áramköreihez (42. ábra) Forgalomtól függő programválasztás A forgalomtól függő programválasztás kiküszöböli az előbbi kettő hiányosságait. A programválasztó áramkörök blokkdiagramját a 42. ábra mutatja. A detektorokból érkező foglaltsági jelek a DPI (detektoros programválasztó illesztő) egységbe kerülnek, és azon keresztül jutnak a DPS (detektoros program választó számláló) áramkörökbe. A számlálás eredményét a mérési periódus végén a DPD (detektoros program választó és dekódoló) egység értékeli ki. Egy DPI egységhez három detektor csatlakoztatható. A DPI egység két fontos feladatot lát el, elsősorban figyeli a mérőhelyekről érkező jeleket, és ha folyamatos foglaltságot (megállás a detektor felett, forgalmi dugó) érzékel, akkor helyettesítő jeleket szimulál. A helyettesítő jelek szimulálásának gyakorisága detektoronként programozható az egységekben. Külön-külön beállítható, hogy hány másodperc után kezdődjék meg a jelek szimulálása (maximum 15 másodperc folyamatos foglaltság után), és beállítható az is hogy hány másodpercenként szimuláljon egy-egy bejelentkezést. A szimulációt berendezésben 2, 4, 8, 16 másodpercre lehet beállítani. Erre a szimulációra azért van szükség, mert torlódás esetén egyegy jármű a detektoron hosszabb ideig is állhat, így az nem érzékel újabb járművet, ezzel hamis forgalmi képet alakít ki a berendezésben. (A számláló szerint a megfelelő forgalmi sávban igen csekély forgalom van.) Ennek a hibának a kiküszöbölésére a DPI egység figyeli a foglaltságokat és magától újabb bejelentkező járműveket generál, hogy a szituáció közeledjen a valós forgalmi helyzet állapotához. A DPI egység másik igen fontos feladata, hogy a detektorok esetleges hibás működését felfedje, és hiba észlelése esetén a berendezés automatikusan a kézi kapcsolón beállított programra lépjen át. A DPI egységből érkező impulzusokat a DPS számláló egységek számlálják, a berendezésben maximálisan négy darab DPS berendezés használható, Egy egység egy vagy két darab detektor impulzusait számlálhatja. Ha két detektor jeleit számlálja, akkor a jelek először egy osztó áramkörbe kerülnek és ott, az egységben beállított osztó értékkel (1, 2, 4, 8, 16) csökkent a számláló. A leosztott impulzusokat 0..32 tartományban számlálja az egység, ha 32-nél több lenne az érték, akkor is 32-öt jelez. Így a számláló egység teljes számlálási tartománya 0..512 járműig terjed (16*32=512). A mérési periódus végén a DPS egység kiértékeli a számlálás eredményét.

67


42. ábra Forgalotól függő programválsztás az FB-ben

A kiértékelés előtt szót kell ejtenünk ennek a problémáiról. Ismeretes az, hogy a programválasztás előtt megfelelő mennyiségű mintát kell vennünk a forgalom nagyságából, hogy azt biztonsággal ki tudjuk értékelni. A megfelelő mennyiségű minta vételéhez szükséges idő viszont meghaladhatja a 15-60 percet, ami a rendszerünk lassúságához vezetne. A rendszer így a saját tehetetlensége miatt nem tudná követni a gyors forgalomi változásokat. Ezt a problémát oldja meg a tendencia figyelő áramkör. Az áramkör lényege az, hogy a berendezés a forgalmi szintek között nem egy éles határt jelöl ki, hanem ad egy átmeneti tartományt (hiszterézist). Így az egység valamely forgalmi szint után másik forgalmi szintet csak akkor jelez, ha a következő mérési periódus végén a számlált érték az eredeti forgalmi szint átmeneti sávokkal megnövelt tartományán kívül esik (43. ábra). Az egységgel négy forgalomnagyság szint különböztethető meg, az egységbe ezeket a szinteket és a határait tetszőlegesen programozhatjuk be. A DPD egység két feladatot lát el: •

méri a mérési periódus időtartamát, melyet 15 lépcsőben állíthatunk be, a lépési távolság 0,5 vagy 1 perc lehet , így a mérési időtartam vagy 0..7,5 vagy 0..15 perc lehet,

•

a mérési periódus végén a DPS egységektől kapott információk alapján a megfelelő program kiválasztása, és a következő mérési periódus végéig a programszám tárolása.

A program kiválasztása két lépcsőben következik be: •

Az első lépésben az egység tiltja azokat a programokat, amelyeknek az átbocsátó képessége nem teszi lehetővé az adott jármű szám zavartalan átbocsátását,

•

A második lépcsőben pedig a maradék programok közül kiválasztja a legmegfelelőbbet.

A programválasztás helyességének érdekében a forgalomnagysági szintek határait úgy kell kijelölni, hogy azok megfeleljenek az adott program átbocsátó képességének. Csak így döntheti el a rendszer, hogy melyik program az, amelyik az adott forgalomi szinthez legjobban igazodik. Betétprog68

Közúti közlekedési automatika ramok alkalmazása esetén azonban előttünk áll az a probléma, hogy az átbocsátó képesség változik az adott betétprogramtól is, vagyis az igény adott fázisban kielégítésre került vagy sem, ezért az ilyen esetekben az alapprogram átbocsátó képességét csökkenteni kell, amely csökkentés mértéke lehet 1/2, 1/1.5, vagy 1/1.25.

43. ábra Hiszterézises programválasztó logika

4.3.6 A jelzőlámpák helyes működésének ellenőrzése A forgalomirányító berendezéseknél alapkövetelmény az, hogy a berendezés esetleges meghibásodása, vagy hibás működése esetén sem kerülhet ki a fényjelzőkre hibás jelzési kép, valamint a berendezésnek figyelnie kell azt, hogy az esetleges jelző meghibásodások miatt ne alakulhasson ki veszélyes helyzet. (Ilyen balesetveszélyes helyzet az, amikor az izzókiégés miatt két egymást keresztező sávban nem tisztázottak az elsőbbségi kérdések. Berendezéshibára pedig példa az, ha két egymást keresztező sáv jelzőire a berendezés hibás működése miatt egyidőben zöldet vezérelne, vagy pl. kábelzárlat miatt a jelzőkön zöld jelenne meg). Azért, hogy ilyen veszélyhelyzetek ne alakulhassanak ki, szükséges volt beépíteni megfelelő biztonsági figyelő áramköröket. A védelmi rendszer működését a 44. ábra mutatja be.

Piros izzó kiégés A feladatok egyike az, hogy ellenőrizze, hogy a piros izzón folyik-e áram, abban az esetben, ha annak világítania kell, (vagy kiégett az izzó, szakadt a hozzá vezető kábel). Ha nem következik be az ekvivalencia kapcsolat (az izzónak égnie kell, és ég is), akkor a berendezés hibajelzést generál. Az felügyeletet a PIE (piros izzó ellenőrző egység)-ek végzik. Az egység tehát a piros izzókon átfolyó áram meglétét ellenőrzi, és hibát jelez akkor is, ha a kapcsoló fokozat „féloldalasan” hibásodik meg. A berendezés a VJG-től kapja azt az információt, hogy melyik piros izzót kell ellenőriznie. Egy berendezésben hat PIE kártya alkalmazható, egy PIE egy69

Közúti közlekedési automatika ség összesen hat izzó ellenőrzését végezheti el, így egy berendezésen belül 36 db piros izzó ellenőrizhető. Az izzó kiégési hiba kétféle lehet, ha olyan izzó ég ki, amely meg van ismételve a kereszteződésben és az ismétlő jelző átveheti a kiégett izzó szerepét akkor a HGY (hibagyűjtő egység) csak hibajelzést generál, amely a forgalom irányító központba küldhető tovább. Azonban ha olyan irányban ég ki piros izzó ahol az nincs megismételve, vagy az ismétlő nem látható kellőképpen, akkor a berendezés sárga villogó üzembe megy át. Zöld együttégés A hibák másik veszélyes formája a zöld jelzőkkel kapcsolatos, az áramkörök a tiltott zöld együttégéseket figyelik. Erre a feladatra több egység is alkalmas és a védelem is kétszintű. Az első szintű védelemnél a berendezésben ZFO (zöld figyelő optronok) a zöldre kapcsolt feszültségeket figyelik, és a kapcsoló áramkör féloldalas meghibásodását is érzékelik. A ZFO áramköröket úgy alakították ki, hogy egy kártya négy feszültséget tud figyelni. A berendezésben négy ZFO kártyát helyezhetünk el, így a berendezés mind a 16 jelzőcsoport zöldjének figyelésére alkalmas. Ezt a kártyát használják még fel más feszültség ellenőrzésre is, például gyalogos nyomógombok visszajelző izzóinak figyelésére.

44. ábra Az FB ellenőrző rendszere

A ZFO egységből a jelzések a ZTA (zöld tiltott kombinációk programozásának alapkártyája) egységbe kerülnek. A ZTA egységben 12 jelzőcsoport zöldkizárása programozható, mint láthatjuk ez egy teljesen kihasznált berendezésnél kevés, ezért alkalmazzák a ZTB bővítő kártyát, amelynek 70

Közúti közlekedési automatika feladata hasonló a ZTA egységhez csak így a két egység már mind a 16 jelzőcsoport tiltott kombinációit ellenőrizni tudja. Az ellenőrző áramkörök azt figyelik, hogy nincs-e tiltott zöld együttégés, ha ilyet tapasztalnak, akkor a HGY egységbe hibajelet küldenek, és ez a jel eljutva a VJG-be sárga villogó üzemmódra kapcsolja át a berendezést. A berendezés nem csak a közvetlen zöld kizárások figyelését végezheti el, hanem egy opciós kártya segítségével ellenőrizni tudja, hogy a tiltott zöldek kapcsolása között megfelelő idő telt-e el, vagyis megvolt-e az úgynevezett „közbenső idő”. Ez az egység a ZIK (zöld időprogramozott tiltott kombinációk kizárása). Ebben az egységben programozhatók a figyelt közbenső idők, 1-15 másodperc között. Egy ZIK egység segítségével négyezer két-két jelzőcsoport kölcsönös tiltása valósítható meg mindkét közbenső idő figyelembe vételével. Egy berendezésben tíz darab ZIK egység használható. A második szintű védelemhez egy újabb ellenőrző egységet építettek a berendezésbe (ZRA), tekintettel arra az estere, ha az előbb ismertetett ellenőrző áramkörök (ZFO, ZTA, ZTB, ZIK, HGY, ÜPI) valamelyike hibásodna meg. A ZRA (zöld figyelés ellenállás csatolással) alapkártya feladata, hogy különleges meghibásodás esetén a jelzőlámpákat lekapcsolja a hálózatról, (sötétre vezérlés) így egyáltalán nem kerülhet ki hibás jelzéskép a csomópontba. Mivel a ZRA egység csak 6 jelzőcsoportot tud ellenőrizni, ezért kiegészül egy ZRB bővítő kártyával. A tiltások programozása ebben az esetben is a ZTA és a ZTB egységekkel történik. A ZRA és ZRB egységet is úgy alakították ki, hogy a kapcsoló áramkörök féloldalas meghibásodását is érzékelni tudják. A ZFO és a ZRA ellenőrző ágak tehát ugyanazon kimenő fázisvezetékekre kapcsolódnak, viszont a ZRA ellenőrzés hatása késleltetve van. Amennyiben az előzetesen hardver úton beállított (100 - 300 ms) időn belül a ZFO védelem nem kapcsol át sárga-villogóra, bekövetkezik a sötétre vezérlés. 4.3.7 A forgalomirányító berendezés működése összehangolt rendszerben A berendezés tervezésekor már alapvető igény volt, hogy a gép összehangolt rendszerekben is működhessen. Csoportvezérlős rendszerben a berendezés mind a két alapfunkciót betöltheti, azaz lehet vezérlő, vagy vezérelt berendezés (csoportvezérlő, vagy helyi; angol megnevezéssel: master - local controller). Az alábbi ábrán az összehangoláshoz szükséges áramkörök blokkvázlatát láthatjuk egyszerűsített formában.

71


45. ábra Az FB működése összehangolt üzemben

4.3.8 Vezérlési állapot meghatározása A vezérlési állapot meghatározására az egyedi csomópontokban működő berendezéseknél is szükség van, de összehangolt működésnél ez a funkció jobban megfigyelhető és megérthető. Az állapot meghatározó egység az ADR (állapot dekóder) kártya. Ez fogadja az üzemmód kapcsolóról, illetve a vezérelt üzemmód esetén a vezérlő géptől érkező üzemmód parancsokat. A kapcsolóval beállítható üzemmódok a következők: • • • • • •

Kézi vezérléses üzemmód, Bejelentkezéses üzemmód, Fix ciklusidejű üzemmód - kézi programválasztással, Fix ciklusidejű üzemmód - detektoros programválasztással, Fix ciklusidejű üzemmód - kapcsolóórás programválasztással, Vezérelt üzemmód.

A hat üzemmódon kívül van még egy hetedik a sárga-villogó üzemmód, melyet a VJG egység vezérel a már tárgyalt módon. A vezérlőgép a saját kódját binárisan kódolt formában küldi a helyi gép felé, és ha annak kapcsolója „vezérelt” állásban van, akkor az ADR egysége a binárisan kódolt információt dekódolja a többi egység felé. A dekódolás programozható, úgy hogy a vezérlőgép által adott üzemmódhoz az általuk megkívánt üzemmódot rendelik hozzá. Ezek az üzemmódok lehetnek az 1.-5. valamint ezen kívül a fix ciklusidejű üzemmód központi programmal, vagy a sárga-villogó üzemmód. A dekódolás programozhatóságára azért van igen nagy szükség, mert a vezérlő és a vezérelt gépnek is más-más lehet a kapcsolata, például másképpen kell viselkednie a berendezésnek ha a két gép ikergépként van összekapcsolva, illetve más felhasználás esetén. Ikergépes esetben a vezérlő gép hibája esetén a vezérelt gépet is sárga-villogó üzemmódba kell kapcsolni, míg más esetben csak a vezérlő gépről való leválást jelenti a vezérelt gép számára és ezek után a vezérelt gép mint önálló csomóponti vezérlőberendezés fog tovább üzemelni. 72

Közúti közlekedési automatika Az ADR egység figyeli még a VVE (vonali vevő) egységtől érkező adáshiba és a SIP (szinkron idők programozása) egységtől érkező szinkronhiba jelzést, és hiba esetén a berendezést helyi üzemre kapcsolja át, illetve más programozás esetén sárga-villogó üzemmódot is kapcsolhat. A vezérlési állapot meghatározásához tartozik még a PSE (program szelektor egység), amely a program számot határozza meg. Ezt a feladatot úgy látja el, hogy a négy programinformáció közül az üzemmód parancsnak megfelelőt továbbítja az ÜPI egység számára. A központi program információ is binárisan kódolt formában érkezik és ennek a dekódolását is a PSE végzi, a dekódolás itt is programozható az ADR egységhez hasonlóan. 4.3.9 Szinkronizálás megvalósíthatósága Ha összehangolt berendezésekről beszélünk, akkor mindenképpen szólni kell a szinkronizáció kérdéséről, hiszen ahhoz, hogy a berendezések együtt futhassanak, ahhoz együtt kell futniuk az időzítő áramköröknek.

A szinkronizálás megvalósítása során a vezérlő berendezés a T=0 időpontban egy szinkron jelet küld a vezérelt gépeknek. Ez a jel a VVE egységen keresztül az SIP egységbe jut ahol nulláz egy számláló áramkört. A számláló áramkör az ÜPI-től kapott 1 Hz-es impulzusokkal van meghajtva, és a „T” rendszeridő számlálására szolgál. Ezen számlálók minden - a rendszeren belüli - gépben azonos időt kell, hogy jelezzenek. Az egyes berendezések helyi időalapja azonban el lehet tolva a „T” rendszeridőhöz képest az egyszerűbb programozhatóság kedvéért (erre mutat példát a 46. ábra). Az eltolási idő értékeit külön-külön programozhatjuk a SIP egységben. A szinkronizálás tehát két lépcsőben zajlik le: •

A vezérlőgép szinkronjele szinkronba hozza a „T” rendszeridő számlálóját, és vár addig, amíg az ezt követő programhoz tartozó eltolási értékig elszámol.

•

Ha elszámolt a következő programhoz tartozó eltolási értékig, akkor történik a saját „t” időszámlálójának a szinkronizálása.

Ha a berendezés valamilyen okból kiesik a szinkronból, akkor a ciklus végén a t=0 időpontban várja a következő szinkronizálási parancsot. Látható hogy ez a megoldás így még nem tökéletes, hiszen ha a berendezés 1 másodperccel marad le a szinkronról, akkor a Tciklus-1 másodpercet kell várnia, ami azt jelenti, hogy 1,5-2 percig ugyanaz a jelzéskép maradhatna kinn a berendezésen. Ez pedig zavarokat okozna a közlekedésben.

73


46. ábra Szinkronizálás összehangolt üzemben

A zavarjelenség elkerülésének az egyik módja az, hogy olyan forgalomtechnikai terveket készítünk, amelyekben az egyes programokhoz tartozó eltolási időértékek azonosak. Ennek a kivitelezése nehézkes, bár ezt hivatott megkönnyíteni a PCP egység 12 lehetséges programváltási időpont programozhatósága. A megoldás problémáit fokozza még az is, hogy szinkronizálási hiba nem csak programváltásnál következhet be, hanem egyéb más esetekben is (például a hálózati 50 Hz ingadózásai miatt). A szinkronizálásból való kiesés miatti hosszú várakozás megakadályozására a SIP egység kiegészítő áramkörökkel van ellátva. A SIP egységnek kettő szinkronizáló áramköre van: •

Az egyik áramkör segítségével korlátozható a várakozás időtartama. Ennek a várakozási időkorlátnak az értékét egészen 0-75 másodpercig 5 másodperces lépcsőkben állíthatjuk be, és ha ez a várakozási idő hosszabb lenne a beállított időnél akkor a szinkronizálás több lépcsőben valósul meg.

•

A másik áramkör akkor lép működésbe, ha a szinkronizálási parancs kis eltéréssel érkezik a berendezésbe, ez az érték 0-30 másodpercig állítható be 2 másodperces lépcsőkben, ekkor a berendezésnek majdnem ciklus idejű várakozásra lenne szüksége a szinkronizáláshoz. Ezt kerüli el a berendezés úgy hogy a nem állítja le a „t” időszámlálót hanem az értékét mintegy 5%-kal növeli meg a szükséges ideig, és így korrigálja az eltérést.

A SIP egység tartalmaz még egy szinkronhiba figyelő áramkört, amely jelzi, és hiba esetén tiltja az ÜPI egység „t” időszámlálójának megállítását. 4.3.10 Állapot távadás Az állapot távadás feladatai: • Elsősorban lehetőséget biztosítani, hogy a forgalomirányító központtal való összekapcsolódás esetén csomóponti berendezésektől a megfelelő információ eljuthasson a központhoz.

74

Közúti közlekedési automatika • Biztosítani azt, hogy a forgalomirányító berendezés csoportvezérlőként működve összehangolja a többi csomóponti berendezéseket saját működésével.

Az állapot távadása a VAL (vonali adó logika) és a VAK (vonali adó kapcsolók) egységekkel valósítható meg. A különböző egységektől a berendezés üzemállapotára vonatkozóan kapott információkat a VAL egység kódolja, és az általa kódolt információkat kapcsolják a vonalra a VAK egységek. A VAL egység által kódolt információk a következők: •

Az üzemmód (binárisan kódolva 3 bitre) 000 001 010 011 100 101 110 111

•

ellenőrzési hiba miatt sárga-villogó üzemmód, sárga-villogó üzemmód kapcsolva, kézi vezérléses üzemmód kapcsolva, bejelentkezéses üzemmód kapcsolva, fix ciklusidejű üzemmód kézi kapcsolású programválasztással, fix ciklusidejű üzemmód kapcsolóórás programválasztással, fix ciklusidejű üzemmód detektoros programválasztással, vezérelt üzemmód.

A program száma (binárisan kódolva 2 bit) 00 01 10 11

• • • •

-

1. program, 2. program, 3. program, 4. program.

Szinkron impulzus (1 biten kódolva) Hibák jelzése (1 biten kódolva, tartalma az egyes berendezésekben állítható be) Sárga villogó üzemmódot kiváltó hibák jelzése (1 biten kódolva) Léptető impulzus (1 biten kódolva, csak ikergépes esetben használjuk)

4.3.11 Ikergépes alkalmazás A berendezés alkalmazható olyan esetekben is, amikor a 16 független jelzőcsoport kevés, ekkor két berendezést mint ikergépet kell összekapcsolnunk. Ez abban az esetben következik be, amikor egy csomópont annyira bonyolult, hogy egy berendezés által nyújtható szolgáltatás már kevésnek bizonyul, ekkor a két összekapcsolt gép már ezt a megnövekedett igényt is képes kielégíteni. Ilyen esetekben a berendezések mint csoportvezérlő és helyi vezérlő viselkednek.

75


4.4

A Siemens M forgalomirányító gépcsalád

A Siemens vállalatcsoport a közlekedésirányítás területén számos berendezést fejlesztett és telepített szerte a világban. A Siemens cég berendezéseivel és forgalomirányító központjaival már régóta jelen van Magyarországon az egyik legelterjedtebb típus az 1980-as években kifejlesztett M forgalomirányító berendezés, amelynek a következő altípusai vannak: MQ, MS, MSK, MSL, MR. A gépek közül legidősebb az MQ típus, majd az MS és végül a legújabb az MR. A legintelligensebb és rendszertechnikailag a legmodernebb az MS berendezés. Az MS-nek számos altípusa és kiépítési formája ismert mi ezekkel a későbbikben nem foglakozunk külön, hiszen ezek a gépek alapjaikban teljesen megegyeznek. 4.4.1

A berendezések általános felépítése

Az MS készülékcsalád (MS, MSL, MSK) Az MS gépek egyaránt alkalmasak egyedi csomópontok és koordinált hálózatok, illetve központi számítógépes vezérlés alá tartozó csomópontok irányítására is. Maximálisan 32 jelzőcsoportig bővíthető, így nagy csomópontokat is képes kiszolgálni. A nagy kapacitású adattárolóval rendelkező vezérlő mikrokomputer nem csak adatokat közvetít, hanem a forgalomtól függő kivezérlés logikájának, vagy más funkcióinak a feldolgozására is képes. A processzorainak rövid ciklusideje miatt az ellenőrzések mellett a bejelentkezéseket gyorsan tudja fogadni (20-100ms), ezáltal a programjait dinamikusan alakíthatja. Az írható-olvasható RAM-mal rendelhető gép lehetővé teszi a távprogramozást, valamint gyors helyi programozhatóságot, és ezzel a rugalmas készülékkoncepció bázisát biztosítja. A forgalomtól függő logika szabadon választható meghatározására és az összetett folyamatok kivezérlésére a forgalmi mérnökök részére speciális ”MASMO” problémaorientált programnyelv áll rendelkezésre. A felhasználók a készülékhez számítógéppel kapcsolódhatnak, a programokat előre elkészíthetik asztali PC-n, és tesztelhetik, majd végleges formájukban a készülékbe táplálhatják. Működhet önálló, egyedi vagy csoportos üzemben, DCF (rádiós atomóra) vevővel szinkronizálható. Az ellenőrző egység SIMIK több adat alapján, folyamatosan figyeli az üzemet. Figyeli a hálózati feszültséget, az elemek helyes működését, és ellátja a jelzésbiztosítást. A készülék lehetővé teszi, hogy ellenőrizzük a minimális zöldidőket, az egyidejűleg megengedhető jelzésképeket, a tiltott jelzéseket, a piros izzók kiégését. A fellépő hibákat a lehető legrövidebb időn belül felfedi, azokat súlyosságuk szerint primer vagy szekunder hiba kategóriába sorolja. Ez alapján eldönti, hogy milyen beavatkozásra van szükség. Az MR berendezések A Siemens cég az MS berendezése mellé kifejlesztett egy kisebb testvért gépcsaládjába. Ennek a készüléknek az ára kedvezőbb, de szolgáltatásai nem érik az MS gépét. A jelzésbiztosítási felügyelet színvonalának alulmaradása miatt következik, hogy módosultak a lámpakapcsolók és azok vezérlései. A vezérlés fő egységei a következők: Be- és kimeneti egység, adattároló egység, programszámláló és interfész egység, vezérlő egység (CBR). A legfontosabb különbség, hogy hiányzik a SIMIK ellenőrző egység. A gép tehát nem rendelkezik könnyen átprogramozható mikrogépes felügyeleti rendszerrel. Ebből következik, hogy az ellenőrzési és jelzésbiztosítási funkciókat más, primitívebb elektronikus megoldásokkal valósítják meg. A SIMIK számos feladatát, mint a hálózati feszültség ellenőrzését, a jelzésbiztosítás felügyeletét, a folyamatos sárga és villogó sárga jelek generálását a CBR vezérlőegység veszi át. A biztosítás másik oldala az MSM nevű egységben található diódás tiltási mátrix. A jelzőcsoportoktól érkező piros 76

Közúti közlekedési automatika csatornák feszültség és áram, valamint a zöld csatornák feszültség szenzorainak adatai az MSM tiltási mátrixra kerülnek, ahol a tiltott jelzőcsoport kombinációk találhatók. A tiltásokat diódák beforrasztásával lehet létrehozni. Látható, hogy a SIMIK EPROM-ban tárolt tiltási mátrixával szemben ez a megoldás kezdetlegesebb, nehezebben változtatható, és nem használható fel jelzési előkalkulációra. A gép tehát fel van ruházva a biztonságos működéshez szükséges ellenőrzésekkel, de azok rugalmassága elmarad az MS berendezésétől. 4.4.2

Forgalomtechnikai szolgáltatások

Kézi vezérlés Váltás a programok illetve fázisok sorrendje között a helyszínen. Önálló üzem Önálló üzem esetén a csomópontra telepített gép a felprogramozás után önállóan képes az egyszerű a fix programok kivezérlésétől egészen a teljesen rugalmas forgalomfüggő üzemmódig működni. Időterv függő vezérlés, maximum 8 fixen beépített program közül választhatunk. A ciklusidő maximum 255 másodperc. Programozható heti automatika, amelynek az időalapja a hálózat illetve DCF vevő is lehet. Forgalomfüggő programmodifikáció, amely külső bejelentkezés hatására alprogramot hív meg (maximum 32 alternatív program lehetséges, levonva a helyi programok számát). Két típusa lehet a hívás prioritásától függően: normál és különleges. Forgalomfüggő programmodifikáció, amely automatikusan a forgalomirányító berendezés által mért értékek (detektorok) alapján történik. A mintavételezés és feldolgozás intervalluma 20 ms. Továbbítópontos vezérlés esetén az Mx készülék a programokat előre definiált helyen képes megállítani és továbbítani. Ezzel egyszerűbb fázisvezérlést képes végrehajtani. Jelzőcsoport vezérlés keretprogramok decentralizált modifikációjával (SDM). Azaz megadott keretfeltételek között a berendezés rugalmasan alakítja az egyes jelzőcsoportok képeit az általa összegyűjtött adatok alapján (detektor, bejelentkező). Fázisvezérlés decentralizált modifikációval (PDM eljárás). A berendezés működése előzőhöz teljesen hasonló, azzal a különbséggel, hogy nem az egyes jelzőcsoportokat, hanem a fázisok sorrendjét alakítja (egy alapfázis és maximum 31 alternatív).

Alárendelt üzem Alárendelt üzem esetén a berendezés az előbb felsorolt lehetőségeket használhatja ki, a vezérlő gép utasításai alapján. A vezérlés BEFA 12 és BEFA 15 átviteli rendszereken keresztül szomszédos gépektől illetve központtól érkezhet. Ezek alapján •

csoportos üzemben a terepi berendezések egyike csoportvezérlőként funkcionál, így képes a hozzárendelt gépeket ki-, és bekapcsolni, programot váltani, szinkronizálni és forgalomtól függő programmodifikációt végrehajtani,

•

központi üzemben kétféle vezérélési koncepciót alkalmazhatunk, az egyszerűbb esetben a helyi berendezés ugyanúgy látja el a feladatát, mint önálló üzemben, a központ csak stratégia döntéseket hoz, és az alapján külső behatásként avatkozik be a működésbe, pl. programváltás kéréssel.

Összetettebb esetben a helyi készülék nem hajt végre programokat, minden jelzésképet a központ állít elő. A berendezés csak az egyes parancsokat kapja meg és hajtja végre. 77

Közúti közlekedési automatika 4.4.3 Központi forgalomirányítás lehetőségei A Siemens berendezések rendelkeznek a központra kapcsolás lehetőségével. A gépek forgalomtechnikai szolgáltatások központi alárendelt üzemben: •

fázis távvezérlés (továbbítópontos üzem) esetén a központi számítógép a forgalomirányító berendezésekben tárolt programok közül válogat, majd a kiválasztott programban kijelölt STOP pontokon - egy megadott pillanatban elküldött impulzus segítségével - képes a jelzési időterv megállítására, átkapcsolására, ill. továbbléptetésére. Ezáltal a periódusidő, a fázisok hossza és kezdete variálható egyetlen programstruktúrán belül,

•

a jelzőcsoport távvezérlés alkalmazása a legrugalmasabb irányítási lehetőséget biztosítja. A központi számítógép a forgalomirányító berendezések minden egyes jelzőcsoportjához közvetlenül hozzáférhet. Az összes jelzési időterv a központban van letárolva. Ezeket a központban szükség szerint bármikor módosítani lehet, terepi beavatkozásra nincs szükség. Az átmeneti jelzésképeket a helyi berendezések kezelik a közbenső idő ellenőrzésével. Természetesen a helyi gépben egy EPROM-ban megvan a tiltási mátrix, a közbenső idő és csomóponti geometria, így a védelmi funkciók helyben maradnak.

4.4.4 A berendezések szoftverei A mikrogépes rendszerek meghatározó rendszertechnikai elemei a processzorokon futó programok. Számos biztonsági és forgalomtechnikai funkció szoftveresen van megvalósítva. Ennek előnye, hogy az így felépített rendszer könnyen rekonfigurálható a hardver módosítása nélkül. Az MS és MR berendezések szoftverei vezérlés oldalról megegyeznek, mert mind a kettő ugyanazokat a vezérlő egységeket használja.

A működtető szoftverek (operációs rendszer) A 1. ábrán sima téglalap alakú dobozokban található programrészek az MS, MR (Mx) berendezések működtető szoftvereit mutatják. Ezek a szoftverek általában EPROM-ba égetett programok, amelyek a berendezést vezérlik. Elsősorban kapcsolatot képesek létesíteni a felprogramozó eszközökkel, képesek a letöltött programot feldolgozni, futtatni. Az ábra tetején látható, hogy a programozó készülék két helyre csatlakozik az Mx gépekben, ez a különválasztott vezérlés és ellenőrzés funkciók miatt van a két processzor számára. A működtető szoftverek szolgáltatásai: • • • • •

dátum, óra, DCF vevővel szinkronizálási ill. belső szinkron 50Hz-ről, 8 alapprogram, 24 alternatív program végrehajtására képes, 15 féle közbenső idő, külső egységtől érkező megszakítást nem kezel, programváltási utasítás végrehajtása,

A 47. ábra egy sematikus rajz, és csak a működés végigkövetéséhez szükséges belső program elemeket használja. Az „Mx” gépek programjainak teljes listája alább látható, ezen végigkövethető az egyes funkciók szétbontása: MSTATE MSAB MZWOP SIZUAB DUEZ MBD1,2 MEXWA 78

állapot- és üzemmód váltó, jelzésidő feldolgozó program, vezérlőprogramok be-, és kikapcsolása, minimális zöld és közbenső idő, a lámpakapcsolók kimeneti kapcsolóelemeinek vezérlése, BEFA 12 illetve 15 illesztő, PC és terminál kezelőprogram, mérési értékek összesítő és simító programja,

Közúti közlekedési automatika MASMO MAVMO MAST MFUNK MDRUCK MWAUT

forgalomfüggő modifikációt végrehajtó program, a MASMO adatellátó programja, a MASMO tesztprogramja, dátum és időjelek fogadása, nyomtatásvezérlő, heti automatika.

Az „Mx” gépek programjainak a végigkövetése során látható, hogy az egyes részelemek fő feladatai jól lehatárolhatók. Ez fontos a programozhatóság és az áttekinthetőség szempontjából. Megállapítható továbbá, hogy a beégetett célprogrammal az Mx gépek számos speciális forgalomtechnikai funkcióval rendelkeznek, ami kedvező. Ugyanakkor viszont ez a hátránya is, hiszen a beégetett programok miatt a rendszer rugalmatlanabb, mint pl. egy INTEL x86 alapú processzorra épülő berendezés. Ezekben a rendszerekben ugyanis a BIOS kevesebb és inkább általánosabb szolgáltatást nyújt, azonban ez mégis rugalmasabbá tehető a szinte korlátlan lehetőséggel rendelkező felhasználó programok segítségével. P C prog ra m oz ó sz oftver

K ö zp o nt

D etek tor ok

Prog ram illesztő

Id őz ítő

K ötött p r ogr am

M a vm o

A ltern ativ p r ogr am

D etek tor feld olg oz ó

M A SM O p r ogr am

Jelz ésk ép előá llító

Jelz ésk ép ek A

D etek tor m ér ések

M A SM O feld olg oz ó

Jelz ésk ép ek B V ég ellen őr z ések

M 3 2 gép

M ü k öd tető p r ogr am , op er á ciós r en d sz er , B IO S

F elh a szn álói pr ogr am , tiltá si tá bláz a tok ill. a m ért a d atok (p l. d etek tor ok ,… )

P r og ram oz ói sz oftver ek

47. ábra Az MS és MR gépek szoftverei

A letöltött felhasználói program

79

Közúti közlekedési automatika A 47. ábra hullámos falu téglalapjaiban található szoftver elemek a felhasználói program részei. Ezek nem csak a futtatható programok, hanem táblázatok, paraméterek, mérési eredmények, azaz minden olyan adat, amely feldolgozásával a berendezés a kívánt feladatot fogja ellátni az adott csomópontban. A programfüggő működés logikai programozására szolgáló speciális nyelv a MASMO. Alkalmas a beépített alapprogramok befolyásolására, az egyes jelzőcsoportok egyedi befolyásolására illetve egyéb speciális funkciókra is (pl. eseménytől függő vezérlés). A kész MASMO program szöveges formátumban áll elő, ami így könnyen tesztelhető, javítható. A MASMO programozás alapelemei és szolgáltatásai: • • • • • • • • • • • • • • • •

számlálók 112+64 db / 8bites /, időzítők 63 db bemenet /a számláló 14 bites /, konstansok, futóidő számláló, jelzésállapot regiszterek kezelése, detektor értékek kezelése (foglaltsági érték, járműszám, foglaltsági állapot, követési idő), közvetlen jelzőcsoport befolyásolás, futó illetve már elindított üzemállapot lekérdezése, közvetlen programváltási lehetőség, fázisváltási lehetőség, kimenő regiszterek (jelzésállapotok) közvetlen befolyásolása, ugró utasítás: közvetlen és relatív, alprogram hívás, közbenső idő táblázat paraméterezése, lekérdezése, dátum, idő lekérdezés, széles körű matematikai műveletek, bitminta vizsgálat.

A letöltött felhasználó programmal nemcsak a speciális vezérlési feladatokat oldhatjuk meg, hanem különleges védelmi funkciókat is végrehajthatunk. Mivel a MASMO-val közvetlenül olvashatjuk és írhatjuk a gép kimeneti interfészeit, ezért ezt felhasználhatjuk nem kívánt állapotok figyelésére is. Példa erre az Mx készülékek kombinált közúti-vasúti üzemben történő alkalmazása, ahol több védelmi funkciót a saját felhasználói program vesz át. Programozó szoftverek (Az M berendezések felprogramozására) A 47. ábra kettős falu téglalapjaiban található elemek a programozói szoftverek. A Siemens berendezéseinél a felprogramozás PC-ről történik. A szoftvereket bárki használhatja, aki megvásárolja azokat. A PC és a berendezés összekapcsolása a soros porton keresztül történik egy speciális illesztő kábellel. A programozáshoz több programra van szükség ezek mindegyike DOS rendszer alatt fut, legtöbb német nyelvű és teljesen karakteres felépítésű. Rövid gyakorlat után a programozás menete áttekinthető és dokumentálható. A közvetlen (online) kapcsolat következtében a gép futás közben tesztelhető, a memória direkt módon figyelhető meg. A szoftverek hiányossága, hogy a forgalomirányító berendezés nélkül (offline) nem képes a programokat szimulált módon lefuttatni, tesztelni, azaz a fejlesztőnek szüksége van egy berendezésre, hogy programokat tudjon fejleszteni. Az egyes szoftverek az alábbi felsorolásban láthatók: BMP MADAM SIMIK WAUTVERS PARAEDIT MODCOM 80

-

terminál program, a gép teszteléséhez, a fixidejű programozáshoz, teljes alapfeltöltésre alkalmas, a SIMIK-ben futó program készítéséhez, alkalmas az EPROM beégetésre, programváltási utasítások készítéséhez, forgalomfüggő programok paraméterezésére, szerkesztésére és letöltésére, forgalomfüggő logika szerkesztésére és fordítására.

Közúti közlekedési automatika A programozó szoftverek alapvető feladata, hogy már a programszerkesztés során ellássanak alapvető ellenőrzéseket. A Siemens programok is ellenőrzik a beadott értékeket, gyanús adatok esetén a programok visszakérdeznek megerősítésre várva. Az ilyen ellenőrzött értékek a zöld idők, a programhosszok, a programváltások. A MASMO azonban olyan speciális megoldásokat kínál, amelyek segítségével a gyakorlatban szélsőséges forgalomtechnikai feladatokat oldanak meg. Ezekben az esetekben a programozó szoftverek ellenőrzése laza és áthágható, ami elősegíti a feladat megvalósítását, viszont csökkenti a megkívánt biztonsági szintet. Az egyes programok közötti kapcsolat biztonságát nehéz vizsgálni, annyi elmondható, hogy a felprogramozó gép és az „Mx” berendezés között egy soros vonal van kiépítve. A vonal hardver szintjén az ellenőrzés a szokásos CRC szerint zajlik. Erre épül a Siemens saját szoftveres szintű ellenőrzése, amely tartalmi és formai kritériumokat is vizsgál, de további részletes információ nem lelhető fel. 4.4.5

A Siemens berendezések hardver felépítése

Az MS gépek hardver felépítése Az MS készüléket a házából kifordítható keretbe szerelik be. A ház egy két részes műanyag szekrény, melynek jobb oldalán helyezkedik el a vezérlőszekrény. A szekrény megfelel a német DIN 43625 szabványnak, amely szerint a gép ellenáll a –25C°-os hidegnek és 40C°-os közvetlen napsugárzásnak. A berendezés rádiós zavarszűrése megoldott, zavarfoka G, VDE 0875. A szekrény bal oldalában van a hálózati csatlakozás, a sorkapocs rész. Itt találhatók az automata biztosítók, az áramvédelmi relé (FI) és ide lehet utólag egy fogyasztásmérőt beszerelni. A gép felépítése sorokra tagolt: • • • • • •

MS komputer, Kiegészítő kártyák, SIMIK, Lámpakapcsolók, Lámpakapcsolók, Tápellátás.

Az egyes sorokban helyezkednek el a gépet alkotó kártyák. A felső sorban az MS kártyák speciális méretűek, 110*160mm-es nagyságúak, a többi kártya szabványos „EURO” méretű 100*160 mm-es. A keret alsórészében elhelyezkedő tápegység a berendezés számára állítja elő a kívánt feszültségeket (+5V/8A, +24V/4A, +12V/0.5A). Ebben a részben található az üzemmód kapcsoló, az ellenőrző kapcsoló, a bekapcsolási relé (ES), bővítő relé (REM). A tápegység felett található két sorban a lámpakapcsoló kártyák helyezkednek el, összesen maximum 32 db. A kártyák előlapján színes LED-ek jelzik az éppen aktuális jelzésállapotokat. A lámpakapcsoló kártyák 220 V-os nullpontos kapcsolásúak, egy kártya egy jelzőcsoportot kapcsol maximum 0,6 kW teljesítményig. Lehetnek relés vagy triakos építésűek, de ezeket vegyesen is alkalmazhatjuk. Egy kártya 3 vörös izzó ellenőrzésére képes. A lámpakapcsoló sorok felett helyezkednek el kiegészítő kártyák pl. a detektorkezelő stb. maximum 72 bemenet állítható elő, ezek közül 56 db különböző mérési kritériumokkal. A detektorok lekérdezése 20 vagy 100 ms-os ciklusidővel lehetséges, a mérési eredmények feldolgozása 1 s-os intervallumban frissíthető. A feldolgozás exponenciális kiegyenlítő eljárással történik a mérés időtartama 60 s, de a ciklusidőtől is függ. Az MS gép legfelső sorában van a vezérlő mikrogép, a központi egység. Ennek részei a következők:

81


Programtároló számláló-, és vezérlő (PRW), egy EPROM amely a készülék vezérlő programjait tartalmazza,

•

Adattároló (TDA), egy statikus RAM amely 8 tól 32 kByte-ig terjedhet, a programtároláson kívül több jel előállítása is feladata,

•

Interfész logika, protokollkezelő (IFL), feladata az adatbusz forgalmának vezérlése, a jelek erősítése,

•

Csatlakozó egység (MVS), segítségével külső programozó eszközökkel hozzá lehet férni az MS készülékhez,

•

Kimeneti interfész (AIS), egy közbenső jeltároló, amely az MS vezérlő jeleit illeszti a lámpakapcsoló kártyákhoz,

•

Bementei interfész (MIS), feladata ugyanaz, mint az AIS egységnek csak visszafelé, (pl. detektor)

•

Be-/Kimeneti interfész (MEA), az MS alapfunkcióhoz szükséges jelek illesztését végzi,

•

Vezérlőütem egység (STU), több ütemjelet ad: órajel a processzornak, hálózati ütem a nulla átmeneti kapcsolónak, villogtató jel üteme, és több átkapcsolási parancsot (részcsomópontonként egy szükséges).

Az MS gép ellenőrző rendszere, a SIMIK A SIMIK az MS készüléken belül a vezérlő processzortól független egység. Felismer olyan hibás jelzésállapotokat, amelyek a tilos jelzések kimaradásából, a figyelmeztető és szabadjelzések nem kívánatos megjelenéséből, és a jelzési időtervtől való időbeli eltérésekből fakad. A SIMIK ellenőrzés már egy második fokozat ugyanis az MS gép elsődlegesen már a logikai vezérlés során is állandóan ellenőrzi a végrehajtandó programot, a betáplált minimális zöld idők, a tiltási mátrix, engedélyezett színképek és más adatok alapján. Az ellenőrzés időben a végrehajtás előtt jár, ha nem teljesíthető jelzésképeket fedez fel, akkor azonnal megkíséreli feloldani a hibát. Abban az esetben, ha a vezérlő processzor úgy ítéli meg, hogy a jelzésképek teljesíthetők, akkor azokat a jelzőkre kapcsolja. A SIMIK tárolóiban ugyanúgy megtalálhatók az alapinformációk, mint a vezérlésnél. Ezek beprogramozása más módon történik, mint a vezérlésé, ezért az adatok nem teljesen fedik egymást, diverzek. Az adatok programozható EPROM tárolókban kerülnek a készülékbe. A SIMIK jelzésbiztosítás kiterjed: • • • • • •

tiltott jelzésállapotok figyelésére, a közbenső idő figyelésre, a vörös izzó kiégés figyelésre, utolsó izzó kiégésre sárga illetve zöld körben, hibás parancs, valamit a SV előállítására.

Minden egyes hiba még az MS vezérlőben keletkezett is a SIMIK tudomására jut, amely a hibát mérlegelve kétféle riasztást generál: • •

primer alarm (SV, sötétre kapcsolás, és kijelzést eredményez), szekunder alarm (csak üzenetet illetve kijelzést eredményez).

A SIMIK hardveres felépítse nincs részletesen leírva, a kártyáról feltételezhető, hogy egy kvázi failsafe rendszer. Az MR gépek hardver felépítése 82

Közúti közlekedési automatika A MR berendezésre a sokkal nagyobb integráltság jellemző. Az MS vezérlőegysége egy az egybe áthelyezésre került ebbe a gépbe is, de az elemek döntő többsége a berendezésben függőlegesen beszerelt nagyméretű alaplapon került elhelyezésre. Ez biztosítja az egységek közötti kommunikációt és erre kerülnek feldugaszolásra a lámpakapcsoló kártyák is. 4.4.6

Speciális lehetőségek

Egyedi gépek és azok hangolhatósága A Siemens gépek hangolhatósága magas szintűnek mondható, mivel minden típushoz rendelhető DCF vevő, amivel ez jól megoldható. Ha hagyományos érpáron érkező valamilyen ütemvezérlésre gondolunk, akkor már más a helyzet, ugyanis a Siemens főleg saját gépihez vagy központjához rendelkezik interfésszel. Más típusú eltérő jelszinteket és protokollokat használó gépekhez csak külön megépített illesztővel tud csatlakozni. Azt persze el lehet mondani, hogy a mai kor igényeinek már a DCF szinkronizáció felel meg, erre pedig a gépek alkalmasak. Távfelügyelet lehetőségek A Siemens berendezések rendelhetők telefonos távfelügyeleti rendszerrel, eddig azonban Magyarországon még ilyen nem került kiépítésre. Elsősorban a német tapasztalatokra hagyatkozva a rendszer felépítése általános, azaz áll egy modemes kártyából, a telefonvonalból és egy felügyelő számítógépből. A Siemens azonban külföldön sem terjesztette el a távfelügyeletet, hanem inkább kisebb központjait (VSR 200) ajánlja. Kombinált közúti-vasúti csomópontban való használhatósága Az MS géptípusnak kombinált útátjáróban történő alkalmazása először 1993 tavaszán került előtérbe, az M11-Zsófia utca kereszteződésében. A készülék elvi leírásából kiderült, hogy bár a közúti irányításban minden feladatot ki tud elégíteni, a kombinált üzemre nincs felkészítve. Ezért a készülék ilyen felhasználása előtt kiegészítő egységekkel kellett erre alkalmassá tenni. Az illesztő konkrét megoldásának megtekintése előtt meg kell vizsgálni az MS jelzésbiztosítási rendszerét. A SIMIK a vezérlés által jóváhagyott döntéseket a saját adatai alapján felülbírálja, és ha úgy ítéli meg, beavatkozik és hibát generál. Ennek az ellenőrző egységnek a feladata, hogy a külső téren, a jelzőkön meglévő állapotokat figyelje, és összehasonlítsa a vezérlés által kiadott, megkívánt jelzésekkel. A lámpafejek állapotáról feszültség-, és áram szenzorok segítségével informálódik. A SIMIK három vezérlőjelet generál: • • •

BETR -N GEB - N AGE - N

: üzemi jel : sárga villogó jel : minden sárga jel

A vezérlési oldalról mindenfajta parancsot kiadhatunk egy-egy jelzőnek a MASMO nyelv segítségével, ezzel a kombinált üzemben felmerülő összes feladat megoldható. A problémák csak a berendezés különleges működésénél (SV) adódnak, amikor is az előző ismertetéséből kitűnik, hogy a SIMIK-et nem tudjuk megkerülni. Ez több problémát is okoz a jelenleg (1980 óta) érvényes rendszerkoncepció alapján működő gépeknél: •

SV üzemmód esetében a vonat bejelentkezés hatására állandó sárga mellett MJP üzembe kellene a berendezésnek átmeni. Az álló sárgát először elő kell állítani, majd le kell blokkolni. A probléma az, hogy mint láthattuk normál üzemben ezeket a jeleket a SIMIK generálja, saját hatáskörében, 83


A folyamatos sárga után az MJP-t hiába erőszakoljuk ki a vezérlésnél a MASMO parancsokkal, a SIMIK ezt nem fogja engedni, ha pl. egy piros izzó kiégés miatt ment el sárgavillogóba a gép,

•

Ha a fénysorompó meghibásodik, akkor a gépnek sárga-villogóba kell menni, majd a hiba elhárítása után ismét normál üzembe. A gép átmeneti SV üzemre állítására van lehetőség, az egyik bemeneti lábra (Ext.alarm) 0V-t kell kapcsolni.

Ezek a problémák kétféleképpen oldhatók meg, vagy a SIMIK módosításával, vagy valamilyen illesztő egység fejlesztése. A SIMIK megváltoztatása nagyon bonyolult, és az egész berendezés biztonsági szintjét veszélyezteti. Ezért a Siemens munkatársai kifejlesztették egy speciális hardver kiegészítést az MS géphez. Budapesten az MR gépeket az Andor utcai összehangolt kereszteződésekben alkalmaztak először, 1996-ban. A gépnek ugyanazon a kettős bejelentkezéssel felállított elveknek kell megfelelnie, mint azt az MS-nél már láthattuk. A legfőbb akadály itt is a biztosítási rendszer megkerülése volt. Az MR csak normál üzemben ellenőrzi a zöld izzókat, SV üzemben ezt nem tudja megtenni, mivel nem tartalmazza a SIMIK egységet, amely az MS-ben folyamatosan ellenőrizte a berendezést. Itt tehát nem lehet csak egyszerűen egy jelfogóval leválasztani az ellenőrzést, sőt a gép felépítéséből más problémák is adódtak. A problémák megoldására a Siemens szakemberei egy MR-S jelű mikroprocesszoros kártyát fejlesztettek ki. A kártya bemeneteit egy multiplexer rendeli hozzá a processzor bemeneteihez, amely végrehajtja a kombinált üzemben szükséges összes funkciót. Ezen kívül számtalan ellenőrzést is elvégez, mint pl. a jelzésbiztosítás egyes funkciói. Az MR gép az MS-el ellentétben vasúti jeleket nem detektoros bejelentkezésként fogadja, hanem az említett kártyához érkeznek a vasúti jelek, a biztonság érdekében negált logikával, azaz a jel megléte az alapállapot. 4.4.7

Speciális szolgáltatások

Részcsomópont A Siemens berendezések alkalmasak olyan speciális kártyák befogadására, amellyel sebesség előjelző és változtatható jelzésképű tábla vezérelhető. Lehetőség van részcsomópontok önálló kezelésére (STU), azaz a 32 jelzőcsoport kettő csomópontra bontható, amely segítségével hatékonyabban lehet a forgalmat irányítani. Energiafogyasztás Egy MS gépnek alapkiépítésben 50 W-os fogyasztása jelentkezik, ami teljes kiépítésben 200 W is lehet. A berendezés működése, tehát nem jár nagy áramfelvétellel, ami ennél sokkal jelentősebb a jelzőkre kapcsolt áram, ami a kapcsoló áramkörök disszipácója miatt maximum 4 kVA (egy kártyára 600 W). Ebből adódik, hogy adott áramfelvételű izzóból, hány darab vezérelhető. Az energiafogyasztás mérésére alapkiépítésben nincs lehetőség, ez csak külön fogyasztásmérő beépítésével lehetséges, de ennek van helye a szekrényben (az MS gépek esetében).

4.5

A Siemens C800/C900 forgalomirányító berendezések

4.5.1 A Siemens C800 forgalomirányító berendezések 1999-ben mutatta be a Siemens a SITRAFFIC C800 vezérlőket. 2006-ig közel 12.000 darabot helyeztek üzembe 21 országba. A berendezés több modellel rendelkezik:

84


SITRAFFIC C800V Az alapmodell, maximum 32 jelzőcsoport,

•

SITRAFFIC C800VX Kibővített modell (C800V-Expanded) 48 logikai jelzőcsoport irányítására és 64 fizikai jelzőcsoport kapcsolására és ellenőrzésére,

•

SITRAFFIC C800VP Alapmodell kiegészítve „PLUS” technológiával, amely révén képes az ilyen típusú lámpák vezérlésére. 32 jelzőcsoport és 4 PLUS kábel maximum 60 egység. A PLUS technológia egy vezetékes adatátviteli mód, ahol jelzésparancsok táviratokban közlekednek a berendezés és a kapcsoló egység/lámpafej között,

•

SITRAFFIC C800VPX Kibővített modell C800VP. 48 jelzőcsoport, 8 PLUS kábel 120 egység,

•

SITRAFFIC C800VK Egyszerűsített modell 8 jelzőcsoport 12 hurokdetektor,

•

SITRAFFIC C800XS A legkisebb modell gyalogos jelzőkkel és 4 jelzőcsoporttal 6 detektorral,

Továbbá valamennyi modellnek létezik 40 voltos kivitelű modellekkel, amelyek elnevezése: SITRAFFIC C840XS, SITRAFFIC C840V, SITRAFFIC C840VP, SITRAFFIC C840VPX. Szabvány

DIN VDE 0832 (prEN50278), RiLSA, CE mark covers EMC and Low-Voltage Directive. Környezeti hő- -25 °C tól +40 °C ig mérséklet Jellemzők Elektronikus felépítés. Processzor 32-bites Motorola 68340 CPU Memória: 2 MB védett SRAM; Bővíthető Flash SIMS. Minimális memória 5.5 MB, bővíthető 9.5 MBig. Soros port (DCF vagy GPS modulhoz) 32 (48) jelzőcsoport Központi kapcsolat BEFA12/15/16 4 csatornás detektorkártyák Jelzésbiztosítás, 2 csatornás fail-safe felépítés, monitoring against occurrence of dangerous ellenőrzése: signalling states in accordance with DIN/VDE 0832, signalling of contradictory signalling states, signalling of defective lamps, switch-off only of the sub-node (max. 4) in which a dangerous state has occurred. Működés / adat- Kézi megjelenítő és parancskiadó egység a VDE 0832 alapján; opcionálisan dibevitel: agnosztikai egység. SITRAFFIC Service PC szoftver. Időzítés DCF, GPS, oszcillator Villogtatás 1 Hz vagy 2 Hz Vezérlési mó- Központi vezérlés: SB, SF/EP, SF/SF; dok Helyi üzem. Forgalomfüggő Programmable logic with Traffic Language (TL) in conjunction with the control módszerek: method Stage control with distributed modification (PDM) and the Siemens VS-PLUS control method. 3. Táblázat A Siemens C800 fontosabb paraméterei

4.5.2 A Siemens C900 forgalomirányító berendezések A legújabb Siemens berendezés, a C900-as sorozat nagyobb követelmények kielégítésére készült. Központi eleme a BBX vezérlőegység (PMC8270/266MHz processzor Linux operációs rendszerrel) a. Növekedett a memória kapacitás és az interfészek száma. A BBX egység belehelyezhető a korábbi 800-as sorozat BBS helyére, ezzel könnyedén bővíthető 900-as egységgé.

85

Közúti közlekedési automatika A különböző modellek azonosítása megegyezik a 800-as sorozattal. (pl.: SITRAFFIC C900V, SITRAFFIC C940VPX.) Szabvány Környezeti mérséklet Jellemzők

DIN VDE 0832 (prEN50278), RiLSA, CE hő- -25 °C tól +55 °C ig

Elektronikus felépítés. Processzor 32-bites Motorola Power PC PMC8270/266MHz CPU. Memória: 88 MB bővíthető. 11 soros port, 2 Ethernet, USB 32(48) jelzőcsoport, központi kapcsolat OCIT, VNET-S 4 csatornás detektorkártyák, (összesen 84 darab input) Tömegközlekedési modul Jelzésbiztosítás, 2 csatornás fail-safe felépítés, monitoring against occurrence of dangerous ellenőrzése: signalling states in accordance with DIN/VDE 0832, signalling of contradictory signalling states, signalling of defective lamps, switch-off only of the sub-node (max. 4) in which a dangerous state has occurred. Működés / adat- Kézi megjelenítő és parancskiadó egység a VDE 0832 alapján; opcionálisan bevitel: diagnosztikai egység. SITRAFFIC Service PC szoftver. Időzítés DCF, GPS, oszcillator Villogtatás 1 Hz vagy 2 Hz Vezérlési mó- Központi vezérlés: SB, SF/EP, SF/SF; dok Helyi üzem. Forgalomfüggő Programmable logic with Traffic Language (TL) in conjunction with the control módszerek: method Stage control with distributed modification (PDM) MX keretterv számítás a MOTION számára and the Siemens VS-PLUS control method.

86


4.6

A VSF forgalomirányító berendezések

A Vilati-Signalbau Huber Kft. az 1960-ban alakult VILATI-ból (Villamos Automatika Intézet) jött létre, forgalomtechnikai rendszerek a tervezésével, fejlesztésével és gyártásával foglalkozik. A cég fejlesztette ki a VSF forgalomirányító berendezés családot, amely tagjai a legkisebb csomóponttól (6 független jelzőcsoportos változat) a legnagyobb csomópontig (36 független jelzőcsoport) készültek. A berendezések maximális kapacitási adatai: 4.6.1 A berendezéscsalád tagjai A gépcsaládnak négy tagja készült el melyek a következők: VSF-6, VSF-12, VSF-24, VSF-36. A berendezések csak az LK-6-os kártyák számában térnek el.

Jelzőcsoport: Detektorok: Gyalogos nyomógomb: Csomópontok: Jelzőcsoport / Csomópont Érzékelő / Csomópont

VSF-6 6 4 2 1 6 6

VSF-12 12 8 4 1 12 12

VSF-24 24 16 8 2 16 16

VSF-36 36 24 12 3 16 16

A VSF-36 forgalomirányító berendezés A készülék a következő fő jellemzőkkel készül: •

Hálózati feszültség: 220 V (+10%-15%), 50 Hz teljesítmény felvétel: vezérlés maximum: 100 W, jelzőlámpák maximum: 8 KW

•

Jelzőcsoportok száma: maximum 36 db (modulárisan bővíthető). A jelzőcsoportok kapcsolását az LK-6 típusú (dupla EURO méretű) kártya végzi. Egy-egy kártya hat jelzőcsoportot vezérelhet, és a berendezésben hat db LK-6-os kártya számára van hely.

•

A jelzőcsoportok terhelhetősége színenként: egy jelzőcsoport maximum: 600W egy LK-6-os kártya (6 jelzőcsoport együttesen) maximum: 1,8 KW.

•

A jelzőcsoportok kapcsolása: félvezetős nulla átmeneti

•

Alkalmazott mikroprocesszorok: INTEL 80188 és 8751 (a fő processzor szoftvere kompatibilis az IBM-PC-vel)

•

Ellenőrzések: Minden jelzőcsoport zöld és sárga izzóinak feszültsége ellenőrizve van. A piros izzók kiégésének figyelésére alapkiépítésben jelzőcsoportonként két csatorna áll rendelkezésre. További 72 izzó áramának ellenőrzésére van lehetőség, bővítő egységek alkalmazásával. A berendezés megbízhatóságát fokozza, hogy az ellenőrzést két egymástól független mikroprocesszoros rendszer végzi. Az ellenőrzés kiterjed a közbenső idők és a minimális zöld jelzések figyelésére is.

•

Bemenetek száma: 24 db detektor csatorna, 12 db gyalogos bejelentkező csatorna bővítő egységgel további 64 bemenet biztosítható. Lehetőség van speciális bejelentkezések (pl. tömegközlekedés vagy megkülönböztetett járművek) fogadására is.

•

Kapcsoló óra: Hetes és éves ciklus egyaránt programozható (utóbbi az ünnepnapok figyelembe vételére is alkalmas), téli-nyári időszámítás átállítása előre programozható.

•

Illesztő egységeken keresztül összekapcsolást biztosítható az FB 016, FB16M, FB 404, MTC 3000, TESLA berendezésekkel és a Siemens forgalomirányító központtal. 87


Üzemmódok:

o Sötét o Sárga-villogó o Automatikus vezérlés:

Programok kézi kiválasztásával, Programok kapcsolóórás kiválasztásával, Programok detektoros kiválasztásával, Forgalomtól függően szabad fázisrenddel, Távvezérelt (hangolt) üzem, Kézi vezérlés, Programok (maximum nyolc adható meg), Fix ciklusúak, Forgalomtól függőek

4.6.2 Felépítése A berendezés modul rendszerű, magas integráltsági fokú elemekből épülnek fel. A főbb építő elemek a következők: • • • • • •

CPU kártya LK-6 kártya (kiépítéstől függően 1-től 6db-ig) Logikai tápegység Kezelő egység Erősáramú egység Sorkapocs

CPU kártya A CPU kártya látja el a jelzőlámpák vezérlésével és ellenőrzésével kapcsolatos logikai funkciókat. A kártya belső felépítésében egyes elemek meg vannak duplázva. Az egységben két processzor kapott helyet. A főprocesszor (I80188) vezérli, és ellenőrzi is a jelzőlámpákat, a második processzor (I8751) csak ellenőrzési funkciókat lát el. A berendezés felépítéséből adódik az, hogy a két processzor kölcsönösen ellenőrzi a másik helyes működését, és hiba esetén bármelyik képes lekapcsolni a jelzőlámpák feszültségét. A processzorok működéséről ad visszajelzést a kártya élén elhelyezett két világító dióda. Ez az egység kapcsolja a 220V-os jelzőlámpákat, és érzékeli azok áramát illetve feszültségét. Egy kártya 6 jelzőcsoport vezérlésére alkalmas. A piros izzók ellenőrzésére jelzőcsoportonként két-két áramérzékelő csatorna, a zöld és sárga izzókhoz pedig egy-egy feszültségfigyelő áramkör tartozik. A lámpák kapcsolását optikai csatolásokon keresztül vezérelt félvezető elemek végzik. Az áram bekapcsolása a hálózati nulla átmenetben történik, ezzel megnövekedik az izzók élettartama, és csökken a zavarjelek mennyisége.

88


48. ábra A VSF berendezés blokkvázlata

A kártya jelzőcsoportjai színenként max. 600 W-tal terhelhetők, a piros színhez tartozó áram érzékelő csatornák pedig max. 300 W-tal, de ezek a határ értékek nem használhatóak ki egyszerre mind a 6 jelzőcsoporton, mivel a kártya teljes terhelhetősége színenként 1,8 KW. Logikai tápegység A 220 V 50 Hz feszültségből ez az egység állítja elő a berendezés működtetéséhez szükséges 5 Vos stabilizált egyenfeszültséget, ezen kívül rendelkezik még két független 24 V-os kimenettel is, amit a központi illesztő kártyák és a detektor erősítők használnak. Az egység az 5V-os feszültséget kapcsoló üzemű tápegységgel hozza létre. Kezelő egység Az egység a kezelői alapfelületet adja az üzemeltetők számára, tartalmaz egy KI/BE kapcsoló gombot, egy üvegcsöves olvadó biztosítékot mely a berendezést védi és ezen keresztül jut el a 220 V a tápegységhez és a mágnes kapcsolókhoz. Ezen kívül a 2.4.1. ábrán bemutatott négy HALL nyomógomb és a hét darab világító dióda valamint ezen elemek meghajtó áramkörei találhatóak az egységben. Erősáramú egység Ebben a modulban találhatjuk az érintésvédelmi relét, automata biztosítókat a piros, zöld és sárga izzóknak és a fő relét. A fő relé üzemi állapot közben folyamatosan meghúzva van, és ha elejt (másodlagos hiba esetén) akkor a csomópont sötétre vált, azaz nincsen kivezérelt jelzéskép. A piros/zöld relé sárga villogó üzemben van elejtett állapotban, ekkor nincs feszültség ezeken az izzókon.

89

Közúti közlekedési automatika VSILL vonali illesztő kártya Az egység a vonali adatátvitel számára lett kialakítva, így csak olyan berendezésekbe lett beépítve amelyek valamilyen összehangolt rendszerben üzemelnek. Az egység tizenkét optikailag leválasztott bemenettel és tizenhat jelfogós kimenettel rendelkezik. Az egység a VILATI régebbi forgalomirányító berendezéseivel is kompatibilis, ezért ez az egység +/- 32 V-os párhuzamos adatátvitellel dolgozik, de képes más 24 V vagy 48 V –os adatátvitelre is. VSVASUT közúti-vasúti illesztő kártya Ezt az egységet a kombinált berendezésekhez fejlesztették ki. A kártya optikailag leválasztott bemenetekkel és jelfogós kimenetekkel rendelkezik. A kommunikációs jelek kiadása, vétele és ellenőrzése már megfelel az új rendszerkoncepció követelményeinek, mert a jeleket ponált és negált formában is veszi, illetve adja ki. TR32 vonali tápegység (TR31 vonali tápegység) Ez az egység egy kétcsatornás tápegység, mely csak a hangolt rendszerek vezérlő gépébe kerül beépítésre. Az egység feszültsége 28…32 V-ig terjedhet a terheléstől függően. Egy-egy csatorna maximális terhelhetősége 0,5 A, egy ilyen tápegység hat berendezés meghajtására alkalmas (mivel egy-egy berendezés 80 mA terhelést jelent), így minden további hat berendezéshez újabb tápegységre van szükség. A DCF77 EA31 rádiós óra Ez az egység csak a rádiós hangolású berendezésekbe kerül beépítésre. Ekkor a pontos idővel hangoljuk össze a gépeket, megtakarítva a hangoló kábel telepítésének költségeit. A DCF vevő a frankfurti atomóra hosszú hullámú rádióadását veszi, és a saját belső óráját állítja be ehhez a „pontos” időhöz. Mivel a VSF berendezések CPU kártyájára beépített belső óra nagypontosságú kvarc oszcillátorral rendelkezik, ezért minden nap elég egy alkalommal hangolódnia az adásra a berendezésnek, és így sem lesz a belső óra és a kvázi pontos idő között a különbség nagyobb, mint egy másodperc. Nem csak tisztán rádiós hangolással tervezhetünk összehangolt rendszereket hanem, úgynevezett vegyes rendszereket is hozhatunk létre, melyeknél a vezérlő jelet adó berendezés rádiós hangolású, és a hozzá tartozó vezérelt gépek pedig hangoló kábelen kapják a vezérlő jeleiket. Sorkapcsok Ez a felület az, ahol a berendezés a hálózati betáplálást kapja valamint a jelzőlámpák és a bejelentkezések csatlakoznak a készülékhez.

90


49. ábra A VSF berendezés hátulról, a kártyák közötti összeköttetések

4.6.3

A berendezés kezelése

Beépített kezelőszervek és visszajelzések •

Kezelő egység: A kezelő egység látszati rajzát a 3.1.1.8. ábrán láthatjuk, részei:

•

KI/BE kapcsoló: feladata a logikai tápfeszültségnek mágnes kapcsolók segítségével a jelzőlámpákra kapcsolása.

•

„SÖTÉT” nyomógomb: feladata az, hogy félvezetős kapcsolók segítségével sötétre kapcsolja a jelzőlámpákat.

•

„SÁRGA VILL.” nyomógomb: feladata az, hogy a kikapcsolási programon keresztül sárga villogóra kapcsolja a berendezést.

•

„AUT.VEZ.” nyomógomb: feladata az, hogy a bekapcsolási programon keresztül normál üzemre kapcsolja a berendezést.

•

A hibatörlést a berendezésnél az „AUT.VEZ:” és a „SÁRGA VILL” feliratú nyomógombok egyszerre történő megnyomásával végezhetjük első szintű hiba esetén, második szintű védelmi hibánál csak a berendezés ki/be kapcsolásával lesz hatásos a hibatörlést.

•

A programellenőrzés üzemmódra úgy kapcsolható át a berendezés, hogy ha a bekapcsoláskor a „SÖTÉT” és „AUT.VEZ” nyomógombokat folyamatosan (kb. 5 másodpercig, amíg a fő relé meghúz) nyomva tarjuk, ilyenkor a normál üzemre egy újabb KI/BE kapcsolást követő hibatörléssel juthatunk. A program ellenőrzési üzemmódban (a jelzőlámpák sárga-villogó állapota mellett) a vezérlő logika helyes működését figyeli. Ekkor a vezérlő logika az üzemmódokat hasonlóan lekezeli, mint normál működés esetén, de a jelzésképek csak az LK-6-os kapcsoló kártyák élein található LED-eken jelennek meg, és a jelzőlámpákra nem kerül ki vezérlés.

91


50. ábra A VSF berendezés előnézete

A berendezés kezelése soros vonalon keresztül A berendezés CPU kártyáján található 15 pólusú csatlakozója RS 232 kompatíbilis és IBM-PC kompatíbilis számítógépekhez kapcsolható, melyen keresztül szöveges üzeneteket is kaphatunk a berendezés működéséről. Ilyenkor a számítógépen a berendezéshez kifejlesztett szoftvert kell elindítani. A program elindítása után három üzemmód áll rendelkezésre: • • •

Kijelzési üzemmód Menü üzemmód Napló üzemmód

4.6.4 A berendezés szoftver felépítése A VSF család berendezéseinek moduláris felépítésű hardverét a hasonló felépítésű szoftver oldal is követi. A következő oldali ábrán a VSF vezérlő szoftverének egyszerűsített sematikus rajzát figyelhetjük meg.

Az FB-VSF V.4.0 forgalomtechnikai szoftver a VILATI-SBH Kft. FB16M és „VSF” forgalomirányító berendezés család működtetésére készült. A szoftver lehetővé teszi, hogy egy berendezésen belül több független csomópont legyen kialakítva. Ilyenkor a részcsomópontok úgy tekinthetők, mintha önálló berendezések lennének, amelyeket hangoló kábel köt össze. A szoftver konkrét felhasználás szerinti adatokkal ellátott, lefordított változatát a VSFEJL program hozza létre. Ez a számítógépen futtatható fejlesztő programrendszer egy könnyen kezelhető menü segítségével igen egyszerűvé teszi a forgalomtechnikai adatok bevitelét, valamint az adatokat ellenőrizve képes szimulálni a berendezés működését.

92


51. ábra A VSF berendezések szoftvere

Jelzőcsoportok definiálása Egy csomóponton belül hétféle jelzéskép-átmenetet lehet használni, vagyis a piros-sárga, a villogózöld és a sárga átmeneti jelzésképek hét különféle kombinációját definiálhatjuk. Az átmeneti jelzésképek időtartama 0..15 másodpercre állítható be. Maximálisan 16 jelzőcsoportot definiálhatunk a minimális zöld és az átmeneti jelzéskép fajtájának megadásával. Ha a csomópontban van olyan jelzéskép amely a szokványos (piros-pirossárga-zöldsárga) kombinációtól eltér akkor azt is le lehet programozni, de akkor az összes váltást külön programozni kell a jelzésképekkel együtt. Itt kell megadni azt is, hogy a sárga-villogó üzemmódban mely jelzők vegyenek részt. Be és kikapcsolások programozása A be és kikapcsolás két féle módon történhet: 93


Általánosan alkalmazott módszer:

o Sárga-villogó o Folyamatos sárga o Általános piros

: X másodperc ideig : Y másodperc ideig : Z másodperc ideig

Folyamatos működés a meghívott program induló másodpercétől. Az X,Y,Z 1-99 másodperc között tetszőlegesen beállítható, az induló másodperc pedig mind a nyolc programhoz külön-külön megadható. A kikapcsolás a minimális zöld jelzések lejátszása után az általános piros jelzésen keresztül történik. •

A másik módszer lényege az, hogy a be és kikapcsolásokat programmal kezeljük le. Ilyenkor a sárga-villogó üzemmódból közvetlenül a bekapcsolási programra lép át a berendezés, majd az ott meghatározott jelzéskép váltások és átmeneti idők végrehajtása után kezdődik a meghívott üzemmód szerinti működés.

Izzó ellenőrzések definiálása Egy csomóponthoz maximum 36 szabadon hozzárendelhető izzóellenőrzés tartozhat. A huzalozással összhangban meg kell adni, hogy melyik ellenőrző csatorna melyik jelzőcsoport milyen színű izzóját figyeli, és azt is, hogy az esetleges izzókiégés esetén sárga-villogóra kapcsoljon-e a csomópont, vagy csak hibajelzést adjon a csoportvezérlőnek, vagy a központnak. Közbenső idők mátrixa Ez egy maximum 16*16 elemű mátrix, amely tartalmazza azokat a biztonsági szempontból szükséges időket, melyeket az egyidejűleg tiltott zöld jelzések között ki kell hagyni. A szoftver ellenőrzi az itt megadott idők betartását, és ha hibát észlel sárga-villogóra kapcsolja a csomópontot. Üzemmódok engedélyezése A csomópontok az alábbi üzemmódokban működhetnek: • • • • • • • • • •

Sárga-villogó, A berendezés sötét, Általános piros, 1-4. kézi fázis, 1-8. program, Program ellenőrzés, Program választás órával, Detektoros forgalomszámláláson alapuló program választás, Szabad fázissorrendű forgalom függő, Távvezérelt

Ezekre az üzemmódokra nem minden berendezésnek van szüksége, ezért ezek közül a programozás során tiltunk, illetve engedélyezünk. Fázisok adatai Egy csomóponthoz maximum nyolc fázis definiálható. Ezek közül az első négyet használhatja a kézi vezérlés, és mind a nyolcat a szabad fázissorrendű forgalomtól függő üzemmód. A fázisok definiálása a jelzőcsoportok színkép váltásának és a minimális fázishossznak a megadásával történik. Programok 94

Közúti közlekedési automatika Csomópontonként maximálisan nyolc program használható. Ezek a kihelyezett gépek többségénél egyszerű fix ciklusidejű időtervek, de ha a forgalomtechnikai igények megkívánják, akkor logikai feltételek megadásával akár egy forgalomtól függő üzemmódot is tartalmazhatnak.

4.7

A VTC forgalomirányító berendezések

A VTC 2000 vezérlőberendezés család a VTC 20, 200 és 2000 berendezésekből áll. E berendezéscsaládot a nagy, variálható és átfogó kapacitásterjedelmével, megbízhatóságával és igen jó ár/teljesítmény viszonyával jellemezhetjük. A vezérlőberendezés család tagjai kedvező árú, teljesen elektronikus berendezések új, rugalmas programozási technikával ellátva. A VTC 2000 családjának berendezései más vezérlőberendezésekkel koordinálva üzemeltethetők.

52. ábra A VTC 2000 berendezés képe

Jellemzők

Elektronikus felépítés. Motorola processzor. Soros és párhuzamos port. DCF vevő. 36 jelzőcsoport. Jelzésbiztosítás, 2 csatornás diverz felépítésű jelzőlámpa állapot ellenőrzés. Az EN ellenőrzése: 50081/50082/55022/61000 alapján

4.8

A VTC-3000 (ACTROS) forgalomirányító berendezések

Az ACTROS forgalomirányító berendezés igényes és intelligens forgalomtechnikai szabályozás megvalósítását teszi lehetővé. A korszerű és egyben szabványosított technológia kialakításakor figyelembe vették a közlekedésirányítás aktuális és várható követelményeit valamint a rendszer továbbfejleszthetőségét is.

95

Közúti közlekedési automatika Ez az innovatív koncepció teszi az ACTROS-t gyorssá - mind a feldolgozási sebességet, mind a rendszerkiszolgálást illetően. A berendezés felhasználóbarát kialakítására is nagy figyelmet fordítottak. A moduláris felépítésnek köszönhetően a berendezés teljesen rugalmas és támogatja a megrendelők egyedi igényeihez történő alkalmazkodást. Az ACTROS bonyolult vezérlési tervek esetén is gazdaságos kivitelezést és megfelelő problémamegoldást tesz lehetővé. Az egyedi berendezésként történő alkalmazás csak úgy lehetséges, mint a központi hálózatba való bekötés, valamint a forgalomirányító központra és a közlekedési információs rendszerre csatlakozás. A fentiekben leírt korszerű megoldások mellett a készülék egyszerű üzemeltetési és szerviz igényei teszik teljessé a képet. Szekrény Jellemzők

DIN 43629 part1 IP44 Elektronikus felépítés. Rendszeridő 1s, 500ms 64 jelzőcsoport, max. 192 lámpa, egy kártyán max. 24 lámpa Központi kapcsolat OCIT, BVS-SB12, BVS-SB15 Jelzésbiztosítás, DIN VDE 0832 part 100, RiLSA, ellenőrzés: Időzítés DCF, GPS, oszcillator Működési mó- Rögzített ciklusidejű vezérlés, időterv szerinti vezérlés. Forgalomfüggő jelződok csoport és fázisvezérlés. Koordinált irányítás. VS-PLUS. Tömegközlekedés előnybe részesítése. A berendezés korszerűségét az alábbi tulajdonságok és funkciók jellemzik többek között: • • • • • • • • 4.8.1

internet-technológia alkalmazása (TCP/IP és COM kommunikáció) nyílt interfészek megvalósítása OCIT technológiával CAN buszos belső kommunikáció (pl. kezelőfelület és kapcsolómodul között, lámpaállapotok lekérdezése) felhasználói adatok ill. programok fel- és letöltési funkciója hibatároló funkció számos diagnóziskészítési lehetőség a berendezés közvetlen kézi vezérlési lehetősége felhasználóbarát kezelőfelület LCD kijelzővel A berendezés rendszer-hardverei

CPU LS2000 vezérlőegység Részei: • • • • • • • •

Flash EPROM memória (16 MB / 32 MB) RAM memória (16 MB / 32 MB): forgalomtechnikai adatok tárolása SRAM memória (1 MB): hibatárolás RTC órajeladó (Real Time Clock) Szerviz interfész További soros interfészek Opcionális csatlakoztatási lehetőség Compact Flash Card vagy Micro Drive számára Ethernet interfész

DCF rádióóra modul 96

Közúti közlekedési automatika Ez a modul az ACTROS rendszeridejének előállítására szolgál. A modul a Braunschweigi Fizikai Kutatóintézet által 77,5 kHz-en sugárzott időadatokat tartalmazó kódokat fogja. CPU 020 Részei: • • • • • • • •

32 bites Motorola processzor EPROM a meghajtó rendszer számára (2 MB) EPROM a nem változtatható, biztonsági adatok számára (256 kB) Képernyőinterfész Óra SRAM memória (2 MB) Flash EPROM (128 kB) RAM (2 MB)

CPU-V55 ellenőrző egység Ez a modul a vezérlő és a kapcsoló egységtől függetlenül ellenőriz. A lámpaállapotokat CAN buszon keresztül kérdezi le, majd összehasonlítja a referencia adatokkal. NKK (Netz Kontroll Karte) hálózati ellenőrző kártya Funkciói: • • • • • •

Bekapcsolási funkció, Részcsomópont relék a részcsomópontok meghajtásához, Hálózati feszültség mérés és ellenőrzés, Rendszerfeszültség figyelés, Rendszer-újraindítás generálás, 100 Hz-es rendszerütem generálás,

ASK (Automaten- und Schützkarte) automata és védelmi kártya A hálózatra kapcsolódást és az arról való lekapcsolást irányítja. A kártya két automata biztosítékot tartalmaz a lámpafeszültség és a vezérlés számára. 4.8.2

A berendezés funkció-hardverei

SK 24 kapcsolókártya A kártya feladata a jelzőberendezések jelkimeneteinek ellenőrzése és vezérlése. A kártya 24 szabadon konfigurálható jelcsatorna irányítására alkalmas. Minden csatornán áram és feszültségellenőrzés folyik. A lámpakimenetek kapcsolására csatornánként egy-egy TRIAC (Triode Altering Current Switch) kapcsoló szolgál. A rendelkezésre állás növelése érdekében minden lámpakimenetbe egy lassú megszakító tulajdonságú biztosíték van integrálva, hogy hiba esetén a főbiztosíték lekapcsolása elkerülhető legyen.

97

Közúti közlekedési automatika A lámpaellenőrzés úgy történik, hogy minden lámpakimenethez hozzá van rendelve egy mérő, amely a lámpába kimenő áramot és feszültséget méri. A mérők egy 10 bites A/D átalakítón keresztül végzik az ellenőrzést. A lámpahibák és lámpaállapotok mellett a hardverek belső állapotainak folyamatos ellenőrzése is folyik a teljes biztonsági koncepció szavatolása végett. A hibajelentések átadása CAN buszon történik, ill. ezzel párhuzamosan a hozzátartozó LED-ek is kigyulladnak. A mikrokontroller szoftvere Flash EPROM-ban van eltárolva, így bármikor aktualizálható. A kapcsolókártya külső 24 V-os feszültséggel van ellátva. IO 24 ki-és bemeneti kártya Ez a hardver egy kombinált ki- és bemeneti kártya. Csatornái: • •

16 bemenet (8 optikai csatlakozós bemenet, 8 szenzoros bemenet), 8 kimenet (relés kimenet)

A bemenő jelek 10 milliszekundumos ciklusban kerülnek lekérdezésre. Annak érdekében, hogy a zavaró impulzusok ne kerüljenek kiértékelésre, ill. hogy a valós jelek a belendülés következtében ne torzuljanak, a változások csak akkor jutnak érvényre, ha a jelek az előre meghatározott időablak szerint sorban érkeznek. A kártya 8 optocsatolós és 8 szenzoros -a vezérléstől galvanikusan leválasztott- bemenettel rendelkezik. Az optocsatlolós bemenetek 5 és 24 V közötti egyenfeszültséggel, míg a szenzorosak 15 és 230 V közötti egyen- vagy váltófeszültséggel működtethetők. A relés kimenetek is galvanikusan leválasztottak. 5 V-tól 230 V-ig egyen- vagy váltófeszültséggel működtethetők. A kártya tápfeszültségének ellenőrzése folyamatosan történik. A hibajelentések átadása CAN buszon történik, ill. ezzel párhuzamosan a hozzátartozó LED-ek is kigyulladnak. Mind a 24 csatornához tartozik egy-egy LED, amelyek sárgán, pirosan és zölden is meggyújthatók, ill. villogtathatók is. A kártya szoftvere Flash EPROM-ban van eltárolva. A szoftver a meghajtó és az ellenőrző funkciókat tartalmazza.

98


53. ábra Actros üzem közben

99


4.9

Az SGS 32/40 forgalomirányító berendezések

Az SGS berendezések fejlesztője és gyártója a Swarco Signelit ZRt., amely az 1987-ben alapított Signelit szövetkezetből jött létre, elsősorban forgalomtechnikai rendszerek tervezésével, fejlesztésével és gyártásával foglalkozik. Az 1990-es években kifejlesztett SGS32/40 gépcsalád legfőbb tulajdonságai a következők: 4.9.1

A forgalomtechnikai szolgáltatások rövid ismertetése

A berendezések maximális kapacitás adatai: SGS-32

SGS-40

Jelzőcsoport:

32

40

Detektorok:

20

40

Gyalogos nyomógomb:

20

40

Részcsomópontok:

3

3

Jelzőcsop./ csomópont:

32

32

Érzékelő /csomópont:

32

32

A működtető szoftver lehetővé teszi, hogy egy berendezés maximum három független csomópontot szolgáljon ki. Ilyenkor a csomópontok úgy tekinthetők, mintha önálló berendezések lennének, amelyeket hangoló kábel köt össze. A forgalomtechnikai szoftver konkrét felhasználás szerinti adatokkal ellátott, lefordított változatát egy IBM-PC kompatibilis számítógépeken futtatható fejlesztő rendszer hozza létre, amely könnyen kezelhető menürendszere segítségével igen egyszerűvé teszi a programozást. Lehetőséget biztosít arra is, hogy szimulálva a csomóponti berendezések működését, még a beépítés előtt kipróbáljuk a forgalomtechnikai adatok megfelelőségét. Jelzőcsoportok definiálása Egy csomóponton belül 7 féle jelzéskép-átmenetet lehet használni, vagyis a piros-sárga, a villogózöld és a sárga átmeneti jelzésképek 7 különféle kombinációját definiálhatjuk. Az átmeneti jelzésképek időtartama 0 és 15 másodperc között állítható be. Maximum 32 jelzőcsoportot definiálhatunk a minimális zöld és az átmeneti jelzéskép fajtájának megadásával. Ha a csomóponton olyan jelző is van, amely a hagyományos ( piros, piros-sárga, zöld, villogó-zöld, sárga ) jelzésekkel nem kezelhető le, akkor azt szabadon programozhatóként is definiálhatjuk, de ilyenkor minden színképváltást külön kell programozni. Be- és kikapcsolás programozása A be- és a kikapcsolás kétféle módon történhet - általánosan alkalmazott módszer: sárga-villogó: x mp., folyamatos sárga: y mp.,általános piros: z mp. ( x,y,z 1-99 másodperc között beállítható, az induló másodperc pedig mind a nyolc programhoz külön-külön meg100

Közúti közlekedési automatika adható) A kikapcsolás a minimális zöld jelzések lejátszása után az általános piros jelzésen keresztül történik. - másik módszer a be- és kikapcsolások programmal történő lekezelése: Ilyenkor a sárga-villogó üzemből közvetlenül a bekapcsolási programra lép át a berendezés, majd az ott meghatározott jelzéskép váltások és átmeneti idők végrehajtása után kezdődik a meghívott üzemmód végrehajtása. Közbenső idők mátrixa Ez a max 32*32 elemű mátrix tartalmazza azokat a biztonság szempontjából szükséges időket, melyeket az egyidejűleg tiltott zöld jelzések között ki kell hagyni. A software ellenőrzi az itt megadott idők betartását, és ha hibát észlel sárga-villogóra kapcsolja a csomópontot. Üzemmódok A csomópontok az alábbi üzemmódokban működtethetők: • • • • • • • • • • •

sárga-villogó berendezés sötét általános piros 1-4.kézi fázis 1-8.program program ellenőrzés program választás órával detektoros forgalomszámláláson alapuló program választás szabad fázissorrendű forgalom függő központból vezérelt csoport vezérlőről hangolt

Egy átlagos csomóponton nincs szükség minden üzemmódra, ezért az üzemmódok külön-külön engedélyezhetők vagy tilthatok. Fázisok adatai Egy csomóponthoz maximum 8 fázis definiálható. Ezek közül az első négyet használhatja a kézi vezérlés, és mind a nyolcat a szabad fázis-sorrendű forgalomtól függő üzemmód. A fázisok definiálása a jelzőcsoportok színkép váltásának és a minimális fázishossznak a megadásával történik. Programok Csomópontonként max. 8 program használható. Ezek a kihelyezett gépek többségénél egyszerű fixciklusú időtervek, de ha a forgalomtechnikai igények megkívánják, akkor logikai feltételek megadásával akár egy forgalomtól függő üzemmódot is tartalmazhatnak. Az egyszerű fixciklusú fázisterv megadása egy táblázat kitöltésével elvégezhető. Ennek adatai a következők: Ciklus idő: 15-127 másodperc között választható. A 127 másodperces felső határ nem jelent tényleges korlátot, mivel programozott várakozásokkal a végrehajtott ciklusidő akár egy órára is megnövelhető.

101

Közúti közlekedési automatika Programváltási időpont: alkalmazható általános programváltás, (amely azt jelenti, hogy minden programra egy megadott időpontban történik az átváltás) vagy egyedi programváltások, amikor minden programról minden programra más-más időpontban történhet meg az átváltás. (Például az 1. program 6. másodpercéről a 3. program 23. másodpercére engedünk átváltani.) Programváltási időpontból egyszerre több is használható. Jelzőcsoportonként max 8 váltási parancs adható meg egy programon belül. A váltási parancs zöldre vagy pirosra váltás lehet. Ez azt jelenti, hogy a megadott időpontban a jelzőcsoport definiálásakor meghatározott jelzéskép-átmeneteken keresztüli átváltási folyamat indul el. A váltási parancsok lehetnek feltételesek is, vagyis csak a hozzájuk rendelt betétprogram-feltétel teljesülése esetén hajtódnak végre. Betétprogramok: Egy programon belül max. 6 betétprogram adható meg. Ezek fix- vagy a forgalom függvényében változó időzítésűek is lehetnek. Az első esetben a megadott kezdő időpontban történik meg a logikai feltétel vizsgálat, és a befejezési időpontig minden feltételes jelzőcsoport-váltás ennek függvényében hajtódik végre. A változó időzítésű betétprogram feltétel vizsgálata egy megadott időintervallumban folyamatos és a hozzá tartozó jelzőcsoport-váltások a feltétel teljesülésétől számított relatív időzítéssel hajtódnak végre. A betétprogramok feltételeként a járműdetektorok és gyalogos nyomógombok bejelentkezéséből és fázisnyújtási igényéből felírt logikai függvény adható meg. 4.9.2 Fontosabb műszaki adatok Hálózati feszültség 230 V +10% -15% 50 Hz • •

teljesítmény-felvétel: vezérlés max. 20 W jelzőlámpák max. 4,6 kW

Jelzőlámpák teljesítménye: • •

minimum 40 W maximum: két szomszédos jelzőcsoport együtt 575 W

Jelzőlámpák kapcsolása: félvezetős mullátmeneti Jelzőcsoportok száma: 4....32 (a 32 jcs. esetén már más egységek pl. detektor erősítő beépítésére nem marad hely)

102

Közúti közlekedési automatika Detektorok

Lámpakapcsolók

Modem

CPU kártya

Tápegységek

Hálózati egység

Kezelőegység

Sorkapcsok

54. ábra Az SGS40 berendezés felépítése

Csomópontok száma: 1, 2, vagy 3 A csomópontokra osztás 2 jelzőcsoportonként történhet. Logika: két processzoros felépítésű biztonsági mikroszámítógép Ellenőrzések: • • • • •

minden jelzőcsoport zöld illetve sárga izzóinak feszültsége ellenőrzött minden jelzőcsoporthoz két piros izzó ellenőrző csatorna használható közbenső idő ellenőrzés minimális zöld ellenőrzés maximális várakozás ellenőrzése

103


2.processzor

EPROM főprocesszor

RAM

55. ábra Az SGS40 berendezés CPU kártyája

Bemenetek: • •

20 db detektor csatorna (függ a jcs. kiépítéstől) 20 db gyalogos bejelentkező csatorna

Kapcsolóóra: hetes és éves ciklusú kvarc óra az alapkiépítésben, opcióként DCF óra Üzemmódok: sötét, sárga villogó, kézi vezérlés • •

fix ciklus, forgalomtól függő vez. kapcsolóórás és detektoros üzemmód-választás

Be és kikapcsolási programok Mechanikai felépítés: EURÓPA méretű kártyák, acél szekrénybe építve. méretek: szélesség: 500mm, magasság: 700mm, mélység: 200mmm. 4.10

Az SGS 48 forgalomirányító berendezések

A berendezés a SWARCO csoport forgalomtechnika cégeinek közös fejlesztése, amely az egyes országok egyéni igényeit is kielégíti. A fejlesztést az elmúlt évek során tapasztalt felgyorsult technikai fejlődés, tette szükségessé.

56. ábra Az SGS-48 berendezés felépítése

104

Közúti közlekedési automatika Az SGS-48 vezérlő berendezés fontosabb paraméterei: • • • • • • • • • • •

• • • • • • • • • • • • • • • •

48 jelzőcsoport kezelése, 16 jelzési időterv (plusz sárga villogó és sötét program) és 16 forgalmi helyzet, 64 induktív járműdetektor alkalmazásának lehetősége akár járműosztályozással, 64 tetszőlegesen használható bemenet (I/O modulok) egyéb típusú detektorok és egységek, jeleinek fogadására (optocouplerekkel), 4 tetszőlegesen használható bemenet a két biztonsági processzor modulon a bemenetek jeleit 96 detektor logika dolgozza fel, 64 relé kimenet, maximum 4 fizikailag független csomópont vezérlésére alkalmas; továbbiakban 4 logikai csomópontot is meg lehet határozni, amelyek mindegyike 8 elsődleges fázist tartalmazhat, beépített hiba diagnosztika, tartalmazza a jelzőfejek és a detektorok felügyeletét két biztonsági szinten, a jelzőcsoportok mindhárom szín-kimenetén történik áram és feszültség ellenőrzés, mindegyik jelzőcsoportnak 5 kimenete van: o 2 piros csatorna közös feszültség- és külön-külön áramfigyeléssel, o 2 sárga csatorna közös feszültségfigyeléssel és az egyik csatornán áramfigyeléssel, o 1 zöld csatorna áram- és feszültségfigyeléssel bármelyik jelzőcsoporton kialakítható 230V-os nyomógomb bemenet - az áramfigyeléssel nem rendelkező sárga csatornán - , amelyet gyalogosok vagy kerékpárosok bejelentkezésére lehet használni beépített valósidejű óra naptárfunkciókkal (RTCC), éves hetióra, 10 évre előre a nem periodikus ünnepnapok is megadhatóak vezeték nélküli hangolás lehetősége GPS órával RS-485 hálózat (XNET), vezetékes hangolási rendszerek kialakítására, max. 239 csomóponti berendezésig, távfelügyeleti és távprogramozási lehetőséggel nyitott protokollú modem interfész, amely távfelügyeleti és távprogramozási feladatokra használható (GSM és Hayes kompatibilis modemek támogatása) forgalomszámlálási adatok tárolása max. 7 napi kapacitással, felhasználó által meghatározható időintervallummal, amely akár 5 perc is lehet szabadon programozható logika (vezérlőblokkok) a helyi és a központi működés standard paramétereken keresztül programozható elsőbbségi és „vészhelyzet” logika (tömegközlekedés és a megkülönböztetett járművek) mely szintén a standard paraméter készlet segítségével programozható kompatibilis az OMNIA felügyeleti és irányító központjaival kompatibilis a SPOT/UTOPIA rendszerrel (Nyitott interfész) PC bázisú programozási eszköz magas fokú ellenőrzési és hibakeresési lehetőség a terminál interfészen vagy a beépített billentyűzet és kijelző segítségével. Jelszóval védett 2 biztonsági szint. Valódi 100 ms felbontás. Maximum válaszidő < 160 ms

Az SGS-48 berendezés max. 4 független csomópontot képes vezérelni, amelyek mindegyike a következő üzemmódok valamelyikében működhet: • •

Bekapcsolási mód Vezérlő üzemmód o Készenléti mód o Lekapcsolási mód o Hibamód 105


o Tesztmód 4.11

Az SKV forgalomirányító berendezések

Korábban a Signalkomplex Kft. (A cég megszűnt, jogutódja a Vilati-SBH Kft.) tervezte és gyártotta az SKV fogalomirányító berendezést. A gépcsalád minden tagja ugyanazt a lámpakapcsoló egységet használja, és a többi áramköri egység is kompatibilis, és a berendezés jellegétől függően alkalmazható. A különféle változatok más-más jellegű alkalmazásokra lettek kifejlesztve, a kisebbeknél az egyszerűség és az olcsóság, a nagyobbnál a minden igényt kielégíteni tudó programozhatóság és a PC kompatibilitás volt a fő szempont. 4.11.1

A berendezések típusai

SKV-1010 Félútelzáró berendezés Kettő darab jármű jelzőcsoport vezérlésére alkalmas. Programozása teljes mértékben a kezelőegységen keresztül (tehát akár a helyszínen is) történik. Legfontosabb paraméterei: 4 program, programválasztó óra, programozható nyújtás lehetősége. SKV-1020 Folyópályás gyalogátkelőhely vezérlő Egy jármű és egy gyalogos jelzőcsoportot vezérel. Programozása egy PC-n futó táblázatos segédprogrammal történik, de az ürítési idő kivételével az összes paraméter a helyszínen (a kezelőegységen keresztül) megváltoztatható. Legfontosabb paraméterei: 4 program, programválasztó óra, felépülő jelzéskép. Alkalmazása elsősorban ideiglenes, vagy szezonálisan működő gyalogátkelőhelyeknél, vagy kistelepülések egyedi gyalogátkelőhelyeinél célszerű, mert hangolásra nem használható. SKV-1080 forgalomirányító berendezés. Maximum nyolc jelzőcsoport vezérlésére alkalmas. Programozása egy személyi számítógéppel történik, egy erre a célra kifejlesztett magas szintű programnyelv segítségével. Ebben a programnyelvben az utasításokat magyar (vagy általánosan ismert angol) rövidítésekkel kell megadni, és a későbbi értelmezéshez szükséges módon megjegyzésekkel lehet ellátni. Az SKV-1080 berendezés minden olyan szolgáltatással rendelkezik, amely az eddigi hazai gyakorlatban alkalmazásra került (8 program, programválasztó óra, illesztés Tesla és FB rendszerekhez, DCF vevő alkalmazása, különböző forgalomfüggő logikák). Az SSI (Signalkomplex Soros Illesztő) vonalon keresztül integrálható az SFR-hez (Signalkomplex Forgalomirányító Rendszer). Az SKV-1080 mind hardverében, mint a felhasználói szoftverében úgy tekinthető, mint az SKV-2000 egyszerűsített változata. SKV-2000 forgalomirányító berendezés Hardver felépítésében az 1000-es gépekkel kompatibilis, de kiegészült egy másik központi vezérlő egységgel, amit egy saját fejlesztésű és gyártású illesztő kártya és egy szabványos, kereskedelemben kapható PC-kártya képez. A központi egység kiegészíthető a PC-technika minden elemével: színes monitor, cserélhető lemezes vagy merevlemezes meghajtó, billentyűzet, egér, modem, hangkártya, vagy más PC-periféria. A PC kompatibilitás lehetővé teszi bármilyen kereskedelemileg forgalmazott program alkalmazását. Mivel a PC-modul szabványos felületen keresztül csatlakozik, ezért a gyorsan fejlődő mikroszámítógépes modulok újabb fejlesztésű elemei is alkalmazhatóak. Az SKV-2000 berendezés biztonsági koncepciójának lényege, hogy a PC-re csak a forgalomtechnikai vezérlés, és az azzal kapcsolatos számítások elvégzése van feladatként kiosztva. A jelzőlámpák kapcsolása és ellenőrzése (az 1000-es gépeknél kizárólagosan használt) CPUb jelű vezérlőegységre 106

Közúti közlekedési automatika van bízva. Ez az egység felfogható úgy is, mint a PC-hez kapcsolt, kifejezetten jelzőlámpák vezérlésére alkalmas periféria. Amennyiben a központi egység (PC) nem üzemel, a periféria akkor is kapcsolja és ellenőrzi az izzókat, természetesen ilyenkor forgalomtechnikai értelemben vett vezérlőprogramot nem futtathat, csak sárga villogó üzemben működhet. A PC kompatibilis számítógép óriási tartalékainak köszönhetően a berendezésben az SKV-2000 forgalomirányító feladatain túl, egyéb programok is futtathatók az IBM PC-knél ismert megosztásos módban. Így az SKV-2000 forgalomirányító berendezés egyidejűleg az SFR alközponti feladatait is elláthatja, sőt a jövőben felmerülő igények kielégítéséhez is rendelkezik tartalékokkal. Maximális kiépítésben 32 jelzőcsoportot vezérelhet, amelyek 4 csoportra (rész-csomópont) oszthatóak. Hiba esetén az egyes részcsomópontok egymástól függetlenül kapcsolhatók sárga villogóra. Az SKV-2000 berendezés telefonon és modemen keresztül távkezelhető. Egy SKV-2000 berendezés működhet egyben forgalomirányító (al)központként is, így az egy telefonvonalon további csomópontok működése válik a távfelügyelet részévé. 4.11.2

Az SKV szoftver szolgáltatásai

A működtető szoftver Az SKV-2000 működtető szoftvere két részre különíthető: A lámpakapcsolási ellenőrzési és egyéb biztonsági feladatok a CPUb részben futnak, a felhasználó számára láthatatlanul. A PC-vel működő központi egységben a PC-nél ismert rendszer szerint futnak programok: BIOS (a PC kártya tartozéka), DOS (ipari alkalmazás), és egyéb a Signalkomplex által fejlesztett vagy alkalmazott program, melyek bekapcsoláskor, vagy egyébként szükség esetén aktivizálódnak. A programok, adatok a szokásos meghajtó egységeken vannak tárolva. (Ezek a meghajtók természetesen nem lemezes egységek, hanem EPROM-ban, Flash- EPROMban, vagy RAM-ban vannak kialakítva.) A bekapcsolás után indul el az a program, amelyik a felhasználó által a leíró nyelven elkészített és egy adatfájlba „lefordított” program, illetve adatmező alapján végzi a forgalomtechnikai vezérlést. A forgalomirányító berendezés működtető programja mellett más programok is futhatnak a gépen. Ilyen lehet például az SSI rendszert vezérlő (al)központi program, vagy például egy faxprogram, amelyet szükség esetén hív meg a rendszer. A berendezés biztonságára a CPUb rész ügyel, amelynek a programja zárt, és a biztonság érdekében a felhasználó elől is elzárt. Ez az egység egy PC-perifériának fogható fel, melynek feladata a konkrét jelzőszínek kapcsolása az átmeneti jelzésképek figyelembe vételével, és az ellenőrzés. A CPUb csak olyan színképet adhat ki, ami a konkrét csomóponti kialakításnak megfelel, a tiltott kombinációkat, ürítési időket és minimális időket ellenőrzi. (Az SKV-1080 esetében minden feladatot a CPUb lát el. Ebből következik, hogy a PCkompatibilitás előnyeivel nem rendelkezik a berendezés. Bekapcsolás után rögtön a mikroproceszszor vezérlőprogramja indul, és minden feladatot (forgalomtechnikai vezérlések és kapcsolásellenőrzés) az EPROM-ba égetett adatbázis alapján végez) A felhasználói program Az SKV-2000 programját egyszerű (formázás nélküli) szövegszerkesztővel kell megírni, az erre a célra kifejlesztett SIMPLEX programnyelven. A forrásnyelvi listában az utasításokat magyar (vagy általánosan ismert angol) rövidítésekkel lehet megadni. A program két részből épül fel: konfigurációs rész és program rész. Az első részben a felsorolt adatok csak a csomópont kiépítését írják le (ezek nagy részben a CPUb konfigurációját határozzák meg). A második részben történik a forgalomtechnikai vezérlés megvalósítása, az érzékelők szerinti működés leírása. A forrásnyelvi fájlban a programozó tetszőlegesen helyezhet el megjegyzéseket, amelyek az esetleges évek múlva történő (újra)értelmezést segíthetik. 107

Közúti közlekedési automatika A szöveges fájlból egy fordítóprogram segítségével lehet az SKV-2000 működéséhez szükséges fájlokat előállítani. Ez a fordítóprogram DOS, vagy Windows alapú számítógépeken egyaránt futtatható. Fordítás után a konfigurációt tartalmazó fájlt EPROM égető segítségével kell beprogramozni, és a CPUb-be helyezni. A forgalomtechnikai vezérlést leíró fájlt a CPUb EEPROM (Flash) meghajtójára kell másolni akár közvetlen kapcsolattal, akár telefonon és modemen keresztül. (Az SKV-1080 forrásnyelvi programja szintén ezen a módon készül, az eltérés csak abban van, hogy az utasítások száma kevesebb, és néhány utasítás egyszerűsített. Ha nem tartalmaz különösebb logikát, akkor akár kompatibilis is lehet az SKV-2000-rel (fixprogramoknál). SKV-1080 esetében az összes adat EPROM égetéssel kerül a CPUb-be) A szoftver biztonságtechnikai jellemzői •

Az izzók (általában a jelzésképek) ellenőrzése. Az ellenőrző áramkörök kimeneti jelét a lámpakapcsoló kártyáról két független buszrendszer juttatja a CPU egységekbe. A CPUb ellenőrzéseket teljeskörűen kiértékeli, és hiba esetén a hibás csomópontra sárga-villogót vezérel, és szükség szerint a piros-zöld és a sárga relét is lekapcsolja a hibás csomóponton. Ez az elsődleges védelmi funkció. A tiltott kombinációt és a piros-lánc meglétét a CPUa is figyeli (egy külön buszrendszeren keresztül), és ha a egy késleltetési időnél tovább fennáll, a piroszöld relé lekapcsolásával beavatkozik.

•

A berendezés önellenőrzése. A két vezérlőegység állandó hand-shake kapcsolatban van egymással soros vonalon keresztül. Ha a CPUa megfelelően működik, engedélyezi a piroszöld relé(k) bekapcsolását. Ha a nincs kapcsolat, a CPUb csak sárga villogó jelzést adhat. A CPUb egység két független mikrokontrollert tartalmaz. A két eszköz egymás futását állandóan ellenőrzi. Ezen kívül az egyik beépített Watch-Dog áramkört is tartalmaz. A CPUa egységen, a PC modulon szintén található WD áramkör, ennek a processzornak a leragadása esetén újraindítja magát a készülék.

•

A működtető szoftver ellenőrzi a felhasználói program futását, és felhasználói hiba esetén (pl.: végtelen ciklus) hibára kapcsolja a berendezést. Az üzemeltető szerviz a berendezést program ellenőrzés üzemmódba kapcsolhatja, és a jelzőlámpák sárga villogó állapota mellett ellenőrizheti a programot.

•

A felhasználói programban, a felhasználó tetszés szerinti logikai összefüggéseket teremthet a rendelkezésére álló adatok, bemeneti értékek alapján. Hiba érzékelése esetén lehetősége van programváltásra, vagy felhasználó által generált hibalekapcsolásra. Ezek a hibák azonban nem terepi hibák, hanem valamilyen időzítési feladatok ellenőrzéseképpen detektálhatók. Például bizonyos érzékelőkön a bejelentkezések száma a normálistól elütő (itt tetszőleges mérés, vagy kiértékelés elképzelhető), ezért a berendezésnek programot kell váltania; vagy ha az egyik irányt már beállítható időig nem szolgálta ki, akkor kapcsoljon hibaüzemre.

4.11.3

Hardveres jellemzők

Moduláris fejleszthetőség. Az SKV-2000 moduláris felépítésű. A különböző méretű kialakítások csak alkalmazott szekrények méretében különböznek. Jelenleg 8-10 jelzőcsoportig, 16 jelzőcsoportig, és 32 jelzőcsoportig használható szekrényekbe építik az SKV-200-et. A szekrényen belül fiókokban helyezkednek el a kártyák, és buszrendszerrel kapcsolódnak össze. Lámpakapcsoló kártya, detektorkártya vagy illesztőkártya egyaránt beépíthető utólag. Általában 1-3 tartalék jelzőcsoport helyének a kialakítása történik meg gyárilag, de a bővítésnek a határát a szekrény mérete határozza meg. 108

Közúti közlekedési automatika Szervizigény. A berendezés karbantartási igénye minimális. (Évente egy alkalommal célszerű a „FI” relét ellenőrizni, és a tömítettségről meggyőződni, a berendezés óráját beállítani). Az esetleges berendezéshibák kártyacserével gyorsan megoldhatók. Kezelhetőség, ergonómiai szempontok. A berendezés külső megjelenése világosszürke, lábra állított műanyag (üvegszál erősítésű) szekrény, IP 54 védettséggel. A láb fémből készül, és tüzihorganyzott korrózióvédelmi bevonatot kap. A külső felületét porszórt műanyag bevonat képezi. A szekrények belsejében szintén horganyzott keretre kerülnek a rack-fiókok. A váz egy része kihajtható, vagy lehajtható, és a hátfalon, illetve az alsó részen válnak hozzáférhetővé a kábelek kifejtésére alkalmas részek, illetve sorkapcsok. Az elektronikus egységek (kártyák) szemből, vízszintesen tolhatók be a helyükre, a fiókokat átlátszó plexilap, vagy (a nem használtaknál) alumínium lemez védi. A kábelek a kereten kábelcsatornába vannak rendezve. A berendezés 2x40 karakteres kijelzővel valamint 20 nyomógombbal rendelkezik (az SKV-1080-nál ez 2x16 karakteres, illetve 6 gomb). A kezelői panel magyar szakkifejezések rövidítéseivel van feliratozva. Alkalmassági értékelés speciális helyzetekben. Az SKV-2000 a Tesla és FB rendszerek jeleivel hagyományos (8 eres) kábellel, SSI vonalon keresztül, vagy közös időalapon keresztül hangolható. Az illesztéshez a berendezéshez kifejlesztett párhuzamos (VIK) vagy soros (SIK) egységet lehet használni. Ha az időalap pontosítása DCF vevő alkalmazásával történik, amely egyszerűen csatolható a berendezéshez. Az illesztéshez szükséges szoftvert a berendezés alapprogramja már tartalmazza. A SKV-2000 berendezés telefonon és modemen keresztül távkezelhető. Egy berendezés működhet egyben forgalomirányító (al)központként is, az egy telefonvonalon további csomópontok kapcsolhatók be a távfelügyeletbe. A berendezés távfelügyeletre kapcsolásához modem és telefonvonal szükséges Az összeköttetés lehet saját, vagy bérelt érpár, kapcsolt vezetékes telefonvonal, nyilvános vagy házi telefon, esetleg rádiótelefon is. (rádiótelefonnál speciális modem szükséges). Az SKV-2000 berendezés 4 részcsomópontot vezérlésére osztható. Hiba esetén az egyes részcsomópontok egymástól függetlenül kapcsolódnak sárga villogóra. 4.12

A budapesti forgalomirányító berendezések megoszlása

A budapesti forgalomirányításban alkalmazott csomóponti berendezések összetétele az elmúlt 20 évben jelentősen módosult, heterogénné vált. Az 1980-as évek kezdetéig szinte kizárólagosan a jelfogós Nikola Tesla berendezések voltak egyeduralkodók, majd az FB készülékcsalád terjedt el. A rendszerváltást követően megjelentek és elterjedtek a külföldi gyártmányú gépek, és az új a hazai fejlesztésű berendezések. Az utóbbi években a modernizáció következtében a korszerű mikrogépes berendezések kerültek többségbe.

109

Közúti közlekedési automatika A budapesti géptípusok eloszlása 1998 Siemens 19% NikolaTesla 18%

FB 45%

Signelit 2%

Futurit 2%

VSF 11% SKV 2%

Signalsoft 1%

A budapesti géptípusok eloszlása 2007

Siemens 28%

Nikola Tesla 3%

Vilati-SBH 27% FB 25%

SKV 3%

Signelit 14%

57. ábra A berendezések megoszlása gyártók szerint Budapesten (1998, 2007)

110


5

Kombinált közúti-vasúti csomópontok

A közúti és vasúti hálózatok számtalan helyen szintbeli kereszteződésben fedik át egymást. Az áthaladásnál a menetdinamikai tulajdonságai miatt a vasút elsőbbséget élvez. Ez mindenképpen azt eredményezi, hogy a közúti forgalom hátrányba kerül, csökken az ilyen átjárók járműáteresztő képessége. A csökkent kapacitás erőteljesebben jelentkezik, ha a vasút nem szabad, nyílt pályán keresztezi az utakat, hanem valamilyen közúti gócpont közelében. Gyakran előfordul, hogy a közúti csomópontok közvetlenül a vasúti átjárók mellett találhatók. Ezeken a helyeken ha a csomópont jelzőlámpával irányított, szükségszerű a közúti forgalomirányító berendezést a vasúti fénysorompóval összehangolni. Az összehangolást több szempont is indokolja, legfontosabb a biztonsági szempont, hiszen egy szabad jelzést mutató közúti jelző és egy tilost mutató vasúti jelző esetén az ellentétes jelzésképek balesetveszélyes szituációkat eredményezhetnek. Annak ellenére, hogy az ilyen esetekre a KRESZ egyértelmű utasítást ad, az összehangolást el kell végezni. További szempont, hogy ha a közúti forgalomirányító berendezés nem szerez tudomást a vasúti átkelő átjárhatatlanságáról, akkor a forgalom feltorlódik, a csomópontba kialakított fázistervek érvényüket vesztik. Az ország területén több településen is található összehangolt irányítás, de a legtöbb Budapesten létesült. A budapesti adottságokból következően számos helyen nem a nagyvasúttal, hanem a HÉVvel történő kereszteződéseknél kell az összehangolást elvégezni (Soroksári út, Szentendrei út, 2. számú melléklet). A HÉV vonalakon alkalmazott megoldások alapelveikben megegyeznek a MÁVnál használt rendszerekkel. Az első hazai csomópont összehangolása 1975-ben készült el, amely a továbbiakban tárgyalt Nikola Tesla (NT) jelfogós technikára épült. 5.1

Az összehangolás elve lényegében a következő:

A meglévő vasúti fénysorompó továbbra is megmarad, azonban néhány funkcióval kiegészül, amelyek a közúti berendezéssel történő kapcsolattartást hivatottak szolgálni. A közúti berendezés több dologgal is kiegészül. Ezek egyrészt a vasúti biztosító berendezéssel tartják a kapcsolatot, másrészt a közútnak speciális programot futtatnak le, amikor az átjáróban tartózkodik a vonat. A közeledő vonat figyelése két bejelentkező (általában szigetelt sín) ponton, elhaladása egy kijelentkező ponton történik. Az első bejelentkezés ad információt a közúti berendezésnek, a második - már meglévő pont a vasúti oldalnak. A kijelentkező pont a vonat kihaladásáról tájékoztat. Általános feltétel, hogy a vasúti berendezés hibája ill. érvénytelen bejelentkezés esetén a közút azonnal sárga villogót (SV) kap. Ebből rögtön következik, hogy a berendezések rendelkezésre állása csökken, hiszen nagyobb a meghibásodás valószínűsége. A két berendezés saját biztonsági szintjét továbbra is megőrzi, a problémák a két gép közötti esetleges hibás kapcsolatból és téves információkból adódhatnak. Az összehangolt csomópont működésének a folyamata Alapesetben a közúti forgalomirányító berendezés normál programja fut. Ez a választható programok bármelyike lehet, a közúti irányítás ilyenkor semmiben nem különbözik egy általános csomóponttól. A vasúti fénysorompó szabad jelzést mutat, működése teljesen olyan, mint bármely más vasúti átjáróé. Bár a két berendezés ilyenkor is ”tud” egymásról, az üzemben változás akkor következik be, ha a kereszteződés felé közeledő vonat az első bejelentkezési pontot eléri. Ekkor értesül a közúti berendezés a vonat jelenlétéről, és ennek hatására elindít egy folyamatot, amely során az éppen futó normál programjáról áttér egy úgynevezett vasúti programra. A sikeres áttérés után a közúti berendezés jelzést küld a vasútnak .

111

Közúti közlekedési automatika Ez idő alatt a vonat folyamatosan közeledik az átjáróhoz, és eléri a második bejelentkezési pontot, amelynek hatására a vasúti fénysorompó vörösre állítódik. A második pont meghaladása után a vonat az átjáróba ér, amelyet ilyenkor már tilos jelzés biztosít mind a közúti jelzők, mind a vasúti fénysorompó részéről. A kihaladás után a vonat eléri a kijelentkező pontot, amely a vasúti biztosító berendezést alaphelyzetbe állítja. A közúti berendezés szintén visszatér a normál programjához vagy egy ürítési programot indít el. A leírt folyamat egy szabályos bejelentkezést ír le. Amikor a közúti berendezés bármely okból nem tud a vasúti programra áttérni a második bejelentkezési pont eléréséig, akkor sárga villogó (SV) üzembe megy át. Ilyenkor az átjárót a vasúti fénysorompó továbbra is tilos jelzéssel biztosítja. A vonat kihaladása után, ha nem volt más hiba, akkor a közút képes visszaállni alapállapotába. Ugyancsak SV üzemben működik a közút, ha a vasúti jelző meghibásodik, és erről jelzést kap. Ebben az esetben az átjárót nem biztosítja tilos jelzés, csak a sárga villogó figyelmeztet a veszélyre. Előfordulhat, hogy a meghibásodott fénysorompóval párhuzamosan a közúti berendezés - valamilyen hiba miatt - nem tudja a SV üzemet sem biztosítani, ilyenkor az átjáró közúti és vasúti jelzői is sötétek maradnak. Az előbbiekben leírt működés lényegében a NT-hez készített ADP-2 illesztő működési mechanizmusához igazodik. Ezek az elvek a NT berendezésnél még teljesen kielégítők, azonban az elektronikus közúti berendezéseknél már érdemes felülbírálni őket. Az egész folyamat alapelveit át kell gondolni, és újak megfogalmazása szükséges. Meg kell fontolni, hogy elegendő-e, ha csak az egyik bejelentkező pontot tartjuk meg (a másodikat). Ennek egyszerűbb és biztosabb a karbantartása, és így biztosabb a bejelentkezés is. További meggondolás tárgya, hogy SV üzem esetén a hibás bejelentkezéskor elvárt "minden jelző piros" (MJP) állapotra szükség van-e, mert az új gépekkel ez csak körülményesen oldható meg. Az új gépek viszont számtalan más megoldást kínálnak, amelyekhez azonban a feltételeket is meg kell változtatni. A kombinált átjárókban az összehangolt rendszer működési hierarchiájának csúcsán a vasúti biztosítóberendezés áll. Alul helyezkedik el a közúti forgalomirányító berendezés, míg a két gép között található az az interface egység, amely alkalmassá teszi a két önálló gépet az együttműködésre. (1. ábra) A vasúti és a közúti berendezéseket sem lehet változtatás nélkül felhasználni, mind a kettőbe kisebb nagyobb beavatkozásra van szükség. Ez nemcsak a különböző típusú gépeknél tér el, de a különféle csomópontok is sokszor igényelnek egyedi megoldásokat. A következő fejezetekben sorra veszem a jelenleg alkalmazott vasúti és közúti berendezéseket, megvizsgálom az összehangolt üzem érdekében tett változtatásokat, kiemelt figyelemmel a megvalósított biztonsági szintre, a felkínált szolgáltatások mellett. 5.2

Az eredeti rendszer felépítése, működése, biztonságtechnikája (ADP-2)

Az első összehangolt rendszer tervezése 1971-ben kezdődött. Ez tulajdonképpen egy SIEMENS készülék szolgáltatásainak adaptációja volt a hazai viszonyokra. Mivel ellentétben a kiindulási alappal, nem egy komplex berendezés készült, szükséges volt a két rész, nevezetesen a közúti forgalomirányító berendezés, és a vasúti jelző- és biztosítóberendezés közé egy illesztő egység (ADP = adapter) alkalmazása. Ennek bemeneteiként alakult ki a kettős vasúti bejelentkezés. Maga a készülék csak labormodell szinten valósult meg, mert a gyártás legfőbb akadálya az import alkatrészek beszerzése volt. A módosított, jóváhagyott, és jelenleg is üzemelő ADP-2 egy szűkített egység, amely a Nikola Tesla (NT) készülékben helyezkedik el egy relésávnyi terjedelemben. Jóval kisebb a forgalom- és biz-

112

Közúti közlekedési automatika tonságtechnikai szolgáltatása, mint az eredeti ADP-nek, elemei pedig az 1975-ös technikai színvonalnak felelnek meg. Az ADP-2 két üzemmódban dolgozhat, a közúti gép automatikus vezérlése, vagy sárga-villogója esetén, kézi vezérlés nem lehetséges. Mindkét esetben a vasúttól két bejelentkezési, és egy kijelentkezési jelet, továbbá üzemkészség állapot (vasúti zavar) információt kap működéséhez (1. sz. ábra).

58. ábra Behatási, kilépési pontok, fénysorompók, járműjelzők az eredeti ADP változatban

A közúti berendezés a vasúti biztosítóberendezés kezelője számára ad üzemállapot jeleket (automata üzem, sárga-villogó üzem, vasúti program fut). A közúti berendezés automata üzem esetében az első bejelentkezés hatására - üzemszerű működés esetén - átáll egy un. vasúti programra, amely nem tartalmaz a vágányokat keresztező irányok számára szabad jelzést, csak sárga és piros jelzésképek vezérlését teszi lehetővé, akkor, ha kell. A második bejelentkezés a közút állapotától függetlenül tilosra kapcsolja a fénysorompó áramköreit, és lezárja az útátjárót. Kijelentkezéskor az NT gép visszaáll az eredeti programra. Sárga-villogó üzemben az első behatási pont meghaladása után - szűk körben programozható - időzítés múlva merev sárga, majd minden jelző piros jelenik meg a közúti fényjelzőkön (menekítés). Ennek hossza is programozható, azonban mindenképpen meg kell hogy haladja a második bejelentkezést, vagyis a fénysorompó átállását a maximális ürítési idővel. Ezt követi a visszatérés sárgavillogó üzemre, mert már az időközben tilosra váltott fénysorompók tiltják a keresztező mozgásokat. Az ADP-2 döntő része az NT gép elemeiből épül fel (LM. Ericsson típusú jelfogók, időzítők), kiegészítve normál elektrotechnikai elemekkel (kondenzátorok, ellenállások). A két fizikailag kapcsolódó rendszer (az ADP-2 és a vasúti biztosítóberendezés), egymástól galvanikusan független, az információcsere külön érintkezőkön keresztül, saját tápellátásról történik. 1985 óta az NT gépeket a kombinált rendszerekben is fokozatosan különböző elektronikus berendezések váltották fel. Az új készülékekben az eredeti kialakítás szerinti kommunikációs jeleket alkalmazzák, és a működés is változatlanul a régi elvhez igazodik. Eltérés az illesztő áramkörök hardver megoldásaiban, és a kapcsolatok lekezelését végző szoftver lehetőségében tapasztalható. Az ADP-2 áramkörei az alábbi hibajelenségekre reagálnak: •

Ha az első bejelentkezés nélkül azonnal a második jelenik meg, a NT sárga-villogóra vált át, mert nem történt meg a programváltás, és ellentétes közúti-vasúti jelzésképek jelenhetnek

113

Közúti közlekedési automatika meg. A sárga-villogó a kijelentkezéskor szűnik meg, mintha akkor kapcsolták volna üzembe a NT készüléket, azaz merev sárga - minden jelző piros után áll helyi automata vezérlésre. •

Sárga-villogó üzemben a fentiek szerinti átmenettel minden jelző piros képet vezérel ki az ADP-2. Mivel elképzelhető, hogy a villogó üzemet éppen egy, a vágányokat keresztező irány piros izzójának kiégése okozta, ezekben az irányokban mindenhol ismétlőjelzőt kell alkalmazni.

•

A közút automata üzeme esetében egy időzítő áramkör figyeli a programváltás folyamatát. Ha az átmenet a beállított (15-25 másodperc) időn belül nem történik meg, az ADP-2 a közúti berendezést merev sárga, minden jelző piros képek után sárga-villogóra állítja át.

•

Ha a vasúti berendezéstől "zavar" jelzés érkezik, (pl. amiatt, mert az első bejelentkező szakasz foglaltsága 10 perc elteltével sem szűnik meg!) az NT gép átkapcsolódik sárga-villogó üzemre.

Nincs hibajelzés az ellentétes jelzésképek valódi megjelenése esetén, amelynek okai lehetnek: •

ADP-2 hiba, (pl. a "Nullázó jelfogó" beragadása miatt a számlánc leáll),

•

az ADP-2 kimenő feszültségének hiánya (nincs ellenőrzés szakadásra),

•

zöld jelző kábelének zárlata pl. vasúti program futása esetén.

Bár az elmúlt évek tapasztalatai során bebizonyosodott, hogy az összehangolt rendszerek helytelen működések döntő része a vasúti pályák állapotának, illetve ennek következtében a biztosítóberendezés elemei téves jeleinek tudhatók be, ugyanakkor ellentétes jelzések több helyszínen, többször is megjelentek, ezért megszüntetésük alapvető követelmény mindkét oldal üzemeltetői, és hatóságai számára. 5.3

Az alkalmazott vonatérzékelő elemek és sorompó berendezések

A közúti-vasúti kereszteződéseknél a sorompó berendezésekben, hazánkban a következő vonatérzékelő elemeket alkalmazzák: •

Folyamatos, hosszú, egyenáramú szigeteltsín, a számított behatási távolságtól a kereszteződésig, mint bekapcsoló, a kereszteződésben, mint oldó vonatérzékelő elem.

•

Rövid, (18 méteres) egyenáramú szigeteltsín, a számított behatási távolságtól kezdődően, mint bekapcsoló, a kereszteződésben vagy a kereszteződés két oldalán, mint oldó vonatérzékelő elem.

•

Szigetelt sínütközőt nem igénylő, más sínáramkörre szuperponálható 13kHz-es szigeteltsín, a számított behatási távolságtól kezdődően, mint bekapcsoló, a kereszteződésben vagy a kereszteződés két oldalán, mint oldó vonatérzékelő elem.

•

Különleges esetekben, rövidített (2 méteres) szigetelt sínütközőt nem igénylő, más sínáramkörre szuperponálható 13 kHz-es szigeteltsín a kereszteződés egyik oldalán, mint kiegészítő oldó vonatérzékelő elem.

•

Kísérleti jelleggel különböző típusú tengelyszámláló berendezés, a számított behatási pontoknál bekapcsoló, az útátjáró körzetében mint oldó vonatérzékelő elem. Kompletten, egy egyvágányú sorompó valamennyi vonatérzékelő elemét tartalmazza.

•

Állomási sorompókat az állomási biztosítóberendezés működteti.

A felsorolt elemek üzemeltetési tapasztalatai, előnyei, hátrányai:

114


Az egyenáramú szigeteltsínek csak jól karbantartott pályán üzemelnek megbízhatóan. A ritkán használt, többnyire elhanyagolt pályán nagyon gyakori az indokolatlan foglaltság, ami a sorompók zavartatását eredményezi.

•

A 13 kHz-es szigeteltsínek az egyenáramúnál jobban elviselik szennyezett ágyazatot, nem igényelnek bonyolult beszabályozást.

•

A tengelyszámláló berendezésről kevés az üzemi tapasztalat a megbízható vélemény kialakításához, de az eddigi üzemeltetés során egyetlen hiba sem jelentkezett. Előnye, hogy teljesen független az ágyazati viszonyoktól, belsőtéri egysége is elektronikus, ami valószínűleg jól csatlakoztatható más elektronikus elemekhez. Rossz ágyazati viszonyoknál és ritkán használt vágányokon várhatóan ilyen érzékelőket fog a MÁV telepíteni. (Egyetlen hátránya a költsége.)

•

Az állomási sorompókat az állomási biztosítóberendezés áramkörei megbízhatóan működtetik.

Az eddig leírtakat figyelembe véve a legmegbízhatóbb működést az állomási sorompók, illetve az ágyazati és forgalmi viszonyok függvényében a 13 kHz-es, vagy a tengelyszámlálós vonatérzékeléssel működtetett vonali sorompó berendezések biztosítják. A közúti forgalomirányító rendszerrel kombinált vasúti sorompók működtetése biztonságosan megoldható a mindkét rendszerre ható közös vonatérzékelővel is. Megfelelően tervezett, biztonságos áramkörök kialakításával egységes, a közút és a vasút számára is megfelelő megoldás alakítható ki. 5.3.1 A sorompó berendezések hazánkban Az útátjáró biztosítás a hatósági előírásoknak megfelelően, az adott helyszín közúti és vasúti forgalmi paramétereitől függő biztonsági követelményekhez igazodva, a műszaki felszereltség szerint, más-más technikai megoldásokat jelent.

A fő- és mellékvonalakat összehasonlítva megállapítható, hogy az útátjáró biztosítást tekintve a fővonalak sokkal egységesebbek. A mellékvonalakon az állomási sorompók az állomási biztosítóberendezéshez kapcsolódnak; ez utóbbiak sokféleségéből (mellékvonalainkon 8 féle berendezéstípus üzemel) és a szerkezeti függés kialakításának különböző módjaiból adódik, hogy az állomási útátjáró fedező berendezések igen eltérnek egymástól. Ez műszakilag akkor okoz problémát, ha az állomáson szolgálatszüneteltetést rendelnek el, miközben a vonatközlekedés fennmarad, de a sorompó(ka)t nem lehet automatikusan üzemeltetni (nem önműködő, kvázi vonali sorompó). A vonaliak pedig szerkezetileg, vagy a kezelés, visszajelentés, vonatérzékelés szempontjából lehetnek igen különbözőek. Az egyes berendezések eltérő kialakítása és műszaki állapota miatt fennálló biztonsági szintkülönbségek, vagy a helyenként erősen lecsökkent forgalom okozta új körülmények kialakulása, vagy éppen (pl. pályarekonstrukció következményeként) felemelt sebességnél valamely berendezéstípus alkalmatlanná válása miatt is indokolt az új rendszerkoncepció alapját képező egységesítés. Ezt alátámasztja, hogy a közúton is jelenleg 5 féle forgalomirányító berendezés kapcsolódik a vasúthoz. Anélkül, hogy a különböző biztosító berendezések részletes ismertetését céloznánk meg, a következőkben a realizáció típusától eltekintve funkcionálisan felsoroljuk a lehetséges vasúti sorompó berendezéseket. A kombinált berendezések alkalmazási esetei a vasút szempontjából a következő fő típusokban, illetve azok kombinációiban lehetségesek: Állomási sorompók, ezen belül: •

kezeléssel vezérelt állomási sorompó, 115


vonat által vezérelt állomási sorompó.

Vonali sorompók, ezen belül: • • • •

vonat által vezérelt vonali sorompó, állomási indítású vonali sorompó, vonatszemélyzet által ellenőrzött sorompó, helyből kezelt nyíltvonali sorompó.

A besorolásban szereplő fő- és alcsoportok függetlenek attól, hogy egy adott helyen milyen biztosító berendezés (szabadkapcsolású, KA-69, DOMINO, elektronikus SIEMENS, stb.) üzemel, és milyen végkészülékeket vezérel automatikusan, vagy működtet kézi kezelésre (teljes sorompó, fénysorompó, félsorompó, ez utóbbi kettő együttese, stb.) Nem vettük figyelembe azt sem, hogy egy biztosító berendezés központi forgalomirányítás alatt áll, vagy önálló egységként működik, mert a közúti gépeknél sem tettünk, - és a továbbiakban sem teszünk - ilyen megkülönböztetést, hiszen nyilvánvaló, hogy egy magasabb szolgáltatási szintű rendszernek garantálni kell az alacsonyabbakra megfogalmazott követelményeket. A központi ellenőrzésű-, és irányítású vasúti rendszereknek annyi előnye van, és lesz, hogy a közút oldaláról előírt, (vagy a jelen tervben javasolt) visszajelzések felhasználásával hatékonyabbá teheti az együttműködés hétköznapi munkáját, vagy a balesetek megelőzését. 5.3.2 A vasút elsőbbsége A terepadottságok (természeti környezet, építmények, egyéb tereptárgyak), a közúti ill. vasúti pályák vonalvezetése korlátozhatják az útátjárók fékúttávolságon belüli folyamatos beláthatóságát.

Azonos haladási sebességről a teljes megállásig megtett utakat összehasonlítva megállapítható, hogy a vasúti járművek fékútja lényegesen hosszabb a közútiakénál. Ezt, és a tömegviszonyokat is figyelembe véve, a keresztezésekben a vasutat kell előnyben részesíteni, a közúti forgalom ideiglenes - a feltétlenül szükségesnél nem hosszabb ideig tartó - lezárásával. A nagyobb mozgási energia miatt az esetleges lassítás-gyorsítás többletköltsége, az egy-egy egységre jutó nagyobb utasszám, vagy a menetrendszerűség olyan másodlagos szempontok, amelyek tovább erősítik a vasút elsőbbségét alátámasztó érveket. A vonatkozó jogszabályok is a vasút elsőbbségét írják elő, és ezzel a fenti fő indokok (sebesség, fékút, tömeg, utasszám, stb.) alapvetően egyet kell értenünk. A kivételekre vonatkozó javaslatokat a 4.) pont tartalmazza. 5.3.3 A közúti-vasúti kereszteződések besorolása A közúti és vasúti nyomvonalak metszési területei alapvetően feloszthatók: • •

különszintű, és szintbeli kereszteződésekre,

amely utóbbiak lehetnek valamilyen automatikus berendezéssel szabályozottak, vagy irányító készülék nélküliek. A külön szintű kereszteződések (alul-, felüljárók) tervezését, létesítését • • •

116

a nyomvonal típusa (autópálya, vasúti fővonal, stb.), a megengedett sebesség, és a súlyozott forgalomnagyság determinálja.

Közúti közlekedési automatika A külön szintű csomópontokat nem, a szintbeliek közül pedig csak azokat vizsgáljuk, ahol a kényszerpálya és a közút kereszteződésében haladó közúti járművek forgalmát valamilyen automatikus készülék irányítja. Ezek a berendezések lehetnek: • • • •

csak vasúti sorompó berendezés, csak közúti fényjelző készülék, fizikailag egy berendezés, amely irányítja a közutat és a vasutat egyaránt, fizikailag két, vagy több, egymással összehangolt üzemben működő berendezés (elterjedten: kombinált berendezés).

Ha a vasúti átjárótól számított 30 méter távolságon belül (lakott területeken kívül, ha a vasúti átjárón átvezető út földút, 21 méter távolságon belül) útkereszteződés van és az útkereszteződésben a vasúti átjáró felől érkező járműveknek – a keresztező útról mindegyik irányból érkező járművel szemben – elsőbbségük nincs,

5.4

•

az útkereszteződés forgalmát a vasúti átjárónál elhelyezett fénysorompóval függésben levő jelzőkészülékkel kell irányítani, vagy

•

a vasúti átjáró felől érkező járműforgalom részére az útkereszteződésnél legalább 30 méter (lakott területen kívül, ha a vasúti átjárón átvezető út földút, 21 méter) hosszú külön útfelületet (menekítő sávot) kell biztosítani, kivéve ha a vasúti átjárót szabályosan igénybevevő leghosszabb jármű a vasúti átjáró és az elsőbbséggel rendelkező út között biztonságosan elfér. Általános alapelvek

Minden kombinált rendszer alapja a vasút elsőbbsége, vagyis a közúti forgalomirányító berendezés a kapcsolattartásban alárendelt szerepet játszik. A vasúttól érkező információkat a megbízhatóság fokozására hibafigyeléssel kell ellátni. Ezt úgy kell megvalósítani, hogy minden információ két külön éren érkezzen ponált és negált alakban függetlenül attól, hogy a közúti gép jelfogós, vagy elektronikus biztosító berendezéshez kapcsolódik. A két összetartozó pont antivalencia kapcsolata esetén a jel felhasználható, tartós (0,1 másodpercet meghaladó) ekvivalencia észlelésekor hiba keletkezett (zárlat, szakadás, jeladási hiba), ilyenkor a közútnak a biztonság irányába kell lépnie (sárga-villogóra, vagy sötétre kapcsolás). 1999. január 1-től a mikrogépes közúti berendezést tartalmazó rendszerek telepítésekor a biztonság fokozása érdekében a közúti forgalomirányító berendezésben a vasúti információkat két, egymástól független szinten kell kezelni. Az első, logikai (szoftver) szinten a forgalomtechnikai tervekkel összhangban, csomópontonként egyedi programozással meg kell valósítani azt a feltételrendszert, amely meghatározza, hogy a közúti jelzőlámpáknak hogyan kell működni a különböző vasúti jelek hatására. A második, az elsőtől eltérő felépítésű logikai, vagy közvetlen hardver szint ellenőrizze a helyes működést, és hiba észlelésekor kapcsolja a közúti berendezést sötétre. (Hiba alatt itt most azt értjük, hogy a közúti berendezésben valamely áramkör meghibásodása, vagy helytelen programozása következtében a vasúti biztosító berendezés felől érkező, lezárást, vagy emelt biztonságú működést kérő jelek - vonalhiba, vasút lezárva, vasút nem üzemkész - ellenére a vasutat keresztező irányok számára zöld jelzés lenne kiadható, vagy jelenne meg.) 5.5

Kombinált rendszer egy vasúti bejelentkezéssel

Ez a rendszerváltozat két megoldásban képzelhető el, elsősorban olyan helyeken, ahol a vasúti behatási pontok telepítése valamilyen nehézségbe ütközik. Mindkettő közös jellemzője, hogy a vasúti információknak a közúti berendezéshez el kell jutniuk. 117

Közúti közlekedési automatika 5.5.1 Egy vasúti behatás van a „B1” ponton, vagy távolabb Ez a jel adja „a vasúti lezárási szándék előjelzése” információt. Ahhoz, hogy a fénysorompó az előírt t2 időpontban vörösre váltson a vasúti biztosító berendezésben ilyen hosszúságú késleltető áramkör beiktatása szükséges. Az idő letelte után a vasút a fénysorompót mindenképpen átállítja, de felhasználhatja a közúti gép „a vasúti program működik” jelét, és annak megjelenése után, korábban is vörösre vezérelhet. A t2 idő figyeléséhez, valamint a „közúti zöld - fénysorompó vörös” ellenőrzéséhez a vasúttól át kell adni a „fénysorompó zárva” jelet. 5.5.2 Egy vasúti behatás van a „B2” ponton Ez a jel adja „a vasúti fénysorompó zárva” információt. Ahhoz, hogy a fénysorompó vörös jelzésének megjelenése előtt a közút lezárhasson, az előírt t1 időpontban, vagy azt megelőzően kezdeményező jelnek kell érkeznie. Az információ érkezhet például a legközelebbi vasúti szolgálati helyről, vagy ha „B1”-en nem lehet vasúti érzékelést telepíteni, akkor egyéb megfelelő biztonságú detektorról vezetékes, vagy vezeték nélküli adatátvitelen.

Mindkét esetben, ha az objektív körülmények miatt az előjelzés a szükségesnél korábban keletkezik, a közúti berendezésnek kell gondoskodnia arról, hogy az idődifferenciát a vasúti programra váltási folyamatában a biztonság megtartása, de a közúti átbocsátóképesség maximális kihasználása mellett érvényesítse. Ugyanakkor a vasútnál is meg kell tenni mindent annak érdekében, hogy a közút kapacitása csak a legminimálisabb veszteséget szenvedje. A kézi kezelésű előjelzések csak akkor kerüljenek kiadásra, amikor szükségesek. 5.6

Komplex irányító berendezés

A közúti jelzőket is vezérlő elektronikus fénysorompó készülék. 5.6.1 Alkalmazási terület A komplex fénysorompót olyan vasúti útátjáróban lesz célszerű alkalmazni, ahol viszonylag kis mértékű a vasúti forgalom (egyvágányú mellékvonalak, iparvágányok), és a közút is csekély irányítási igénnyel lép fel (két-, három kisforgalmú irány). Ilyen berendezés pillanatnyilag készen nem kapható, de a fejlesztésnek ideális alapjául szolgálhat a SIGNELIT Rt.-ben kifejlesztett UTB típusjelű elektronikus készülék, (rendszervázlata a 3. sz. ábrán), amelyet már felkészítettek a régi elvű kombinált üzemre is. A fénysorompó berendezés dobozába elhelyezhető lenne egy kiskapacitású (pl. 3 jármű jelzőcsoport vezérlésére szolgáló módosított ZEBRA 3 típusú) forgalomirányító egység. 5.6.2 Információáramlás Maguk az alapinformációk megfelelhetnek az eddig leírtaknak, de teljesen új adatforgalom válik lehetségessé, hiszen ebben a rendszerben több, fizikailag egymás melletti kártyákon elhelyezhető mikroprocesszor „beszélgetne” egymással. Az adatok nagysebességgel, soros táviratok, vagy akár párhuzamos formában is cserélődhetnek, sőt bővülhetnek pl. a közeledő vonatról szóló pontos sebességértékek átadásával. 5.6.3 Szolgáltatások, működés hibamentes esetben Az alapműködés (automata üzem) megfelelne az előzőkben vázoltaknak azzal az eltéréssel, hogy a közúti gép nem működne sárga-villogó üzemben sem vezérelten, sem hiba észlelése után, hanem „sötét” üzemre váltana. Ugyancsak sötétre kell váltania, vagy teljesen le kell kapcsolnia a közútnak

118

Közúti közlekedési automatika a táphálózat kimaradása esetén, hiszen az akkumulátorok kapacitásának minden amperóráját a fénysorompó áramkörei számára kell biztosítani. 5.6.4 Hibajelenségek, a rendszer reagálása A sárga-villogó üzem javasolt elmaradása miatt egyszerűsödik a hibakezelés is, hiszen akár vasúti zavar, akár közúti hiba lép fel a közút sötétre kapcsolásával a jelen KRESZ szerinti, a működő-, vagy kikapcsolt fénysorompó melletti elhaladásra vonatkozók lépnek életbe.

119


b

U2

S2 Kb1

Srb1

O1

O2 U1Ism

U2Ism

Srb2

Kb2

S1

U1

a

TÁVKEZELÉS

KJ

VEZÉRLÉS ÉS HELYI KEZELÉS

KÖZÚTI FORGALOM IRÁNYÍTÓ GÉP

ÁRAMELLÁTÁS

Jelmagyarázat: S1,S2 a,b U1,U2 U1Ism,U2Ism Kb1,Kb2 Srb1,Srb2 O1,O2 KJ

Sorompó hajtóművek Közúti jelző Vasúti jelző Vasúti ismétlőjelző (opcionális) Közúti forgalomirányító berendezés behatási pontja Sorompó behatási pontja (opcionális) Feloldó behatási pont Közúti forgalomirányító jelzőlámpa

59. ábra Az UTB elektronikus útátjáró fedező berendezés

5.7

Vasúti fejlesztések

5.7.1 Sebességfüggő sorompólezárás Egy vasútvonalon közlekedő különböző vonattípusokra (személyszállító vonat, gyorstehervonat stb.) eltérő felső sebességhatárokat szabnak meg.

120

Közúti közlekedési automatika A vonalon a legalacsonyabb és legmagasabb, vonatra engedélyezett maximális sebességek között jelentős különbség lehet. Ez az önműködő sorompók tényleges zárvatartási idejét is befolyásolja, hiszen a behatási pontok telepítésénél mindig a pályára engedélyezett maximális sebességet veszik alapul. A túlzottan hosszú ideig zárva tartott sorompó a közúti forgalom indokolatlan feltartóztatását eredményezi, ami a járművezetői türelmetlenséget és egyéb negatív reakciót figyelembe véve balesetveszélyes körülményeket teremthet. Ez a probléma elsősorban fővonalakon - különös tekintettel az emelt sebességű vonalakra - jelentkezik, a mellékvonalakon, általában az alacsonyabb pályasebességek miatt, még az eltérő vonattípusok esetében sem keletkeznek nagy sorompó zárvatartási időkülönbségek. A sebességfüggő sorompólezárás hazai alkalmazásával kapcsolatos kísérletek jelenleg még csak a budapest-hegyeshalmi emeltsebességű vasútvonalon folynak. Az eredményes vizsgálatok után számítani lehet ezen rendszer általános elterjedésére, természetesen azokon a vonalakon, ahol ez indokolt. A hazai mellékvonali fejlesztési programcsomagban szereplő sebességemelés lehetősége (a kis tengelynyomású motorkocsik részére) indokolttá teheti a sebeségfüggő behatás megvalósíthatóságának vizsgálatát az érintett mellékvonalakon is. Például egy 80 km/h-ra felemelt pályasebességű vonalon a tolató tehervonat (veng= 40 km/h) közlekedése esetén az önműködő sorompók zárvatartási ideje kétszer annyi, mint a könnyű motorkocsi (veng= 80 km/h) esetén. A sebességfüggő sorompólezárást különösen a nagyforgalmú utak keresztezésénél lenne célszerű alkalmazni. A sebességfüggő sorompólezárás alapfeltétele, hogy a közeledő jármű sebességét nagy biztonsággal meg kell tudni állapítani. Ez nem feltétlenül jelent pontos értékmeghatározást. Elegendő lehet csupán egy rögzített értékkel történő összehasonlítás: a jármű sebessége a kitüntetett értéknél kisebb, vagy nagyobb, illetve három kategória. A sebesség ismeretében kell eldönteni, hogy mikor kell a sorompót lezárni. A közlekedő vonat sebességétől függő sorompólezárás történhet: • • •

egyirányú, vagy kétirányú

információátvitelre alkalmas pontszerű jelfeladás alkalmazásával.

60. ábra Pontszerű érzékelés

Kétirányú információátvitelre alkalmas pontszerű jelfeladás alkalmazása esetén a pályán engedélyezett legnagyobb sebességgel ( vmax ) közlekedő jármű a sorompó felé közeledve lpb= vmax* tmin távolságra ( ahol tmin: minimális előzárási idő ) működteti a sorompóhoz rendelt érzékelőelemet. A

121

Közúti közlekedési automatika besugárzott távirat hatására a sorompó előlevezérlést kap, biztosítva ezzel a nagyobb sebességhez tartozó kiürítési időt. Egyirányú információátvitelre alkalmas pontszerű jelfeladás alkalmazása esetén az útátjáró lezárása sebességmérés alapján, az útátjárótól lpb távolságban történik. Amennyiben a mérés eredménye a beállított értéknél nagyobb, a sorompó azonnal előlevezérlést kap, biztosítva ezzel a szükséges kiürítési időt.

A vonat továbbhaladva, mindkét fenti esetben lb= v' * tmin távolságban (v': egy rögzített, a maximálisnál alacsonyabb sebességérték), érinti a normál behatási pontot, ahol az előlevezérlés szerepét a normál lezárás veszi át. 5.7.2 Korszerű áramköri elemek alkalmazása sorompó berendezésekben Több mint 30 évvel ezelőtt készült el a hazai önműködő útátjáró fedező berendezések alapkapcsolása és gyártási dokumentációja, ami alapján lehetővé vált a sorompó berendezések sorozatgyártása. Az alapkapcsolás áramkörei XJ jelfogókból épülnek fel, amelyek, bár ma is megbízhatóan működnek, sőt a jelfogófüggéses biztosítóberendezések többsége is ilyen típusú jelfogókkal üzemel, megértek a technikai generációváltásra.

A DOMINO-70 állomási biztosítóberendezések áramkörei az XJ-nél újabb típusú jelfogókból (TM) épülnek fel. Ezek az elemek azonban a működtetésükre előírt viszonylag szűk hőmérséklettartomány miatt nem alkalmasak külsőtéri üzemeltetésre, így sorompó berendezésekbe sem építhetők be. A technikai fejlődéssel megjelentek a nyákba ültethető másodosztályú jelfogók, amelyek felhasználhatók sorompóáramkörök kialakítására. Az elektronika egyre nagyobb teret hódít a biztosítóberendezési technikában, így az elektronikus sorompó berendezések kifejlesztése és alkalmazási előkészületei hazánkban is folynak. 5.7.3 Eseménytároló alkalmazása A sorompóműködésben bekövetkező hiba- és zavarállapotok, bár a kapcsolástechnikának köszönhetően nem okozhatnak veszélyhelyzetet, a vasúti forgalom menetrendszerű lebonyolítását megzavarhatják (pl. sorompózavar miatt 15 km/h-s sebességcsökkentés).

Ha valamely szolgálati helyre visszajelentett vonali sorompó zavarát a forgalmi szolgálattevő kézzel nem tudja feloldani, vagy a vonatszemélyzet által ellenőrzött fénysorompó válik üzemképtelenné, akkor a helyes működés visszaállításához szakemberek helyszíni beavatkozása szükséges. A hibakeresés időigényes folyamat lehet, főként, ha az üzemképtelen állapot nem folytonos, vagy a hibajelenség oka szerteágazó. A szakemberek munkáját megkönnyíti, ha a sorompó berendezéshez eseménytároló egység kapcsolódik, amelynek funkciói a következők: •

a sorompó berendezéshez kapcsolt eseménytároló egység az egyes kitüntetett szerepű jelfogók (elektronikus egységek) működését rögzíti, megkönnyítve a helyszíni, vagy az utólagos hibafeltárást;

•

kedvezőtlen esemény bekövetkezése esetén a körülményekre vonatkozó adatokat megadja.

Az eseménytárolóval szemben támasztott követelmények:

122

•

az eseményrögzítőnek nagy üzembiztonságúnak kell lennie;

•

az eseményrögzítő működéséhez vizsgálati csatornákra van szükség; a berendezés ezeknek az egymástól független csatornáknak az időbeli változásait figyeli és rögzíti.


a berendezésnek tárolnia kell az év, hónap, nap, óra, perc, másodperc adatokat a bekövetkezett eseményekkel, illetve a külső beavatkozásokkal kapcsolatban (naplózási funkció);

•

a rögzített adatoknak könnyen hozzáférhetőknek kell lenniük, esetleg a berendezéshez tartozó helyszíni kezelőszerelvényen is; az adatokat ki kell tudni olvasni számítógépes feldolgozás vagy egyszerű nyomtatás céljából;

•

az eseményrögzítő által felvett adatokat sem a kezelőfelületről, sem egyéb kapcsolattal nem szabad törölhetővé tenni; a telítődést meg kell akadályozni (pl. két nagykapacitású tárolóegység alkalmazásával, amelyek közül az egyik cserélhető);

•

a jelfogós áramkör jellemzőiből adódóan eredhet olyan eset, amikor a jelfogó blinkel; az eseményrögzítőnek ezt fel kell ismernie és ezt egyszerűsítve kell tárolni, nehogy ezzel fontos adatokat írjon felül;

Az eseménytároló az adatrögzítéssel megkönnyíti ugyan a hibakeresést, de a hiba okának megállapítása a szakemberre hárul. Az eseménytároló feladatkörét célszerű lenne kibővíteni a hibafelismeréssel. Ez megvalósítható pl. a sorompó berendezésből érkező jelsorozatnak előre beprogramozott jelsorozatokkal történő összehasonlításával. Első lépésben azt kell megállapítani, hogy a sorompó üzemszerűen működött-e. Hibás működés esetén meg kell vizsgálni, hogy a csúcsesemény bekövetkezése mely alapesemények (pl. kábelhiba, jelfogóhiba) bekövetkezésére vezethető vissza. Az alap- és csúcsesemények közti kapcsolatok meghatározásához tervezéskor hibafa-analízist kell végezni. Ez alapján a sorompó berendezésből érkező jelsorozatok vizsgálatához olyan elágazásos programstruktúrát kell felépíteni, ami optimális vizsgálati útvonalat biztosít. A hibafelismeréshez tehát vizsgálóprogram, valamint az eseménytároló által igényeltnél lényegesen több vizsgálati pont és átviteli csatorna szükséges. Ezek kiépítésének többletköltsége nem biztos, hogy mindenütt arányban áll a hibaelhárításnál jelentkező időmegtakarítással, viszont a biztonsági szempontokat előnyben részesítve, különösen a nagyforgalmú utak keresztezésénél indokolt lehet hibafelismerési funkcióval bővített eseménytárolót alkalmazni.

123


6

Forgalomirányító központok

6.1

Közúti forgalomirányító központok

6.1.1 A közúti forgalomirányító központok (FIK) Amikor két jelzőlámpás kereszteződés között viszonylag kevés a távolság, akkor a forgalomirányító berendezések működését célszerű összehangolni valamilyen optimalizálási cél érdekében. Akárcsak az egyedi kereszteződések jelzőlámpás szabályozásánál, az elérendő célok megválasztása itt is kulcskérdés. Az összehangolás a közúti járművek forgalmi folyamatai mellett vonatkozhat a tömegközlekedési eszközökre és a gyalogosforgalomra is. Az összehangolás szó alatt itt nemcsak a két szomszédos kereszteződés fázisterveinek eltolásával (zöldhullám) létrejövő beavatkozást értjük hanem a csomópontok olyan irányítását, ahol a szabályozás figyelembe veszi azok egymásra gyakorolt hatását is. Az összehangolás különösen nagy hangsúlyt kap olyan helyeken, ahol több kereszteződés van egymáshoz közel egy kisebb vagy nagyobb hálózatban, elsősorban a városokban.

A közúti forgalomirányító berendezéseket irányító és felügyelő rendszer a közúti forgalomirányító központ (FIK). Az egyes forgalomirányító berendezéseket (FB), a központokat és a kapcsolódó adatgyűjtő rendszert (pl.: járműérzékelők, meteorológiai áll., zártláncú TV, segélykérő rendszer) együttesen forgalomirányító rendszernek nevezzük. A központi forgalomirányítás elsődleges feladata, hogy működése révén elősegítse a közúti közlekedés hatékonyabb (biztonságosabb, gyorsabb, gazdaságosabb, stb..) lebonyolódását. A központok információkat gyűjtenek a fennálló forgalmi helyzetről, a hozzájuk csatolt berendezések állapotáról és megkapnak minden olyan adatot, amit az adott rendszerrel kapcsolatban össze lehet gyűjteni. A rendelkezésükre álló információk alapján a központok döntéseket hoznak, vagy készítenek elő, amely döntések révén beavatkozás történik a forgalomirányításban (pl. programváltás, zöld idő modifikáció). 6.1.2

A közúti forgalomirányító központokkal szemben támasztott követelmények

Forgalomtechnika Azon forgalomtechnikai paraméterek összessége, amelyek javítása érdekében létrehozták a rendszert. • • • • • • • •

utazási idők minimalizálása, a várakozási idők minimalizálása, a megállások számának minimalizálása, az átbocsátott forgalom maximálása, a jármű-, és gyalogosforgalom biztonságos lebonyolítása, a közlekedési balesetek számának csökkentése, az utazási és szállítási költségek csökkentése, környezeti károk enyhítése.

Biztonság, megbízhatóság A központ és az egész rendszer folyamatos működése külön figyelmet igényel, mert a forgalomtechnikai hatékonyságot csak normál üzemben tudja biztosítani. A rendszer biztonsági működése alapkövetelmény, amely kiterjed a rendszer minden elemére és azok kapcsolatára is. 124

Közúti közlekedési automatika • • •

a rendszer minél kevesebb időt tartózkodjon üzemen kívül, azaz nagy legyen a rendszerrendelkezésre állása (R[t]), a karbantartás és a javítás minél gyorsabban és egyszerűbben legyen elvégezhető, az egyes rendszerelemek hibavédelme többszintű legyen, és az egész rendszer biztonsági foka kielégítse a közúti forgalomirányítástól elvárt szintet.

Rugalmasság A rendszer rugalmasságán általában azt értjük, hogy az aktuális fennálló állapothoz hogyan és milyen gyorsan képes alkalmazkodni (pl. egy váratlan esemény bekövetkezésekor). • • • • •

a jelzéstervek és jelzési idők gyors változtathatósága, a jelzési hálózat, és a hálózat szervezésének változtathatósága, az irányítási stratégiák változtathatósága, a változó igényekhez való változtathatóság, váratlan esemény esetén gyors beavatkozási lehetőség.

• •

gazdasági elvárások, műszaki megvalósíthatósági elvárások.

Egyéb

6.1.3 Az irányítási stratégiák A forgalomtechnikai célkitűzéseket megvalósító stratégiákat négy fő csoportba lehet sorolni, amely a múltbeli kialakulásukat is mutatja: • • • •

kézi vezérlés, időterv vezérlés, számítógépes programválasztó (off-line), számítógépes programalkotó (on-line).

Kézi vezérlés a kézi vezérlésű központok jelentik az irányítás alsó fokát. A központ egy kezelő teremből áll, ahová bevezetik a kinyerhető összes információt, és egy arra alkalmas tablón megjelenítik (berendezések állapota, zárt láncú TV). A teremben tartózkodó kezelőszemélyzet az információk alapján dönt a programváltásokról. előnyök : folyamatos felügyelet, gyors beavatkozás, némiképp forgalomfüggő hátrányok : állandó szakszemélyzet, áttekinthetetlen, drága és alacsony színvonalú Időterv szerinti vezérlés az időterv vezérlésű központok a kézi vezérlésűek felépítésére hasonlítanak, azzal a különbséggel, hogy a programváltás egy automatikus kapcsolóóra segítségével történik. Az ilyen központban elhagyható a TV hálózat, ami jelentős költségcsökkenést eredményez, azonban a rendszer így sokat veszíthet rugalmasságából, mert nem képes váratlan helyzetre reagálni. A rendszert vezérlő időterv gondos kidolgozása a működés alapja. Ez szerteágazó forgalomfelvételt és ez alapján pontos tervezést feltételez, amelyet a működés során folyamatosan, karbantartásszerűen is állandóan el kell végezni. előnyök : némiképp forgalomfüggő, nem szükséges szakszemélyzet hátrányok : állandó forgalomtechnikai karbantartást igényel, ami drága és rugalmatlan

125

Közúti közlekedési automatika Programválasztás a számítógépes programválasztó központok (off-line) a telepített mérőhelyekről kapják a járműforgalommal kapcsolatos adatokat. Ezen információk elemzése alapján a számítógép válogat egy forgalmi programokat tartalmazó adatbázisból úgy, hogy az adott forgalmi helyzethez leginkább illeszkedő, legoptimálisabb programot vezérel a csomópontokra. A programtár speciális jelzési és átmeneti programokat is tartalmaz a váratlan események (pl. balesetek, terelések, útvonal lezárások, a hirtelen időjárás-változásból adódó sebességcsökkenés, stb.) okozta forgalmi nehézségek leküzdésére. Ezen kívül meg kell lennie annak a lehetőségnek, hogy az egyedi csomópontokon a számítógép bizonyos szituációkat felismerjen, és modifikált jelzési programot vezéreljen az adott helyre vagy körzetre. Ahhoz, hogy a detektorok hibái ne okozzanak téves döntést, a számítógépnek ellenőrző szoftvereket kell futtatnia, amelyek a detektorjelek adott értékhatárok közötti valószínűségét vizsgálják. előny hátrány

: forgalomfüggő : nagyban függ a programok helyességétől

Programalkotás a számítógépes programalkotó központok (on-line) jelentik a forgalomirányítás legmagasabb szintjét. Ez a rendszer illeszkedik legjobban a forgalomhoz, az aktuális adatok alapján dinamikusan módosítja az éppen futó keretprogramot.

A programmodifikáció kétféleképpen történhet a központból: •

fázis távvezérlés (továbbítópontos) esetén a számítógép (központ) a forgalomirányító berendezésekben tárolt programok közül válogat, majd a kiválasztott programban kijelölt STOP pontokon - egy megadott pillanatban elküldött impulzus segítségével - képes a jelzési időterv megállítására, átkapcsolására, ill. továbbléptetésére. Ezáltal a periódusidő, a fázisok hossza és kezdete variálható egyetlen programstruktúrán belül.

•

jelzőcsoport távvezérlés a legrugalmasabb irányítási lehetőséget biztosítja. A számítógép (központ) a forgalomirányító berendezések minden egyes jelzőcsoportjához közvetlenül hozzáfér. Az összes jelzési időterv a központban van letárolva. Ezeket a központban szükség szerint bármikor módosítani lehet, terepi beavatkozásra nincs szükség. Az átmeneti jelzésképeket a helyi berendezések kezelik a közbenső idő ellenőrzésével. Természetesen a helyi gépben egy EPROM-ban megvan a tiltási mátrix, a közbenső idő és csomóponti geometria, így a védelmi funkciók helyben maradnak.

Az on-line központok alapvető követelménye a csomóponti berendezésekkel szemben az előbb leírt fázisvezérlés. Erre azért van szükség, mert bármilyen stratégia szerint szabályoz a központ, legalább a zöld idő rugalmas állíthatósága elengedhetetlen az on-line központnál. A központ hatékonyságát nagyban befolyásolja a vezérlést végző szoftver. Ez a program változtatható paraméterek és feltételek alapján hozza meg a döntéseit és ezzel befolyásolja a forgalmat. A központi gépen számos ellenőrző és hihetőségvizsgáló alprogram fut, amelyek támogatják a döntéshozatalt. előny hátrány 6.1.4

: forgalomfüggő : nem mindenhol alkalmazható (függ a vezérelendő gépek ”tudásától”) Alkalmazott forgalomirányítási módszerek csoportosítása

A több kereszteződés jelzőlámpáinak irányítására és azok összehangolására született módszerek alapvetően két csoportba sorolhatók. Az elsőt a szakirodalom „Fixed-Time Coordinated Control” 126

Közúti közlekedési automatika irányításnak hívja, a másodikat „Real-Time Coordinated Control”-nak nevezi. Az első csoportba tartozó megközelítések jellemzője, hogy előre meghatározott állandó időterveket dolgoznak ki a csomópontok számára, míg a második csoportba tartozó eljárások működés közben, a forgalomtól függően alakítják ki a kereszteződések fázisidő terveit. 6.1.5 Az irányító rendszer felépítése A közúti forgalomirányító rendszer felépítése lehet teljesen hierarchikus, vagy teljesen elosztott, vagy a kettő keveréke. • • •

centralizált, decentralizált, vegyes elrendezésű. KÖZPONT Kimenet

Bemenet

Alközpont

KFB

KFB

Alközpont

KFB

KFB

KFB

KFB

61. ábra Vegyes felépítésű forgalomirányító rendzserhierarchia

A világon az első közúti FIK-ok létesítésekor a centralizált irányítást alkalmazták. Ebben az időben még gondot jelentett a nagy számítási kapacitás, amit a központban kellett elvégezni, ráadásul a központ kiesésekor az egész rendszer megbénult. A későbbiekben alakultak ki a decentralizált rendszerek, amikor is több intelligens alközpont között ill. az intelligens forgalomirányító berendezések között megoszlott a feladat. •

a centralizált (központosított) központok esetében minden döntést a központi számítógép hoz. A szabályozott területen mért forgalmi paraméterek közvetlenül a központba jutnak, ahol a feldolgozó szoftver a beépített optimalizációs algoritmussal meghatározza a jelzőfények átkapcsolási időpontjait. A helyi berendezések csak egy szükségprogramot tartalmaznak az adatátviteli rendszer vagy a központ meghibásodása esetére.

•

a decentralizált rendszerben a csomópontokra telepített berendezésekben (FB) lévő intelligencia segítségével a döntések már helyben megszületnek, ez által a központi gépek nagyban mentesülnek a nagy számítási teher alól. Mivel az egyes FB-k már nem küldenek be a központba minden információt a központokban lévő számítógép funkciója megváltozik: feladatuk, hogy ’áttekintsék’ a rendszert és képesek legyenek stratégiai információk küldésére a területi gépeknek. 127


6.2

a gyakorlatban az előbb említett két eset nem fordul elő kizárólagossággal, általában valamilyen többszintű, vegyes felépítésű központok működnek. Az egyes területi berendezések csoportvezérlőkhöz és alközpontokhoz kapcsolódnak centrális rendszer szerint, majd ezek egy főközponthoz kapcsolódnak, ezáltal egymással és a főközponttal egy decentralizált rendszert alkotva. A Budapesti Forgalomirányító Központ (BFK)

A 2.3 fejezetben képet kaptunk a budapesti forgalomirányítás fejlődéséről, ezt röviden kiegészítjük pár berendezés specifikus adattal. Budapesten 1968-ban telepítették az első forgalomirányító központi berendezést az Astoriánál (a járdára telepített dupla NT szekrénybe). Ez a gép egy programszelektor volt, egy NT PAS berendezés, amely lefedte a kis körút és a Duna által határolt terület Tesla gépeit (kb. 50 csp). A rendszerhez 16 db detektor tartozott, ezek 3 forgalomnagyságot különböztettek meg, amely alapján 6 program közül választhatott a központi gép. A közlekedés fejlődésével a rendszer kapacitása és szolgáltatásai megkövetelték egy új berendezés üzembeállítását és ekkor alakították ki a Budapesti Forgalomirányító Központot. 1984–ben a Siemens cég egy akkoriban viszonylag korszerű gépe került hazánkba a VSR 16000-es családból. Az új gép szolgáltatásai (VSR 16R30) kielégítették a korabeli igényeket és a rendszer egyes elemei a mai napig megmaradtak, és a megújított központ periféria elemeit alkotják. Később a központot többször bővítették, és modernizálták előbb 2 db VSR M70-es gép lett a központi egység, majd 2002-ben rendszerbe állították a jelenlegi MIGRA berendezést. A budapesti jelzőlámpás csomópontok száma (2007. május) 965 darab. Az 4. Táblázat az alközpontokra kapcsolt berendezések típusait és azok számát mutatja, illetve a kommunikáció megoszlását vezérlőegységek között. FORGALOMIRÁNYÍTÓ KÖZPONT ADATAI Irányítási terület Centrum É-Pest D-Buda Csomópontok száma Csomóponti gépek száma Vezérlés szerint: Továbbítópontos vezérlésű Jelzőcsoport vezérlésű SV vezérlésű Típus szerint: FB 016 FB 016M MTC MS MR MQ C800V TESLA SGS VSF VTC Központi illesztő egység: BEFA 12 BEFA 15 BEFA 16

D-Pest

Összes

285 185

191 155

95 71

62 51

633 462

124 51 10

113 35 7

40 31 0

37 14 0

314 131 17

17 0 0 59 23 2 14 6 49 15 0

33 9 1 19 11 0 16 0 14 41 11

1 4 0 20 13 1 1 2 13 16 0

2 1 0 11 3 0 2 0 2 28 2

53 14 1 109 50 3 33 8 78 100 13

162 0 23

137 18 0

44 27 0

38 13 0

381 58 23

4. Táblázat

128

Közúti közlekedési automatika NEM KÖZPONTOS JELZŐLÁMPÁS CSOMÓPONTOK ADATAI Csomópontok száma 332 Csomóponti gépek száma 276 Ebből: FB 016 91 FB 016M 24 FB 404 6 MTC 1 MS 6 MR 5 KG-2 3 TESLA 11 VSF 74 Signelit SMTC 1 Signelit FUTURIT 1 Signelit Zebra-3 11 SKV 1080 6 SKV 2000 16 SGS 10 VTC 10 5. Táblázat

6.3

A BFK felépítése

A Budapesti Forgalomirányító központ vegyes felépítésű, a központi egység mellett jelenleg négy alközpont üzemel: • • • •

Centrum, (a Szabó Ervin tér), Észak Pest, (Váci út - Róbert Károly körút kereszteződés), Dél Pest, (Határ úti gyalogos aluljáró), Dél Buda, (Szerémi út aluljáró).

A központ általános felépítését az 62. ábra mutatja. A kezelői szinten találhatók a megjelenítő (Migra VIEW) és beavatkozó (Migra SUPPLY) és a CONCERT munkaállomás, valamint a kiegészítő eszközök (nyomtatók). A rendszerelemek egy belső hálózaton keresztül kapcsolódnak. A következő szinten található a szerver hálózat, ahol a centrum alközpont közvetlenül kapcsolódik a központi szerver, míg a többi alközpontok modemen keresztül. Minden alközpontban található egyegy OS szerver (Windows operációs rendszerrel) és ezekhez a központra kapcsolt berendezések számától függően kettő vagy több ES számítógép kapcsolódik egy lokális alhálózaton keresztül. A külső alközpontokban az ES (Linux operációs rendszerrel) számítógépek redundánsan lettek telepítve (egy meleg tartalékként).

129


MIGRA Central

M IGRA View System Manager

M IGRA Plan Planning Manager

M IGRA Supply Data Input Manager

Other MIGRA systems as MIGRA Visual-VS-Plus

System Management Level

Online Level

Online control

Real-time control

Real-Time Level

SIEL (Signal element)

Intersection controller

Peripheral Level

62. ábra A MIGRA központi irányítás felépítése [32]

A központ és a terepi berendezések közötti illesztést BEFA12 és BEFA 15/16 (lásd: 4.1.2 fejezet) protokollt megvalósító folyamatperifériák végzik. A MIGRA központi forgalomirányító rendszert a Siemens a SITRAFFIC közlekedésirányítási koncepciójába szervezi.

130


63. ábra A Siemens SITRAFFIC közlekedési irányítórendszer felépítése

A SITRAFFIC koncepció helyi, és a központi szintre bontja az irányítást Helyi szinten a forgalomirányító berendezések valósítják meg az irányítási feladatokat rögzített idejű vezérlés, fázis moduláció (PDM), jelzőcsoport vezérlés). A központi szint két alrendszert foglal magába a CONCERT-et és a CENTRAL-t. A SIEMENS Concert elnevezésű rendszere a közlekedési irányítási rendszerek sorába illeszkedve, azokkal történő teljeskörű együttműködésre képes. A CENTRAL-ban működnek a TASS programválasztó és a MOTION programalkotó központi forgalomirányító eljárások, melyek a központra kapcsolt csomóponti vezérlőberendezések összehangolását, és az aktuális közlekedési helyzetnek megfelelő programok kivezérlését hajtják végre, a detektorhálózat által gyűjtött adatok alapján. A Concert egy stratégiai szintű modul, amely az alrendszerektől származó adatok alapján hoz meg magasabb szintű stratégiai döntéseket az előre programozott döntési táblák alapján. A döntések visszahatnak az egyes alrendszerekre. Feladata a rendszer kiépítési szintjétől függően háromféle lehet: • információgyűjtés és szétosztás, • prognóziskészítés, • stratégiai beavatkozások. CONCERT Traffic situation Incidents Signal programs

Parameter sets Incident Management Additional information

MOTION central 64. ábra A Motion és Concert kapcsolata

131

Közúti közlekedési automatika Budapesti forgalomirányító központ 2002-es fejlesztése a CONCERT rendszer kiépítésének tervezetét is tartalmazta, amelynek felépítését a következő ábra mutatja (végül egy csökkentett funkciójú rendszer került kiépítésre). Parkolásmenedzsment

Jelentés menedzsment

Mérési értékek feldolgozása

Bemenetek

Info-táblavezérlés

Standard-illesztők, Illetve speciális-konverterek

Kimenetek Y-Achse

Standard-illesztők, Illetve speciális-konverterek

Forg. ir. Számítógép saját detektorokkal

X-Achse

OCIT vevő egység

Stratégiaimodul

Stratégiai detektorok Parkolás irányítás

Autópálya irányítás

Stratégiai ajánlások alrendszereknek Stratégiai előnyök alrendszereknek Útvonalajánlások

AVM Forgalmi zavarok

Info-táblák

Vizualizálás, kezelés

Adatbázis • • • • • •

Egyéni közl. (IV) Tömeg közl. (ÖV) Parkolás Események Elkorlátozások Üzemi jelentések

RDS / TMC, DAB, Fax / E-Mail Internet, WAP, Videotext, Tartalom és szerviz szolgáltatók Adatok a kezelők és tervezők részére

65. ábra Budapesti Concert felépítésének tervezete

A CONCERT alapja az információkat összegyűjtő, kezelő, rendszerező információs szerver, amely a különféle adatbázisok közötti kapcsolatot, illetve a teljes rendszer alapműködését biztosítja. 6.4

Forgalomirányítási stratégiák

A SIEMENS offline, forgalomfüggő programválasztó moduljának elnevezése TASS, az online forgalomfüggő programalkotó modulé a MOTION. TASS (Traffic Actuated Signal plan Selection) forgalomfüggő jelzésprogram-választás A TASS forgalomfüggő jelzésprogram-választás a pillanatnyi forgalmi helyzetnek megfelelő jelzésprogram kiválasztása, valamint a forgalomtechnikai tervező által különleges forgalmi szituációkban tervezett intézkedések aktivizálása: • • •

forgalmi torlódások bizonyos csomópontokban, speciális tömegközlekedési forgalmi sávok lezárása, illetve átadása az egyéni közlekedés részére, a helyi forgalomfüggő jelzésprogram-módosítás engedélyezési tartományainak megváltoztatása,

A TASS forgalomfüggő jelzésprogram-választás a következő hierarchikus szinteken irányít: • szituációfelismerés (stratégiai szint), • jelzésprogram-kiválasztás (taktikai szint). Az irányítási területen elhelyezett stratégiai detektorok adatai alapján a rendszer meghatározza az adott forgalmi szituációt. A stratégiai detektorokat az irányítási terület fő forgalmi áramlataiba telepítik, az ezekből gyűjtött adatok alapján a rendszer felismeri a területen mely forgalmi szituáció van 132

Közúti közlekedési automatika jelen, és dönt a programváltásokról. Ez Budapesten általában a különböző napszakoknak (reggel, napközben, délután, este) megfelelő közlekedési helyzetet jelenti. Szituációnként a terület minden csomóponti berendezésének tartalmaznia kell egy alap-jelzésprogramot, amellyel biztosítható az egységes periódusidő, hangolási irány, zöldeltolás. A taktikai szinten egy adott irányítási terület aktuális szituációja függvényében a rendszer a területen belül minden TASS-csoporthoz kiválaszt egy jelzésprogramot. Ezen az irányítási szinten a rendszer viszonylag gyors reagálása szükséges, az irányítási terület egyes részein bekövetkező forgalmi ingadozásokra. Ez az úgynevezett alternatív jelzésprogramokra kapcsolással történik meg, amelynek jellemzői periódusidő, hangolás megegyeznek az alap jelzésprogram jellemzőivel. Amikor a taktikai szinten érzékeli a rendszer, hogy az egyik forgalmi áramlatban a járművek száma jelentősen emelkedett, akkor a rendelkezésre álló programokból kiválasztja azt, amely ennek az iránynak több zöldidőt biztosít, ügyelve az előbb említett stratégiai jellemzőkre. Amennyiben visszaáll az eredeti forgalmi helyzet, akkor a visszaváltás is megtörténik az alapprogramra. Így a gyakoribb jelzésprogram-váltással a forgalom lefolyásának zavarai elkerülhetőek. A rendszer hátránya, hogy a Budapesten üzemben lévő gépek memóriája 5-8 nyolc program tárolására alkalmas, ez jelentősen leszűkíti a beavatkozások lehetőségét, ezzel a rendszer rugalmasságát nagyban korlátozva. MOTION (Method For Optimisation Of Traffic Signals In Online Controlled Networks) - forgalomfüggő jelzésprogram-optimalizálás A MOTION a csomóponti berendezések optimális irányításának új rendszerét jelenti. A MOTION rendszer a központi forgalomirányító számítógépben található komponensből és egy terepi vezérlőberendezésben futó vezérlési eljárásból áll. A két komponens szorosan együtt működtethető vagy egymástól teljesen függetlenül is használható. A rendszer lényegi részét annak központi eleme képezi. A MOTION stratégiája, hogy a forgalmat a teljes városi úthálózaton lehetőleg mozgásban tartja, azáltal, hogy a túlterheléseket korán felismeri és célzott intézkedésekkel a felesleges várakozási időket, megállásokat és az ezekhez kötődő környezeti terhelést elkerüli. A MOTION három különböző funkcionális szintet különböztet meg •

a stratégiai szinten a központ a periódusidőt, az alap fázissorrendet, átlagos zöldidő elosztást és eltolást minden 5-15 percben kiszámítja. Tehát a rendszer 5 percenként képes felismerni forgalmi zavarokat a teljes hálózaton,

•

a taktikai szinten a helyi forgalomfüggő vezérlés alap fázissorrendje az adott periódusidő megtartásával módosítható, pl. igény fázisok beiktatásával (periódusonként egyszer),

•

az operatív szinten szintén helyi forgalomfüggő vezérlésben közvetlenül eseményekre / járművekre lehet reagálni másodpercenként. Pl. tömegközlekedési járművek előnyben részesítése.

A hálózat stratégiai döntéseit a központi MOTION végzi el, míg a taktikai és operatív döntések a terepen a csomóponti berendezésben történnek meg. A központi irányítási eljárás különböző típusú helyi irányítási eljárásokkal (fix idő szerinti vezérlés, forgalomfüggő vezérlés) kombinálható össze. A hálózati vezérlés csak annyiban korlátozza a helyi vezérlést, amennyi az a teljes hálózatra vonatkozó optimális hangolás biztosításához szükséges. A stratégiai szinten a tömegközlekedéshez az egyéni közlekedésnél nagyobb súlyokat lehet hozzárendelni. A központi irányítás korlátain belül a helyi vezérlés nagyfokú rugalmassága megmarad. A taktikai és az operatív szint opcionális, amelyek hiánya esetén a központi számítógép a helyi berendezésekbe küldi a módosított periódusú, fix idejű programokat, zöld idő elosztásokat, fázissorrendeket és eltolási időket.

133

Közúti közlekedési automatika A beavatkozó jel kiszámítása,

A forgalom modellezése,

optimalizálás

leképzése és analizálása

Értékelés

Adatgyűjtés és

MOTION

Döntés Kivezérlés

előzetes feldolgozás

Jelzésképek

Forgalmi állapot

66. ábra A MOTION működésének lépései (Günter Kruse, Dr. Fritz Busch [30])

MIGRA VIEW / SUPPLY (Megjelenítő és kezelőfelület) A MIGRA VIEW a MIGRA Central forgalomirányító központ kezelőfelülete. A csomóponti vezérlőberendezések állapotának megjelenítését, valamint azok (manuális) irányítását teszi lehetővé. A MIGRA SUPPLY szoftver segítségével lehetséges a rendszerbe adatokat táplálni, új csomópontokat, fázisidő terveket, valamint TASS és MOTION irányítással ellátott területeket létrehozni. A VIEW és SUPPLY modulok megjelenésükben azonosak, azzal a különbséggel, hogy a VIEW modulból hiányzik az adatellátás menüpont.

67. ábra Hálózati valósidejű áttekintő kép

134


68. ábra Jelzésterv megjelenítés

6.5

Vidéki nagyvárosaink forgalomirányítása

A budapesti központ mellett néhány vidéki nagyvárosban is telepítettek forgalomirányító rendszereket. •

Miskolcon 1983-ban a VILATI tervezte FFK-100 típusú központ került üzembe. Akkor öszszesen 14 NT gépet és 41 járműérzékelőt csatlakoztattak a rendszerhez. Az FFK-100 fix programkészlettel rendelkező, forgalomtól függő programválasztással működő centralizált rendszer. A központ alapüzemben a tárolt speciális programok léptetőpontoshoz hasonló kvázi jelzőcsoportos vezérlését végzi a detektorinformációk alapján. A struktúra a terepi berendezésekben van tárolva, de a fázissorrend változtatásához nem szükséges másik huzalozott program választása.

•

Szombathelyen szintén 1983-ban állított üzembe egy központot a VILATI. Az FK-020 típusú rendszer csoportvezérlőkön keresztül képes programváltás végrehajtására. A központhoz detektorok nem kapcsolódnak, így szolgáltatásait tekintve leginkább az időterv vezérlésűekhez sorolható. Az induláskor 22 csomópont vezérlése történt meg NT illetve FB gépekkel.

•

Nyíregyházán a '90-es években terveztek irányítóközpontot létesíteni, de ez akkor nem valósult meg.

•

Székesfehérváron a '80-as években a KTI szervezésében készült el egy forgalomirányító központ (max. 32 csomóponti gép). A rendszer fix fázis-időtervek közül heti programóra alapján válogatott, ugyanakkor a 8 programban 10 továbbítópont is elhelyezhető volt továbbítópontos vezérlés esetére. A központban csoportképzésre is lehetőség volt (max. 19 db). Az adatátvitel érdekessége, hogy a városban már meglévő kommunális TV kábelrendszert használták fel az átvitelre. Ezek alapján a helyi berendezésekbe nagyfrekvenciás adóvevő egységeket telepítettek. A rendszer elgondolása nagyon ötletes volt, de a TV kábel há135

Közúti közlekedési automatika lózat hibái miatt az irányító megbízhatósága rossz volt, a rendszer sokat tartózkodott üzemen kívül. •

Pécsen a Ganz Villamossági Művek próbált saját fejlesztésű központot kiépíteni, azonban ez nem sikerült, így 1992-ben Siemens rendszer került kialakításra, amely heti automatikával és TASS-logikával is képes üzemelni. Pécsen és Debrecenben is egy–egy VSR 200-as központ üzemelt.

•

Debrecenben a belvárosi csomópontok …..

6.6

A telefonos távfelügyeleti rendszerek

A forgalomirányító rendszerek biztonságos, nagy rendelkezésre állású működése elengedhetetlen. Általános cél a minél gyorsabb információ és beavatkozás hibajelzés, zavar esetén, ezért forgalomirányító központok hiányában is szükséges valamilyen távfelügyeleti rendszerek kiépítése. A számítógépek és különösen az asztali PC-k fejlődésével lehetőség nyílt arra, hogy az egyes terepi forgalomirányító berendezéseket telefonhálózaton keresztül felügyelhetővé váljanak. A módszer lényege, hogy a terepi berendezések egy a hozzájuk kiépített telefonvonalon egy modem segítségével elérhetővé válnak egy PC-ről. Egy telefonos távfelügyeleti rendszer minden funkcióra képes, amire a rajta futó szoftver képes, és amire a terepi FB műszaki adottságai lehetőséget nyújtanak. Ezért elsősorban a modern mikroprocesszoros berendezésekhez használható, de megfelelő illesztő megépítése után minden géphez csatlakoztatható. Távfelügyeleti gép

Terepi forgalomirányító berendezés Terepi forgalomirányító berendezés

Telefonhálózat

Terepi forgalomirányító berendezés Terepi forgalomirányító berendezés

69. ábra Telefonos távfelügyeleti rendszer

Felmerül a kérdés, hogy a telefonvonalon keresztül utasított terepi berendezéseknek hogyan változnak a biztonsági, megbízhatósági mutatói? A telefonvonal nem biztonsági adatátvitel, de ez nem is jelent gondot, mert a terepi gépek ROM-ban, vagy védett RAM-ban tárolják a csomópont geometriájából adódó biztonsági paramétereket (tiltás mátrix, közbenső idő mátrix), és bármilyen téves parancs esetén azt a terepi irányító gép felülbírálja. Mivel a telefonhálózat egy nyílt rendszer, ezért azt nem is célszerű közvetlen vezérlésre használni, ez magyarázza, hogy inkább felügyeleti funkciókkal rendelkezik egy ilyen központ és nem pedig közvetlen irányítással.

136


70. ábra A Signels-Net távfelügyeleti rendzser szoftverének néhány képernyője

6.7

Autópálya forgalomirányító rendszerek

Autópályák forgalmának kezelése és irányítása a hagyományos városi forgalomirányításhoz képest újabb, azonban külföldön már igen elterjedt módszer. Ugyanis nagy forgalmú autópálya-hálózatok kapacitásnövelésének gazdaságosabb és hatékonyabb eszköze irányítási rendszerek alkalmazása, mint az infrastruktúra bővítése.

71. ábra Zárt hurkú autópálya irányítás modellje

137

Közúti közlekedési automatika Az irányítás általános, zárt hurkú felépítését a 71. ábra mutatja be. A következőkben bemutatjuk az egyes elemeket. 6.7.1 Autópálya forgalomirányító központ Autópálya hálózatok irányításában, hasonlóan a városi forgalomirányításhoz a forgalomirányító központ (FIK) tölti be a kulcsfontosságú szerepet, itt nyílik lehetőség emberi beavatkozásra a forgalomlefolyásba. Ide érkeznek be a mérési adatok, információk az autópálya forgalmáról, majd ezeknek a feldolgozásával illetve elemzésével történik a megfelelő forgalomirányítási stratégia kiválasztása, ennek alapján pedig a megfelelő beavatkozó jel kivezérlése, úgy hogy a forgalom a megfogalmazott irányítási céloknak megfeleljen. A FIK általában a következőket foglalja magába:

Központi forgalomirányító számítógép és hozzátartozó perifériák A központi számítógépen futnak az alap forgalomirányító programok, továbbá ez vezérli és koordinálja a rendszerhez csatlakozó kiegészítő modulokat úgy, mint például a detektorok, változtatható jelzésképű táblák (VJT) és felhajtó-szabályozók (FSZ) alrendszereit. A központi számítógép legfőbb funkciói a következők: • • • • • •

A beérkező mérési információk kiolvasása és elemzése. Ezek alapján a forgalomtechnikai paraméterek számítása, döntéshozatal és a rendelkező jel kiadása Valósidejű, automatikus rendszer műveletek, lehetőség szerint minimális emberi beavatkozással Rendszer állapot kijelzése illetve igény esetén nyomtatása Az egyes berendezések (FSZ, VJT) programozott logika szerinti irányítása A mérési adatok tárolása és archiválása jövőbeli elemzés, tervezés céljára Hardveres felügyelet, a rendszerbe kapcsolt modulok vizsgálata

Számítógépes terminál A FIK-ben elhelyezett számítógépes terminálok segítségével lehetséges a forgalomirányító szoftverekhez való hozzáférés. Jellemzően a terminálokon keresztül történik a központi számítógép hibaüzeneteinek kiolvasása, rendszer állapot ellenőrzése és a működéshez való hozzáférés. Grafikus kezelőfelületen megjeleníthetőek a detektoroktól beérkező forgalmi adatok: forgalomnagyság, foglaltság illetve sebesség értékek. Ugyanitt a rendszer VJT illetve FSZ jelzésképei is lekérhetőek, megjeleníthetőek illetve módosíthatóak. CCTV kezelő felület és monitor fal A CCTV rendszer által szolgáltatott képek megjelenítésére tipikusan egy monitor fal van kialakítva a forgalomirányító központban dolgozókkal szembeni falon. Ezáltal lehetővé válik a kamerák képének (és így az autópálya forgalmának) közvetlen vizsgálata. A kamerák a központból vezérelhetőek, a kezelő kiválaszthatja melyik kamera képét szeretné saját monitorján látni, a kamerát mozgathatja, a kérdéses eseményre zoomolhat. Egyéb kiegészítők • •

138

Térkép: a FIK-ben található egy az egész hálózatot és annak kialakítását mutató térkép, amely tartalmazza az összes információt, a telepített berendezésekkel együtt. Rádió adó-vevők: a FIK és a mentők illetve karbantartó egységek közti kommunikációhoz


72. ábra Irányító terem

6.7.2 CCTV-rendszer A videokamerák felépítéséről és működési elvükről már a korábbi fejezetekben szóltunk, most csak az autópálya forgalomirányításhoz használt alkalmazásukról szólunk. A CCTV – zártláncú TV – rendszer élő képeket sugároz az autópályán telepített kameráktól a FIK-ba. Amint azt már említettük a központban lehetőség nyílik a kamerák mozgatására illetve zoomolásra.

73. ábra Kamera kép, járműazonosítás

139

Közúti közlekedési automatika A rendszer elsődleges célja a balesetek felderítése, központból történő vizuális vizsgálata és ez alapján a megfelelő reakció meghozatala. A kamerákat magas oszlopokra illetve építményekre telepítik, ezáltal egy nagyobb, összefüggő autópálya szakasz minden fontos információja megkapható, ez a kamerák autópályán történő alkalmazásának legfontosabb előnye. Gyenge forgalom esetén könynyebben lehet baleseteket detektálni, mint induktív hurokdetektorokkal. Kamerák alkalmazásával lehetőség nyílik a megjelenített képen ún. virtuális detektorok elhelyezése melyeket tetszőlegesen alakítva – az aszfalt felmarása nélkül – hagyományos hurokdetektoroknak megfelelő működést valósíthatunk meg. 6.7.3 Detektor állomások Talán a legfontosabb eleme minden autópálya forgalomirányító rendszernek. A már ismertetett induktív hurokdetektorok a legelterjedtebb megoldások a forgalmi változóknak a mérésére megbízhatóságuk és rugalmas alkalmazhatóságuk miatt. A detektorok által érzékelt információkat a detektor állomások mellett elhelyezett vezérlőszekrények mikroprocesszorai elődolgozzák, majd a feldolgozás eredményeként kapott sebesség, foglaltság és forgalomnagyság értékeket megadott időközönként a FIK-ben elhelyezkedő központi számítógépbe továbbítják. Ezeket az adatokat felhasználva történik a balesetek detektálása, az aktuális forgalom jellemzése és ez a beavatkozás alapja.

Autópályán történő kialakításuk lehet: • •

Gyémánt alakú: leginkább többsávos főirány esetén (ezáltal a sávzavarások kiszűrhetőek) Téglalap alakú: egysávos felhajtóknál, a széles érzékelési zóna biztosítja az igény érzékelését

6.7.4 Beavatkozó eszközök - Változtatható Jelzésképű Táblák A táblákat, eszközöket általában a már meglévő felüljárókra illetve az utak mentén oszlopokra telepítve a vezetők felé számos információt közvetíthetünk ezzel befolyásolva a forgalom lefolyását. A statikus információs rendszerekkel szembeni legnagyobb előny a dinamikus információmegjelenítés mely lehetővé teszi az aktuális forgalmi viszonyoknak megfelelő beavatkozást. A kijelzett információk rendkívül széleskörűek lehetnek, mint például: útfelújítási munkákra való figyelmeztetés, utazási idők kijelzése, torlódások illetve balesetek jelzése, speciális útviszonyokra és betartandó sebességekre vonatkozó utasítások. Az autópályákon elhelyezett VJT-kkel szemben támasztott legfontosabb követelmény, hogy a gyorsforgalmi utakra jellemző nagy sebességek mellett is olvashatóak és feldolgozhatóak legyenek a kijelzett információk. Jelenleg a LED-es technológia a legelterjedtebb, hosszú élettartama és a szinte korlátlan megjeleníthető üzenet miatt.

A VJT táblák vezérléséhez szükség van egy, a terepen elhelyezett vezérlő berendezésre az ún. vezérlőszekrényre. Ez tipikusan egy mikroprocesszoros egység, ami a központi forgalomirányító rendszertől kapja az információkat., a központot minden esetben értesítenie kell, az információ felhasználásáról visszajelzést kell küldenie. A rendszer működéséhez szükséges, hogy ezek a berendezések elegendő EPROM memóriával legyenek ellátva. Ebben az EPROM memóriában kell tárolni azokat az üzeneteket, amik lehetővé teszik az azonnali megjelenítést (minimum 32 ilyen üzenet tárolására kell alkalmasnak lennie). Továbbá a berendezésnek megfelelő RAM memóriával is rendelkeznie kell ezeknek az üzeneteknek a fel- illetve letöltéséhez. Követelmény, hogy a berendezés a különböző üzenetek kivezérlésére alkalmas legyen (pl.: villogtatás, ütemezés, fordított karakter megjelenítés, stb.) illetve a hatékonyság szempontjából a másodpercenkénti minimum 60 karakter megjelenítésére. Biztonsági szempontból – hasonlóan a városi forgalomirányító berendezésekhez – a rendszernek egy felügyelő, ún. „watchdog” rendszerrel kell együtt működnie, amely rendszer figyeli az állapotot, illetve a működés kiesését és hiba esetén újraindítja a rendszert. Hibás működés szempontjából 140

Közúti közlekedési automatika a rendszert „fail-safe”-nek kell tekinteni, tervezni, vagyis hiba esetén a rendszernek le kell kapcsolnia és a kijelzőkről minden információt törölnie kell. 6.7.5 Felhajtás Szabályozás Az autópályák forgalmának leghatékonyabb szabályozási eszköze, hiszen a lehetőségek közül a legközvetlenebb beavatkozást nyújtja. A felhajtás korlátozás alapelve, hogy az autópályákhoz csatlakozó felhajtókat lámpával vezérelhetjük a főáramlat viszonyai és a felhajtón jelentkező igények alapján, ezzel optimalizálva a rendszert. A rendszer alkalmazása több szempontból is előnyös. Legfontosabb elérhető előny a főirány forgalmának maximálása. Ez egyrészről a főirány forgalmának jobb lefolyását jelenti, továbbá ezzel párhuzamosan a felhajtók forgalmának, mint alárendelt irány, is jobb lefolyását teszi lehetővé. További elérhető előny a felhajtó forgalomnak a főirányra gyakorolt hatásának optimálása. A felhajtó járművek – nem szabályozott esetben – csoportokban, konvojokban csatlakoznak a főirány forgalmához, ezzel lökéshullámokat alakítva ki a forgalomban. Ezeknek a lökéshullámoknak, amik végső soron az autópálya bedugulásához is vezethetnek, a kialakulását gátolhatjuk meg felhajtó forgalom szabályozásával, a felhajtó járműcsoportok „széttördelésével”. Ráadásul a becsatlakozó sávban bekövetkező baleseteket is csökkenthetjük felhajtásvezérléssel. Végül az autópályának a rövid ideig történő, indokolatlan használatát is visszaszoríthatjuk, ezzel növelve az alternatív utak használatát és csökkentve az autópálya forgalmát.

Egy szabályozott felhajtó esetében a következő forgalomtechnikai jelzések, kialakítások szükségesek: • • • • • • •

Stop vonal, mely jelzi a járművezetőknek, hogy hol kell megállniuk. A felhajtó végétől kellően távol kell elhelyezni, hogy a megfelelő gyorsítási távolságot biztosítsuk, Bejelentkező és sor detektor: induktív hurokdetektor az igények és a kialakult sor mérésére, Kihajtó detektor: a felhajtóról kihajtó járművek érzékelésére, Felhajtást szabályozó jelzőlámpa, Megfelelő felhajtó hossz, az előzetes forgalomfelvételek által tervezett maximális sorhossz kezelésére, Figyelmeztető jelzések, Detektor állomás a főirányban, ennek segítségével határozhatjuk meg, hogy mekkora zöldidőt vezérelhetünk ki a felhajtóra.

6.7.6 Irányítási feladatok autópályákon A gyorsforgalmi utak forgalmának befolyásolásának lehetősége az elmúlt évtizedekben merült fel, amint egyre nagyobb terhelések érték az autóutakat és autópályákat. A nagy sebesség és a nagyszámú járművek következtében egyre torlódás, és egyre súlyosabb balesetek jöttek létre. Az autóutak és autópályák forgalmának hatékony befolyásolása nagymértékben képes a torlódások és a balesetek kialakulását megelőzni, illetve hatásukat csökkenteni.

Az alábbi szakaszokat különböztetjük meg az autópályákon: • •

Fonódási szakaszok, felhajtók, lehajtók, rámpák Nyílt szakaszok

Rámpák forgalomszabályozása Rámpák, felhajtók forgalmának a szabályozására azért van szükség, mert ha ezt nem tesszük meg, akkor a gyorsforgalmi úton kialakuló forgalmi helyzet kedvezőtlen lehet. A rámpák forgalomszabályozása azt jelenti, hogy a rámpán elhelyezett beavatkozó egység (pl. közúti jelzőlámpa) csak meghatározott mértékű járműnagyságot enged a gyorsforgalmi útra. Magyarországon ilyen szabályozás nincs, de az Egyesült Államokban és Európában használják azokon a helyeken, ahol nagy torlódások alakulhatnak ki. Ezek a szabályozó rendszerek elsősorban a városok körgyűrűin és más sűrű fel 141

Közúti közlekedési automatika és lehajtóval rendelkező gyorsforgalmi útszakaszok rámpáin találhatók. A forgalomszabályozás hatására csökkennek a fonódási szakaszokon a torlódások, balesetek, és összességében rövidül az utazási idő. A rámpán elhelyezett jelzőlámpa nem egy háromfogalmú lámpa, hiszen a gyorsforgalmi úton nincs ellenpárja, azaz a szabad jelzés nem jelent szabad utat! A magyar gyakorlatban leginkább egy villamos fedező jelzőhöz lehet hasonlítani az így kialakított lámpát. Nyílt szakaszok forgalomszabályozása - változó sebességkorlátozás A folytonossági egyenlet alapján ismert, hogy egy adott járműáramlás estén létezik egy optimális sebesség, ahol a legnagyobb a vizsgált útszakasz átbocsátó képessége. Az irányítási cél lehet ennek a sebességnek illetve az ehhez tartozó járműsűrűségnek a megtartása. Ha ismerjük a nyílt útpálya forgalmi jellemzőit és az optimális sebességet, akkor adott útszakaszokra sebességkorlátozást léptethetünk életbe. A sebességkorlát olyan érték, amely legközelebb van a szakasz optimális sebességéhez. Mivel ez az érték változó, ezért azt folyamatosan változtatni kell, ehhez pedig adatokat kell gyűjteni. A változó sebességkorlátozást automatikus rendszerek végzik, amelyek nyílt szakaszon folyamatosan figyelik a forgalom lefolyását, meghatározzák az optimális sebességet és egy sebesség korlátot, amit változtatható jelzésképű táblákon jeleznek ki a járművek részére. Nyílt szakaszok forgalomszabályozása - torlódás (esemény) detektálás (AID) A járművek szabad áramlására elsősorban a nyílt pályaszakaszokon, úgymint az autóutakon és autópályákon van lehetőség. Ezen utak nyílt részein nem találhatók kereszteződések, nincsenek fonódási szakaszok, ezért a járműáramlat stabil és egyenletes. Ez a helyzet azonban csak kevés esetben valósul, mert a járművek nagy száma, a balesetek, és az elégtelen útkapcsolatok miatt gyakran alakulnak ki torlódások. Az utak kapacitása legtöbbször alulméretezett csúcsidőben, ezért leggyakrabban ekkor alakulhatnak ki nem kívánatos események (baleset, torlódás). A kialakult események megtörik a járműáramlat egyenletes mozgását és felborítják korábbi dinamikáját. Ezzel együtt csökken az átlagsebesség és nő az eljutási idő. Létfontosságú, hogy a kialakult eseményről minél előbb információhoz jussanak a hátrább haladók, mert így lehetőségük van kerülőút használatára, továbbá idejében képesek az esetleges baleseteket elhárítani. Modern autópályák elengedhetetlen felszerelése az Automatikus Eseménydetektáló Rendszer (angolul: Automatic Incident Detection = AID ), amely információkat gyűjt az adott szakasz áramlási jellemzőiről, és ezekből meghatározza a torlódás mértékét és helyét. Ez után lehetőség van egy kerülő útvonal kijelölésére és közlésére az arra közlekedők számára. 6.7.7 Hazai autópálya forgalomirányító rendszerek Az autópályák forgalmának befolyásolásának megvalósításának lehetősége a 90-es évek elején merült fel. Az egyes számítások kimutatták, hogy bár a rendszer kiépítése drága, viszonylag hamar megtérül. Ez adódik az elkerült balesetek költségeiből, a torlódások és forgalmi dugók csökkentéséből. Hazánkban jelenleg két autópálya szakaszon van tervezett irányító rendszer: • •

"Marabu", az M0 körgyűrű és általában a Budapest körüli bekötő autópályák forgalomirányítását felügyelő rendszer, "Maestro", az M3 autópályán több lépcsőben kiépülő rendszer, jelenleg még nem üzemel.

Az autópálya forgalmának kézbentartása különösen fontos a városok közelében, ahol a városi utak közvetlenül kapcsolódnak a környező autóutakhoz és autópályákhoz. Ezeken a területeken célszerű 142

Közúti közlekedési automatika a két területen lévő irányítást összehangolni ill. összevonni. Jelenleg Budapesten egyelőre csak tervek vannak az M0-s forgalomirányításának a budapesti központba történő bevonására. Marabu A Marabu az M0-s autópályán telepített forgalomirányító rendszer. A név, rövidítése a Management of Road Traffic around Budapest szavaknak. Alapvető céljai és feladatai az alábbiak: •

műszaki háttér létrehozása a forgalomlefolyás folyamatos figyelemmel kisérése, illetve sokoldalúan felhasználható adatbázis előállítása az egyéb szolgálati helyek számára (rendőrség, mentők…),

•

az M0 autópálya-gyűrű térségében az úthálózat kapacitás-kihasználtságának javítása a közlekedők informálásával és magatartásuk befolyásolásával,

•

a forgalmi torlódások és balestek számának a csökkentése,

•

a Belváros tehermentesítése a parkolásra vonatkozó információk szolgáltatásával (hol merre van szabad parkoló…)

A rendszer részei: •

mérőhálózat az automatikus forgalmi adat összegyűjtésére, összesen 48 mérési keresztmetszetben,

•

forgalomirányító Központ,

•

jegesedésre figyelmeztető rendszer 5 helyen,

•

út menti információs rendszer az M0 autóúton illetve a csomópontokban, 15 információs tábla, illetve 5 CCTV kamera,

•

út menti információs rendszer a Budapest felé sugárirányban menő utakon 6 információs tábla,

•

út menti információs rendszer az M1 valamint M7 autópályákon forgalomterelésekhez, 2 db változtatható jelzésképű tábla,

•

út menti információs rendszer az M1-M7 autópályán, 3 db információs táblát és 2 CCTV kamerát foglalva magába,

•

út menti információs rendszer az M1-M7 autópályán a „P+R” lehetőségekről 11 dinamikusan változtatható jelzésképű útirányjelző táblával, 7 db statikus jelzésképű táblával,

•

vonali szabályozó rendszer az M1-M7 autópályán, 11 jelzési keresztmetszettel és 4 kiegészítő mérőhellyel,

•

vonali szabályozó rendszer az M7 autópályán, 8 jelzési keresztmetszetet és 4 kiegészítő mérőhelyet foglalva magába.

A rendszer néhány technikai jellemzője: •

forgalmi adatfelvétel, a mérőhelyek száma 48, minden mérőhely több mérési keresztmetszetből áll (a főpályán, a fel- és lehajtó ágakon). A járműérzékelés indukciós hurokdetektorokkal történik,

•

videokamerás forgalom felügyeleti rendszer, az egyes pontokon elhelyezett CCTV kamerákból áll. Ezek a kamerák CCD technikával felszerelt, a szélsőséges időjárásnak ellenálló ½ collos, fekete-fehér, processzorvezérlésű, 6-szoros ZOOM–mal rendelkező kamerák, amelyek jeleiket kábelen keresztül juttatják be a központba, 143


kijelző rendszer, változtatható jelzésképű, LED-pontos táblákból áll, amelyek lehetnek információs és utasító táblák,

A MARABU rendszer egyes részei jelenleg működnek, de felügyelete elszakad a Budapesti Forgalomirányító Központtól, ez által nem teljesíti azt követelményt, hogy a rendszer működésével főleg Budapest tehermentesítését szolgálja. Célszerű lenne a két központ összevonása, de legalábbis szükséges a központok közötti információcsere. Ezek a problémák nem műszaki, hanem közigazgatási kérdések. Maestro A Maestro rendszer nulladik üteme a tervek szerint 1998-ban kerül átadásra, a teljes kiépítés kb. 10 év, és a következő egységek alkotják: •

a forgalomfelvevő rendszer feladata, hogy a rendszer egyes bázisai a forgalomról (db, sebesség, követési idő, ….) információt gyűjtsenek és modemen keresztül továbbítsanak a központba, főbb elemei:

o hurokdetektorok, forgalomszámláló műszer, o szerelőakna, műszerszekrény, tápellátás, hőfokszabályozó, o kábelek, csatlakozások, modemek. •

a zártláncú videó rendszer telepített ipari kamerákból áll, feladata a forgalom közvetlen megfigyelése. A videójel továbbítása meglévő optikai kábelen történik.

•

a forgalombiztonság javításának szerves része az időjárási körülmények figyelembe vétele. Az autópálya mellé több helyen telepítenek meteorológiai állomásokat, ezek a következő paraméterek mérésére alkalmasak:

o o o o o

útburkolat-állapot érzékelő, léghőmérséklet és páratartalom érzékelő, csapadék érzékelő, szélérzékelő, hó magasság érzékelő,

•

a segélykérő hálózat feladata, hogy a bizonyos távolságokban elhelyezett segélykérő telefonokon a bajba jutott járművezetők segítséget, esetleg információt kérhetnek.

•

a változtatható jelzésképű táblák feladata, hogy a járművezetők számára információkat közöljenek, ill. figyelmeztetéseket és utasításokat adjanak. Ezek a táblák lényegében gyorsan változtatható jelzésképű és változtatható fényerejű fénydiódás táblák. Két típusuk kerül felszerelésre:

o 32*32 pixeles színes közúti jelzést adó tábla, o 3 soros, soronként 15 karakteres információs tábla, 6.8

Tömegközlekedési forgalomirányító rendszerek

A forgalomirányítás egy speciális területe a tömegközlekedési járművek központi irányítása. Erre azért van szükség, mert ezeknek a járműveknek menetrend szerint kötött időben kell közlekedniük. A tömegközlekedésben a kényszerpályás és a nem kényszerpályás járművek irányítása eltérő műszaki problémákat vet fel. Az előbbiek esetében a vasúti menetirányítás egy speciális területéről van szó, utóbbinál viszont új rendszerek kifejlesztése volt szükséges. Amíg a kötöttpályás járműveknél az egyes biztosítóberendezések pontos információval rendelkeznek a járművek helyzetéről (de legalábbis a foglaltságról), addig közúton a járművek azonosítása és követése számos megoldandó problémát vet fel. Jelen fejezetben csak a közúti tömegközlekedést irányító rendszerekről lesz szó. 144

Közúti közlekedési automatika Időrendben az első rendszerek a járművek telephelyein létesültek és kiterjedtek a járművek menetrendszerű indítására, érkeztetésére, valamint a telep összes információs feladatát ellátták. Ezek az idővel fejlődtek és végül az egész közlekedési folyamatra kiterjedve, egy nagy tömegközlekedési forgalomirányító központot hoztak létre. Az alábbi ábrán egy modern tömegközlekedési irányítórendszer vázlata látható: DÖNTÉSHOZÁS Archiválás

Terv menetrend

Összehasonlítás, döntés, diszpozíció

Tényleges mr.

BEAVATKOZÁS Indítás

ADATGYŰJTÉS Érkeztetés

Tömegközlekedési alapfolyamat

74. ábra Tömegközlekedési forgalomirányító rendszer

A rendszer három fő egysége: • • •

forgalmi adatgyűjtő alrendszer (adatgyűjtés, továbbítás a központba), központi alrendszer (adatfogadás, rendszerezés, feldolgozás, döntés, archiválás), beavatkozó alrendszer (a szükséges beavatkozások végrehajtása).

6.8.1 A forgalmi adatgyűjtés a tömegközlekedésben (adatgyűjtő alrendszer) A tömegközlekedési járművek könnyen fel lehet ruházni különböző azonosító számokkal. Ha a számozás elkészült, akkor mód van arra, hogy ezen járművek (azonosító kódok) helyét kövessük, és ezáltal képet alkossunk a forgalmi helyzetről. Az adatgyűjtés tehát egyedi, diszkrét adatok gyűjtését és feldolgozást jelenti, ellentétben az egyéni közlekedéssel, ahol csak az áramlat egészéről volt ismeretünk.

A tömegközlekedési járművek azonosítása és követése Az adatgyűjtő rendszer megvalósításának első lépese, hogy kiválasszuk a járművek azonosítására és követésére szolgáló módszert. • • •

fizikai helymeghatározás (pl. jelkód-adók telepítésével az út mentén, kerékfordulatszámmérő telepítése a járműre), logikai helymeghatározás (pl. ajtónyitás), vegyes módszer alapján.

Minden módszernek megvan az előnye és a hátránya, így a választásnál a helyi adottságokat kell figyelembe venni. Az azonosítás módszeréhez kapcsolódik az adatátvitel kérdése, azaz a rendszer melyik egysége, és milyen módon kommunikáljon a központtal. Ehhez fontos szempont, hogy az adott helyen milyen rádió frekvenciák állnak a rendelkezésre, illetve milyen földi kábelhálózat van már kiépítve. A kábeles kapcsolat kiépítése általában drágább, de sokkal megbízhatóbb, és nagy145

Közúti közlekedési automatika számú jármű követését teszi lehetővé. A rádiós követésnél a járműszámot behatárolja a frekvencia tartomány, ezt csak időosztásos lekérdezéssel lehet áthidalni, ami rontja a „real-time” jelleget. A rádiós kapcsolat nagy előnye, hogy közvetlen szóbeli beszélgetésre is használható a diszpécser és a járművezető között, ami egy váratlan esemény (baleset) kapcsán nagyon fontos lehet. A járművek követésére összeköttetésre van szükség a központ és a jármű között, amely többféleképpen lehetséges: •

az útra telepített berendezések észlelik a jármű közeledését és információt cserélnek, majd pl. kábelen tartják a központtal a kapcsolatot,

•

a járműre telepített berendezések állandó, rádiós kapcsolatra képesek a központtal,

•

műholdas járműkövető rendszer igénybevételével.

A járműkövető, adatgyűjtő rendszer három fő részből áll: • • •

Jármű fedélzetén elhelyezkedő egység Terepi berendezések (helykódadók, vevők) Az irányító központban telepített kommunikációt vezérlő és adatfeldolgozó egység

6.8.2 A tömegközlekedési irányítás központi eleme (központi alrendszer) A központi egység feladata, hogy a rendelkezésre álló információk alapján döntéseket hozzon és a szükséges beavatkozásokat elindítsa. Ennek menete általában a következő: az adatgyűjtő alrendszerben felhalmozott információk bekerülnek a központba, ahol a rendszert felügyelő szakszemélyzet (diszpécser) áttekinti azokat, majd szükség esetén egy döntéstámogató eszköz segítségével beavatkozik a tömegközlekedési áramlatok lefolyásába. A központi egység felépítése általában a követkő:

Központi alrendszer

Megjelenítő (számítógép) A pillanatnyi állapot megjelenítése a diszpécser számára, archiválás

Statikus adatbázis (számítógép) Állandó adatok karbantartása, javítása (pl. járművek, járművezetők adatai, menetrendi adatok, útvonalak)

Bevatkozó egység (számítógép)

Dinamikus adatbázis (illesztő, számítógép)

Állandó adatok karbantartása, javítása (pl. járművek, járművezetők adatai, menetrendi adatok, útvonalak)

Adatatok, információk fogadása az adatgyűjtőktől, rendszerezés, feldolgozás, adatbázis frissítés, karbantartás (pl. járművek helyzete, állapota)

75. ábra A tömegközlekedési irányítóközpont

A központ leggyakrabban egy elosztott számítógép hálózat, amely nagy teljesítményű szerverekből, grafikus megjelenítő állomásokból tevődik össze. A szerverek kapják az összes kültéri adatot, amelyet egy nagy adatbázisba gyűjtenek össze, és folyamatosan frissítenek. A megjelenítő munkaállo146

Közúti közlekedési automatika mások nagy képernyős monitorokkal teszik lehetővé a diszpécser számára az adatok vizuális áttekintését, leggyakrabban térképeken rajzolják ki a közlekedő járművek haladási útvonalát. A hálózathoz csatlakoznak még szerviz munkahelyek, amelyeken a rendszert kiszolgáló szakszemélyzet a hálózati karbantartást, frissítést, hibaelhárítást végzi. Az egész rendszer működésének nyomon követésére és a felgyülemlett adatok későbbi kielemzése céljából a számítógép hálózathoz csatlakozik még egy nagy kapacitású archiváló számítógép is, amely különböző szűrések és tömörítések után az összegyűlt adatokat, időbélyeggel ellátva dokumentálja. 6.8.3 A tömegközlekedési folyamatba beavatkozó elemek (beavatkozó alrendszer) A beavatkozó elemek szerepe, hogy a központ által szükségesnek ítélt változásokat végrehajtsa a tömegközlekedés folyamatában. A tömegközlekedési járműveket a járművezetők irányítják. A járművezetőknek igazodnia kell a KRESZ előírásaihoz és a forgalom pillanatnyi helyzetéhez. Ezeken a korlátozásokon belül azonban marad még mozgástér, és itt lép be a központ szerep, amely átlátja az egész viszonylat adott állapotát, és közvetlen utasításaival képes befolyásolni azt.

A tömegközlekedési beavatkozó rendszerek elsősorban a járművezetőkre gyakorolnak hatást. Legegyszerűbb esetben a jármű és a központ közötti közvetlen rádiókapcsolat révén valósul meg a járművezető utasítása. Ennél összetettebb és kifinomultabb rendszer, ha a jármű olyan fedélzeti egységgel rendelkezik, amely egy kijelzőn képes a járművezető számára utasításokat adni. Ugyanez a rendszer használható fel a jármű adattovábbító egységének számára a központ felé menő adatok összegyűjtésére és továbbítására, valamint a járművezető egyéb észrevételeinek közlésére is. Az ilyen rendszer legtöbbször kombinálható egy rádióval, hogy a központ és a vezető élőszóban is képes legyen kommunikálni. (Ilyen rendszer a BKV budapesti AVM rendszere) A beavatkozó rendszer fizikai kialakítása nagyon sokféle lehet, és mint láttuk szorosan összeépül az adatgyűjtő fedélzeti rendszerrel. Annyi azonban mindenképpen elmondható, hogy szükség van valamilyen mobil távközlő egységre, és valamilyen kijelzőre. Ha a beavatkozó egység össze van kapcsolva más intelligens fedélzeti géppel, pl. egy fedélzeti számítógéppel, akkor mód van arra, hogy központ a jármű egyes berendezéseihez is hozzáférjen, és azok működésébe beavatkozzon. Ily módon egy veszélyhelyzetben a központ pl. lefékezheti a járművet, vagy közvetlen rádiókapcsolatba léphet az utasokkal. A tömegközlekedés lefolyásába közvetett módon is beavatkozhatunk úgy, hogy a külső forgalmi körülményeket változtatjuk meg. Ide sorolható minden olyan berendezés, amely pl. előnyt biztosít ezeknek a járműveknek egy kereszteződésben történő áthaladáshoz, és ezáltal beavatkozik a forgalom lefolyásába. Általában ezen előnyt biztosító eszközök nem önálló berendezések, hanem pl. a 6.8.4 Végállomási rendszerek A modern végállomási rendszerek ismérvei: • • • • • •

raktározza a menetrendet és a vezénylési utasításokat, amelyek on-line módosíthatók, pontos ismerettel rendelkezik az indítható járművek számáról és tartózkodási helyeikről, pontos ismerettel rendelkezik a vezényelhető személyzetről (számuk, elérhetőségük), az előző információk alapján automatikus üzemre képes, de a diszpécser bármikor közbeavatkozhat (váratlan esemény), az automatikus működést folyamatosan naplózza, illetve az utazóközönség felé széleskörű adatszolgáltatást tesz lehetővé, állandó adatokat szolgáltat egy járműirányító központ felé (pl. AVM) esetleg része annak és adatokat képes cserélni a járműtelepekkel (feltéve ha a járműtelepnek van informatikai rendszere),

147

Közúti közlekedési automatika 6.8.5 Néhány hazai rendszer ismertetése Budapesten 1961-ben a Moszkva tér villamos végállomására telepítettek indítóközpontot, amely nagy hátránya az volt, hogy a bejelentkezés a vezetőtől függött. A járműazonosítás jelentett problémát az 1961-ben a Pasaréti téren telepített, fotocellás bejelentkezésű buszpályaudvaron is. A '70es években 5 végállomási indító-berendezést adtak át, amelyek a lyukszalagra vitt indítási időpillanatokban fényjelzés alapján indították a járműveket. Változtatásra nem volt lehetőség és a tényleges indulásról nem volt adat.

1981-ben a 4, 6-os villamos vonalán került felszerelésre egy forgalomirányító rendszer. A villamosokat peremkerekes azonosítóval látták el, a végállomásokról az információk telefonvonalon TST 20-as elemek segítségével jutottak el a diszpécserekhez. Vidéken a '80-as években kezdtek a Volán autóbusz pályaudvaraira és végállomásaira irányító rendszereket telepíteni. Ezek feladata az volt, hogy a menetrendek és a napi vezénylések alapján a járműveknek indítási parancsot adjanak ki és regisztrálják az érkezésüket. Az első gépek TTL logikás fix programos gépek voltak, a későbbiekben megjelentek a mikroprocesszor vezérlésű típusok is. Az irányítás tovább bővült, amikor járműérzékelőket és azonosítókat is felhasználtak az egyes járművek helyzetének meghatározására. A rendszerből nyert információkat naplózták, illetve az utasok számára szolgáltattak tájékoztatást (pl. kijelzőkön keresztül). 6.8.6 Az AVM (Automatikus Vonali Megfigyelő) rendszer Az AVM rendszer hazánkban Budapesten került kiépítésre a BKV egyes vonalain, Olaszországi referenciák alapján. Az első ütem kivitelezésére 1994-ben került sor, amely során IK 280-as autóbuszokat vontak be a rendszerbe, majd a fokozatos bővítések révén már közel 250 autóbusz került a rendszerbe, aztán 1998-ban további 220 darab. A központ a Szabó Ervin téren a Budapest Forgalomirányító Központtal egy épületben helyezkedik el.

A rendszer működése során, a lekérdezet adatokat a központba továbbítja, ahol az adatok archiválódnak és a diszpécseri beavatkozásokat készíti elő. A rendszer tehát egy döntéstámogató rendszer az alábbi elemekkel: •

a forgalomirányító rendszer feladata, hogy a felügyelő diszpécser számára intelligens megjelenítési módon adatokat szolgáltasson, előfeldolgozásokat végezzen. A központban lévő lokális hálózaton három-négy diszpécser állomás található, amelyeken egyenként kb. 100 jármű tekinthető át,

•

a rádió rendszer feladata, hogy a járművek és a rádióközpontok között szolgáltassák az adatátvitelt, a beszédkommunikációt, a bejelentkezést, és vészhívásokat (5 csatorna). A járművek közvetlenül két rádiótoronnyal tartják a kapcsolatot, amelyek optikai kábelen vannak a központhoz csatolva,

•

a járműberendezések feladata, hogy összegyűjtsék a jármű adatait, kommunikáljanak a központtal, kapcsolatot tartsanak a vezetővel (felépítése az alábbi ábrán látható),

•

a helykód-adó hálózat az útvonalakon kerül kiépítésre, melyek az általuk kisugárzott jellel azonosítják az adott helyet,

Az alábbi képen a budapesti AVM jármű fedélzeti egység látható:

148

Közúti közlekedési automatika Műszerfali panel Antenna

Kézibeszélő Hangszóró Logikai egység

Váltóműhöz Érzékelőkhöz

Adó-vevő egység

Távmérőhöz Lábvészkapacsoló

76. ábra Az AVM jármű fedélzeti egység

A rendszer szolgáltatásai A diszpécser számára kijelzi a kiválasztott viszonylat megállóhelyeit, a részmenetidő ellenőrző pontokat, a járművek helyét, a követési időt és a menetrendi késést. A rendszer képes a járművek indítására üzemegységből (járműtelep), végállomásról és kitüntetett vonali pontról. A felügyelő személy és a járművezető képes egymással beszélgetést létesíteni, valamint kódolt üzenetek küldeni egymásnak, illetve csoportoknak. A távlati fejlesztésben a megállókban elhelyezett táblák percre pontosan jeleznék a következő jármű érkezését az utasok számára. A rendszer előnye, hogy folyamatos információt kapunk a közlekedő járműveinkről, ezáltal jobban tervezhető és - váratlan eseménynél - jól kezelhető a menetirányítás. Hátránya, hogy a rendszerbe kapcsolható járművek száma korlátozott, mert nem áll rendelkezésre elegendő frekvencia tartomány és a lekérdezési ciklusidő is nagyon megnő.

149


7

Felhasznált irodalom

[1]

A közúti forgalomirányító berendezésekre vonatkozó műszaki irányelv (1991), KTI

[2]

Bagdi István (1987) Jelzőlámpás forgalomirányító központok, KTI

[3]

CANOGA (3M Safety and Security Systems Division) Vehicle detectors systems (1984)

[4]

Cremer, M. and Keller, H. ”A New Class of Dynamic Methods for the Identification of Origin-Destination Flows” Transportation Research-B, 1987, Vol. 21B, No. 2, pp. 117- 132.

[5]

Dr. Fí István (1997) Forgalmi tervezés, technika, menedzsment, Műegyetemi Kiadó

[6]

dr. Gál J., Bencsik A., Katkó L. Közúti forgalomirányító berendezések (1975) Egyetemi jegyzet BME Mérnöktovábbképző Központ

[7]

Gyulai G., Kövesné dr. Gilicze É. (1975) Közúti fogalomirányítás, BME Továbbképző Intézet, Tankönyvkiadó Bp.

[8]

Harry R. S. A járművek mágneses leképzése és vezeték nélküli adatgyűjtés

[9]

Járművek mágneses leképzésén alapuló vezeték nélküli automatikus forgalomelemzés feltételeinek megteremtése az országos közúthálózat fejlesztéséhez (1998) KTI kutatási zárójelentés

[10]

Jelzőlámpás forgalomirányító berendezések iránt támasztott műszaki és forgalomtechnikai követelményrendszer (1990) KTI

[11]

dr. Katkó L., dr. Rácz G. (1981) Mikroprocesszoros vezérlésű mobil ultrahangos járműérzékelő

[12]

dr. Katkó L., Varga I., Molnár G. (1998) Bejelentkező eszközök fejlesztése, Döntéselőkészítő terv

[13]

Dr. Katkó L., Molnár G., Varga I. (1997) Forgalomirányító központok, egyetemi segédlet, BME

[14]

Kalman, R.E. ”A New Approach to Linear Filtering and Prediction” Journal of Basic Engineering (ASME), 1960, 82D, pp. 35-45.

[15]

Kálmán László, Koren Csaba, Tóth Szabó Zsuzsanna: Közúti Forgalomtechnika I.

[16]

Dr. Koller Sándor (1986) Forgalomtechnika és közlekedéstervezés, Műszaki Könyvkiadó

[17]

Közúti fényjelzőkészülékek és sorompó-berendezések közötti kapcsolatrendszer kialakítása (1996) Feltétfüzet, MÁV RT

[18]

Kulcsár Balázs, Tamás Bécsi, István Varga: Estimation of dynamic origin destination matrix of traffic systems, Periodica Polytechnica ser. Transp. Eng., Budapest, Hungary, 2004, Vol. 33. No 1-2. pp. 3-14.

[19]

Kulcsár Balázs, Varga István, Bokor József: Modern közúti forgalomirányítás I., A forgalmi paraméterek becslése. Városi Közlekedés 2005/1 pp23-26.

[20]

B. Kulcsár, I. Varga, J. Bokor: „Constrained Split Rate Estimation by Moving Horizon” 16th IFAC World Congress Prague, Czech Republic, July 3-8, 2005, IFAC2005 DVD „\Fullpapers\03276.pdf “

[21]

Long-range detector PIR-Distant, installation manual for detector version VS 2.0Selective Inductive Communication System for public transport

150

Közúti közlekedési automatika [22]

Magyarországi Terepbusz Tudásközpont: http://www.fsz.bme.hu/traficc/can/can.html

[23]

Műszaki feltétfüzet az elektronikus útátjáró berendezés kialakításához (1996) BKV Rt.

[24]

MTA SZTAKI — PA Rt: Ipari hálózati kommunikáció. Ajánlás a PA Rt. ipari kommunikációs alaphálózatának kialakításához. 2004. 04. 15.

[25]

Nihan, N.L. and Davis, G.A. ”Recursive Estimation of Origin-Destination Matrices from Input/Output Counts” Transportation Research B, 1987, Vol. 21B, No. 2, pp. 149- 163.

[26]

Papageorgiou, M. (1983) Applications of Automatic Control Concepts to Traffic Flow Modeling and Control, Springer-Verlag

[27]

Papageorgiou, M. (1991) Concise Encyclopedia of Traffic & Transportation Systems, Pergamon Press

[28]

SARASOTA Engineering Sales Ltd. New priotity detector, Mark 15 Vehicle Detectors (1981)

[29]

Siemens Digitaler Verkehrdetektor mit Mikrocomputer (1987)

[30]

Siemens AG, Fritz Busch, Guenter Kruse: MOTION for SITRAFFIC – a modern approach to Urban Traffic Control

[31]

Siemens Green Light, July ’99 Funk-Solar-System FSS, Beschreibung, Anleitung für Projektierung, Montage und Inbetriebnahme. Loop detector, M dector SDA/MDA

[32]

Siemens MIGRA Central. Forgaloirányító számítógéprendszer. Siemens AG. ATD SV PSM. 98/04. Migra_cd.ppt, G. Dreher. Ver: 2.6

[33]

Signelit Rt. SGS Forgalomirányító berendezés.

[34]

SITRAFFIC C800V, Produktübersicht

[35]

Szabóné Kamarás Csilla: A jelzőlámpás szabályozás történeti áttekintése. Közúti és mélyépítési szemle 52. évf. 11. sz. 451-453. oldal 2002.

[36]

Szaszák István: MOTION (MIGRA) irányító rendszer alkalmazásának vizsgálata és továbbfejlesztési lehetőségei egy budapesti csomóponti részhálózaton. Diplomaterv 2007.

[37]

Transportation and traffic engineering handbook (1976) Institute of Transportation Engineers,

[38]

Útügyi Műszaki Előírás. A jelzőlámpás forgalomirányítás tevrezése, telepítése és üzemeltetése. ÚT2-1.219

[39]

Varga István (1997) Összehangolt közúti-vasúti csomópontok forgalomirányításának fejlesztése Diplomaterv

[40]

Varga István: A vezeték nélküli ad hoc hálózattal kapcsolódó járművek irányítása intelligens közúti mintakereszteződésben. BME EJJT 2006

[41]

Winifred D. Ashton (1966) The theory of road traffic flow, Methuen & Co Ltd,

[42]

Zijpp, N.J. van der (1996), Dynamic Origin-Destination matrix estimation on motorway network Delft, May 1996, PhD-thesis, ISBN: 90-9009499-7

151

Közúti közlekedési automatika

Recommend Documents