Zavádění inteligetních systémů řízení dopravy

8. dubna 2009

Partneři sekce:

Charakteristickým rysem vývoje dopravy je neustálý růst počtu motorových vozidel na městských komunikacích a zvyšující se nároky na přepravu osob i nákladů. Narůstající intenzita dopravy s sebou přináší nutně i vzrůstající výskyt konfliktních situací, přičemž zásadním problémem je rostoucí počet nehod a jejich důsledků. Řešení této situace vyžaduje jak nutnost výstavby nových komunikací a provádění stavebních úprav na stávající komunikační síti, tak i zavádění systémů řízení dopravy s minimálními plošnými nároky.

Inteligentní dopravní systémy
Rozšířením Evropské unie se zvýšil volný pohyb osob a zboží. Současně s tím vyvstaly problémy spojené s dopravou – například kongesce a nehody na silnicích, zpoždění v letecké dopravě a další. Pro zvýšení efektivity a bezpečnosti dopravy podporuje Evropská komise zavádění inteligentních dopravních systémů a služeb (ITS – Intelligent Transport Systems) ve všech odvětvích dopravy.

ITS, někdy také označované jako dopravní telematika (dříve ASŘ – automatizované systémy řízení), integruje informační a telekomunikační technologie s dopravním inženýrstvím za podpory ostatních souvisejících oborů (ekonomika, teorie dopravy, systémové inženýrství atd.) tak, aby pro stávající infrastrukturu zajistily systémy řízení dopravních a přepravních procesů (zvýšily se přepravní výkony a efektivita dopravy, zvýšila se bezpečnost dopravy, zvýšil se komfort přepravy atd.).

Hlavním důvodem zavádění ITS (dopravnětelematických systémů) je předpokládaný růst počtu a pohybu vozidel. V zemích Evropské unie má do roku 2020 počet osobních vozidel vzrůst o 25 až 35 % a nákladních dokonce o 55 až 75 % [3].

Takový nárůst je nutné alespoň částečně eliminovat různými prostředky s rozdílnou dobou realizace:

stavět kapacitní komunikace – doba realizace komunikace od studie až po konec výstavby přesahuje 20 let,
vyrábět tzv. inteligentní vozidla (subsystémy orientované např. na zvýšení bezpečnosti – vedení vozidla v optimální stopě, detekce překážek, dokonce i detekce dopravních značek a další zavádí automobilový průmysl do sériové výroby po 6 až 12 letech),
budovat dopravnětelematické systémy ve formě inteligentních technologií řízení dopravy ve městech – infopanely, proměnné značky aj. (čas potřebný pro zavedení systému je18 až 24 měsíců).

Hlavní přínosy zavádění inteligentních systémů a služeb z hlediska ITS jsou:

zvýšení bezpečnosti dopravy i provozu,
zvýšení provozní a přepravní kapacity,
zlepšení služeb pro veřejnost z pohledu zvýšení mobility a komfortu cestování,
příznivé ekonomické dopady vyplývající z plynulosti dopravy,
zavedení centrálního řízení zvýší efektivitu čerpání finančních prostředků,
zapracování do koncepce dopravy v rámci evropských struktur,
dopad na životní prostředí – snížení emisí,
rozvoj regionu.

Výchozí stav řízení dopravy v Ostravě
Základní směry výstavby systému řízení dopravy byly dány v roce 1993 studií automatizovaného systému řízení městského silničního provozu (ASŘ MSP) v Ostravě. Do výstavby a provozování i dílčích částí jsou zakomponovány nové poznatky a technické inovace. V první etapě byla provedena výměna zastaralých řadičů na křižovatkách, na niž navázala realizace dohledové ústředny sledující provoz na komunikacích. Postup výstavby je závislý zejména na celkové výši ročně uvolněných finančních prostředků, kterých se nedostává, a tak hrozí zastarání nebo nekompatibilnost stávajícího a nového zařízení.

V rámci vybudování celého systému řízení bylo navrženo realizovat sedm subsystémů, jejichž stav provozování je následující:

1. Řízení dopravy světelným signalizačním zařízením
Koncem roku 2007 byla doprava na komunikacích města řízena světelným signalizačním zařízením (SSZ) v 89 uzlech – z toho 53 křižovatek, 29 samostatných přechodů pro chodce a 7 ostatních míst. Celkem 56 uzlů je propojeno do liniových koordinovaných tahů. Pro řízení dopravy je k dispozici 71 řadičů. Kromě 3 řadičů, které jsou poloelektronické (nejstarší je z r. 1980, resp. 1986), jsou všechny řadiče mikroprocesorové.

2. Dopravní a cestovní informace
Informace o stavu komunikací jsou důležité nejen pro správce komunikací, ale i pro jejich uživatele. Všechny informace o uzavírkách, důležitých akcích, provozu na křižovatkách a dopravních nehodách, parkování, zimní sjízdnosti komunikací a krizových situacích jsou proto poskytovány na internetových stránkách Ostravských komunikací (OK) a statutárního města Ostravy. Důležitá je součinnost se zprovozňovaným celostátním jednotným systémem dopravních informací (JSDI) zajišťovaným Ministerstvem dopravy ČR.

3. Meteorologické informace
Ostrava má dvě venkovní stanice meteorologických hlásičů umístěné natrvalo v místních částech Svinově a Přívoze. Data se přenášejí do centrální stanice umístěné na dispečinku Ostravských komunikací bezdrátovou technologií (GSM).

4. Kamerový dohled
Kamerový dohledový systém (subsystém) sleduje provoz na 20 křižovatkách ve městě prostřednictvím 60 kamer. Přenos situace je dále šířen na internetové stránky statutárního města Ostravy a pracoviště OK, Dopravní podnik Ostrava, a. s. (DPO, a. s.), Centrum tísňového volání (CTV), Policie ČR (PČR) a Městské policie (MěP). Přenosovým médiem je optická kabelová síť.

5. Preference vozidel veřejné osobní dopravy
Preference MHD může být:

pasivní – technologie nerozlišuje aktuální pozici vozidla MHD a okamžitý stav dopravy, vychází z předem definovaných signálních plánů, které jsou vypočítány na základě měření pohybu vozidel a zvýhodňují jejich pravděpodobný pohyb v prostoru křižovatky;
aktivní – dochází ke změně signálního plánu vyvolané vozidlem MHD. Dopravní prostředek se prostřednictvím určeného detektoru přihlásí do signalizace a vyvolá takové opatření, že projede křižovatkou zcela bez zdržení nebo s malým zdržením.

V současnosti má Ostrava pro vozidla MHD v činnosti lokální preference na 44 uzlech, z toho na 24 uzlech aktivní a na 20 uzlech pasivní.

Všechna nově budovaná nebo rekonstruovaná SSZ v Ostravě jsou vybavována prvky pro detekci a preferenci MHD (zatím pouze kolejových vozidel, v poslední době jsou to prvky pro preferenci aktivní). Technické řešení vychází ze systému, který ve svých vozidlech již používá Dopravní podnik Ostrava (DPO).

6. Preference vozidel záchranné služby
Pro vozidla hasičské a integrované záchranné služby (HZS a IZS) se na vybraných křižovatkách používá autonomní systém lokální preference průjezdu. Systém pracuje na principu bezdrátové technologie vysílání signálů. Zařízení jsou v majetku města a operativní správě HZS (vysílače) a OK (přijímače v řadičích).

7. Dohledové ústředny
Od roku 2002 jsou v činnosti dohledové ústředny, které nepřetržitě monitorují řadiče a umožňují jejich dálkové ovládání – změny signálních plánů, přebírání shromážděných dat o intenzitách dopravy nebo sledovat on-line provoz SSZ.

Obě dohledové ústředny pracují autonomně, nezávisle na sobě. Ústředny jsou však nekompatibilní, což pro budoucnost centrálního řízení dopravy není přijatelné.

Obě zařízení jsou v majetku města. Umístěna jsou na pracovišti OK, které zajišťuje jejich provoz a údržbu.

Koncept řízení dopravy v Ostravě

Obr. 1: Vazba ITS města Ostravy na kooperující systémy

Návrh architektury ITS v Ostravě
Metropole Moravskoslezského kraje je rozlohou druhým největším městem republiky, počtem obyvatel třetím největším. Má výhodnou strategickou polohu – nachází se 10 kilometrů jižně od státní hranice s Polskem a 50 kilometrů západně od hranice se Slovenskem. Nárůst individuální dopravy ve městě se výhledově odhaduje na 3 až 6 % ročně. Proto je nezbytné pokračovat v koncepci výstavby podle schváleného Generálního dopravního plánu města Ostrava z roku 2003 (počítá se 150 uzly řízených SSZ), čímž se Ostrava dostane na úroveň měst motoristicky vyspělých zemí v úrovni řízení dopravy.

Je zřejmé, že rychlost výstavby automatizovaného systému řízení (ASŘ) není ve všech městech vzhledem k nárůstu dopravy dostačující. Do budoucna je nezbytné zaměřit se zejména na kompatibilitu prvků telematických subsystémů a jejich doplňování v závislosti na životnosti a budoucích požadavcích dopravní infrastruktury. Budování dopravnětelematických systémů v Ostravě je v kompetenci jednotlivých subjektů, orgánů, organizací a institucí města. Ty musejí respektovat nezbytné informační vazby s Jednotným systémem dopravních informací pro ČR případně i dalšími systémy. Lokální dopravní informační a řídicí centrum musejí plnit následující funkce:

Sběr dat
Tato funkce je řešena přímo prostřednictvím senzorických profilů a nepřímo prostřednictvím příjmu dat a dopravních informací z národní úrovně přes Národní dopravní informační a řídicí centrum. Data jsou v řídicím středisku automaticky zpracována pro další využití.

Řízení
Řídicí funkce je uplatňována ve vazbě na signální plány světelné signalizace, na možnosti řízení prostřednictvím instalovaných telematických aplikací, zejména příkazových a zákazových proměnných dopravních značek a systému navádění. Báze pravidel a scénářů provádí procesy řízení na základě vyhodnocení dopravních dat a dopravních informací.

Informační funkce
Je přímo uplatňována prostřednictvím zařízení pro provozní informace a proměnné dopravní značky, dále pak nepřímo prostřednictvím distribuce dopravních informací klasickým i moderním médiím.

Technologický dohled
Zajišťuje průběžnou kontrolu a dostupnost technologií a systémů a generuje eskalační procedury v případě problémů.

Stěžejním problémem je nedostatečné financování výstavby. K odstranění tohoto problému byl širokým kolektivem firem a jednotlivých odborníků zpracován audit [2], který byl podkladem pro podání žádosti Magistrátu města Ostravy o finanční podporu z prostředků EU.

Výstup – dopravní informace a dopravní data z primárních zdrojů
Jednou z funkcí lokálního dopravního informačního systému je sběr dat pomocí senzorických profilů. Jsou to primární informace, které mohou využívat další subjekty:

Policie ČR, obecní policie a celní služby,
Hasičský záchranný sbor ČR a zdravotnické záchranné služby,
správci komunikací, silniční správní úřady, správci nebo provozovatele tunelů,
správci nebo vlastníci inženýrských sítí,
Český hydrometeorologický ústav a meteorologických informačních systémů,
vodoprávní úřady a podniky Povodí Odry,
přepravci nadměrných a nebezpečných nákladů,
pořadatelé velkých akcí,
systémy sledování charakteristik dopravního proudu a sčítání dopravy, systémů liniového řízení dopravy,
fond centrální databáze (FCD) = zdroj informací o dopravě (charakteristiky dopravních proudů vozidel, detekce kolon aj.),
systémy elektronického mýta,
systémy dohledových kamerových systémů,
systémy zařízení pro provádění informací (ZPI) a proměnné dopravní značení (PDZ).

Výstup – dopravní informace z Národního dopravního informačního a řídicího centra
Z Národního dopravního informačního a řídicího střediska (NDIC) bude město Ostrava přes datové distribuční rozhraní získávat dopravní informace a dopravní data v definovaném datovém formátu prostřednictvím standardních datových služeb. Systém se zaměří zejména na tyto dopravní informace:

dopravní nehody,
požáry vozidel a nákladů,
překážky provozu,
uzavírky a objížďky, omezení způsobená opravami a údržbou,
zvláštní užívání,
přeprava nadměrných, případně nebezpečných nákladů,
sjízdnost komunikací, informace silniční meteorologie,
omezení viditelnosti, vítr, povodně a další vlivy meteosituace na provoz,
havárie inženýrských sítí,
hustota, rychlost nebo intenzita dopravního proudu,
případně omezení dopravy v klidu a aktuální dostupnost parkovacího systému „park and ride“ (P + R)
obrazové informace z kamerových systémů na D a R.

Postup realizace dopravnětelematického systému v Ostravě
Na základě průzkumu z roku 2008 je pro spokojenost s životem v Ostravě doprava jednou z klíčových oblastí. Občané Ostravy vnímají řadu dílčích zlepšení – především výstavbu a otevření dálnice a opravy cest. Nicméně s dynamickým růstem dopravy rostou i problémy a na základě výsledku výzkumu můžeme říci, že dopravní situace ve městě vyžaduje koncepční a systematické řešení a musí mimo jiné reflektovat:

průjezdnost města,
parkování ve městě,
informovanost o dopravní situaci ve městě,
vazby mezi jednotlivými prvky dopravní infrastruktury.

Je nutné proto dopracovat strategii řízení dopravy na základě analýzy stávající dopravní situace a prognózy dalšího vývoje rozvoje města a životního prostředí a prognózy motorizace.

Musí se také vytvořit základní hierarchicky členěná architektura dopravnětelematického systému pro Ostravu v návaznosti na standardy vytvořené v rámci technického výboru TC278 s využitím známých evropských projektů (například KAREN nebo ACTIF). Systém musí být pro každou uživatelskou oblast vytvořen tak, aby byly popsány všechny funkce, které musejí systémy realizovat. Výstupem by měl být návrh, které bloky budou součástí managementu města a co musejí tyto bloky zajišťovat.

Stávajících sedm subsystémů řízení dopravy (řízení dopravy světelným signalizačním zařízení, Dopravní a cestovní informace, meteorologické informace, kamerový dohled, preference vozidel veřejné osobní dopravy, preference vozidel záchranné služby, dohledové ústředny) se musí zakomponovat do výše zmíněného návrhu (včetně změn subsystémů dopravní a cestovní informace, meteorologické informace, dohledové ústředny). Návrh architektury i konceptu jeho výstavby by měl zohlednit návrh Dopravně řídicího a informačního centra Moravskoslezského kraje a města Ostrava zpracovaného v rámci rozvojového projektu EU s názvem CONNECT.

Pro Ostravu je důležité dopracovat strategii řízení dopravy v návaznosti na provedenou analýzu stávající a predikované dopravní situace a prognózu dalšího vývoje (při zohlednění záměrů rozvoje regionu a státu i ve vazbě na jednotný systém dopravních informací – JSDI) po projednání s příslušnými subjekty a případně upravit a rozšířit oblasti sledované problematiky – například v Praze je komplex dopravních problémů rozdělen do jedenácti oblastí. V návrhu strategie je zohledněno i kompetenční hledisko ve výkonu státní správy (kdo o čem rozhoduje): zřídit mezirezortní řídicí komisi s vymezenými pravomocemi. Na základě zpracované a schválené architektury dopravnětelematického systému bude zpracován koncept výstavby tohoto systému, a to do úrovně projektů jednotlivých částí (subsystémů). Součástí tohoto konceptu by měl být postup výstavby v ucelených provozuschopných částech včetně finančních nákladů na pořízení a udržování systému v provozu (řádově desítky milionů Kč/rok).

doc. Ing. Miloslav Řezáč, Ph.D.
Obrázek: autor

Miroslav Řezáč působí jako pedagog na katedře dopravního stavitelství Fakulty stavební Vysoké školy báňské – Technické univerzitě Ostrava. V roce 2007 na fakultě založil nový studijní obor dopravní inženýrství. Je školitel doktorantského studia na Fakultě stavební a Fakultě strojní VŠB – TU Ostrava. Odborně se zaměřuje na projektování a posuzování dopravních sítí a systémů, navrhování dopravních staveb ve zvláštních podmínkách a v neposlední řadě se zabývá eliminací negativních vlivů z dopravy.

Literatura
1. Aktualizace automatizovaného systému řízení městského silničního provozu v Ostravě 2007 (Ostravské komunikace, a. s. – DIK, 2007).
2. Audit výstavby ASŘ MSP v Ostravě (IT Cluster, o. s., 2008).
3. DG TREN/2004.

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.