Poprawa jakości danych o sytuacji meteorologicznej

Polski Kongres ITS
Dipl.-Ing. Sylvia Piszczek *
Dipl.-Ing. Slavica Grošanić **
Poprawa jakości danych o sytuacji meteorologicznej używanych w systemach zarządzania ruchem
l. Wprowadzenie
Ważnymi elementami odcinkowych systemów zarządzania ruchem są aktualne dane o ruchu oraz o
sytuacji meteorologicznej. Na podstawie tych danych generowane są programy sterowania ruchem,
w tym wybór zbioru informacji do wyświetlania na znakach zmiennej treści. Za ich pomocą uprzedza się kierowców m.in. o krytycznych warunkach atmosferycznych, które mogą być przyczyną
wypadków.
Warunkiem optymalnego wykorzystania systemów zarządzania ruchem jest ich akceptacja przez
kierujących pojazdami w formie ścisłego przestrzegania zaleceń umieszczonych na znakach
zmiennej treści. Kluczowymi elementami akceptacji systemów zarządzania są sprawność i niezawodność systemu oraz wiarygodność wyświetlanych komunikatów. Wiarygodność ta determinowana jest głównie przez jakość danych pozyskiwanych z detektorów różnego rodzaju.
Doceniając znaczenie jakości danych zbieranych na bieżąco z odcinków dróg dla sprawności funkcjonowania systemów zarządzania ruchem, podjęto m.in. badania przydatności różnego rodzaju
detektorów meteorologicznych. Badania te zostały przeprowadzone na odcinku autostrady w okolicy Monachium. Celem tych badań była ocena jakości oraz wiarygodności uzyskiwanych danych
dostarczanych przez testowane detektory w dłuższych okresach oraz w rzeczywistych warunkach
ich eksploatacji.
Na podstawie wyników testów detektorów meteorologicznych oraz praktycznych doświadczeń z
istniejących systemów zarządzania ruchem, opracowano wytyczne obejmujące niezbędne wymagania i uwarunkowania dotyczące detekcji warunków atmosferycznych, które powinny być
uwzględniane w systemach zarządzania ruchem przy ich planowaniu, budowie oraz podczas eksploatacji. W dokumencie tym opisane są m.in. kontrole jakości danych meteorologicznych on-line
w centralach sterowania ruchem.
2. Wpływ warunków atmosferycznych na bezpieczeństwo ruchu
Mokra lub wilgotna jezdnia przy różnego rodzaje opadach, gołoledź a także ograniczenia przejrzystości powietrza, powodowane np. przez mgłę wodną, wywierają negatywny wpływ na bezpieczeństwo ruchu.
Poprzez wilgotność oraz gołoledź zmniejsza sie współczynnik przyczepności opony do jezdni,
przez co wydłuża się droga hamowania i występuje redukcja sił przyczepności na łukach. Mgła,
opady oraz rozpryskiwana przez pojazdy woda na jezdni pogarszają warunki widoczność. Poprzez
wyświetlanie znaków ostrzegawczych oraz dynamiczną, natychmiastową redukcję dopuszczalnej
prędkości, uprzedza sie kierujących pojazdami o krytycznych warunkach atmosferycznych, podnosząc tym samym bezpieczeństwo ruchu pojazdów.
*
Federalny Instytut Badawczy Dróg (BASt)
Technische Universität München, Katedra ruchu drogowego
**
2
Piszczek, Grošanić
Rysunek 1: Ilustracja utrudnień w ruchu drogowym powodowanych przez różne warunki atmosferyczne.
3. Odcinki testowe z detektorami meteorologicznymi i zbierane dane
Na zlecenie Federalnego Ministerstwa Komunikacji podjęto badania detektorów meteorologicznych w realnych warunkach na odcinku autostrady A29 w pobliżu Monachium (Rys. 2). Testy te są
finansowane przez Federalne Ministerstwo Komunikacji, a od strony merytorycznej nadzorowane
przez BASt. W badaniach bierze udział także Uniwersytet Techniczny z Monachium, którego pracownicy bezpośrednio przeprowadzają badania oraz zbierają i oceniają dane. Wyniki badań są regularnie publikowane oraz uwzględniane w aktualizowanych i tworzonych od nowa wytycznych
związanych z technicznymi systemami ITS (np. TLS). Od strony organizacyjnej za testy odpowiada Dyrekcja Autostrad Bawarii Południowej.
Udział producentów detektorów w opisywanych badaniach testowych jest dobrowolny. Obecnie
oceniane są różnego rodzaje detektory siedmiu producentów. Poprzez udział w testach otwiera sie
dla tych producentów możliwość porównywania wyników rzeczywistych pomiarów z pomiarami
wzorcowymi. Ponadto możliwe jest wieloaspektowe porównywanie produktów pochodzących od
różnych producentów. Korzyści odnoszą także sami producenci, gdyż dzięki dokładnej analizie
zbieranych danych, możliwe jest doskonalenie samych rozwiązań technicznych oraz oprogramowania detektorów.
Ważną cechą odcinka badawczego jest to, że dane z testowanych detektorów mogą być porównywane z danymi zbieranymi w ramach wcześniej zainstalowanego w tym rejonie systemu zarządzania ruchem.
Testowane detektory ustawione są obok siebie w odstępach eliminujących zakłócenia pomiarów, a
równocześnie gwarantujących porównywalne warunki atmosferyczne. Detektory do pomiaru stanu
wilgotności nawierzchni i pomiaru warstwy wody zamontowane są w jezdni i nad jezdnią. Schemat
pola testowego pokazany jest na rysunku 3.
Poprawa jakości danych o sytuacji meteorologicznej w systemach zarządzania ruchem
3
www.muenchen.citysam.de
Rysunek 2: Lokalizacja odcinka testowego.
Zuwegung
~ 55m ~ 100m
~ 65m
Vaisala
Ott Sick
Vaisala
Thies
Boschung
Lufft
Sick
Behausung
Testfeld PC
Spies
Ott
Pluviometer
Mobotix Webcam 03
Mobotix Webcam 01
Mobotix Webcam 02
A92
AK Neufahrn /
München
Vaisala
= Sichtweite- Tafeln
Rysunek 3. Rozmieszczenie detektorów na odcinku badawczym (stan: lato 2010).
W celu ciągłej obserwacji sytuacji meteorologicznej i jej porównań z danymi z detektorów, zainstalowano 3 kamery cyfrowe w obrębie odcinka testowego. Kamery te przekazują aktualne dane o
sytuacji meteorologicznej w odstępach 1-minutowych. Równocześnie przekazywane są aktualne
zdjęcia obszaru testowego na stronę internetową: http://www.vt.bv.tum.de/umfelddaten
Liczbę detektorów oraz rodzaje rejestrowanych danych meteorologicznych i dodatkowych parametrów zestawiono w tabeli 1.
Piszczek, Grošanić
4
Tabela 1. Liczba testowanych detektorów i rejestrowane dane.
Liczba rejestrujących detektorów
Wielkość meteorologiczna
Temperatura nawierzchni - w poziomie
jezdni [°C]
Stan jezdni[-]
Temperatura zamarzania [°C]
Temperatura powietrza [°C]
Rodzaje opadu [-]
Intensywność opadu [mm/h]
Względna wilgotność powietrza [%]
Widoczność – przejrzystość powietrza [m]
Temperatura rosy [°C]
Temperatura względna [°C]
Wysokość warstwy wody [mm]
Średnia prędkości wiatru [m/s]
Maksymalna prędkość wiatru [m/s]
Kierunek wiatru [°]
4
4
2
4
6
8
4
10
2
1
4
4
4
4
Schemat przebiegu badań i testów przedstawiony jest na rysunku 4.
Pomiary wzorcowe
Dane z detektorów
Bank danych
Statystyczne opracowanie
wyników
Rozwiązania
dopasowanie (?)
sprzętowe i prograHard- oraz
moweSoftware
Kontrole
wiarygodności
Oceny,
opinie
Ocena
(recenzja)
odetektorów
detektorach
feedback
do producentów
Rysunek 4. Schemat organizacji badań na odcinku testowym.
Badania oraz kontrole detektorów pod względem dokładności pomiarów, reakcji na zmianę sytuacji meteorologicznej oraz wiarygodne odzwierciedlenie tych zmian, pozwalają na ocenę jakości
detektorów wraz z oceną ich przydatności do instalacji w systemach zarządzania ruchem.
Publikacje obejmujące oceny detektorów ukazują się od roku 2005 w odstępach rocznych. Raporty
z
wynikami
badań
umieszczone
są
również
na
stronie
internetowej:
http://www.vt.bv.tum.de/abschlussbericht (Login: extern; Passwort: d_1v5VAb).
Liczba testowanych detektorów ulega ciągłej zmianie, ponieważ odcinek testowy dostępny jest dla
Poprawa jakości danych o sytuacji meteorologicznej w systemach zarządzania ruchem
5
wszystkich zainteresowanych badaniami producentów, przy spełnieniu określonych wymagań organizacyjnych. Należy podkreślić, że testom na opisywanym odcinku mogą być poddawane także
detektory prototypowe.
4. Wytyczne dotyczące uwzględnienia sytuacji meteorologicznej w odcinkowych systemach
zarządzania ruchem
Wytyczne dotyczące uwzględnienia sytuacji meteorologicznej w odcinkowych systemach zarządzania ruchem - „Hinweise zur Nutzung und Erfassung von Umfelddaten in Streckenbeeinflussungsanlagen“, FGSV 2010 - opisują wszelkie, konieczne do sterowania ruchem elementy składowe systemu. Wytyczne te są pomocne przy planowaniu, konstrukcji, formułowaniu wymagań do
przetargów, a także przy odbiorze i podczas eksploatacji systemów zarządzania ruchem.
W powyższym dokumencie zawarte są obok wymagań dotyczących detekcji (jakość, usytuowanie,
kontrola odbioru detektorów) także algorytmy opracowania danych w podcentralach odcinkowych
systemów zarządzania ruchem oraz podane są propozycje algorytmów sterowania ruchem, eksploatacji systemu i kontroli funkcjonalnych. Rysunek 5 przedstawia, opisane w w/w wytycznych
FGSV z 2010 r., części składowe systemów zarządzania ruchem.
Zbieranie danych
Opracowanie danych w miejscu detekcji
Detektory
Stacja sekcyjna
Transmisja oraz przejmowanie danych
Kontrole wiarygodności
Plausibilitätsprüfung/Ersatzwertbildung
Podcentrala
Opracowanie danych w centrali
Modele sterowania, propozycje
komunikatów
Wyświetlony znak
Parametryzacja
Rysunek 5. Dane meteorologiczne w systemach zarządzania ruchem - części składowe systemu w ujęciu wytycznych FGSV 2010.
W podcentralach przeprowadzane są kontrole wiarygodności danych i tworzone są dane uzupełniające ewentualne braki w rejestracji danych lub zastępujące błędne dane. Czynności te są niezmiernie ważne w procesie sterowania. Za pomocą realizowanej w interwałach minutowych kontroli
wiarygodności danych rozpoznaje sie na bieżąco systematyczne oraz logiczno-fizykalne błędy w
systemach sterowania.
Wielkości meteorologiczne, które bezpośrednio wykorzystywane są w systemie sterowania ruchem
to: intensywność opadu, wysokość warstwy wody na jezdni oraz widoczność rozumiana jako przej-
Piszczek, Grošanić
6
rzystość powietrza. Pozostałe wielkości meteorologiczne wymienione w tabeli 1 wykorzystywane
są w algorytmach kontroli wiarygodności danych.
W tabeli 2 przedstawiony jest przykład, w jaki sposób oddziałuje się ruch w przypadkach ograniczonej widoczności (ograniczonej przejrzystości powietrza). W zależności od stopnia widoczności
określanego odległością widoczności, wprowadza się ograniczenia prędkości oraz wyświetlane są
dodatkowo znaki informacyjne lub zakazu.
Tabela 2. Włączanie i wyłączanie znaków zmiennej treści w zależności od odległości widoczności.
Graniczna wi- Graniczna
Stopień widoczność –
widoczność –
A- Znak
B - Znak
C- Znak
doczności
włączenie
wyłączenie
> 400 m
--
SW 0
ciemny
ciemny
ciemny
< 400 m
> 500 m
SW 1
ciemny
ciemny l
< 250 m
> 300 m
SW 2
MGŁA
< 120 m
> 150 m
SW 3
MGŁA
< 80 m
> 100 m
SW 4
< 50 m
> 60 m
SW 5
4. Kontrole wiarygodności
Kontrole wiarygodności przeprowadzane w centralach sterowania ruchem są bardzo ważnym
czynnikiem w sterowaniu ruchem. Odpowiednie do aktualnej sytuacji na drodze sterowanie ruchem jest możliwe wyłącznie za przy dysponowaniu wiarygodnymi danymi o ruchu i o sytuacji
atmosferycznej. Według wytycznych FGSV z 2010 r. kontrole wiarygodności powinny być stosowane w trybie on-line, zarówno dla krótkich jak i dla dłuższych interwałów pomiarowych w centralach zarządzania ruchem. Dane weryfikowane powinny być na podstawie ustawionych zarówno
fizykalnych jak logicznych kryteriów. Niewiarygodne dane zastępowane są danymi prognozowanymi.
Opisane w w/w wytycznych kontrole wiarygodności danych zostały włączone do obowiązującego
na poziomie federalnym oprogramowania dla central zarządzania ruchem. Służą one poprawie akceptacji przez kierowców wyświetlanych znaków oraz informacji i przez to wpływają na wyższą
efektywność dynamicznych systemów zarządzania ruchem.