Priorytety dla transportu publicznego – lokalnie czy centralnie?

Mając na celu realizację potrzeb transportowych w miastach musimy zachęcać mieszkańców do rezygnacji z podróży własnymi samochodami i wybierania w zamian transportu publicznego. Istotnym czynnikiem jest tu skrócenie czasu podróży. Z naszego, ITS-owego punktu widzenia, znaczącym a mało kosztownym sposobem uatrakcyjnienia transportu zbiorowego jest zapewnienie mu ułatwień w ruchu.Mamy tu szereg możliwości – odkładając na bok najdroższe, możemy stosować:

• wydzielenie trasy (torowiska, buspasy, trambuspasy);
• uprzywilejowanie na wlotach (śluzy);
• uprzywilejowanie wlotów na skrzyżowaniach;
• uprzywilejowanie pojazdów transportu zbiorowego.

W dalszych rozważaniach zajmiemy się przypadkiem ostatnim, a ściślej sposobem realizacji priorytetu dla pojazdów transportu publicznego i powiązania jego z systemem sterowania ruchem.
Mechanizm realizacji priorytetu wygląda w skrócie tak:
Zbliżanie się priorytetowego pojazdu do skrzyżowania wywołuje sprawdzenie, czy istnieje możliwość przejazdu bez zatrzymania – zachodzi to w przypadku, gdy z analizy ruchu pojazdu wynika, że powinien on zdążyć przejechać w trakcie trwania fazy zezwalającej na przejazd. Jeżeli brak takiej możliwości, wykonywana jest jedna z następujących funkcji:

• wydłużenie fazy zezwalającej (do długości uznanej za dopuszczalną), jeżeli pozwoli to na przejazd pojazdu;
• zamknięcie bieżącej fazy do minimum wynikającego z przepisów i wywołanie fazy zezwalającej;
• przyśpieszenie wywołania fazy zezwalającej przez skrócenie faz ją poprzedzających do minimum wynikającego z przepisów.

Priorytet nazywamy lokalnym, jeśli informacja o zbliżaniu się pojazdu jest przekazywana z pojazdu do sterownika bez pośrednictwa systemu sterowania ruchem. Priorytet taki może w najprostszej wersji być zrealizowany następująco:

• Pojazd pobudzając podłączony do sterownika sygnalizacji ulicznej specjalny detektor (np. w przypadku tramwaju może to być czujnik trakcyjny) przekazuje informację o swoim położeniu do tegoż  sterownika;
• Sterownik sygnalizacji ulicznej wydłuża fazę sprzyjającą lub kończy w bezpieczny sposób fazę konfliktową i przechodzi do realizacji fazy priorytetowej;
• Sterownik po określonym czasie lub po otrzymaniu informacji z innego detektora o wykonanym przejeździe zamyka fazę priorytetową i wraca do obsługi innych żądanych grup sygnałowych.

Opisane rozwiązanie jest warte stosowania przede wszystkim na mało lub średnio obciążonych sygnalizacjach izolowanych, gdyż brak tu potrzeby współdziałania z systemem sterowania ruchem.
Przy bardziej obciążonych sygnalizacjach izolowanych możemy ograniczać priorytet przez udzielanie go np. tylko pojazdom opóźnionym lub tylko niektórym liniom, wymaga to jednak bardziej zaawansowanych urządzeń detekcyjnych. Jeżeli dodatkowo obiekt jest objęty systemem sterowania ruchem, algorytm jego działania może być dalej rozbudowany poprzez wprowadzenie uzależnienia udzielania priorytetu od parametrów przekazywanych przez system.
Istotnym zagadnieniem jest tu detekcja pojazdu, gdyż nieprecyzyjne działające detektory spowodują albo brak priorytetu we właściwym momencie, albo wyświetlanie fazy priorytetowej bez potrzeby.
Stosowane są tu różne rodzaje detekcji punktowej (a czasami wielopunktowej), jak pętle, tranpondery, wideodetekcja, ARTR. Często obecnie jest stosowana lokalizacja bazująca na GPS – mniej precyzyjna, ale działająca w sposób ciągły i o rozsądnych kosztach, gdyż lokalizator może być równocześnie elementem systemu zarządzania transportem. Pojawia się tu jednak kolejny problem, mianowicie konieczność pewnego przekazania informacji z pojazdu do sterownika. Obecnie do tego celu najczęściej wykorzystuje się radio krótkiego zasięgu (rkz).
W priorytecie centralnym informacja o pozycji pojazdu jest przekazywana periodycznie (typowo co 10 do 20 s) do centralnego systemu sterowania ruchem, z reguły za pośrednictwem systemu zarządzania transportem. Mechanizm działania priorytetu centralnego przykładowo wygląda tak:

• Pojazd przekazuje periodycznie informację o swoim położeniu do systemu zarządzania transportem publicznym (SZTP);
• SZTP analizuje na bieżąco położenie pojazdu i znając jego trasę wysyła w odpowiedniej chwili SSR komunikat o potrzebie udzielenia priorytetu na wskazanym skrzyżowaniu lub ich grupie;
• SSR uwzględniając aktualną sytuację ruchową i w zależności od parametrów zdefiniowanych przez operatora wysyła do sterownika (lub grupy sterowników) polecenie realizacji priorytetu;
• Sterownik sygnalizacji ulicznej przechodzi do realizacji priorytetu na polecenie otrzymane z SSR, udzielając w zależności od potrzeb priorytetu bezwarunkowo lub warunkowo.

Cechą szczególną priorytetu centralnego jest możliwość zaimplementowania go jedynie wtedy, gdy nasz system steruje ruchem w czasie rzeczywistym (on-line). Nie ma możliwości stosowania priorytetu centralnego w systemach sterowania, gdzie parametry sterujące przesyła się do sterowników jedynie co 5 -15 minut – wtedy jesteśmy skazani na priorytet lokalny.
Zaletami priorytetu centralnego są:

• łatwość dostosowania priorytetu do aktualnej sytuacji ruchowej – nadążność;
• możliwość równoczesnej realizacji priorytetu na jednym skrzyżowaniu i przygotowywania priorytetu na następnym;
• możliwość optymalizacji decyzji przydzielenia priorytetu przy kilku równoczesnych żądaniach;
• dopuszczenie możliwości ingerencji operatora on-line;
• automatyzacja procesu przygotowywania trasy przejazdu dla pojazdów uprzywilejowanych;

• niski koszt realizacji dzięki brakowi instalacji dodatkowych kanałów transmisji.

Z kolei wady priorytetu centralnego to:

• opóźnienie przepływu informacji na drodze od pojazdu do sterownika o ok. 2-3 s;
• wrażliwość na zakłócenia transmisji (GSM, Tetra itp.);
• niedziałanie priorytetu przy przerwach w transmisji pomiędzy systemem a sterownikiem.

Priorytet lokalny ma następujące zalety:

• możliwość działania bez systemu sterowania ruchem;
• możliwość zaimplementowania w systemach niedziałających w trybie on-line (jako że priorytet centralny jest wtedy niemożliwy);
• minimalizacja opóźnień kanału transmisji.

Wady priorytetu lokalnego to

• mała elastyczność, związana z koniecznością oprogramowania funkcji priorytetu bezpośrednio w sterownikach sygnalizacji ulicznej;
• wysoki koszt instalacji dodatkowego kanału łączności pojazd – sterownik;
• brak możliwości realizacji bardziej skomplikowanych algorytmów;
• utrudniona ingerencja operatora;
• wrażliwość na zakłócenia transmisji radiowej (stosowane tu radio krótkiego zasięgu korzysta  typowo z pasma 430 MHz).

Podsumowując powyższe dochodzimy do wniosku, że przyjmując za kryteria cenę i funkcjonalność, pierwszeństwo należy przyznać priorytetowi centralnemu. Priorytet lokalny natomiast może mieć przewagę jedynie wtedy, gdy musimy liczyć się z występowaniem częstych przerw w komunikacji między systemem a sterownikami, co przy sieciach światłowodowych jest zjawiskiem rzadkim (ale może zachodzić np. przy wykorzystywaniu łączności radiowej), lub pomiędzy pojazdami a systemem zarządzania transportem. To ostatnie jeszcze kilka lat temu stanowiło niejednokrotnie problem, obecnie zaś przy coraz lepszym pokryciu miast sieciami 3G i 4G sytuacja wygląda na opanowaną.

Wnioski:
1)      Jeżeli dysponujemy systemem sterowania ruchem pracującym w trybie on-line, bardziej korzystnym rozwiązaniem jest priorytet centralny;
2)      Priorytet lokalny jest wskazany w następujących przypadkach:
a)      przy braku systemu sterowania;
b)      przy systemie nie działającym w trybie on-line;
c)       jako uzupełnienie priorytetu centralnego.

Artykuł na podstawie prezentacji przedstawionej na Polskim Kongresie ITS 2012 w sesji pt. „Systemy zarządzania ruchem” cz.2  tutaj.

Informacje o autorze:

Tadeusz Okoń jest związany z tematyką sterowania ruchem kolejowym i drogowym od 40 lat. Doświadczenie z ostatnich lat to przede wszystkim znaczący udział w zaprojektowaniu oraz realizacji (w ramach firmy Tyco) dwóch dużych systemów:
– system zarządzania ruchem w Łodzi (lata 2007-2010) w tym system adaptacyjnego obszarowego sterowania ruchem na 64 skrzyżowaniach wraz z systemem zarządzania tramwajami Łódzkiego Tramwaju Regionalnego oraz priorytetem dla komunikacji miejskiej,
– system zarządzania ruchem w Olsztynie (lata 2007-2009) w tym system adaptacyjnego obszarowego sterowania ruchem na 32 skrzyżowaniach.
W firmie Sprint SA od marca 2011, działa w ramach działu Traffic, zajmującego się projektowaniem, przygotowywaniem oraz realizacją systemów z dziedziny ITS.