Premenné značenie účinne rieši mimoriadne situácie

Tunel Považský Chlmec je diaľničný dvojrúrový tunel s dĺžkou 2 249 m. Nachádza sa severozápadne od centra Žiliny a je súčasťou úseku diaľnice D3 Žilina, Strážov-Žilina, Brodno. Výstavba tunela sa oficiálne začala 17. júna 2014 a prví motoristi si ho v plnom profile prešli v decembri minulého roku. Súčasťou tohto úseku diaľnice je aj moderné premenné dopravné značenie. O technickom riešení aj o jeho prínosoch sme sa porozprávali s Ing. Igorom Jamnickým, riaditeľom úseku dopravných technológií v spoločnosti PPA INŽINIERING, s. r. o., ktorá bola dodávateľom informačného systému diaľnice a premenného dopravného značenia.
Premenné značenie účinne rieši mimoriadne situácie

Premenné dopravné značenie je základným nástrojom na riadenie a usmerňovanie dopravy v tuneloch a na diaľniciach. Odovzdáva informácie účastníkom cestnej premávky v štandardných aj mimoriadnych a havarijných režimoch prevádzky tunela a diaľnice. Jeho význam narastá so zvyšujúcou sa intenzitou dopravy. Pomáha udržiavať plynulosť a bezpečnosť cestnej dopravy. Kľúčový význam zastáva v čase mimoriadnej a havarijnej situácie, keď je nevyhnutné zabrániť ďalším škodám na majetku a zraneniam osôb a ochrániť životy ľudí. V takýchto prípadoch je nevyhnutné dostatočne včas a zrozumiteľne informovať vodičov o vzniku mimoriadnej udalosti, ako je požiar, nehoda, extrémne poveternostné podmienky, a zabrániť vjazdu vozidiel do nebezpečného úseku.

Riadenie dopravy v tuneloch je riešené svetelným premenným dopravným značením. „V súčasnosti sa aplikujú dopravné značky a cestná svetelná signalizácia na báze LED. Premenná dopravná značka obsahuje rôzne symboly, ktoré sa prepínajú prostredníctvom centrálneho riadiaceho systému. Operátor má k dispozícii preddefinované a schválené dopravno-prevádzkové stavy, ktoré mu umožňujú uzavrieť celý tunel či jednotlivé jazdné pruhy alebo znížiť maximálnu rýchlosť. Značky sa neprepínajú jednotlivo, ale po skupinách v zmysle dopravno-prevádzkových stavov definovaných dopravným inžinierom a časových prechodov medzi stavmi,“ hovorí na úvod nášho stretnutia I. Jamnický. Treba pripomenúť, že tunel je neoddeliteľnou súčasťou diaľnice, preto sa pri jeho uzavretí aj automaticky odkláňa doprava na najbližších križovatkách z diaľnice. Na diaľnici sú použité svetelné značky na báze LED technológie a mechanické značky na princípe rotujúcich trojbokých lamiel s retroreflexnými polepmi, ktoré sa používajú ako smerové dopravné značenie.

Svetelné dopravné značenie

Svetelné symboly na čelnej ploche značky sú vytvárané pomocou svetelných zdrojov. Tento typ sa najčastejšie používa na vyobrazenie zákazových a výstražných značiek. V tuneloch a na diaľniciach zobrazujú aj symboly na povolenie/zakázanie vjazdu vozidiel do jazdného pruhu. Často používaným symbolom je B 31a Najvyššia dovolená rýchlosť, ktorý umožňuje dynamicky meniť rýchlosť dopravného prúdu v závislosti od aktuálnych podmienok v doprave.

Na zobrazenie symbolov na svetelnom premennom dopravnom značení sa používa niekoľko spôsobov.

Symbol sa vytvára pomocou halogénového svetelného zdroja a optických vlákien vyvedených cez optické šošovky na čelný panel vo forme preddefinovaných symbolov. Na čelnom paneli sú v otvoroch umiestnených v tvare požadovaných symbolov umiestnené farebné optické šošovky, do ktorých sú vyvedené optické vlákna. Pomocou nich sa svetlo zo zdvojeného svetelného zdroja prenáša na čelný panel s cieľom zobrazenia príslušného symbolu. Riadiaci systém prepína jednotlivé svetelné zdroje a tým sa menia zobrazované symboly na značke. V prípade poruchy primárneho svetelného zdroja značka vyšle do riadiaceho systému signál o poruche a riadiaci systém automaticky aktivizuje sekundárny svetelný zdroj. Podobne ako na železničných návestidlách prebieha kontinuálna kontrola funkčnosti vlákna nesvietiacich žiaroviek. Nevýhodou tohto typu dopravného značenia je obmedzený počet preddefinovaných symbolov, vyššia spotreba elektrickej energie, obmedzená životnosť svetelných zdrojov a vyššia náročnosť vykonávania údržby.

Druhý spôsob je, že preddefinované symboly sú realizované LED a optickými šošovkami na čelnom paneli. Neustály vývoj a zdokonaľovanie LED prinieslo možnosť ich aplikácie aj v dopravnom značení. Kľúčovým bolo dosiahnutie úrovne jasu a vyžarovacích uhlov LED potrebných na použitie v doprave. Na čelnom paneli sú v otvoroch v tvare požadovaných symbolov umiestnené optické šošovky, za ktorými sú umiestnené LED príslušnej farby. Riadiaci systém značky prijíma povely od nadradeného riadiaceho systému a vysiela spätnú informáciu o zobrazení príslušného symbolu a stave dopravnej značky. Údaje sa vymieňajú prostredníctvom komunikačnej siete, na ktorej sú k dispozícii konfiguračné a diagnostické dáta značky. Nevýhodou tohto typu dopravného značenia je obmedzený počet preddefinovaných symbolov. Výhodou je nízka spotreba elektrickej energie a veľmi dlhá životnosť svetelných zdrojov.

Najmodernejší spôsob predstavuje značenie, pri ktorom je na čelnej stene vytvorená matica LED. Matica môže byť vytvorená jednofarebnými LED alebo dvojicou LED s bielou a červenou farbou. Uvedenou kombináciou dokážeme zobraziť väčšinu používaných zákazových a výstražných značiek. Rozlíšenie matice, vzájomné vzdialenosti bodov a rozmerové parametre symbolov určuje norma EN 12 966. V internom riadiacom systéme značky sú vopred nahraté symboly, ktoré bude značka zobrazovať. Symboly môže kvalifikovaný pracovník dopĺňať a modifikovať. Takto prednastavené symboly sú potom aktivované z nadradeného riadiaceho systému. Riadiaci systém značky prijíma povely od nadradeného riadiaceho systému a vysiela spätnú informáciu o zobrazení príslušného symbolu a stave dopravnej značky. Údaje sa vymieňajú prostredníctvom komunikačnej siete, na ktorej sú k dispozícii konfiguračné a diagnostické dáta značky. Výhodou je prakticky neobmedzený počet preddefinovaných symbolov, nízka spotreba elektrickej energie a veľmi dlhá životnosť svetelných zdrojov.

„Modifikáciou spomínaného prípadu je značenie, kde je na čelnej stene vytvorená matica z viacfarebných RGB LED, ktoré umožňujú zobraziť minimálne päť základných dopravných farieb: biela, žltá, zelená, červená a modrá. Uvedenou kombináciou dokážeme zobraziť väčšinu používaných dopravných značiek,“ vysvetľuje I. Jamnický. Rozlíšenie matice, vzájomné vzdialenosti bodov a rozmerové parametre symbolov určuje norma EN 12 966.

Práve posledné dve spomínané technológie sa spoločnosť PPA INŽINIERING, s. r. o., rozhodla nasadiť aj v tuneli Považský Chlmec. „Po dôkladnom preskúmaní ponuky na trhu sme sa ešte pred dvomi rokmi na výstave InterTraffic v Amsterdame stretli so srbským výrobcom LED informačných panelov a svetelného dopravného značenie DMV z mesta Niš. Nakoniec voľba padla na zariadenia tohto výrobcu aj pre projekt Považský Chlmec. PPA INŽINIERING sa zároveň stala aj oficiálnym distribútorom premenných svetelných značiek tohto výrobcu na území Slovenska,“ vysvetľuje výber dodávateľa I. Jamnický. V súlade s legislatívou platnou na území Slovenska bola vznesená aj požiadavka na to, že ak je značka vybavená dodatkovou tabuľkou, tak okolo tejto tabuľky musí svietiť rámik. „Aj keď ide o slovenské špecifikum, výrobca DMV zareagoval veľmi promptne a túto možnosť do svojich výrobkov doplnil,“ chváli spoluprácu so srbským dodávateľom I. Jamnický.

V každej rúre tunela Považský Chlmec sa nachádzajú štyri návestné rezy – portály, pričom na každom z nich sú umiestnené tri svetelné premenné LED značky. Rozloženie návestných rezov je volené tak, aby nezaťažovalo vodičov častou informovanosťou. Okrem toho sa premenné svetelné aj mechanické dopravné značenie nachádza na ďalších troch návestných rezoch pred tunelovými rúrami. Ďalšie portály premenného dopravného značenia sú umiestnené pred najbližšími križovatkami, cez ktoré možno v prípade mimoriadnych udalostí odkloniť dopravu mimo tunela.

Jednotlivé premenné svetelné dopravné značky sú prostredníctvom zbernice Profibus (vonkajšie návestné rezy), Modbus (vnútorné návestné rezy) a ethernet pripojené do nadradeného priemyselného redundantného riadiaceho systému Simatic S7-400H od spoločnosti Siemens. Jedna časť tohto redundantného systému je umiestnená na východnom a druhá na západnom portáli tunela Považský Chlmec.

Čitateľnosť a efektívnosť zobrazenia symbolov

Spoločnosť DMV sa snaží dosiahnuť čo najvyšší kontrastný pomer pre všetky farby LED. Na povrchu čelného panela dopravnej značky sa používa matná abrazívna farba, ktorá vytvára difúzny odraz slnečného svetla, takže odraz svetla od predného panela značky je znížený na minimum. Samostatná optická šošovka pred každou LED používa vnútornú štruktúru absorpcie svetla, ktorá znižuje odraz vonkajšieho svetla od šošovky. Celá plocha značky s optickou šošovkou je hladšia, takže na povrchu značky sa nezachytáva prach ani sneh a zobrazenie symbolov je jasné a kompletné. Unikátny dizajn optickej šošovky dokáže maximalizovať efektívne využitie svetla z LED pri čo najväčšom uhle vyžarovaného svetelného lúča. Šošovka je schopná usmerniť svetlo, ktoré prichádza z horizontálneho smeru na správne miesto, aby sa zlepšila svetelná účinnosť a znížil elektrický prúd odoberaný LED. Menej ako 50 % nominálneho prúdu je potrebných pre každú LED rôznych farieb. Tým sa predlžuje životnosť LED diód. Konštantný prúd pretekajúci LED zaručuje stabilný jas nezávislý od kolísania sieťového napätia.

Pre kvalitu zobrazenia a čitateľnosť je veľmi podstatná regulácia intenzity jasu dopravného značenia v závislosti od okolitých svetelných podmienok. Značka môže byť vybavená vlastným snímačom svetelných podmienok alebo sa jas rieši centrálne cez riadiaci systém, aby nedochádzalo k drobným odchýlkam v intenzite svietenia v skupinách značiek. V prípade zlyhania centrálnej regulácie jasu nastupuje lokálna regulácia jasu alebo regulácia podľa aktuálneho dátumu, času a časového pásma umiestnenia značky.

Efektívne napájanie elektrickou energiou

Unikátna optická šošovka usmerní a koncentruje svetlo z LED do vyžarovacieho kužeľa. Pri najvyššom stupni svietenia značky je potrebných menej ako 50 % nominálneho prúdu pre každú LED rôznej farby. Výrobca DMV tiež používa rôzne napájacie napätia pre rôzne farby LED. Napájací zdroj určený pre LED zelenej a modrej farby je s výstupnou úrovňou 5 V. LED červenej farby je napájaná 3,3 V, takže celkovo sa používajú dve rôzne úrovne napájacieho napätia DC, čím sa docieli zníženie spotreby elektrickej energie a zvýšenie efektivity LED.

Komunikačné možnosti

Výrobca ponúka štyri základné monitorovacie a riadiace metódy založené na štyroch štandardných komunikačných kanáloch, prostredníctvom ktorých môže inteligentná dopravná značka komunikovať cez rôzne fyzické vrstvy (rozhrania). Tieto štyri základné metódy sú:

  • Monitorovanie a ovládanie cez PC/tablet/smartfón – pre operátorov, ktorí sú priamo pripojení k zariadeniu pomocou špeciálneho softvéru pre PC/tablet/smartfón. Operátor zvyčajne komunikuje iba s jedným zariadením naraz. Uvedená alternatíva sa používa počas údržby a konfigurácie zariadení.
  • Operátori môžu používať aj webovú aplikáciu alebo softvér DMV Cloud Control. Cloudový systém umožňuje monitorovanie a ovládanie viacerých zariadení súčasne, spracovanie udalostí a alarmov, čítanie a nastavovanie parametrov zariadenia atď. Zariadenia sa zobrazujú na mape. Komunikačné rozhrania pre tento kanál sú sieť GPRS/3G alebo ethernet.
  • Monitorovanie a ovládanie cez server SCADA – na monitorovanie a riadenie viacerých zariadení pomocou servera SCADA. Operátori môžu používať softvér DMV Control Center alebo systém SCADA, ktorý je súčasťou centrálneho riadiaceho systému tunela. Ide o systém SCADA, ktorý umožňuje simultánne monitorovanie a ovládanie viacerých zariadení, spracovanie udalostí a alarmov, čítanie a nastavenie parametrov zariadenia. Zariadenia sa zobrazujú na mape alebo na vopred definovaných paneloch rôznymi spôsobmi. Najrozšírenejšie komunikačné rozhrania pre tento kanál sú ethernet alebo priemyselná sériová sieť RS-485. Uvedený spôsob je použitý na tuneli Považský Chlmec a priľahlých diaľničných úsekoch.
  • Monitorovanie a ovládanie prostredníctvom SMS – pre operátorov, ktorí majú prístup k zariadeniu pomocou mobilných telefónov. Zariadenie musí mať zabudovaný modem GPRS a platnú kartu alebo čip SIM. Zariadenie pošle SMS pri niektorých udalostiach do zoznamu autorizovaných operátorov. Zariadenie môže tiež prijať niektoré požiadavky (čítanie parametrov alebo súbor parametrov) od operátorov. Každý operátor má príslušné oprávnenia (povolené prijímať SMS udalosti, povolené na čítanie parametrov, povolené na nastavenie parametrov).

Použitie premenného dopravného značenia v mimoriadnych situáciách

Technologické vybavenie tunela tvorí zložitý komplex zariadení a objektov. Riadenie dopravy tunela a na priľahlých diaľničných úsekoch sa môže nachádzať v nasledujúcich režimoch prevádzkových stavov dopravy: štandardný, špeciálny, mimoriadny a havarijný. „Riadenie dopravy je špecifické tým, že v jednotlivých režimoch môžu byť aktivované len schválené dopravno-prevádzkové stavy (DPS) bez možnosti modifikácie jednotlivých DPS operátorom. Operátor dopravy môže len prepínať medzi jednotlivými vopred preddefinovanými a schválenými DPS podľa pravidiel stanovených v prevádzkovom predpise a operatívnych kartách,“ vysvetľuje I. Jamnický. Okrem štandardného režimu dopravy môžu nastať situácie, keď sa vyskytnú kombinácie uvedených mimoriadnych a havarijných režimov dopravy v tuneli. Vtedy platí zásada, že prioritným stavom je havarijný režim s uzavretím a evakuáciou tunela. Centrálny riadiaci systém (CRS) reaguje automaticky (tunelové reflexy) len na udalosti v závislosti od vstupov z iných technológií, operátor má povinnosť reagovať aj na situácie, ktoré CRS nedokáže snímať ani na ne auto­maticky reagovať.

Moderné riešenie zrealizované v krátkom čase

Napriek tomu, že na samotnú realizáciu dopravného značenia v tuneli Považský Chlmec boli vyhradené štyri mesiace, špecialisti z PPA INŽINIERING dokázali splniť všetky zmluvne dohodnuté termíny a uviesť do činnosti všetky premenné svetelné dopravné značky. „Po dodaní svetelných značiek od srbského výrobcu sme dokázali osadiť, oživiť a odskúšať dopravné značenie v priebehu necelých dvoch mesiacov. Za to patrí vďaka všetkým technikom a programátorom našej spoločnosti, ktorí sa na projekte zúčastnili,“ konštatuje I. Jamnický. „V LED premennom dopravnom značení aj v LED informačných tabuliach vidím perspektívu hlavne z hľadiska pridanej hodnoty pre vodičov na diaľniciach. Prostredníctvom takýchto systémov máme možnosť včas informovať o obmedzeniach či mimoriadnych udalostiach, čím sa zvyšuje bezpečnosť a komfort dopravy na diaľniciach,“ uzatvára naše stretnutie I. Jamnický.

Ďakujeme spoločnosti PPA INŽINIERING, s. r. o., za možnosť reali­zácie reportáže a Igorovi Jamnickému za poskytnuté technické informácie.