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: 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. 2

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

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 AZ ÖSSZEHANGOLÁS ELVE LÉNYEGÉBEN A KÖVETKEZŐ:... 111 5.2 AZ EREDETI RENDSZER FELÉPÍTÉSE, MŰKÖDÉSE, BIZTONSÁGTECHNIKÁJA (ADP-2)... 112 5.3 AZ ALKALMAZOTT VONATÉRZÉKELŐ ELEMEK ÉS SOROMPÓ BERENDEZÉSEK... 114 5.3.1 A sorompó berendezések hazánkban... 115 5.3.2 A vasút elsőbbsége... 116 5.3.3 A közúti-vasúti kereszteződések besorolása... 116 5.4 ÁLTALÁNOS ALAPELVEK... 117 5.5 KOMBINÁLT RENDSZER EGY VASÚTI BEJELENTKEZÉSSEL... 117 5.5.1 Egy vasúti behatás van a B1 ponton, vagy távolabb... 118 5.5.2 Egy vasúti behatás van a B2 ponton... 118 5.6 KOMPLEX IRÁNYÍTÓ BERENDEZÉS... 118 5.6.1 Alkalmazási terület... 118 5.6.2 Információáramlás... 118 5.6.3 Szolgáltatások, működés hibamentes esetben... 118 5.6.4 Hibajelenségek, a rendszer reagálása... 119 4

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 KÖZÚTI FORGALOMIRÁNYÍTÓ KÖZPONTOK... 124 6.1.1 A közúti forgalomirányító központok (FIK)... 124 6.1.2 A közúti forgalomirányító központokkal szemben támasztott követelmények... 124 6.1.3 Az irányítási stratégiák... 125 6.1.4 Alkalmazott forgalomirányítási módszerek csoportosítása... 126 6.1.5 Az irányító rendszer felépítése... 127 6.2 A BUDAPESTI FORGALOMIRÁNYÍTÓ KÖZPONT (BFK)... 128 6.3 A BFK FELÉPÍTÉSE... 129 6.4 FORGALOMIRÁNYÍTÁSI STRATÉGIÁK... 132 6.5 VIDÉKI NAGYVÁROSAINK FORGALOMIRÁNYÍTÁSA... 135 6.6 A TELEFONOS TÁVFELÜGYELETI RENDSZEREK... 136 6.7 AUTÓPÁLYA FORGALOMIRÁNYÍTÓ RENDSZEREK... 137 6.7.1 Autópálya forgalomirányító központ... 138 6.7.2 CCTV-rendszer... 139 6.7.3 Detektor állomások... 140 6.7.4 Beavatkozó eszközök - Változtatható Jelzésképű Táblák... 140 6.7.5 Felhajtás Szabályozás... 141 6.7.6 Irányítási feladatok autópályákon... 141 6.7.7 Hazai autópálya forgalomirányító rendszerek... 142 6.8 TÖMEGKÖZLEKEDÉSI FORGALOMIRÁNYÍTÓ RENDSZEREK... 144 6.8.1 A forgalmi adatgyűjtés a tömegközlekedésben (adatgyűjtő alrendszer)... 145 6.8.2 A tömegközlekedési irányítás központi eleme (központi alrendszer)... 146 6.8.3 A tömegközlekedési folyamatba beavatkozó elemek (beavatkozó alrendszer)... 147 6.8.4 Végállomási rendszerek... 147 6.8.5 Néhány hazai rendszer ismertetése... 148 6.8.6 Az AVM (Automatikus Vonali Megfigyelő) rendszer... 148 7 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

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

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 Közúti forgalomirányító központ Központi vezérlés, döntéshozatal Beavatkozás, lámpakapcsolás, stb. Forgalmi adatgyűjtés, előfeldolgozás Beavatkozás, távvezérlés, stb. Forgalmi adatgyűjtés, előfeldolgozás A vezérelt csomópont(ok) 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): Maximális átbocsátó képesség, Maximális utazási sebesség (a rendszerben eltöltött idő minimalizálása), Megállások számának minimalizálása, 10

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

Zavarás Bemenetek Az irányított rendszer (Közlekedési folyamat) Kimenetek Beavatkozás Szabályozó Irányítási stratégia, algoritmus Mérés és becslés 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

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

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 (t k ) kihaladási idő (t ü ) átmeneti idő (t á ) behaladási idő (t b ) előkészítő idő (t e ) 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

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 1950- ben 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

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, Szinnyei- Merse utcai, Izabella utcai és Lenin körúti keresztezések irányítására állították fel. A főváros vezetői végül e jelzőberendezések alkalmazása mellett döntöttek. 17

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) v t : időbeli átlagsebesség (time mean speed), a megfigyelt útszakaszon közlekedő járművek sebességeinek átlaga (hosszegység / időegység) v s : térbeli átlagsebesség (space mean speed), a megfigyelt útszakaszon közlekedő járművek által megtett teljes út osztva a teljes utazási idővel (hosszegység / időegység) N vi i= Ndx vt = 1 vs = N N dti i=1,2 N a járművek száma; v i : az adott (i) jármű sebessége i= 1 t k : követési idő (időegység) h k : 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

métereket. Az alábbi ábrán egy digitális jelfeldolgozású járműérzékelő mintavételezést látjuk, ezen végigkövethetjük a paraméterek előállításának menetét: Határérték t t f t f : foglaltsági idő T s : mintavételi idő 1 T s 0.000011111111110000... t 5. ábra A digitális járműérzékelő mintavételezése 3.2.1 Mérési elrendezés Az alábbi ábra a detektor hurkok egy lehetséges mérési elrendezését mutatja. Hurok Hurok Hurok Feldolgozó egység Feldolgozó egység 20 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.

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. N q = T q : forgalomnagyság ( jármű darab / időegység ) N: az adott ponton elhaladt járművek száma T: a megfigyelt idő intervallum n0 1 Digitális hurokdetektor esetében: q = T n 0-1 : 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 dti i f = =1 T (2.) f: a foglaltság (%) ; t i : az adott (i) jármű tartózkodási ideje a detektor felett 100* n1 * Ts Digitális hurokdetektor esetében: f = T n 1 : az magas helyi értékű bitek száma T : a megfigyelt idő intervallum T s : a mintavételi idő Követési idő Két jármű érzékelése között eltelt idő a követési idő (t k ). Járműkategória Továbbá a rezgőkör elhangolásának képéből, tapasztalati úton következtetni lehet a jármű nagyságára (típusára). (1.) 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 v i. Ebből a sebességből kiszámítható a térbeli és időbeli átlagsebesség értéke: v t N vi i= = 1 N (3.) v s = N N 1 v i= 1 v i : az adott (i) jármű pillanatnyi sebessége N : járműszám i (4.) Jármű hossz Mivel ismerjük az érzékelési pont felett elhaladt jármű sebességét és foglaltsági idejét, ezért meg tudjuk határozni a jármű hosszát (L i ) és a követési távolságot (h k ). A járműhossz ismerete segít a típus beazonosításánál, továbbá meghatározhatjuk az egységjármű hosszt ( mean effective vehicle length ) L. L N i= 1 = N i= 1 Li vi 1 v Járműsűrűség A foglaltság és a forgalomsűrűség között felírható egy arányos összefüggés, amely segítségével megkapjuk ezt a fontos paramétert: ρ = i f 100* L f: a foglaltság (%) L: egység jármű hossz (m) Képfeldolgozáson alapuló (videós) járműérzékelő esetében a járműsűrűség közvetlenül megkapható. 3.2.4 Példa Az alábbi feladatban egy autópálya szakaszon szeretnénk felírni az alapegyenletet (fundamentális). Előzetes információk alapján a sebesség az alábbi összefüggés szerint alakul (5.) (6.) v = v f ρ 2 ( 0,5*( ) ) ρcr * e (7.) 22

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, az előző jármű kihaladása (a második detektornál) és a most érkező jármű behaladása (az első detektornál) között eltelt idő másodpercben Foglaltsági idő, azaz a jármű behaladása (az első detektornál) és a jármű kihaladása (a második detektornál) között eltelt idő másodpercben Pillanatnyi sebesség, a két mérési ponton (az első és a második detektornál) regisztrált áthaladási időpontokból és a detektorok távolságából számított sebesség Jármű hossz, 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