Съвременни тенденции при светофарните уредби

Развитието на светофарните уредби е ярък пример за това как технологичният напредък трансформира ежедневната ни градска среда. От простото управление на трафика чрез светлинни сигнали до съвременни интелигентни системи, способни да реагират на динамични условия в реално време, еволюцията на светофарите отразява стремежа към по-безопасна, ефективна и устойчива мобилност.
В настоящата статия проследяваме най-важните съвременни тенденции в светофарните технологии – от иновации в енергийната ефективност и видимостта на сигналите, до интегрирани системи за управление и приоритизация на трафика в големите градове. 

Текст: списание Инфрабилд

Светофарите работят на принципа на група от три вида светлина и техните комбинации, като те указват дали една група от автомобили може да премине или трябва да спре като междувременно се осигури плавност на трафика. Червената светлина сигнализира за спиране на автомобила, а червена в комбинация с жълта подготвя шофьорите за преминаване през кръстовището. На зелено те могат да се движат. Жълто след зелено пък е сигнал да намалят скоростта и да се подготвят за спиране. Различните комбинации от групи автомобили се наричат фази, а продължителността на всяка фаза се определя като функция на фактори, като натовареност на трафика, геометрични особености на пътя и разстояние от стоп-линията до конфликтните точки между отделните потоци.

Съществуват различни нововъведения през годините. Изобретател на име Чарлз Адлър добавя микрофон в светофарната уредба, който засича клаксоните на автомобилите и дава приоритет на потока с най-силен шум – идея, която бързо губи смисъл, заради редовната злоупотреба на шофьорите от всички страни на кръстовището. През 90-те започва добавянето на таймер, който да предупреждава пешеходците и автомобилите колко време им остава преди промяна на сигнала. В Ротердам пък светофарите засичат дъжд с цел велосипедистите да получат по-дълъг зелен сигнал и да се придвижват по-бързо по своите ленти за движение.

През 60-те години започва и управлението на светофарите с компютърни системи и таймери. Спрямо различните часови диапазони светофарите могат да използват различни програми за движение – така може да се дава приоритет на често по-натовареното направление от автомобили. В големите градове съществува възможност за оптимизация – трафик системите получават информация на база сензори и я използват за взимане на решения и изчисления в реално време за продължителност на сигналите. Приоритизация на движението също може да се включи с цел осигуряване на зелена вълна за автомобили със специален режим на придвижване. Редно е да отбележим, че макар с плахи стъпки, и оптимизация, приоритизация вече се случва и по големите булеварди в София, както би прилягало на всеки по-голям европейски град.

Захранване и енергийна ефективност

Сред част от съвременните иновации, инженерите от Siemens са успели да намалят консумацията на електричество за светофарите до едва 1-2W – революционно постижение, с което енергийната ефективност на стандартната 230V LED технология успява да стопи разходите с до 85%. Първите подобни проекти вече са реализирани в Италия и Южна Германия. Основните предимства могат да се обобщят като: икономичност – изключително ниска консумация на енергия от само 1–2 вата на светодиод със стандартно окабеляване; безопасност – пълно съответствие на контролера и светодиода благодарение на иновативната функция за оптичен мониторинг; сигурност – прекъсването на захранването между контролера и светодиодната глава не създава флуктуации в системата; иновативност – цифровите LED компоненти в комбинация с двата вградени микропроцесора позволяват събирането на голямо разнообразие оперативни данни, които ще позволят редица бъдещи функции – например, надеждно прогнозиране на повреда на светодиода; съвместимост с наличното – съвместим с предишни контролери на компанията, а също и със съвременните стандарти за дизайн на пресичане и кабели (напр. 1,5мм²); пълен комплект, включително и периферия – инженерите на Siemens в партньорство с с реномираните производители RTB, Langmatz и Urich са успели да разработят дори и набор от периферни устройства като бутони и звукови сигнали за използване с новата технология 1Watt.

Изчислено е, че с подобна технология едно типично кръстовище ще може да спести над тон вредни въглеродни емисии на година и около 1600kWh годишно, а все пак нали към това се стремим всички в днешно време? За сравнение, домът на един човек консумира малко над 1000kWh годишно. Обърнато в пари, служителите на Siemens казват, че ежегодните сметки за електроенергия на град като Берлин могат да се стопят с повече от 500,000 евро.

Увеличеното използване на възобновяеми енергийни източници води до по-чести колебания в захранването. При по-старите светофарни системи тези колебания на напрежението можеха в най-лошия случай да причинят повреда на светлините. В разработената от Siemens система захранването минава по заобиколен маршрут чрез специална верига в контролера на светофара. Това създава буфер, който да компенсира колебанията, правейки цялата система по-здрава и сигурна. В допълнение, оптични монитори непрекъснато проверяват състоянието на светодиодите, с което да се оптимизират и разходите за обслужване. Инженерите визионери работят и по опциите за предсказване кога единиците няма да успеят да се активират и да се извърши превантивна поддръжка на сигнални светлинни модули, като по този начин се намалява рискът от хаос, причинен от повреда на светофара в час пик.

Видимост

Контролираните със светофарна уредба кръстовища представляват значителна опасност за шофьорите, пешеходците и велосипедистите. В повечето случаи това се дължи на невнимателните или разсеяни шофьори, които може да не видят сигнала навреме, за да спрат за червена светлина. Друга възможна причина са шофьорите, които бързат и може да ускорят, за да преминат през жълт светофар или по-възрастните и с нарушено цветно зрение (далтонисти) шофьори, които може да пропуснат сигнали или да не ги интерпретират правилно.

За да се помогне за намаляване на подобни произшествията се предприемат стъпки за увеличаване на видимостта на пътната сигнализация. Най-ефективният начин за постигане на тази цел е чрез инсталиране на контрастен екран. Флуоресцентните светлоотразителни граници правят пътния сигнал по-забележим и видим за водачите при различни условия (нощ, ден, дъжд, сняг и т.н.), което може да помогне на водачите да предупредят за предстоящия сигнал. Увеличаването на видимостта на вашите сигнали е особено полезно за по-възрастните шофьори и шофьорите с нарушено цветно зрение. В допълнение, рамките визуално подсказват, че има пресечка, контролирана от стоп-светлини, когато сигналите иначе биха били тъмни, напр. при прекъсване на електрозахранването.

Контрастни екрани

Добавянето на флуоресцентни светлоотразяващи контрастни екрани към светофарните секции е рентабилен начин за подобряване на видимостта и безопасността на пътя. По оценка на FHWA (агенцията, отговорна за американските магистрали), подобна модификация може да струва между 35 долара за светлоотразителна лента до около 56-110 долара за цялостна подмяна с вграден материал. Проучванията показват висока ефективност при прилагане на подобна евтина стратегия. Така например в Южна Каролина е отчетено редуциране на катастрофите с около 30%, а тези, късно през нощта или рано сутрин – с до 50%. Все пак трябва да имаме предвид, че контрастните екрани не са с еднакви особености. Затова и когато подбираме такъв трябва да имаме предвид следните техни ключови характеристики: видимост - за да се повиши осведомеността е важно да бъдат очертани добре видими и забележими граници. Колкото по-ярки са листовите материали, толкова по-рано ще бъде привлечено вниманието на водачите, което ще им даде достатъчно време да реагират на светлинния сигнал. Силно забележимите флуоресцентни цветове се виждат по-лесно през деня, нощта, призори и по здрач. Така например, е разработена технология 3M™ Diamond Grade™ DG3 Reflective Sheeting с почти два пъти по-голяма яркост от стандартните екрани. 

Също така видимост в неблагоприятни условия - светофарите обикновено са разположени високо над фаровете на превозното средство и линията на видимост на водача. По този начин обаче може да се затрудни обратният път на светлината от светофара към водача. За да се противопоставим на това, използваме табели, които създават голям, ярък конус на обратно отразяване. 

Друга важна характеристика е издръжливостта. През целия си живот елементите за сигнализация на пътя са изложени на широк спектър от влияния на околната среда - от очаквано износване през излагане на ултравиолетови лъчи от слънчевата светлина до неблагоприятно време. Използването на издръжливи материали ще помогне за запазването им с години. 

Светлоотразяването от своя страна също е много важна характеристика. За по-добра видимост се използват различни рефлекторни технологии и материали. Това са такива екрани, които са проектирани така, че да отразяват светлината в интензивен контролиран конус с резултат повече светлина от фаровете на автомобила обратно към водача и по-добра видимост в условията на слаба светлина.

Управление

След като сме научили кой цвят какво символизира в правилата на пътното движение, не може да не се запитаме как се управлява целият процес зад кулисите. Можем да ги поделим на най-вече три основни компонента: полева техника, система за управление и комуникации.

Полевата техника обикновено се вижда на улицата докато сме на кръстовището. Обикновено можем да забележим голяма метална кутия, в която е монтиран компютър. Неговата функция е да подава сигнали за смяна на цветовете на светофарната уредба. Често обаче окабеляването и захранването му са подземни. Съществуват обаче и възможности за допълнителни елементи на полевата техника - камери, датчици и радари, които да засичат превозните средства и така да оптимизират придвижването. В допълнение, при необходимост в мрежата могат да работят и различни екипи, които да се справят с екстремните ситуации, например, ръчно подаване на сигнали на отделни кръстовища в натоварените дни за покупки преди Коледа или други празници.

Често системата за управление е компютър или серия от компютри, разположени в Центъра за анализ и управление на трафика. Това дава възможност да се следи работата на всеки контролер, да се откриват различни грешки в работата при управление на системата както и да се изпращат нови времеви планове до контролерите. Посредством оптични кабели има възможност системата да се контролира и от разстояние. Хората, които осъществяват контрола върху нея, могат да се обобщят като 3 основни типа: инженери по пътна сигнализация – те са отговорни за проектирането и идейното изграждане на пътната сигнализация. След като разполагат с геодезическото заснемане, те ще определят геометричното разположение на видовете елементи на светофарната уредба върху кръстовището, както и продължителността на отделните светлинни сигнали. При оптимизация на трафика, инженерите ще разработват и различни варианти за синхронизирането на отделните кръстовища и да осигурят безопасното преминаване през тях на превозните средства и пешеходците. 

Оператори на пътна сигнализация – намират се обикновено в ЦАИТ. Те непрекъснато наблюдават работата на системата за пътна сигнализация и продължителността на сигналите в системата и при контролерите на кръстовищата. Ако е възникнал проблем в системата, например, контролерът на дадено кръстовище е спрял да работи или работи с грешен план за синхронизиране на сигналите, операторите ще получат сигнал и ще изпратят на място екип техници, които да извършат ремонт. Често операторите на пътната сигнализация имат и други налични лостове, например, стена с видеокамери, които позволяват наблюдението на условията на трафика в реално време и възможност да реагират на неочаквани задръствания, сблъсъци между превозни средства или други проблеми. 

Техници на пътна сигнализация – това са служителите, които често виждаме по кръстовищата, с малки камиончета или автовишки. В София те са служители на фирмата концесионер, но в по-общия случай могат да бъдат и част от ЦАИТ или частни подизпълнители. Освен преглед на системите, техниците могат да ремонтират или подменят повредено електрооборудване. Като част от въвеждане на интелигентните трафик системи, към 2019г. в София има 30 линейки, оборудвани със специални устройства и режим на движение, който може да изпраща сигнал и да задейства зелена вълна за движение на маршрута на линейката. Отделно от това скоростта на автобусите по обособените за тях ленти е допълнително увеличена до 45км/ч, защото системата е синхронизирана по начин, по който те да са на спирката, докато свети червено на светофара и така автоматично да минават на зелено докато се движат.

В заключение можем да кажем, че светофарните уредби вече не са просто устройства за регулиране на движението, а интелигентни системи, съчетаващи високи технологии и грижа за безопасността. Интегрирането на сензори, оптични монитори, устойчиви LED технологии и адаптивно управление очертава бъдеще, в което те ще играят ключова роля в устойчивата градска мобилност. С разширяването на възможностите за прогнозна поддръжка, приоритизация на обществения и спешен транспорт и увеличаване на видимостта за всички участници в движението, следващата стъпка е изграждането на напълно свързани и автономно управлявани мрежи.