ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ ΕΞΕΛΙΞΗ, ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ, ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ, ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ ΕΞΕΛΙΞΗ, ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ, ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΘΩΜΙΔΟΥ ΜΑΡΙΑ Διπλ. Αγρονόμος Τοπογράφος Μηχανικός Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2007

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία φέρει τον τίτλο «Συστήματα Ελέγχου Κυκλοφορίας: Εξέλιξη, αξιολόγηση, εφαρμογές» και εμπίπτει στο αντικείμενο του μαθήματος «Οργάνωση και Διαχείριση Συστημάτων Κυκλοφορίας και Στάθμευσης και Αστικών Μαζικών Μεταφορών». Το περιεχόμενο της εργασίας αφορά την περιγραφή αρχικά του θεωρητικού υποβάθρου του Σηματοδοτούμενου Ελέγχου Κυκλοφορίας, των βασικών εννοιών, των αρχών λειτουργίας και των μορφών διάκρισης των Συστημάτων Ελέγχου. Στη συνέχεια, περιγράφεται η εξελικτική πορεία των Συστημάτων Ελέγχου στις προηγούμενες δεκαετίες και οι μελλοντικές προοπτικές. Επίσης, αναπτύσσεται η δομή και λειτουργία αντιπροσωπευτικών Συστημάτων κάθε γενιάς, επισημαίνονται διαφορές, πλεονεκτήματα, μειονεκτήματα και παρατίθενται εφαρμογές από διάφορες πόλεις της Ελλάδας και του εξωτερικού, με βάση τις οποίες αξιολογείται η αποτελεσματικότητα των Συστημάτων. Ολοκληρώνοντας με την εργασία αυτή τις υποχρεώσεις παρακολούθησης του «Διατμηματικού Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών στο Σχεδιασμό, Οργάνωση και Διαχείριση Μεταφορών», θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους τους διδάσκοντες για την διάθεση γνώσης, εμπειρίας και χρόνου. Ιδιαιτέρως, ευχαριστώ τον επιβλέποντα καθηγητή μου κ. Γ. Μίντση, για την καθοδήγηση της μελέτης αυτής, με ξεκάθαρες κατευθύνσεις και πνεύμα συνεννόησης, χωρίς επιβάρυνση του φορτίου, καθώς και τα μέλη της εξεταστικής επιτροπής την καθηγήτρια κα. Μ.Πιτσιάβα Λατινοπούλου και τον επίκουρο καθηγητή κ. Σ. Μπάσμπα. Ευχαριστώ επίσης, την οικογένειά μου, το σύζυγό μου Γιώργο και τα παιδιά μου Κατερίνα και Γιάννη για την άνευ όρων υποστήριξη και πίστωση χρόνου, με την υπόσχεση αναπλήρωσης. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ. ABSTRACT ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1.Η μετακίνηση και τα Συστήματα Ελέγχου Κυκλοφορίας 1.2.Τι είναι τα Συστήματα Ελέγχου Κυκλοφορίας (Σ.Ε.Κ.).. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΚΑΙ ΕΝΝΟΙΕΣ ΤΗΣ ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗΣ 2.1.Κύριες αιτίες προϋποθέσεις για τοποθέτηση φωτεινού σηματοδότη 2.2.Χαρακτηριστικά μεγέθη Ορισμοί Κυκλοφοριακή ικανότητα Ροή κορεσμού Κύκλος φάση χρονική μετατόπιση.. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ 3.1.Μορφές σηματοδοτούμενου ελέγχου κυκλοφορίας Εύρος περιοχής ελέγχου συστημάτων Λειτουργικές καταστάσεις των Σ.Ε.Κ Άλλες μορφές διάκρισης των Σ.Ε.Κ Συγκριτική αξιολόγηση καταστάσεων λειτουργίας των Σ.Ε.Κ.. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΠΡΟΤΕΡΑΙΟΤΗΤΑΣ ΕΙΔΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ 4.1.Η απόδοση προτεραιότητας στα Μ.Μ.Μ. μέσω σηματοδότησης. 4.2.Ιστορικά στοιχεία Ορολογία Στρατηγικές Προτεραιότητας Λεωφορείων (Bus Priority Strategies) Η αποτελεσματικότητα των Σ.Π.Λ Η απόδοση προτεραιότητας σε Οχήματα Εκτάκτου Ανάγκης (Selected Vehicle Priority Strategies). ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ 5.1.Η ενσωμάτωση της σηματοδότησης στον Αστικό Έλεγχο Κυκλοφορίας. 5.2.Στόχοι της στρατηγικής διαχείρισης κυκλοφορίας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: Η ΠΡΩΤΗ ΓΕΝΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ 6.1.Οι πρώτοι σηματοδότες. 6.2.Η αυτοματοποίηση των σηματοδοτών Χαρακτηριστικά Συστημάτων Πρώτης Γενιάς Αντιπροσωπευτικά Συστήματα Ελέγχου Πρώτης Γενιάς TRL- MOVA (Microprocessor Optimized Vehicle Actuation) TRANSYT (TRAffic Network StudY Tool) ΜΟΤΙΟΝ (Method for the Optimization of Traffic signals in Online controlled Networks) PASSER (Progression Analysis and Signal System Evaluation Routine) SYNCHRO. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 3

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: Η ΔΕΥΤΕΡΗ ΚΑΙ Η ΤΡΙΤΗ ΓΕΝΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ 7.1. Τα προσαρμοζόμενα Συστήματα Ελέγχου Κυκλοφορίας Αντιπροσωπευτικά Συστήματα Ελέγχου Δεύτερης Γενιάς SCΟΟΤ (Split Cycle and Offset Optimization Technique) SCATS (Sydney Coordinated Adaptive Traffic System) Αντιπροσωπευτικά Συστήματα Ελέγχου Τρίτης Γενιάς OPAC (Optimized Policies for Adaptive Control) RHODES (Real time, Hierarchical, Optimized, Distributed, Effective System) TUC (Traffic- responsive Urban Control). ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: Η ΤΕΤΑΡΤΗ ΓΕΝΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ 8.1. Τα Μελλοντικά Συστήματα Ελέγχου Κυκλοφορίας Οι Νοήμονες Πράκτορες Συστήματα Ελέγχου Κυκλοφορίας βασισμένα σε Πράκτορες Το Σύστημα Πρακτόρων ITSA του πανεπιστημίου του Delft Το Σύστημα «εξασφάλισης» του πανεπιστημίου του Texas Σύστημα προσομοίωσης με πράκτορες με το ORIS. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9: ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10: ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ Εφαρμογές Συστημάτων Σταθερού Χρόνου και Ανταποκρινόμενων Συστημάτων Εφαρμογές του MOTION Εφαρμογή του SIEMENS- SIRTRAFFIC CONCERT στην Αθήνα Εφαρμογή του TASS στην Θεσσαλονίκη Εφαρμογές προσαρμοζόμενων συστημάτων Εφαρμογές του SCOOT Εφαρμογές του SCATS Εφαρμογές του OPAC και του RHODES Εφαρμογές της TUC Αξιολόγηση στρατηγικών προσαρμοζόμενου ελέγχου για της λεωφόρους του New Jersey... ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11: ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ανασκόπηση Συμπεράσματα για τις καταστάσεις λειτουργίας των Σ.Ε.Κ Προβληματισμοί γύρω από την επιλογή Συστήματος Ελέγχου Κυκλοφορίας Γενική τοποθέτηση.. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΙΣΤΟΣΕΛΙΔΕΣ.. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 4

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το πρόβλημα της κυκλοφοριακής συμφόρησης είναι υπό διαρκή συζήτηση εδώ και αρκετά χρόνια, ενώ ειδικοί επιστήμονες και αρμόδιοι φορείς παγκοσμίως, αναζητούν μια πρόσφορη λύση, που θα μεγιστοποιεί την κυκλοφοριακή ικανότητα της υφιστάμενης οδικής υποδομής, θα βελτιστοποιεί την διοχετευτική ρύθμιση της κυκλοφορίας και θα επιτρέπει τη γενικότερη διαχείρισή της, χωρίς να προσβάλει το δικαίωμα και φυσικά την ανάγκη των ανθρώπων για κατοχή και χρήση αυτοκινήτων. Το επιστημονικό πεδίο του Σηματοδοτούμενου Ελέγχου της Κυκλοφορίας, που αποτελεί το αντικείμενο της παρούσας εργασίας, αναπτύχθηκε κατ ανάγκη στις γηραιότερες πόλεις του Δυτικού κόσμου, που πρώτες αντιμετώπισαν φαινόμενα κορεσμού στα οδικά τους δίκτυα. Απασχολεί όμως σήμερα την πλειονότητα των αστικών κέντρων, όπου ο αυξανόμενος αριθμός αυτοκινήτων και μετακινήσεων, το εξωτερικό τους κόστος και η ελαχιστοποίηση της διαθέσιμης γης για νέες υποδομές, επιτάσσουν την λήψη δραστικών μέτρων διαχείρισης της κυκλοφορίας. Στα κεφάλαια που ακολουθούν, αρχικά αναπτύσσεται το θεωρητικό υπόβαθρο των Συστημάτων Ελέγχου Κυκλοφορίας (ορισμοί, αρχές λειτουργίας και μορφές διάκρισης). Στη συνέχεια, περιγράφονται οι τρεις διαδοχικές γενιές που ακολούθησε η εξέλιξή τους μέχρι σήμερα, με την παράθεση αντιπροσωπευτικών συστημάτων κάθε γενιάς. Αναφορά γίνεται και στην επερχόμενη τέταρτη γενιά προηγμένων Συστημάτων Ελέγχου που ενσωματώνουν ιδιότητες άλλων επιστημονικών πεδίων (π.χ. Τεχνητή Νοημοσύνη) προκειμένου να διαχειριστούν την κυκλοφορία αποδοτικότερα. Τέλος, μέσα από τα αποτελέσματα εφαρμογών των Συστημάτων Ελέγχου Κυκλοφορίας ανά τον κόσμο, επιχειρείται η συγκριτική τους αξιολόγηση ως προς την αποτελεσματικότητα τους, την ευελιξία τους στη διαχείριση μεταβαλλόμενων κυκλοφοριακών καταστάσεων και η εκτίμηση τελικά των ωφελειών από την υλοποίηση τέτοιων πολυδάπανων εγκαταστάσεων. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 5

6 ABSTRACT The problem of traffic congestion is being continuously discussed for several years now, whilst special scientists and agencies worldwide seek for a proper solution, which will maximize the efficiency of existing road infrastructure, optimize the progressive channelization of traffic and permit general traffic management, without offending the right and of course, the need of people to own and use cars. The scientific field of Traffic Signal Control (TSC), which is the objective of this thesis, was developed perforce in the oldest cities of the West, who were the first to affront congestion in their road networks. However, it concerns today by necessity, the majority of urban areas globally, where the proliferation of cars and movements, it s increasing externalities and the lack of available soil for building new infrastructures, force for obtaining drastic measures. In the chapters to follow, the theoretical background of Traffic Signal Control is at first deployed (definitions, operation principals and modes of differentiation). Consecutively, the three generations of the TSC s evolution are described, over the quotation of representative systems of each one of them. A reference is also deployed to a rising fourth generation of TSC, which incorporates attributes of other scientific fields (e.g. Artificial Intelligence), in order to manage traffic in the most efficient way. Finally, by lining up the results of various TSC applications around the world, this thesis attempts a comparative evaluation of their efficiency, their flexibility in responding to changing traffic conditions and eventually, the benefits estimation of implementing such costly installations. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 6

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. Η μετακίνηση και τα Συστήματα Ελέγχου Κυκλοφορίας. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες υπήρξαν πάντοτε ισχυρά συσχετισμένες με τη μεταφορά και μετακίνηση. Αφενός, η ανάγκη για μετακίνηση δίνει την ώθηση για δημιουργία νέων υποδομών μεταφοράς και τη διαρκή τεχνολογική εξέλιξη τόσο των μεταφορικών μέσων, όσο και άλλων καινοτόμων εφαρμογών που υποστηρίζουν άμεσα ή έμμεσα τα διάφορα συστήματα μεταφορών. Αφετέρου, η συνεχής αύξηση της προσφοράς στον τομέα των μεταφορών επιδρά στη ζήτηση, γεννώντας νέες μετακινήσεις. Στην πορεία της παγκόσμιας ιστορίας η δημιουργία, η εξέλιξη και συχνά η καταστροφή ή εγκατάλειψη πόλεων στηρίχθηκε στη δυνατότητα πρόσβασης, διασύνδεσης και μεταφορικής εξυπηρέτησης που διέθεταν. Από την εμφάνιση ιδιαίτερα του αυτοκινήτου και την εδραίωσή του στην καθημερινή ζωή του μεγαλύτερου μέρους του παγκόσμιου πληθυσμού (μετά το δεύτερο μισό του προηγούμενου αιώνα), ξεκίνησε μια ατέρμονη εξέλιξη, που πρόσφερε στην ανθρωπότητα οχήματα πολύ υψηλών επιδόσεων και μεγάλης πυκνότητας οδικά δίκτυα, υψηλών προδιαγραφών. Ωστόσο, για πρώτη φορά στην ιστορία συγκοινωνιολόγοι, φορείς δημόσιας διοίκησης και εν τέλει μετακινούμενοι, βρέθηκαν αντιμέτωποι με φαινόμενα συμφόρησης (εντονότερα φυσικά στις αστικές περιοχές) και περιβαλλοντικά προβλήματα που τείνουν να γίνουν αδιέξοδα. Η έννοια της κίνησης/ κυκλοφορίας (traffic) που ορίζονταν από τους μηχανικούς ως η ροή οχημάτων στο δίκτυο, έγινε για τους πολίτες το ακριβώς αντίθετο δηλαδή, συνωστισμένα αυτοκίνητα σε ένα δίκτυο υπερκορεσμένο σε βαθμό ακινησίας, φαινόμενο που σύντομα απέκτησε το δικό του όνομα, κυκλοφοριακή συμφόρηση. Καθώς μάλιστα ο πληθυσμός του πλανήτη συνεχίζει να αυξάνεται ραγδαία, το ίδιο συμβαίνει και στον αριθμό των οχημάτων και των πραγματοποιούμενων μετακινήσεων. Το δεσπόζων πλέον πρόβλημα της συμφόρησης των οδικών δικτύων (κανόνας πλέον για τις μεγαλουπόλεις) προκαλεί στην καλύτερη περίπτωση σοβαρές καθυστερήσεις, με ότι αυτές συνεπάγονται για την παραγωγικότητα των υποδομών και ταυτόχρονα δημιουργεί ανασφαλείς συνθήκες μετακίνησης για τους χρήστες και αυξημένη ρύπανση του περιβάλλοντος. Οι οικονομικοί και πολύ περισσότερο οι φυσικοί πόροι είναι περιορισμένοι, οι ελεύθερες εκτάσεις που έχουν απομείνει είναι όχι μόνο λίγες, αλλά και πολύ ακριβές επομένως, η απάντηση στο πρόβλημα δεν μπορεί πια να δοθεί με νέους δρόμους. Καθίσταται λοιπόν, περισσότερο από ποτέ, αναγκαία η εφαρμογή συστημάτων ελέγχου της κυκλοφορίας (με τη συνδρομή των τηλεπικοινωνιών και της πληροφορικής) με στόχο τη μείωση των στάσεων και των καθυστερήσεων, την ασφαλή και αποδοτική μετακίνηση ανθρώπων και αγαθών, τη βέλτιστη αξιοποίηση των υφιστάμενων υποδομών και ταυτόχρονα τη μείωση του εξωτερικού κόστους των οδικών μεταφορών. Έτσι, η προσπάθεια των επιστημόνων που ξεκίνησε με την απλή διευθέτηση της κυκλοφορίας μεταξύ των ανταγωνιστικών ρευμάτων μέσω σηματοδοτών, σήμερα αποσκοπεί στην ανάπτυξη ολοκληρωμένων συστημάτων ελέγχου της κυκλοφοριακής ροής, με χρήση προηγμένου και δαπανηρού εξοπλισμού, πολύπλοκων αλγορίθμων και δεδομένων που λαμβάνονται σε πραγματικό χρόνο. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 7

8 1.2. Τι είναι τα Συστήματα Ελέγχου Κυκλοφορίας (Σ.Ε.Κ.). Ο σηματοδοτούμενος έλεγχος της κυκλοφορίας αποσκοπεί στην κατανομή του χρόνου μεταξύ ανταγωνιστικών κινήσεων (όλων των χρηστών δηλαδή μηχανοκίνητων οχημάτων, πεζών, ποδηλάτων), στο διαθέσιμο χώρο του οδικού δικτύου (είτε πρόκειται για μεμονωμένη διασταύρωση, αρτηρία ή ευρύτερο δίκτυο), με τρόπο ασφαλή, αποτελεσματικό και δίκαιο. Αυτό, επιτυγχάνεται με το συντονισμό ενός αριθμού σηματοδοτών σε μια περιοχή με στόχο τη μείωση των συνεπειών του ανταγωνισμού της κυκλοφορίας, που εκδηλώνεται με καθυστερήσεις, στάσεις και ατυχήματα. Η κυκλοφοριακή ροή διοχετεύεται με αυστηρά ελεγχόμενο τρόπο, με την εφαρμογή ενός Συστήματος Ελέγχου Κυκλοφορίας, του οποίου ο βαθμός συνθετότητας εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του δικτύου και τα μετρούμενα μεγέθη που αντικατοπτρίζουν τις κυκλοφοριακές συνθήκες. Πρόκειται για ένα υπολογιστικό μηχανισμό, πολύπλοκο ή απλό, που ρυθμίζει τις ενέργειες των οδηγών, δίνοντας τους πράσινο φως. Τα βήματα «σταματώ», «ξεκινώ», «στρίβω», «προχωρώ» υποδεικνύονται ως οδηγίες προς εφαρμογή, πέραν των κανόνων προς εφαρμογή. Η μέχρι σήμερα εξέλιξη των Σ.Ε.Κ. πέρασε από τρία διακριτά στάδια (γενιές συστημάτων). Στην πρώτη γενιά ο έλεγχος στηρίζονταν σε ιστορικά δεδομένα, αξιόπιστα τόσο, όσο και η τελευταία κυκλοφοριακή έρευνα. Στη δεύτερη γενιά η χρήση ανιχνευτών παρέχει τη δυνατότητα μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο, για τον υπολογισμό πιο ενημερωμένων πλάνων σηματοδότησης. Στην τρίτη γενιά η διαδικασία γίνεται ταχύτερη, και υπάρχει η δυνατότητα πρόβλεψης των κυκλοφοριακών συνθηκών, ώστε τα πλάνα σηματοδότησης να υπολογίζονται εκ των προτέρων και να εφαρμόζονται τη στιγμή που ανταποκρίνονται καλύτερα στις τρέχουσες συνθήκες. Σήμερα ήδη γίνεται λόγος για μια ανερχόμενη τέταρτη γενιά Σ.Ε.Κ., βασισμένη στις αρχές της τεχνητής νοημοσύνης. Στόχος αυτών των πειραματικών ακόμα συστημάτων είναι να παρέχουν τη δυνατότητα αυτόνομου ελέγχου της κυκλοφορίας σε τοπικό επίπεδο, χωρίς να απαιτείται συντονισμός σηματοδοτών. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 8

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΚΑΙ ΕΝΝΟΙΕΣ ΤΗΣ ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗΣ 2.1. Κύριες αιτίες προϋποθέσεις για τοποθέτηση φωτεινού σηματοδότη. [1, 45] Ελάχιστος κυκλοφοριακός φόρτος: Η απόφαση τοποθέτησης ή όχι φωτεινού σηματοδότη εξαρτάται κύρια από τους φόρτους των διασταυρούμενων ρευμάτων (που μετρούνται συνήθως στη βάση του 8ώρου μιας τυπικής ημέρας). Διακοπή συνεχούς κυκλοφορίας: Οδηγεί στη σηματοδότηση ενός κόμβου, όταν οι δευτερεύουσες οδοί υπόκεινται σε αδικαιολόγητες καθυστερήσεις ή κίνδυνο, λόγω υψηλού φόρτου στης κύρια οδού. Ελάχιστος φόρτος πεζών: π.χ. περισσότεροι από 100 πεζοί/ ώρα στην κύρια οδό, στη διάρκεια ενός τετράωρου ή >190 πεζοί στη διάρκεια οποιασδήποτε ώρας της ημέρας. Σχολική διάβαση: Όταν ο αριθμός των αποδεκτών κενών για διάσχιση της οδού, στις χρονικές περιόδους διέλευσης των παιδιών, είναι μικρότερος από τα λεπτά της ίδιας περιόδου (δηλ. λιγότερο από ένα κενό ανά λεπτό). Προοδευτική κίνηση: Η διατήρηση της προοδευτικής κίνησης των οχημάτων απαιτεί, σε ορισμένες περιπτώσεις, την εγκατάσταση σηματοδότησης και αυτό για να διατηρηθεί ο κατάλληλος σχηματισμός (διμοιρίες οχημάτων), ακόμα και αν οι φόρτοι που σημειώνονται δεν την δικαιολογούν (συνήθως όταν υπάρχει βαριά κίνηση προς τη μια κατεύθυνση της κύριας οδού). Ατυχήματα: Εάν σημειώνονται πολλά ατυχήματα και άλλες ενέργειες έχουν αποτύχει. Σημειώνεται ότι, οι σηματοδότες μπορούν να μειώσουν τα ατυχήματα λόγω διάσχισης ή αριστερών στροφών, αυξάνουν όμως άλλου τύπου ατυχήματα (rear end collisions). Σύστημα οδών: Λόγοι διατήρησης της ακεραιότητας του συστήματος για μελλοντικές κυκλοφοριακές συνθήκες. Συνδυασμός προϋποθέσεων Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 9

10 2.2. Χαρακτηριστικά μεγέθη Ορισμοί Κυκλοφοριακή ικανότητα Ροή κορεσμού. [1,43] Η κυκλοφοριακή ικανότητα (capacity) ενός σηματοδοτούμενου κόμβου, είναι ανεξάρτητη από τη ζήτηση, επηρεάζεται όμως από τη γεωμετρία του, τη σύνθεση της κυκλοφορίας και το πλάνο σηματορρύθμισης που εφαρμόζεται. Προσδιορίζεται δηλαδή, ως ο μέγιστος αριθμός οχημάτων που μπορούν να περάσουν, από κάθε ομάδα λωρίδων που εξυπηρετείται από κοινού (φάση), στο χρόνο πρασίνου που της αποδίδεται. Ρυθμός ροής Ο ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΣΥΜΦΟΡΗΣΗΣ Ζήτηση > Χωρητικότητα Ζήτηση Χωρητικότητα Παρατηρούμενη ροή 8ðì 5μμ Σχήμα 2.1: Το φαινόμενο της συμφόρησης [45] Στο παραπάνω σχήμα παρατηρούμε πώς προκύπτει η συμφόρηση σε ένα οδικό δίκτυο, καθώς η κυκλοφοριακή ικανότητα είναι σταθερό μέγεθος, ενώ η ζήτηση παρουσιάζει αιχμές στη διάρκεια της ημέρας. Η μαθηματική έκφραση της κυκλοφοριακής ικανότητας σηματοδοτούμενου κόμβου είναι: t c i = s i (g i / C) ( σχέση 2.1.) όπου g i = ο χρόνος πράσινης ένδειξης C = ο χρόνος του κύκλου σηματοδότησης s i = ή ροή κορεσμού, που ορίζεται ως ο μέγιστος ρυθμός ροής που μπορεί να περάσει από μια δοσμένη πρόσβαση κόμβου ή ομάδα λωρίδων, υπό τις επικρατούσες κυκλοφοριακές συνθήκες, με την παραδοχή 100% χρησιμοποιούμενου χρόνου πρασίνου (veh/ h χρησιμοποιούμενης πράσινης ένδειξης). [3] Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 10

11 Κύκλος φάση χρονική μετατόπιση. [1,43,6] Ολόκληρη η φιλοσοφία των συστημάτων σηματοδότησης, τουλάχιστον όσων εφαρμόζονται μέχρι σήμερα, ενσωματώνεται σε τρεις χαρακτηριστικές έννοιες, αυτές του κύκλου σηματοδότησης (περίοδος), της φάσης (και της σχετικής έννοιας του σταδίου) και της χρονικής μετατόπισης. Ο τρόπος που κάθε σύστημα θεωρεί, υπολογίζει, επιλέγει τη διάρκεια και την εναλλαγή των παραμέτρων αυτών αποτελεί το χαρακτηριστικό, που το κατατάσσει σε κάποια γενιά και κατηγορία συστημάτων σηματοδοτούμενου ελέγχου κυκλοφορίας, όπως αυτές θα περιγραφούν στη συνέχεια. Η χρονική διάρκεια που απαιτείται για μια πλήρη διαδοχή ενδείξεων των σηματοδοτών ονομάζεται κύκλος ή περίοδος σηματοδότησης (cycle) και όσο μεγαλύτερη είναι, τόσο περισσότερα οχήματα εξυπηρετούνται ανά ώρα, ενώ μεγαλύτερες είναι και οι καθυστερήσεις, λόγω αυξημένων χρόνων αναμονής. Η συνήθης διάρκεια ενός κύκλου κυμαίνεται μεταξύ 50 και 70 sec, ενώ σε περίπτωση μεγάλων κυκλοφοριακών φόρτων μπορεί να φτάσει μέχρι και 120 sec. ΚΑΘΥΣΤΕΡΗΣΗ πολύ μικρή ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΚΥΚΛΟΥ βέλτιστη πολύ μεγάλη Σχήμα 2.2: Η καθυστέρηση σαν συνάρτηση της περιόδου σηματοδότησης [43] Η βέλτιστη διάρκεια περιόδου σηματοδότησης (που δίνει τις ελάχιστες καθυστερήσεις και τις υψηλότερες στάθμες εξυπηρέτησης) υπολογίστηκε από τους Webster Cobbe και στηρίζεται στην εκτίμηση της τιμής y, που ορίζεται ως ο λόγος του εξυπηρετούμενου φόρτου προς την αντίστοιχη ροή κορεσμού, δηλαδή y=v /s. Επίσης, ορίζεται το άθροισμα για όλο τον κόμβο των τιμών y της κάθε φάσης Y=Σy. Προφανώς, αν Υ>1, τότε ο εξεταζόμενος κόμβος θα έχει ανεπαρκή κυκλοφοριακή ικανότητα, όποιο χρονικό πλάνο κι αν εφαρμοστεί οπότε, στη μέθοδο Webster προτείνεται μια «πρακτική» μέγιστη τιμή του Υ, για το 90% της μέγιστης πιθανής ροής που είναι ίση με Υ prac = 0,9 [1- (L/c)] όπου L, o συνολικός απολυμένος χρόνος ανά περίοδο, δηλαδή το σύνολο των απολυμένων χρόνων για κάθε φάση συν τη διάρκεια της τυχόν καθολικής ένδειξης. Για την παραπάνω τιμή του Υ υπολογίζεται η «πρακτικά ελάχιστη περίοδος» C prac = 0,9L / (0,9-Y) [6] Η ελάχιστη διάρκεια περιόδου σηματοδότησης είναι C min = L / (1-Y) ( σχέση 2.2.) Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 11

12 Η βέλτιστη διάρκεια περιόδου σηματοδότησης είναι C o = (1.5L+5) / (1-Y) ( σχέση 2.3.) Όταν η διάρκεια κύκλου που εφαρμόζεται στη σηματοδότηση βρίσκεται εντός του εύρους τιμών 0,75C o C 1,5C o, τότε οι καθυστερήσεις δεν υπερβαίνουν το 20% αυτών που παράγει η βέλτιστη περίοδος. Αυτή η διαπίστωση είναι ιδιαίτερα σημαντική στις περιπτώσεις συντονισμένης σηματοδότησης, όπου εφαρμόζεται κοινή περίοδος σε όλους τους γειτονικούς κόμβους. [6] Η φάση (phase) είναι το τμήμα της περιόδου στο οποίο δίδεται προτεραιότητα σε ένα συνδυασμό κινήσεων. Σύμφωνα με έναν άλλο ορισμό, είναι το σύνολο των συνθηκών που καθορίζει τις αναμονές και κινήσεις ενός ή περισσότερων κυκλοφοριακών ρευμάτων στη διάρκεια του κύκλου. Οι φάσεις συμβολίζονται με γράμματα επί του διαγράμματος διαδοχής των φάσεων, ξεκινώντας συνήθως από την κύρια οδό ή τη Νότια πρόσβαση και ακολουθώντας κυκλική πορεία. [6] Intergreens ΦΑΣΗ a a a b c d ΚΥΚΛΟΣ / CYCLE c c ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΦΑΣΕΩΝ STAGE 1 STAGE 2 STAGE 3 b d Σχήμα 2.3:. Διάγραμμα διαδοχής φάσεων Ο αριθμός των φάσεων εξαρτάται από το πλήθος και μέγεθος των κυκλοφοριακών ρευμάτων του κόμβου και γίνεται πάντοτε προσπάθεια περιορισμού του στις ελάχιστες απαιτούμενες φάσεις, με από κοινού εξυπηρέτηση όσο το δυνατόν περισσότερων κινήσεων, προκειμένου να μειωθούν οι καθυστερήσεις λόγω περιττών φάσεων. Για τον ίδιο λόγο (μείωση καθυστερήσεων) ή ακόμα και για λόγους ασφαλείας σε έκτακτες περιπτώσεις, ορισμένες φάσεις μπορεί να παραλειφθούν, αν δεν κρίνονται απαραίτητες. Ένα στάδιο (stage) ξεκινά στο σημείο όπου, όλες οι φάσεις που θα έχουν προτεραιότητα στη διάρκειά της λαμβάνουν πράσινη ένδειξη και οι υπόλοιπες κόκκινη. Τελειώνει στο σημείο όπου, η πρώτη φάση χάνει την προτεραιότητα. Συνεπώς, μπορεί να θεωρηθεί ότι υπάρχουν ενδιάμεσα στάδια (inter stage periods) στα οποία, κάποιες κινήσεις μπορεί να διακοπούν ή να αρχίσουν πρόωρα, για να εξυπηρετηθούν οι αριστερές στροφές. Στην περίπτωση αυτή γίνεται λόγος για πρόωρη διακοπή (early cut-off) ή καθυστερημένη έναρξη (late release ή leading green. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 12

13 Για παράδειγμα, σε ένα συνήθη κόμβο τεσσάρων προσβάσεων, όπου συμβατικά θεωρούμε τέσσερις φάσεις A, B, C, και D από τη Νότια κατεύθυνση και ακολουθώντας τη φορά των δεικτών του ρολογιού, το διάγραμμα σηματορρύθμισης θα είναι το ακόλουθο: Σχήμα 2.4: Διάγραμμα σηματορρύθμισης [6] Ως χρονική μετατόπιση (Offset) ορίζεται ο χρόνος σε δευτερόλεπτα ή σε ποσοστό της περιόδου, που μεσολαβεί από την έναρξη της πράσινης ένδειξης στον πρώτο από μια σειρά σηματοδοτούμενων κόμβων μέχρι την έναρξη της πράσινης ένδειξης στον επόμενο σηματοδότη. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 13

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ 3.1. Μορφές σηματοδοτούμενου ελέγχου κυκλοφορίας. [5, 8] Παρά το γεγονός ότι η βελτιστοποίηση της λειτουργίας ενός οδικού δικτύου ήδη έχει ήδη εκφραστεί, η υλοποίησή της σε πραγματικό χρόνο σε ένα ελεγχόμενο κύκλωμα, αντιμετωπίζει αξεπέραστες δυσκολίες. Οι εναλλαγές κόκκινης πράσινης ένδειξης απαιτούν την εισαγωγή δυαδικών μεταβλητών, που να αποδίδουν συνδυαστικά το πρόβλημα της βελτιστοποίησης. Το μέγεθος του προβλήματος για ολόκληρο δίκτυο είναι πολύ μεγάλο. Απρόβλεπτες και μη μετρήσιμες διαταραχές (περιστατικά, διαβάσεις πεζών, κλεισίματα διασταυρώσεων κ.λ.π.) επηρεάζουν τη ροή. Οι μετρήσεις κυκλοφοριακών συνθηκών εφαρμόζονται κυρίως τοπικά και με μεγάλες ασάφειες, για διάφορες λόγους. Υπάρχουν στενά χρονικά περιθώρια (π.χ. η λήψη απόφασης στα προηγμένα συστήματα πραγματοποιείται εντός λίγων δευτερολέπτων). Συνδυασμοί των παραπάνω δυσκολιών, καθιστούν το πρόβλημα δυσεπίλυτο για περισσότερους του ενός κόμβους και επιβάλουν στρατηγικές ελέγχου, οι οποίες ανάλογα με την περίπτωση εισάγουν απλουστεύσεις διαφόρων ειδών ή αντιμετωπίζουν μέρος μόνο του προβλήματος, διαχειριζόμενες φάσεις, κατανομή χρόνου πράσινης ένδειξης στις διαδοχικές φάσεις (splits) και βελτιστοποιώντας περιόδους (cycles) και χρονικές μετατοπίσεις (offsets) Εύρος περιοχής ελέγχου συστημάτων. [1,5,8] Η κατηγοριοποίηση των Συστημάτων Ελέγχου Κυκλοφορίας μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους. Ο πρώτος αφορά την περιοχή επιρροής του συστήματος. Ανάλογα με το εύρος αυτής, διακρίνουμε: 1. Έλεγχο μεμονωμένης διασταύρωσης: Ένας σηματοδότης λειτουργεί μεμονωμένα χωρίς να αλληλεπιδρά με άλλους γειτονικούς, σε κατάσταση λειτουργίας που μπορεί να είναι προκαθορισμένη (pre timed), επενεργούμενη (actuated) από την κυκλοφορία ή ανταποκρινόμενη (demand responsive) προς αυτήν. Σε κάθε περίπτωση ωστόσο, λαμβάνονται υπόψη μόνο οι τοπικές κυκλοφοριακές συνθήκες, στις άμεσες προσβάσεις του κόμβου. 2. Αρτηριακό Έλεγχο: Δύο ή περισσότεροι σηματοδότες, οι οποίοι βρίσκονται κατά μήκος μιας αρτηριακής οδού, λειτουργούν συντονισμένα με σκοπό την ομαλή διοχέτευση της κυκλοφοριακής ροής κατά μήκος αυτής. Η κατάσταση λειτουργίας και σε αυτή την περίπτωση μπορεί να είναι προκαθορισμένου χρόνου, μπορεί όμως να είναι και προσαρμοζόμενη (adaptive) στην κυκλοφορία, λειτουργία που παρέχουν τα πλέον προηγμένα σήμερα Συστήματα Ελέγχου. Στην περίπτωση αρτηριακού ελέγχου προκαθορισμένου χρόνου, ο συντονισμός επιτυγχάνεται με εφαρμογή κοινής περιόδου σηματοδότησης και κατάλληλων offsets, σε όλους τους Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 14

15 κόμβους. Η κοινή περίοδος διασφαλίζει ότι οι σηματοδότες θα παραμείνουν συντονισμένοι και ότι το πράσινο κύμα που ορίζουν τα offsets θα εμφανίζεται σε κάθε κύκλο. Προκειμένου για επενεργούμενο αρτηριακό έλεγχο η λειτουργία είναι ανάλογη, με σταθερούς κύκλους και χρονικές μετατοπίσεις, προσφέρεται ωστόσο μεγαλύτερη ευελιξία, καθώς οι μη συντονισμένες φάσεις (των δευτερευουσών προσβάσεων και αριστερών στροφών), μπορούν να παραλειφθούν ή να παραταθούν ανάλογα με τη ζήτηση. Οι συντονισμένες φάσεις πρέπει να έχουν πάντοτε πράσινη ένδειξη σε συγκεκριμένους χρόνους και για επίσης ορισμένη διάρκεια του κύκλου έτσι, ώστε να διατηρείται το πράσινο κύμα. Τέλος, στη λογική του προσαρμοζόμενου αρτηριακού ελέγχου, γίνεται βελτιστοποίηση, εισάγοντας δεδομένα για έναν ολόκληρο «διάδρομο», παρά για έναν μεμονωμένο κόμβο. Έτσι μπορεί να εφαρμοστεί μια πιο αποτελεσματική στρατηγική, για παράδειγμα να προβλεφθεί η ζήτηση σε ένα κόμβο, με βάση τη λειτουργία του σηματοδότη στην προηγούμενη διασταύρωση, προβλέποντας δηλαδή την άφιξη μιας ομάδας οχημάτων που απελευθερώθηκε ανάντη του κόμβου. 3. Έλεγχο Δικτύου: Είναι η ευρύτερη στρατηγική ελέγχου, καθώς θεωρεί την απόδοση του δικτύου ως ένα σύνολο, σε ότι αφορά την ολοκλήρωση του σηματοδοτούμενου ελέγχου. Συχνά, αποτελεί επέκταση μιας εφαρμογής αρτηριακού ελέγχου, που στοχεύει στη συντονισμένη διοχέτευση της κυκλοφορίας προς όλες τις κατευθύνσεις. Ένα πλήθος σηματοδοτών μπορεί να συντονίσει την κυκλοφοριακή ροή σε μεγάλο αριθμό διασταυρώσεων, εφαρμόζοντας τον έλεγχο της κυκλοφορίας σε ευρύτερες αστικές περιοχές. Αυτή η μορφή ελέγχου θα μπορούσε να αποδειχθεί πολύ αποτελεσματική σε περιπτώσεις όπως, για παράδειγμα, σε ένα αστικό δίκτυο με μορφή καννάβου, όπου καμία κατεύθυνση δεν μπορεί να χαρακτηριστεί ως κυρίαρχη. Σε ένα τέτοιο περιβάλλον, τόσο ο προκαθορισμένος όσο και ο επενεργούμενος έλεγχος θα μπορούσαν εύκολα να εφαρμοστούν παρέχοντας περιορισμένη προώθηση της κυκλοφορίας σε πολλαπλές κατευθύνσεις. Από την άλλη πλευρά, μια στρατηγική προσαρμοζόμενου ελέγχου στο εύρος ενός δικτύου συνεπάγεται μεγέθυνση του προβλήματος της βελτιστοποίησης, ενώ η επίλυσή του σε πραγματικό χρόνο συνεπάγεται υπέρ εντατική υπολογιστική διαδικασία. Για το λόγο αυτό, οι αλγόριθμοι και οι στρατηγικές δικτυακού προσαρμοζόμενου ελέγχου βρίσκονται σε μεγάλο βαθμό υπό ανάπτυξη. Στρατηγική ελέγχου Μεμονωμένη διασταύρωση Εμβέλεια ελέγχου Συντονισμός αρτηρίας Έλεγχος Δικτύου Προκαθορισμένη Επενεργούμενη Προσαρμοζόμενη Σχήμα 3.1. Μορφές ελέγχου κυκλοφορίας [8] Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 15

16 Λειτουργικές καταστάσεις των Σ.Ε.Κ. [1,4,5,8,44] Μια άλλη διάκριση των συστημάτων γίνεται, με βάση τον τρόπο που ανταποκρίνονται στις τοπικές κυκλοφοριακές συνθήκες της περιοχής ελέγχου. Διακρίνονται οι ακόλουθες καταστάσεις λειτουργίας: 1. Προκαθορισμένη (pre- timed): Πρόκειται για την πιο βασική μορφή ελέγχου που υπάρχει. Το σύστημα διαθέτει μια βιβλιοθήκη έτοιμων πλάνων σηματοδότησης, βασισμένων σε ιστορικά δεδομένα. Μια χειροκίνητη, εσωτερική, «ωρολογιακή» ρύθμιση επιβάλει την εναλλαγή των πλάνων, με προκαθορισμένο τρόπο, στη διάρκεια της ημέρας (πρωινή/ απογευματινή αιχμή και ώρες εκτός αιχμής). Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται κυκλικά, ώσπου να ενημερωθεί εκ νέου η βιβλιοθήκη με αναβαθμισμένα πλάνα, με χειροκίνητο πάλι τρόπο. Τα συστήματα αυτά λειτουργούν χωρίς να λαμβάνουν υπόψη τυχόν διακυμάνσεις της ζήτησης. Η ιδιότητα αυτή σε συνδυασμό με τη μονοτονία αυτών των συστημάτων, περιορίζουν την καταλληλότητα της χρήσης τους σε θέσεις με προβλέψιμη και όχι ιδιαίτερα μεγάλη ζήτηση. 2. Συντονισμένη σηματοδότηση (coordinated) Σχήματα ακολουθίας (progression schemes): Η κατηγορία αυτή συστημάτων στηρίζεται στην έννοια του πράσινου κύματος (green wave), το συντονισμό δηλαδή μιας σειράς σηματοδοτών (συνήθως τρεις οι περισσότεροι) με σκοπό να επιτρέψουν συνεχόμενη κυκλοφοριακή ροή μέσω αρκετών σηματοδοτών, κατά μήκος μιας κύριας οδού, χωρίς την παρεμβολή κόκκινων ενδείξεων. Στο διάγραμμα χρόνου απόστασης που ακολουθεί, οι κατακόρυφες ταινίες αντιστοιχούν στις ενδείξεις διαδοχικών σηματοδοτών, όπως αυτές εναλλάσσονται στο χρόνο. Με τη βοήθεια ενός τέτοιου διαγράμματος μπορούν να υπολογιστούν οι χρονικές μετατοπίσεις (offsets) έτσι ώστε να προσφέρουν πράσινο κύμα στην επικρατούσα κυκλοφοριακή ροή. Σχήμα 3.2: Πράσινο κύμα στη συντονισμένη σηματοδότηση[8] Στην ιδανική περίπτωση, οι μόνες φορές που θα χρειαστεί κάποιος να σταματήσει θα είναι όταν θα χρειαστεί να στρίψει σε άλλη οδό ή όταν θα οδηγεί πολύ γρήγορα ή πολύ αργά. Ο συντονισμός μπορεί να γίνει με τρόπο που να παρέχει προοδευτική διοχέτευση της κυκλοφορίας όχι μόνο στη μία, αλλά και στις δύο κατευθύνσεις. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 16

17 Σχήμα 3.3: Πράσινο κύμα στις δύο κατευθύνσεις οδού [8] Ειδικότερα, μπορούν να εφαρμοστούν οι ακόλουθοι τύποι ακολουθίας: Ταυτόχρονη (simultaneous): Κοινή περίοδος και ταυτόχρονη έναρξη της πράσινης ένδειξης σε όλους τους σηματοδότες του διαδρόμου. Τα οχήματα ξεκινούν ταυτόχρονα και προωθούνται κατά μήκος της οδού, μέχρι να υποχρεωθούν με κόκκινη ένδειξη να σταματήσουν, ταυτόχρονα και πάλι, προκειμένου να εξυπηρετηθούν και οι δευτερεύουσες κινήσεις. Ο τύπος αυτός ενδείκνυται, για ομοιόμορφα διατεταγμένες διασταυρώσεις, με μικρές ενδιάμεσες αποστάσεις της τάξης των m. Εναλλασσόμενη (Alternate): Κοινή περίοδος και αντίθετη ένδειξη για κάθε δεύτερο σηματοδότη (ή ομάδα σηματοδοτών). Κατάλληλη για ομοιόμορφα διατεταγμένους κόμβους, ανά m, με σκοπό την κάλυψη της απόστασης μεταξύ διαδοχικών διασταυρώσεων, στο μισό της περιόδου. Επίσης, υπάρχει και η διπλή εναλλασσόμενη ακολουθία, όπου οι ενδείξεις είναι αντίθετες ανά δύο διαδοχικά ζεύγη κόμβων. Περιορισμένη ή απλή (Limited or simple): Εφαρμόζεται όταν η διάταξη μεταξύ των διασταυρώσεων, αλλά και η κυκλοφοριακή ροή στη διάρκεια της ημέρας, δεν είναι ομοιόμορφη. Στην περίπτωση αυτή η διάρκεια χρονικής περιόδου είναι κοινή, ωστόσο η χρονική μετατόπιση(offset) σε κάθε διασταύρωση διαφέρει άρα και η σχέση των ενδείξεων μεταξύ των σηματοδοτών ποικίλει. Ευέλικτη (Flexible): Η διαφορά της από την απλή είναι ότι, εκτός από τις διαφορετικές χρονικές μετατοπίσεις μεταξύ των διασταυρώσεων, η διάρκεια της κοινής χρονικής περιόδου μπορεί επίσης να αλλάξει, ώστε να αντανακλά τα μεταβαλλόμενα κυκλοφοριακά μοτίβα. 3. Επενεργούμενη (actuated): Σε αυτή τη μορφή ελέγχου, οι διάρκειες των φάσεων καθορίζονται με βάση τη ζήτηση που καταγράφεται στις προσβάσεις του κόμβου, μέσω ανιχνευτών (συνήθως επαγωγικών βρόγχων). Ο σηματοδότης ενεργοποιείται με την ανίχνευση κίνησης οχημάτων σε κάποιο κλάδο, δίνοντας του προτεραιότητα. Επίσης, μπορεί να παραλείψει τη φάση που δίνει προτεραιότητα σε μια κίνηση, εφόσον δεν ανιχνεύονται οχήματα στη συγκεκριμένη πρόσβαση. Όταν παρατηρούνται ουρές αναμονής και στις δύο προσβάσεις, τότε ο σηματοδότης επανέρχεται στην προκαθορισμένη λειτουργία. Ο χρόνος πρασίνου για κάθε πρόσβαση μπορεί να ποικίλει μεταξύ κάποιας ελάχιστης και κάποιας μέγιστης διάρκειας ανάλογα με την κυκλοφορία. Το σύστημα έχει την δυνατότητα να παρατείνει τη διάρκεια της πράσινης ένδειξης, πέραν της προκαθορισμένης τιμής, Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 17

18 διευκολύνοντας για παράδειγμα ένα όχημα που προσεγγίζει το σηματοδότη, ο οποίος πρόκειται να αλλάξει σε κίτρινη ένδειξη, να περάσει τη διασταύρωση. Στο ακόλουθο σχήμα φαίνεται πώς μπορεί να παραταθεί ο χρόνος πρασίνου σε ένα σύστημα επενεργούμενου ελέγχου. Οι παράμετροι που υπεισέρχονται είναι η ελάχιστη και η μέγιστη διάρκεια πρασίνου και η διάρκεια της παράτασης. Ανεξαρτήτως της ζήτησης, το πράσινο διατηρείται τουλάχιστον για την προκαθορισμένη ελάχιστη διάρκεια. Αν ανιχνευτεί κάποιο όχημα και ο χρόνος πρασίνου που απομένει είναι λιγότερος από το χρόνο παράτασης, η ένδειξη παρατείνεται από τη στιγμή της επενέργειας για διάστημα ίσο με αυτό της προβλεπόμενης παράτασης. Αυτό, μπορεί να επαναλαμβάνεται, όπως φαίνεται στο σχήμα, με το τέλος της ένδειξης να καθυστερεί, για το ίδιο διάστημα για κάθε επενέργεια. Η ένδειξη θα τερματιστεί είτε όταν δεν προκύπτει νέα επενέργεια, δηλαδή δεν ανιχνεύονται πλέον οχήματα, στη διάρκεια της τελευταίας παράτασης, είτε όταν η προκαθορισμένη μέγιστη διάρκεια πρασίνου παρέλθει. Σχήμα 3.4: Παράταση διάρκειας πράσινης ένδειξης σε φάση επενέργειας [8] Ο χρόνος παράτασης συχνά αναφέρεται ως διάκενο (gap time), γιατί επιβάλλεται όταν το όχημα έχει χρονικό κενό από το προηγούμενο, μικρότερο από την τιμή αυτή. Συνήθως ισούται με το χρόνο διαδρομής από το σημείο ανίχνευσης μέχρι τη διασταύρωση, ώστε να επαρκεί ακριβώς, για την διέλευση του οχήματος που ανιχνεύεται. Μπορεί ωστόσο, να κυμαίνεται και ως συνάρτηση του εναπομένοντος χρόνου πρασίνου μειώνοντας τη διάρκεια παράτασης, καθώς ο μέγιστος επιτρεπόμενος χρόνος προσεγγίζεται. Αυτό συνήθως γίνεται σε περιπτώσεις που οι ανιχνευτές τοποθετούνται μακριά από τη διασταύρωση, οπότε απαιτείται μεγαλύτερη διάρκεια παράτασης στην αρχή της φάσης για να διασφαλιστεί η ασφαλής διέλευση των οχημάτων, ενώ μια βραχύτερη παράταση είναι επαρκής πλησιάζοντας στο τέλος της φάσης. Το επόμενο σχήμα αποδίδει αυτή τη μείωση του διάκενου. Σχήμα 3.5: Παράδειγμα φθίνουσας συνάρτησης της παράτασης πρασίνου [8] Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 18

19 Η αυτονομία που παρέχεται από αυτής της μορφής τα συστήματα προφανώς, είναι κατάλληλη για τοπική μόνο εφαρμογή, γιατί σε μεγαλύτερο εύρος ενός δικτύου θα προκαλούσε μεγάλα προβλήματα και καθυστερήσεις. Διακρίνονται δύο περιπτώσεις επενεργούμενου ελέγχου: Ημι- επενεργούμενος (semi- actuated): Είναι καταλληλότερος για τοποθεσίες, όπου η δευτερεύουσα οδός χαρακτηρίζεται από μικρό όγκο κυκλοφορίας. Η πράσινη ένδειξη στην κύρια οδό διατηρείται, εκτός και αν ανιχνευτεί κάποια ζήτηση σε κάποια δευτερεύουσα πρόσβαση. Τότε, η πρόσβαση αυτή λαμβάνει προτεραιότητα και μόλις εξυπηρετηθεί (δηλαδή δεν ανιχνεύονται άλλα οχήματα) η προτεραιότητα επιστρέφει στην κύρια οδό. Το ίδιο θα συμβεί και στην περίπτωση που εξακολουθούν να υπάρχουν οχήματα στη δευτερεύουσα οδό, το ανώτατο όμως χρονικό όριο, για την εξυπηρέτηση αυτής, έχει ξεπεραστεί. Πλήρως επενεργούμενος (full actuated): Εφαρμόζεται σε περιπτώσεις με λιγότερο προβλέψιμες αναλογίες ζήτησης στους κλάδους μιας διασταύρωσης. Τοποθετούνται ανιχνευτές σε όλες τις προσβάσεις του κόμβου, για τη μέτρηση της κυκλοφοριακής ροής. Ανάλογα με την παρατηρούμενη ζήτηση σε κάθε διασταυρούμενη οδό, ρυθμίζεται η προτεραιότητα των κινήσεων. 4. Ανταποκρινόμενη στην κυκλοφορία (traffic responsive): Η μορφή αυτή λειτουργίας βρίσκει εφαρμογή σε όλα τα επίπεδα ελέγχου (μεμονωμένη διασταύρωση, αρτηρία ή δίκτυο), καθώς σε κατάσταση ανταπόκρισης στην κυκλοφορία μπορεί να λειτουργεί ένας μεμονωμένος σηματοδότης ή ένα δίκτυο σηματοδοτών. Οι πληροφορίες (inputs) που λαμβάνονται από τους ανιχνευτές, αποδίδουν την τρέχουσα κυκλοφοριακή κατάσταση και χρησιμοποιούνται από το σύστημα, προκειμένου να επιλεγεί το καταλληλότερο χρονικό πλάνο σηματοδότησης, για τις συνθήκες αυτές, από μία βιβλιοθήκη έτοιμων διαφορετικών πλάνων. Η διαδικασία αυτή επιλογής κατάλληλου πλάνου σηματοδότησης επαναλαμβάνεται κάθε 15 λεπτά περίπου. Συνεπώς, ο έλεγχος με ανταπόκριση στην κυκλοφορία είναι αφενός επενεργούμενος (γιατί ανταποκρίνεται στην τρέχουσα ζήτηση), αφετέρου έχει την ιδιότητα να κάνει αντιστοίχηση μοτίβου (pattern matching), συγκρίνοντας τα τρέχοντα δεδομένα που λαμβάνει με τα αποθηκευμένα κυκλοφοριακά προφίλ που διαθέτει. 5. Προσαρμοζόμενη στην κυκλοφορία (adaptive control): Όπως και τα προηγούμενα (επενεργούμενα και ανταποκρινόμενα) συστήματα, απαντούν στην τρέχουσα ζήτηση, η λογική τους όμως μπορεί να διαχειριστεί περισσότερες παραμέτρους, παρά να μεταβάλλει απλά τη διάρκεια των ενδείξεων. Πρόκειται για τα πλέον προηγμένα συστήματα έως σήμερα, που εξακολουθούν να εξαπλώνονται σε εφαρμογές και να εξελίσσονται, καθώς ξεφεύγουν πια από τον περιορισμό των αποθηκευμένων πλάνων και λειτουργούν εντός γραμμής (on line) υπολογίζοντας βέλτιστα χρονικά πλάνα σε κάθε 5-10 λεπτά. Τα κυκλοφοριακά δεδομένα συλλέγονται σε όλες τις προσβάσεις του κόμβου και το σύστημα τα χρησιμοποιεί για να εκτιμήσει τις συνθήκες και να ανταποκριθεί σε πραγματικό χρόνο (real time) με προσαρμογές περιόδου και splits, που καθορίζουν την κατανομή του χρόνου στις διάφορες φάσεις. Η λειτουργία ακολουθεί τη λογική βελτιστοποίησης, κατανέμοντας τον χρόνο πρασίνου ώστε, να μεγιστοποιηθούν μεγέθη όπως η εξερχόμενη ροή οχημάτων ή να ελαχιστοποιηθούν κάποια άλλα, όπως καθυστερήσεις και στάσεις. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 19

20 Η προσαρμοζόμενη λογική μπορεί επίσης να λειτουργεί προνοητικά, προβλέποντας μελλοντικές συνθήκες, με βάση τις μετρήσεις των ανιχνευτών και ιστορικές τάσεις και διευθετώντας κατάλληλα τις ρυθμίσεις των σηματοδοτών Άλλες μορφές διάκρισης των Σ.Ε.Κ. [1,4] Ένα Σύστημα Ελέγχου χαρακτηρίζεται ως κυκλικό, όταν κατανέμει το σηματοδοτούμενο χρόνο ακολουθώντας μια επαναλαμβανόμενη κυκλική διαδικασία. Χαρακτηρίζονται από τη διάρκεια του κύκλου σηματοδότησης (περίοδος), την κατανομή της περιόδου στις διάφορες κινήσεις (splits), και τη χρονική μετατόπιση (offset) της έναρξης της πράσινης ένδειξης, μεταξύ διαδοχικών διασταυρώσεων. Στα μη- κυκλικά συστήματα αντίθετα, οι παραπάνω έννοιες αποδυναμώνονται και δεν αποτελούν πια κρίσιμες δεσμεύσεις, καθώς το σύστημα αποφασίζει ανά πάσα στιγμή για το πώς θα λειτουργήσει στην επόμενη φάση, προκειμένου να ανταποκριθεί στα δεδομένα που λαμβάνει σε πραγματικό χρόνο. Στηρίζονται στη μέθοδο του κυλιόμενου ορίζοντα, προβλέποντας την κυκλοφορία και αντιδρώντας ανάλογα σε αυτήν. Ως προς την αρχιτεκτονική τους τα συστήματα διακρίνονται σε κεντρικά (centralized), εφόσον διαθέτουν κεντρικό υπολογιστή, για την συλλογή και επεξεργασία των δεδομένων που λαμβάνονται από τους ανιχνευτές και τους υπολογισμούς των παραμέτρων σηματοδότησης (πλάνα, κύκλοι, splits, offsets, παρατάσεις κ.α.). Στην αντίθετη περίπτωση της αυτόνομης λειτουργίας των σηματοδοτών, όπου δεν χρησιμοποιείται κεντρικός υπολογιστής κάνουμε λόγω για αποκεντρωμένα (distributed) συστήματα ελέγχου. Στα κεντρικά συστήματα η αντίδραση σε απότομες τοπικές μεταβολές των κυκλοφοριακών συνθηκών δεν μπορεί να είναι άμεση, καθώς υπάρχουν καθυστερήσεις στη μετάδοση των πληροφοριών από τους ανιχνευτές στον κεντρικό υπολογιστή. Τα αποκεντρωμένα συστήματα πλεονεκτούν στην αντίληψη και αντιμετώπιση έκτακτων τοπικών αλλαγών, καθώς η επεξεργασία των δεδομένων εκτελείται από περιφερειακούς υπολογιστές, εξοικονομώντας χρόνο και λαμβάνοντας ταχύτερες αποφάσεις. Ωστόσο, τα κεντρικά συστήματα διασφαλίζουν τη συνεχή λειτουργία (με σχετική μείωση απόδοσης) σε περίπτωση τοπικού blackout, το οποίο θα έθετε εκτός λειτουργίας ένα αποκεντρωμένο σύστημα. 3.3.Συγκριτική αξιολόγηση καταστάσεων λειτουργίας των Σ.Ε.Κ. Οι ιδιότητες κάθε τύπου λειτουργίας των συστημάτων σηματοδοτούμενου ελέγχου κυκλοφορίας, που αναπτύχθηκαν στην προηγούμενη παράγραφο, συνοψίζονται στο ακόλουθο πίνακα. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 20

21 Πίνακας 3.1. Συγκριτική παράθεση των τύπων Σ.Ε.Κ. Προκαθορισμένη λειτουργία Επενεργούμενη λειτουργία Ανταποκρινόμενη λειτουργία Προσαρμοζόμενη λειτουργία Αρχιτεκτονική Αποκεντρωμένη Αποκεντρωμένη Κεντρική Κεντρική Χρήση Ναι Ναι Ναι Ναι ιστορικών δεδομένων και τάσεων Μετρήσεις Όχι Ναι Ναι Ναι ανιχνευτών Πρόβλεψη Όχι Όχι Όχι Ναι μελλοντικών συνθηκών Κατάλληλος για Προβλέψιμες και Επαναλαμβα- Προβλέψιμες Μεταβαλλόμενες, έως κορεσμένες Μεταβαλλόμενες, έως κορεσμένες κυκλοφοριακές συνθήκες νόμενες Διάρκεια Σταθερή Σταθερή Μεταβλητή Μεταβλητή περιόδου Επιλογή πλάνου Εναλλαγή πλάνου Ενημέρωση πλάνων Off-line από βιβλιοθήκη έτοιμων πλάνων Κυκλικά Ωρολογιακά στις αιχμές της ημέρας και εκτός αιχμής Χειροκίνητα, σε διαστήματα πολλών ετών Off-line Μεταβολές ανάλογα με τη ζήτηση Κυκλικά ή ανάλογα με την επενέργεια On-line Βελτιστοποίηση real time Μη κυκλικά On-line Βελτιστοποίηση real time Μη κυκλικά Χειροκίνητα Ανά 15 λεπτά Ανά 5-10 λεπτά Από τα παραπάνω προκύπτουν ορισμένα συγκριτικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των διαφόρων τύπων συστημάτων. Τα συστήματα σταθερού χρόνου στηρίζονται σε ιστορικά δεδομένα και έτοιμα πλάνα σηματοδότησης. Κατά συνέπεια, δεν έχουν καμία δυνατότητα ανταπόκρισης σε απότομες διαταραχές της κυκλοφορίας (αυξημένη κίνηση στις αργίες, σημαντικά γεγονότα, ατυχήματα κ.α.), ούτε όμως και στη φυσική χρονική εξέλιξη της (αύξηση του δείκτη ιδιοκτησίας οχημάτων, άρα μεγαλύτεροι φόρτοι), καθώς η βιβλιοθήκη χρονικών πλάνων απαξιώνεται με την πάροδο των ετών. Από τις κυκλοφοριακές έρευνες που πραγματοποιούνται προκύπτει, ότι ο ρυθμός γήρανσης ενός προφίλ σηματοδότησης, σε σχέση με την εξέλιξη των κυκλοφοριακών συνθηκών, είναι της τάξης του 3-5% ανά έτος. Αν λοιπόν η αναβάθμιση της βιβλιοθήκης πλάνων ενός συστήματος προκαθορισμένου χρόνου δεν είναι τακτική, η μονότονη εναλλαγή των ίδιων παραμέτρων σηματοδότησης επί σειρά ετών, μοιραία απαξιώνει το σύστημα καθιστώντας το αναποτελεσματικό. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 21

22 Η απόδοση των συστημάτων προκαθορισμένου χρόνου είναι μεγαλύτερη σε περιπτώσεις όπου η κυκλοφοριακή ροή τείνει να επαναλαμβάνεται καθημερινά, οπότε οι διακυμάνσεις στη διάρκεια της ημέρας είναι προβλέψιμες. Οι ρυθμίσεις σηματοδότησης πραγματοποιούνται για τις κυκλοφοριακές συνθήκες του εντονότερου τέταρτου της ώρας αιχμής, γι αυτό και η απόδοση του συστήματος μεγιστοποιείται στη διάρκειά του. Ο συντονισμός των σηματοδοτών κατά μήκος οδικών αρτηριών επιτρέπει την εξυπηρέτηση υψηλότερων κυκλοφοριακών φόρτων και συμβάλλει στην ανεμπόδιστη ροή της κυκλοφορίας. Με τον τρόπο αυτό ενισχύει την κινητικότητα της περιοχής που εμπίπτει στην επιρροή του, μειώνοντας τις καθυστερήσεις, τις στάσεις και πιθανά κάποιους τύπους ατυχημάτων διατηρώντας την ταχύτητα κυκλοφορίας σε ελεγχόμενα επίπεδα. Κατ επέκταση, αναβαθμίζει το εγγύτερο περιβάλλον, μειώνοντας τα επίπεδα του θορύβου, της ρύπανσης και της κατανάλωσης ενέργειας, καθώς περιορίζονται οι απότομες αυξομειώσεις ταχύτητας των οχημάτων. Ωστόσο η παραδοχή κοινής ταχύτητας όλων των οχημάτων στον υπολογισμό των παραμέτρων συντονισμού και η παράβλεψη των αριστερών στροφών μειώνουν την αποδοτικότητα του συστήματος. Επιπλέον η εφαρμογή συντονισμού δεν ενδείκνυται σε περιπτώσεις ανομοιόμορφης κατανομής των κόμβων στο χώρο, ούτε σε μεγαλύτερα δίκτυα που αναπτύσσονται σε δύο διαστάσεις. Ο συντονισμός σε μια αρτηρία αποδεδειγμένα μειώνει σημαντικά το χρόνο μετακίνησης, ωστόσο αυτό το πλεονέκτημα μπορεί να προσελκύσει πρόσθετη κυκλοφορία, επιταχύνοντας την απαξίωση των ρυθμίσεων και επιβάλλοντας την συχνότερη αναβάθμιση των πλάνων συγχρονισμού. Ο επενεργούμενος έλεγχος της κυκλοφορίας παρέχει μια αυτονομία που είναι ιδιαίτερα αποδοτική για τοπική εφαρμογή σε μεμονωμένους κόμβους, που χαρακτηρίζονται από ηπιότερη και κατά κανόνα αδιατάρακτη κυκλοφορία, ενώ σε μεγαλύτερο εύρος ενός δικτύου θα προκαλούσε μεγάλα προβλήματα και καθυστερήσεις. Μειονεκτεί σημαντικά έναντι των πιο προηγμένων προσαρμοζόμενων συστημάτων, γιατί δεν έχει τη δυνατότητα ταυτόχρονης θεώρησης των ουρών αναμονής σε όλες τις προσβάσεις, οπότε σε περίπτωση δημιουργίας ουρών επιστρέφει στην προκαθορισμένη λειτουργία. Έτσι, σε περίπτωση κάποιου έκτακτου συμβάντος, όπου το προσαρμοζόμενο σύστημα θα μετρούσε τις ουρές στις δευτερεύουσες προσβάσεις κατανέμοντας ανάλογα το χρόνο, το επενεργούμενο σύστημα, ανιχνεύοντας διαρκή ζήτηση στη δευτερεύουσα οδό θα δώσει τη μέγιστη παράταση προκειμένου να την εξυπηρετήσει, παρακωλύοντας όμως την ροή της κύριας οδού. Τα συστήματα ελέγχου με ανταπόκριση στην κυκλοφορία, λαμβάνοντας κυκλοφοριακά δεδομένα σε πραγματικό χρόνο, κατάφεραν να αντιμετωπίσουν τη μονοτονία εναλλαγής πλάνων των προγενέστερων συστημάτων προκαθορισμένου χρόνου, επιλέγοντας ένα βέλτιστο προφίλ σηματοδότησης κάθε 15 λεπτά, από τον πεπερασμένο όμως πάλι αριθμό πλάνων μιας διαθέσιμης βιβλιοθήκης. Αυτό μειώνει την ευελιξία τους στην αντιμετώπιση μιας πιθανής έκτακτης κατάστασης, που δεν θα προσεγγίζεται ικανοποιητικά από κανένα αποθηκευμένο προφίλ. Ένα άλλο πρόβλημα, κοινό στα συστήματα προκαθορισμένου χρόνου και στα ανταποκρινόμενα στην κυκλοφορία, είναι η μεταβολή των κυκλοφοριακών συνθηκών κατά το διάστημα μετάβασης από το ένα χρονικό πλάνο σηματοδότησης στο επόμενο. Είτε το προφίλ καθορίζεται με βάση ιστορικά δεδομένα, είτε με βάση τις πραγματικού χρόνου Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 22

23 μετρήσεις των ανιχνευτών, η εφαρμογή των νέων παραμέτρων γίνεται με κάποια καθυστέρηση (η διάρκειά της εξαρτάται από το σύστημα). Στο διάστημα αυτό, τα κυκλοφοριακά μεγέθη έχουν ήδη υποστεί κάποια μεταβολή, οπότε το νέο πλάνο που εφαρμόζεται είναι ήδη σε μικρό ή μεγάλο βαθμό παρωχημένο. Το πρόβλημα της μετάβασης στο νέο πλάνο σηματοδότησης αντιμετωπίστηκε στα νεότερα προσαρμοζόμενα συστήματα ελέγχου, μειώνοντας το χρόνο ανανέωσης των ρυθμίσεων σε 5 λεπτά, απαγορεύοντας παράλληλα την επανάληψη του ίδιου πλάνου εντός διαρκείας 10 λεπτών. Με την on line λειτουργία και τα διαθέσιμα μοντέλα πρόβλεψης και μετάβασης, τα προσαρμοζόμενα συστήματα έχουν τη δυνατότητα βραχυπρόθεσμων προβλέψεων των κυκλοφοριακών συνθηκών, παράγοντας περισσότερο αποδοτικά πλάνα σηματοδότησης. Επιπλέον, τα συστήματα τρίτης γενιάς, όπως θα περιγραφούν σε επόμενο κεφάλαιο, λειτουργούν μη κυκλικά μειώνοντας ακόμα περισσότερο την περίοδο επανάληψης των πλάνων (3-5 λεπτά) και χωρίς περιορισμούς στον κύκλο και τις υπόλοιπες παραμέτρους σηματοδότησης. Η δυνατότητα προβλέψεων επεκτείνεται επιτρέποντας τον υπολογισμό πλάνων εκ των προτέρων, ώστε να εφαρμόζονται άμεσα τη στιγμή που απαιτείται (με μικρές μόνο διορθώσεις). Παρά την προηγμένη τους τεχνολογία, τα προσαρμοζόμενα συστήματα μπορούν να καθυστερήσουν σημαντικά τον κορεσμό του δικτύου ή να επισπεύσουν την αποφόρτιση, παραμένουν όμως αναποτελεσματικά σε καταστάσεις όπου έχει ήδη επέλθει συμφόρηση. Το γεγονός αυτό, σε συνδυασμό με το υψηλό κόστος που απαιτείται για την υλοποίηση ενός τέτοιου συστήματος, θέτει υπό αμφισβήτηση την αναγκαιότητα εφαρμογής τους, σε περιπτώσεις που κάποιο λιγότερο προηγμένο σύστημα θα μπορούσε να αποδώσει ικανοποιητικά. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 23

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΠΡΟΤΕΡΑΙΟΤΗΤΑΣ ΕΙΔΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ 4.1.Η απόδοση προτεραιότητας στα Μ.Μ.Μ. μέσω σηματοδότησης. Η συμφόρηση του οδικού δικτύου και οι συνέπειες που επιφέρει (καθυστερήσεις, απολεσθείσα αξία χρόνου, στρες μετακινούμενων κ.λ.π.), αγγίζει και τους χρήστες των Μέσων Μαζικής Μεταφοράς. Για το λόγο αυτό, στα περισσότερα Συστήματα Ελέγχου Κυκλοφορίας που εφαρμόζονται, η βασική λειτουργία των σηματοδοτών σε συνδυασμό με ανιχνευτές Μ.Μ.Μ. μπορεί να παρέχει βασικές στρατηγικές προτεραιότητας για τις συγκοινωνίες. Οι ενσωματωμένες αυτές ρυθμίσεις επιτρέπουν σε ειδικά οχήματα (λεωφορεία, τραμ, ελαφρά μέσα σταθερής τροχιάς), να αιτούνται και να τυγχάνουν προνομιακής μεταχείρισης στους σηματοδοτούμενους κόμβους. Η ανίχνευση των οχημάτων (συνηθέστερα των λεωφορείων) γίνεται με ανιχνευτές στο οδόστρωμα, με εκπομπή υπέρυθρου σήματος από το όχημα ή με άλλη μέθοδο. Ο σηματοδότης που δέχεται το αίτημα αποδίδει την προτεραιότητα στο όχημα με τρόπο, ανάλογο της στρατηγικής ελέγχου που εφαρμόζεται. Για παράδειγμα, υπό τον έλεγχο ενός επενεργούμενου συστήματος, ο χρόνος πρασίνου παρατείνεται όταν ένα όχημα μαζικής μεταφοράς προσεγγίζει τον κόμβο και ανιχνεύεται από τον αισθητήρα. Στη γενική αυτή μορφή επενεργούμενης, απομονωμένης διασταύρωσης, το διάκενο ή η παράταση εφαρμόζονται για τα Μ.Μ.Μ. Άλλες τεχνικές προτεραιότητας, μπορεί να εφαρμόζουν καταστολή φάσης ή πράσινης ένδειξης, συγχρονισμό, αντιστάθμιση των ενδείξεων, πρόωρη διακοπή, καθυστέρηση έναρξης κ.α. Προκειμένου να διευκολυνθεί η διαδικασία λήψης αποφάσεων, σχετικά με το αν κάποια στρατηγική προτεραιότητας (και ποια) είναι βιώσιμη σε κάθε περίπτωση, πρέπει να ακολουθούνται κάποιες κατευθυντήριες γραμμές ώστε, να εξασφαλίζεται ότι οι καθυστερήσεις που επιβάλλονται στα υπόλοιπα οχήματα δεν είναι σημαντικές και ότι, η στρατηγική που τελικά επιλέγεται είναι η καταλληλότερη για το υπό εξέταση δίκτυο (το δεδομένο βαθμό συμφόρησης και όγκο επιβατικής κίνησης). Οι Στρατηγικές Προτεραιότητας Λεωφορείων (Bus Priority Strategies), προσφέρει λιγότερα πλεονεκτήματα σε δίκτυα που παρουσιάζουν ιδιαίτερα υψηλούς φόρτους λεωφορείων ή γενικά πολύ μικρή κυκλοφοριακή ροή. Τα μεγαλύτερα οφέλη προσφέρουν οι στρατηγικές ελέγχου σε πραγματικό χρόνο, παρόλο που κάθε σύστημα πρέπει να σχεδιάζεται έχοντας κατά νου τις ιδιαίτερες ανάγκες που υφίστανται. 4.2.Ιστορικά στοιχεία. [12,10] Η ανάπτυξη των Ευφυών Συστημάτων Μεταφορών (ITS) δημιούργησε νέες προοπτικές για τις Συστημάτων Προτεραιότητας Λεωφορείων (Σ.Π.Λ.). Τα πρώτα πειράματα για την εδραίωση μιας θεωρίας προτεραιότητας λεωφορείων έγιναν στις αρχές της δεκαετίας του 60. Έκτοτε, και μέχρι το 1990, πολλές έρευνες πραγματοποιήθηκαν και πολλές θεωρίες διατυπώθηκαν, θέτοντας τις βάσεις για τις στρατηγικές του σήμερα. Το 1978 (Vincent et al) χρησιμοποιήθηκε η Bus Priority Assessment Simulation (BUSPAS) σε μεμονωμένη διασταύρωση. Διαπιστώθηκε ότι, μόνο παράταση της πράσινης ένδειξης είχε μικρό όφελος για τα λεωφορεία και μικρή επίδραση στην υπόλοιπη κυκλοφορία. Αντίθετα, Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 24

25 ταυτόχρονα μέτρα όπως, παράταση πρασίνου, περικοπή κόκκινου, όχι αντιστάθμιση βελτίωσαν τις συνθήκες για τα λεωφορεία, επιβάρυναν όμως πολύ την υπόλοιπη κυκλοφορία. Πραγματοποιώντας επιπλέον αντιστάθμιση, τα αποτελέσματα βελτιώνονταν για το σύνολο των οχημάτων. Το 1981, οι Jacobson και Sheffi υπέδειξαν, πώς η προτεραιότητα των λεωφορείων γίνεται αποτελεσματικότερη αλλάζοντας τις ρυθμίσεις της σηματοδότησης, για παράδειγμα όταν η κίνηση στη μία κατεύθυνση κυκλοφορίας είναι μεγαλύτερη από την διασταυρούμενη κατεύθυνση. Ένα σύνθετο σύστημα που αντιμετωπίζει τέτοια ζητήματα είναι πλέον εφικτό στις μέρες μας με την τεχνολογία ITS. Μια πρώτη εφαρμογή BPS έγινε στη Φλόριντα των ΗΠΑ (στην NW 7 th Avenue του Miami). Οι δοκιμές διήρκεσαν από τον Αύγουστο του 1974 έως το Μάρτιο του Τριάντα επτά συνολικά σηματοδότες εξοπλίστηκαν με οπτικό σύστημα ανίχνευσης σήματος από τα λεωφορεία, από απόσταση 1800ft. Με την ανίχνευση ενός λεωφορείου, ο σηματοδότης είτε παράτεινε το πράσινο μέχρι να διέλθει από τη διασταύρωση, είτε προσάρμοζε την τρέχουσα φάση ώστε, να περιλαμβάνει μια πράσινη φάση για το λεωφορείο. Ερευνήθηκαν ορισμένοι αναμενόμενοι κίνδυνοι αύξησης ατυχημάτων (π.χ. σε περίπτωση όμοιας ένδειξης για δύο λεωφορεία σε αντίθετες κατευθύνσεις, προσδοκίας εγγυημένου χρόνου πρασίνου από τους οδηγούς λεωφορείων, σύγχυση πεζών/ οχημάτων και συγκέντρωση γύρω από το λεωφορείο προκειμένου να εξασφαλίσουν πράσινη ένδειξη), χωρίς ωστόσο να παρατηρηθούν σημαντικές αυξήσεις τέτοιων περιστατικών στη δοκιμαστική περίοδο. 4.3.Ορολογία. [10] Απόλυτη προτεραιότητα (Unconditional priority): Η προτεραιότητα αποδίδεται οποτεδήποτε ζητηθεί από τον ανιχνευτή λεωφορείου. Προτεραιότητα υπό όρους (Conditional priority): Περιλαμβάνει μεταβλητές, που μπορεί να περιορίζουν την προτεραιότητα όπως, πληρότητα λεωφορείου, μήκος ουράς αναμονής, χρόνος από την προηγούμενη απόδοση προτεραιότητας. Ειδική φάση (special phase): Μια φάση που υπεισέρχεται στην κανονική διαδοχή φάσεων, διακόπτοντας μιαν άλλη, προκειμένου να εξυπηρετηθεί το λεωφορείο. Διακοπή κόκκινου (red truncation): αν το λεωφορείο αφικνείται στη διασταύρωση στην αρχή/ μέση της κόκκινης ένδειξης, αυτή διακόπτεται πρόωρα (και εισάγεται ειδική φάση πρασίνου), για να επιτρέψει τη διέλευσή του. Αντιστάθμιση (compensation): Χρόνος πρασίνου αποδίδεται σε φάση χωρίς προτεραιότητα στην παρούσα στιγμή, η οποία όμως περιορίστηκε προηγουμένως, ως ανταπόδοση του χαμένου χρόνου. Πρόωρη έναρξη (early start): Όταν το λεωφορείο προσεγγίζει τον κόμβο στη διάρκεια του κόκκινου σήματος, η πράσινη ένδειξη ακολουθεί νωρίτερα απ ότι συνήθως. Επανάκληση πρασίνου ( green recall): Η πράσινη ένδειξη επαναλαμβάνεται σε κάθε κύκλο, ανεξαρτήτως αιτήματος προτεραιότητας. Θωμίδου Μαρία, Α.Τ.Μ. 25