|
Automatické ovládání DIS v Praze – Oblast 3 Smíchov
Cílem dopravního informačního systému (DIS) je informovat řidiče dopravního prostředku prostřednictvím proměnných informačních tabulí (PIT) o dopravní situaci v jeho nejbližším okolí, ve kterém se právě nachází. DIS je jedním ze základních systémů telematiky v rámci řízení a regulace dopravy ve městě. Má nemalý význam pro zachování bezpečnosti a plynulosti silničního provozu. Při příjezdu do oblasti je řidič prostřednictvím PIT informován o situaci v následujících úsecích, a může proto volit alternativní trasy, čímž se vyhne čekání v koloně, zkrátí dobu své cesty a v neposlední řadě ušetří pohonné hmoty. Znamená to, že DIS má i významný pozitivní vliv na ekologii oblasti.
DIS je v Praze zatím realizován v Oblasti 3 – Smíchov, kde je z vnějšího pohledu tvořen třinácti PIT, z nichž deset je po stranách vybaveno proměnnými dopravními značkami (PDZ). Nedílnou součástí systému jsou detektory dopravy, které poskytují informace do řadiče křižovatky. Dále jsou data posílána přes Oblastní dopravní řídicí ústřednu (ODŘÚ) do Hlavní dopravní řídicí ústředny (HDŘÚ).
ODŘÚ MIGRA
Systém MIGRA je nainstalován a spuštěn v rámci malého smíchovského okruhu. Na vybraných křižovatkách na Smíchově a v blízkém okolí jsou v tělese vozovky umístěny měřicí detektory umožňující snímat počet průjezdů vozidel přes detektor, dobu obsazení detektoru vozidlem a rychlost vozidla. Naměřené hodnoty jsou pravidelně s periodou 90 s centrálně shromažďovány a ukládány do databáze Oracle. Spolu s údaji z detektorů obsahuje databáze i informace o jednotlivých detektorech, o jejich umístění na křižovatkách, popisy křižovatek atd. Stupně zatížení dopravy se barevně zobrazují v zátěžové mapě.
Struktura systému MIGRA Central je patrná z obr. 1. Systém se skládá z několika stanic. Na ODŘÚ pro oblast 3 je umístěno modemové spojení s řadiči ELS C800, stanice ES (Echtzeitsteuerung) sloužící pro řízení a zpracování procesů v reálném čase (řadičů) a stanice OS (Onlinesteuerung) sloužící pro řízení a zpracování síťových úloh. Dále je zde pracoviště VIEW 1. Na HDŘÚ jsou umístěny server systému MIGRA s pracovištěm VIEW 0 a pracoviště operátorů (VIEW 2 až VIEW n). Na serveru MIGRA je nainstalován databázový server Oracle (verze 8.1.6) a jsou zde uloženy databáze s dopravními daty z detektorů.
Technologie PIT
Základním konstrukčním prvkem PIT je bistabilní barevný prvek se dvěma mechanicky stabilními polohami: základní barvou je obvykle černá a ve druhé poloze je výrazná signální žlutá barva. Žlutá barva je navíc doplněna LED pro zlepšení viditelnosti nápisu v noci. Na rastru 10 × 15 bistabilních elementů lze sestavovat libovolné znaky, takže je možné zobrazovat číslice a písmena s plnou diakritikou. Čelní panel je osazen 48 moduly bistabilních prvků doplněných LED. Moduly jsou uspořádány ve třech řadách, po šestnácti modulech. Rozměry jednoho modulu jsou 225 × 105 mm (obr. 3).
Řídicí jednotka (ŘS) ve skříni PIT, využívající technologii LonWorks, je osazena moduly pro:
- připojení radiomodemu,
- připojení až sedmi ovládacích tlačítek,
- kontrolu zdrojů,
- čidlo teploty a čidlo venkovního osvětlení,
- reléové výstupy k ovládání ventilace a topných těles,
- ovládání zobrazovacích modulů a připojení přijímače DCF77.
Na skříni je upevněna krabička s přijímačem rádiového signálu jednotného času DCF 77 a s čidly venkovní teploty a venkovního osvětlení.
Pro dálkové ovládání je na skříni umístěn radiomodem pro bezdrátový přenos rádiovou sítí TSK.
Součástí PIT je ruční ovládání nacházející se ve společné skříňce s elektrovýzbrojí. K ručnímu ovládání slouží tři tlačítka předvolených zpráv, tlačítko základního programu, přepínač režimu ovládání (místní – dálkové) a zásuvka pro připojení PC.
Ke komunikaci mezi tabulemi se využívá rádiová síť TSK. Příkazy se přenášejí mezi HDŘÚ a řídicí jednotkou, umístěnou v PIT, pomocí rádiového datového modemu CDM 70 v kmitočtovém pásmu 460 MHz. K vlastnímu ovládání z řídicího pracoviště Policie ČR slouží nabídkové okno řídicího systému zobrazeného na monitoru PC.
Detektory dopravy a data
Pro zjišťování stavu dopravy v oblasti, jehož znalost je nezbytnou podmínkou systému pro automatický výběr nápisů pro PIT, jsou určeny tzv. strategické detektory. Tyto detektory jsou obvykle umístěny alespoň 100 až 160 m před křižovatkou, aby jejich údaje byly co nejméně ovlivněny vzdutím vozidel na křižovatce při signálu stůj. Informace ze strategických detektorů poslouží pro výpočet parametrů signálních plánů v systému MOTION a následně se využívají pro automatický výběr z databáze nápisů pro informování řidičů. Spolu se strategickými detektory jsou v oblasti umístěny ještě tzv. prodlužovací detektory. Ty jsou instalovány těsně před křižovatkou (obvykle 40 m) a údaje z nich se využívají především k dynamické změně signálního plánu křižovatky při velké intenzitě dopravního provozu (metoda lokální dynamiky).
Technické řešení systému automatické vazby
Datovým serverem je MS SQL Server 2000, který kromě jiného zajišťuje i transformaci dat z dopravní ústředny MIGRA Central. Z těchto dat se vyhodnocují tzv. stupně dopravy a podle jednotlivých priorit se řídí informační tabule aplikací automatického klientu na serveru PIT.
Uvedený datový server je centrem výměny a zpracování dat pro DIS Oblast 3 – Smíchov pro informační systém s předpokladem rozšíření na celou Prahu.
SQL Server
SQL Server je relační databázový systém (Relation Database Management System – RDBMS). Tyto systémy umí mnohem více než jen pouze načítat a ukládat data. Jsou i prostředkem pro zajištění vlastní integrity dat. Jsou již od základů postaveny na myšlence, že se v nich nebude pracovat jen s jednou tabulkou, ve které je uloženo všechno, nýbrž s daty souvisejícími s jinými daty v úplně jiných tabulkách. Takové systémy zmenšují nároky při opakovaném ukládání dat a zvětšují rychlost zpracování dat v transakčních prostředích.
SQL Server 2000 má množství dalších komponent. Pro vytvoření vazby na systém MIGRA jsou nepostradatelné služby transformace dat (Data Transformation Services – DTS). Prostřednictvím DTS je možné přebírat data z libovolného zdroje dat, pro který je k dispozici odpovídající poskytovatel rozhraní OLE DB (Object Linking and Embedding Database), a naplnit jimi tabulky SQL Serveru. Přitom ale pro otevřené rozhraní ODBC (Open Database Connection) existuje zvláštní poskytovatel OLE DB. S pomocí tohoto poskytovatele je možné přístup k datům v rozhraní OLE DB přímo „namapovat“ na ovladač ODBC – a to znamená, že cokoliv, k čemu je možné přistupovat prostřednictví rozhraní ODBC, je zároveň dostupné i pro OLE DB a tím i pro DTS.
Na přenášená data je možné zároveň aplikovat tzv. transformace – odtud vyplývá název DTS. Transformace v podstatě mění přenášená data podle určitého logického pravidla či pravidel.
Vazba pomocí jazyka XML
Další možností, jak předávat data mezi aplikacemi, je použít XML (eXtensible Markup Language). Je to vhodný způsob práce s daty dočasné povahy nebo ve spojitosti s webovým prohlížečem, popř. prostřednictvím DTS (pokud nebude možné použít transformaci dat).
XML je textový značkovací jazyk. Dokumenty XML lze také převádět do jiné podoby. V praxi to znamená, že hotové dokumenty XML lze snadno převést do zcela jiného zobrazení, popř. do jiného formátu (TXT, HTML apod.). Velmi často se stává, že dokumenty XML jsou převáděny do HTML, aby je bylo možné zobrazit webovým prohlížečem. XML se zabývá daty, HTML jejich zobrazením.
Data uložená v dokumentech XML jsou strukturována pomocí elementů a jejich atributů. Elementy jsou ohraničeny počátečními a koncovými značkami a navzájem rozlišeny svými názvy. Atributy, tj. položky sloužící pro bližší popis obsahu elementu, jsou umístěny uvnitř počátečních značek elementu.
V MS SQL Serveru 2000 je XML integrováno. Základem integrace je klauzule FOR XML, která SQL serveru oznamuje, že výstupem nebude klasická výsledná sada, ale XML. Je to v podstatě další volba přidaná do existujícího příkazu SELECT jazyka T-SQL. Klauzule FOR XML nabízí pro formátování výstupního XML tři různé počáteční možnosti:
RAW: Tato volba odešle každý řádek dat do výstupu jako jediný element (row) a jednotlivé sloupce budou v elementu uvedeny jako atributy. I v případě, kdy bude v dotazu použito několik tabulek, bude ve výstupu RAW stejný počet elementů jako řádků v klasickém výstupu SQL dotazu.
AUTO: U této volby bude každý element pojmenován podle zdrojové tabulky nebo jejího náhradního jména (alias). Jestliže je dotaz vytvářen z několika tabulek, budou data z každé z nich umístěna do oddělených vnořených elementů. U této volby je podporována také přídavná klauzule ELEMENTS, která zajišťuje, že data jednotlivých sloupců budou umístěna do separátních elementů a nebudou vystupovat jako atributy.
EXPLICIT: Tato volba je z formátovacího hlediska nejsložitější, poskytuje však nejvyšší úroveň kontroly nad výsledným vzhledem XML. U této volby se určuje také určitý stupeň hierarchie dat vrácených dotazem a poté se celý dotaz zformátuje tak, že každý sloupec patří podle potřeby do určité úrovně hierarchie.
Opakem klauzule FOR XML je funkce sady řádků (rowset function) OPENXML, která otevře řetězec XML a vyjádří ho v tabulkové formě, která se v SQL očekává. K dokumentu XML je pak možné přidávat další části, popř. ho použít jako zdroj vstupních dat v příkazech INSERT ... SELECT nebo SELECT INTO. Hlavním rozdílem oproti jiným zdrojům dat zde je nutnost použít několik systémových uložených procedur pro přípravu dokumentu a pro uvolnění paměti po ukončení práce s XML.
Vstupní parametry od systému MIGRA
Systém MIGRA měří dopravní data v časovém intervalu 90 s. SQL Server bude transformovat data pro jednotlivé detektory z vybraných křižovatek. Na SQL Serveru se bude ukládat intenzita q (jednotkou je počet vozidel za hodinu), obsazenost t (%) a rychlost v (km/h) pro dané detektory.
Automatický klient PIT z těchto dat vyhodnotí stupně dopravy pro jednotlivá místa. Výstupem algoritmu je kódové číslo nápisu, který se objeví na dané PIT.
Stupně dopravy se zjišťují pomocí metody fuzzy shlukové analýzy c-means a váženého průměru. Podle dostupných informací jde o první aplikaci této analýzy v České republice.
Komunikační prostředí DIS
V současné době je pro přenos povelů a zpětných hlášení do PIT využívána rádiová síť TSK, postavená na radiomodemech CONEL CDM 70.
Rádiový datový modem CDM70 je zařízení pro bezdrátový přenos dat. Komunikace mezi dvěma rádiovými modemy je simplexní a probíhá na jedné frekvenci. Modemy pracují v kmitočtových pásmech 136 až 174 MHz a 400 až 470 MHz. Přenosová rychlost je 10 840 b/s při rozteči kanálů 20 a 25 kHz nebo 5 420 b/s při rozteči 12,5 kHz.
Rádiový datový modem CDM70 je řízen komunikačním procesorem, který zajišťuje komunikaci na rádiovém kanálu i na jednotlivých rozhraních. Modem CDM70 má tři sériová datová rozhraní RS-232 (komunikační porty) a jedno rozhraní pro přímé připojení vstupů a výstupů pro sběr dat a řízení technologických procesů. Pro každý port je možné nezávisle zvolit parametry přenosu a komunikační protokol.
Komunikační protokol použitý pro komunikaci mezi modemy na rádiovém kanálu zajišťuje přístup modemu na rádiový kanál, řešení kolizí, retranslace a další funkce potřebné pro spolupráci modemů v rádiové datové síti. Umožňuje vytvářet rozsáhlé sítě na jednom rádiovém kanálu i nezávislou činnost několika rádiových sítí na jediném kmitočtu.
Rádiová část
V rádiovém datovém modemu CDM70 je použit rádiový datový modul DM70. Pracovní kmitočet rádiové části je řízen syntezátorem zvlášť pro příjem a vysílání a je přeladitelný v širokém rozsahu frekvencí. Je možné nastavit dva stupně výkonu vysílače rádiového modulu (1 W a 5 W). Nastavení pracovního kmitočtu a vysílacího výkonu zajišťuje programově řídicí mikropočítač. Rádiový modul dodává do mikropočítače údaj o úrovni přijímaného rádiového signálu.
Modemová část
Modemová část převádí digitální tok bitů z mikropočítače na analogovou modulaci GMSK, která je přivedena do vysílače rádiového datového modulu. Naopak analogový signál z přijímače převádí na digitální tok bitů do mikropočítače. Modemová část je vytvořena na základě integrovaného obvodu firmy CML.
Mikropočítač
Základem řídicího mikropočítače rádiového modemu je šestnáctibitový mikroprocesor se 128 KB paměti RAM, 256 KB paměti flash ROM a obvodem reálného času se zálohovaným napájením.
Mikropočítač je na jedné straně připojen přes modemovou část k rádiovému datovému modulu. Směrem k uživatelskému rozhraní je připojen na obvody generující signály v úrovních podle normy RS-232 a přes tři komunikační rozhraní RS-232 lze připojit až tři uživatelská zařízení. Ke každému z rozhraní je možné připojit zařízení s jiným komunikačním protokolem, takže mikropočítač je schopen pracovat i jako konvertor protokolů mezi jednotlivými sériovými rozhraními.
Závěr
Automaticky ovládaný dopravní informační systém (DIS) je jedním ze základních systémů telematiky v rámci řízení dopravy ve městě. Významně zvyšuje plynulost a bezpečnost silničního provozu, přispívá k hospodárnější dopravě a zmenšuje zátěž životního prostředí. Pilotní projekt DIS se třinácti proměnnými informačními tabulemi (PIT), využívající nejnovější současné průmyslové technologie výpočetní techniky a rádiového přenosu, je v Praze zatím realizován v Oblasti 3 – Smíchov. Ve výhledu je postupné rozšíření DIS na celou Prahu.
Radim Mach,
ELTODO EG, a. s.
(machr@eltodo.cz)
|