ASUDD: Co visí nad silnicí? / Habr

V ulicích našich měst a na dálnicích se stále častěji objevují elektronické tabule, proměnné informační cedule, různé senzory a videokamery. Semafory se rychle stávají „chytřejšími“ a každé sebeúctyhodné město se snaží zorganizovat „centrum řízení dopravy“. Poptávka vytváří nabídku a některé firmy začínají zvládat nový směr pro ně – automatizaci silničního provozu.

Projekty v této oblasti se postupně přesouvají z kategorie „věšení techniky na sloupy a řezání rozpočtu“ do kategorie „řešení dopravních problémů města před volbami“, což implikuje rozumnější přístup k projektování a dosažení celkem praktických a společensky užitečných cílů. A pokud dříve byly tyto projekty výhradně v rukou stavebníků, nyní se do nich začali zapojovat systémoví integrátoři a vývojáři softwaru. Proto se objevila tato publikace. Kdo ví, co vy, kolegové, budete muset příště automatizovat?

Dnes se podíváme na silniční hardware instalovaný na dálnicích.

Stejně jako jakýkoli automatizovaný řídicí systém, i systém řízení provozu (ATCS) přijímá informace „z polí“ nebo od operátora, zpracovává je a generuje řídicí akce. V souladu s tím lze vše, co je „v polích“, rozdělit do dvou skupin. První skupina shromažďuje informace a druhá ovlivňuje dopravní toky.

Detektory dopravního toku.

Úkolem detektorů dopravního toku je shromažďovat následující informace o dopravním toku:

• intenzita (počet aut za jednotku času)
• průměrná rychlost v daném intervalu
• obsazenost jízdních pruhů nebo silnic (procento silničního prostoru obsazeného automobily)

Detektory dopravního toku jsou vybaveny dvěma nebo třemi senzory různých typů (dvojité a trojité technologie). U trojitých detektorů tedy mikrovlnný radar měří rychlost, ultrazvukový detektor poskytuje posouzení rozměrů a klasifikaci vozidel podle třídy a vícekanálový infračervený detektor poskytuje počítání vozidel, určení intenzity a obsazenosti.

Detektor zpravidla monitoruje pouze jeden proužek. Proto se na podpěru umisťují několik proužků najednou, podle počtu proužků. Intenzity se tedy sčítají a rychlosti a obsazenost se zprůměrují.

Tři uvedené ukazatele lze použít k určení stavu proudění na „úseku“, tedy na místě pod detektory. Když se proud aut zvýší, například v dopravní špičce, nejprve se zvýší intenzita a rychlost. Poté rychlost trochu klesne a následně dochází k tomu, čemu říkáme „dopravní zácpa“. Auta jedou pomalu a se zastávkami intenzita prudce klesá, a tím i rychlost. A obsazenost naopak prudce roste.

Následující graf ukazuje snímek ze skutečných detektorů na čtyřproudé dálnici po dobu 24 hodin.

Pouhým okem je zřejmé, jak se během večerní dopravní špičky objevuje „dopravní zácpa“. Obecně je to jednoduchá věda. Pokud k tomu přidáme analýzu statistik za předchozí období, získáme plnohodnotný systém pro sběr a primární zpracování informací o dopravních tocích.

Automatické silniční meteorologické stanice (ADWS)

Na dálnicích můžete občas vidět vysoké stožáry, na kterých jsou instalovány jakési sudovité „pepelaty“ (neboli kovové krabice), z nichž trčí nejrůznější zajímavé věci – korouhvičky, antény a čočky. Jedná se o automatickou meteorologickou stanici. Shromažďuje informace o povětrnostních podmínkách a stavu povrchu vozovky. Například informace o přítomnosti „náledí“ na asfaltu, což může vést k velmi špatným následkům na dálnici. Seznam měřených parametrů může dosáhnout tří desítek pozic a vypadá příliš zdlouhavě, než abych ho sem zahrnul.

Meteorologické stanice periodicky přenášejí informace o počasí ve formě textového nebo XML souboru zainteresovaným stranám. Například systému ŘP (Air Control System). Informace o počasí mohou ovlivnit zavedení určitých rychlostních limitů a také spuštění specifických regulačních scénářů v zóně „kataklyzmatu“.

Video dohled a automatická analýza videa

Jako vývojáři softwaru se o video dohled na silnicích příliš nezajímáme. Video dohled je zpravidla samostatným subsystémem a netýká se řídicího softwaru systému řízení jízdy (ATCS). Skutečnost, že k video streamu lze připojit analytický modul, nás ale velmi zajímá. To totiž umožňuje automaticky zaznamenávat nejrůznější incidenty v zorném poli, které by operátor mohl přehlédnout. Například nyní existují systémy, které dokáží detekovat nehody, neočekávané zastavení automobilů, shozený náklad, požáry a jízdu proti proudu. Nemá smysl pokrývat celou silnici těmito systémy, protože je to poměrně drahé potěšení. Ale v tunelech nebo na horských serpentinách je použití těchto systémů zcela opodstatněné.

Systémy automatické detekce incidentů se skládají z videokamer umístěných nad vozovkou a správně „namířených“ a analytického softwaru, který nakonec informuje operátora nebo systém o místě a typu zaznamenaného incidentu.

Značky a tabule

Řízení dopravy pro motoristy se projevuje formou, která je jim známá – v podobě dopravních značek, semaforů a nejrůznějších informací na elektronických tabulích. Někdy se používají automatické závory (na parkovištích, v tunelech a na zpoplatněných silnicích). Na Západě je také běžné omezovat vjezd na dálnice (měření na nájezdech).

Variabilní informační značky a displeje jsou pole LED diod s poměrně složitou výplní. Protože jsou určeny pro venkovní použití, mají režimy vytápění, chlazení, ochrany proti kondenzaci a ochrany proti námraze. Dokážou ovládat svůj stav (stejně jako všechna ostatní silniční zařízení) a jsou vyrobeny z poměrně odolného materiálu. Zblízka vypadá elektronická dopravní značka zastrašujícím způsobem – je to jakási skříň vysoká jako člověk, LED diody jsou skryty uvnitř výklenků v odolné mřížce. Značka musí být z dálky jasně viditelná a zároveň by neměla na slunci odrážet světlo.

Značky mohou zobrazovat pevný počet obrázků v závislosti na modelu. Elektronické tabule mají také různá omezení ohledně fontů, počtu řádků a počtu „pixelů“ horizontálně. Některé dokáží zobrazovat písmena pouze v samostatných čtvercích, zatímco jiné poskytují úplnou volnost v rámci svého „rozlišení“. S tím vším pomáhají regulátory silnic.

Silniční regulátoři

Zde je fotka typického regulátora silnic. Obvykle jsou tyto ubohé věci instalovány venku ve speciálních železných skříních.

Řídicí jednotky silnic jsou běžné průmyslové počítače. Zpravidla mají uvnitř „ořezaný“ Linux. Výrazně se liší funkčností. Příklad na fotografii dokáže shromažďovat telemetrická data z detektorů dopravního toku a rozsvěcovat značky a tabule na jednom nosiči. Jak je vidět na fotografii, má kontaktní LCD displej, který umožňuje seřizovači konfigurovat zařízení v terénu. Řídicí jednotky jsou často vybaveny rozhraními pro rychlé zálohování a obnovu, což umožňuje provádět nastavení v teplé kanceláři, a v chladném větru na nosiči pouze rychle nahrávat informace do řídicí jednotky, pokud to nelze provést po síti (například v případě použití sítí GPRS). Některé řídicí jednotky mohou obsahovat další řídicí programy, které jim umožňují jednat samostatně, pokud je spojení s centrem přerušeno.

Rozhraní a síťové protokoly řídicích jednotek jsou přísně standardizované, veškerá dokumentace je otevřená. Interní proprietární software a řídicí algoritmy jsou chráněny „lépe než Fort Knox“.

A co semafory?

Historicky se zařízení dělilo na „hlavní“ a „městské“. My jsme se zabývali první skupinou. Městskému zařízení však věnujeme samostatný příspěvek, protože má své vlastní ovladače, své vlastní tradice a svou vlastní terminologii.

Příště se podíváme na to, jak fungují adaptivní systémy řízení dopravy, jak semafory vzájemně komunikují po síti a jaká architektonická řešení se na trhu používají pro správu křižovatek ve městech.

úvod

Někteří automobiloví nadšenci rádi přijmou pomoc elektronických systémů aktivní bezpečnosti ve svých vozech, jiné vytrvalá péče těchto asistentů dráždí. V tomto článku prozkoumáme, zda elektronika skutečně ochrání řidiče a auto, nebo je lepší se v nouzových situacích spolehnout na vlastní řidičské schopnosti?

Nejprve bylo ABS

Elektronické systémy v automobilu jsou komplexem aktivních bezpečnostních systémů automobilu. Jejich účelem je chránit před nouzovými situacemi nebo, pokud nehodě nelze zabránit, snížit škody z ní. Elektronika pomocí kamer a senzorů vyhodnotí situaci a zasáhne. Elektroničtí asistenti varují řidiče před nebezpečím pomocí signálů a kontrolek na palubní desce nebo zasahují přímo do řízení vozu, například brzděním v nebezpečných situacích. V 1970. letech se do automobilů začaly montovat první protiblokovací brzdové systémy (ABS). V 80. letech začali zavádět ASR – protiprokluzový systém, který pomohl k efektivnějšímu rozjezdu. V následujících letech byl vyvinut a v automobilech aplikován systém ESP – elektronický stabilizační program, který pomáhá předcházet smyku. Od roku 2004 musí být každé auto v Evropě ze zákona vybaveno ABS, které zabraňuje zablokování kol při brzdění a zabraňuje smyku vozu. Od roku 2016 se ruské vozy vyrábějí také s předinstalovaným ABS. Moderní elektronické systémy pro automobily jsou většinou založeny na činnosti ABS. Mezi nejznámější patří: EBD – Electronic Brake Force Distribution System, BA – Brake Assistant, TPMS – Tire Pressure Monitoring System a další.

Základní elektronické systémy

břišní svaly

Protiblokovací brzdový systém ABS lze nazvat základem bezpečnosti v autě. Jeho účelem je zabránit zablokování kol při nouzovém brzdění a hlavně udržet kontrolu nad vozem v kritických situacích. Při prudkém brzdění v autě bez ABS se kola zablokují a kloužou po povrchu. Pokud je povrch nerovný nebo kluzký, může se vozidlo dostat do nekontrolovaného smyku. Ve vozech s ABS je možné manévrovat při brzdění.

Když je aktivován ABS, brzdový pedál začne vibrovat, protože systém dává vozidlu pokyn k přerušovanému brzdění, aby nedošlo ke smyku. Během brzdění se aktivuje více senzorů ABS, které upravují tlak v brzdovém systému každého kola. Tím, že ABS brání zablokování kol při brzdění, šetří i životnost pneumatik: když nedochází k takovému dlouhodobému souvislému tření o asfalt, kola se tak rychle neopotřebovávají.

rozšíření ebd

EBD je elektronický systém rozdělování brzdné síly, který funguje pomocí senzorů ABS. Řídí rozložení brzdných sil v závislosti na kvalitě přilnavosti vozovky a zatížení vozidla na každé kolo. EBD upravuje činnost ABS. V situacích, kdy některá kola narazí na kluzký povrch, zatímco jiná pokračují v jízdě po tvrdém povrchu, nařídí ABS všem čtyřem kolům brzdění a brzdná dráha se může prodloužit. EBD analyzuje data ze snímačů rychlosti kol a rozděluje brzdnou sílu na každé konkrétní kolo. A pokud jsou pneumatiky částečně pokryty ledem, EBD pouze oslabí jejich brzdění. Zbývající kola, která jela po tvrdém povrchu, budou nadále brzdit plnou silou. Systém EBD pomáhá správně rozložit brzdné síly při nerovnoměrném zatížení kol. EBD monitoruje správné rozložení brzdné síly pro různé zatížení vozidla a počet cestujících během brzdění a manévrování a optimalizuje brzdnou dráhu.

EBD může mít různé názvy v závislosti na výrobci. Mercedes-Benz a Audi nazývají systém EBV, Peugeot používá zkratku REF.

ESP

ESP je elektronický program stability nebo systém stability kurzu. Účelem je poskytnout vozu směrovou stabilitu při akceleraci, zatáčení, brzdění a zabránit smyku a driftování. ESP je také založeno na činnosti ABS. Systém obsahuje řídicí jednotku a snímače rychlosti kol, rychlosti otáčení vozidla kolem své osy a úhlu natočení volantu. Když otočíte volantem, ESP vypočítá, jak moc má auto zatočit. Pokud program usoudí, že vůz nezatáčí dostatečně, upraví řízení a přikáže některým kolům zpomalit, aby dosáhl požadovaného úhlu natočení. Pokud ESP detekuje, že se auto začíná dostávat do smyku, přinutí také potřebná kola zabrzdit, aby se vůz srovnal na silnici.

ESP pomáhá udržovat stabilitu v zatáčkách, zejména na zledovatělém nebo mokrém povrchu. Program skutečně předchází nehodám tím, že zastaví smyk a demolici, dokud jsou stále pod kontrolou. Další názvy pro systém řízení stability: PSM, MASC, VSA, DSC, IVD.

ASR

ASR je protiprokluzový systém, který funguje na bázi ABS a ESP. Jeho hlavním účelem je zabránit prokluzu hnacích kol a stabilizovat pohyb vozu. Při rozjezdu na jiném povrchu se kola mohou začít „drtit“, tedy smyk. ASR s touto situací bojuje snížením výkonu motoru nebo přibrzděním hnacích kol.

Pomocí senzorů ABS měří systém kontroly trakce rychlost, úhel natočení všech kol a určuje míru prokluzu hnacích kol. S ohledem na přijatá data se ASR rozhodne, jak postupovat. Může buď zpomalit protáčející se kola, nebo „přikázat“ motoru snížit točivý moment, nebo dokáže všechny tyto věci najednou. Systém ASR může být různými výrobci nazýván DTC, TCS, TRC.

Brzdový asistent (BA)

Brake Assist je asistent nouzového brzdění, který spolupracuje s ABS. Systém pomáhá zkrátit brzdnou dráhu při nouzovém brzdění. V kritických situacích řidič nejčastěji nesešlápne brzdy na maximum. A brzdový asistent doslova sešlápne brzdový pedál až na doraz a zkrátí brzdnou dráhu na minimální vzhledem k vozovce a povětrnostním podmínkám. Brzdový asistent se aktivuje pouze při prudkém sešlápnutí brzdového pedálu. Další názvy pro brzdový asistent: BA, AFU, BAS, EBA, HBA, NBA.

Sekundární elektronické zabezpečovací systémy

Adaptivní tempomat ACC

Adaptivní tempomat Tempomat byl poprvé použit ve vozech Mercedes v roce 1997. Systém nahradil konvenční tempomat. Díky adaptivnímu tempomatu ACC má řidič možnost odpočinout si od neustálého sešlápnutí plynového pedálu na dlouhých cestách – systém sám udržuje požadovanou rychlost. ACC navíc pomocí radaru a kamery měří vzdálenost od překážek a v případě potřeby brzdí. Systém se aktivuje při rychlostech vyšších než 50 km/h.

TPMS

TPMS je systém monitorování tlaku v pneumatikách, který pracuje s pomocí senzorů instalovaných na kolech. Tlakové senzory měří tlak v pneumatikách a upozorňují na možné odchylky od normy. Systém může fungovat nepřímo – prostřednictvím dat ze snímačů otáčení kol ABS. Jak to funguje: defekt pneumatiky udělá méně otáček a systém to signalizuje řidiči. Nevýhodou takové nepřímé regulace tlaku je, že ABS nespecifikuje, která pneumatika má problém. Přímý typ TPMS monitoruje tlak v pneumatikách pomocí speciálních tlakových senzorů a vlastní řídicí jednotky. Displej TPMS, který je součástí systému, poskytuje přesné informace o úrovni tlaku v každé pneumatice a sděluje vám, která pneumatika je prázdná.

Více o TPMS a jeho typech si můžete přečíst zde.

Parkovací senzory

Parkovací senzory neboli PDS je systém, který pomůže s parkováním. Jak systém funguje: v nárazníku vozu jsou zabudovány senzory, které vysílají ultrazvukový signál. Odráží se od překážek a vrací se a hlásí vzdálenost k překážce.

Pasivní parkovací asistenční systémy řidiče pouze informují o přítomnosti překážek, zatímco aktivní parkovací senzory dokážou dát vozu pokyn, aby před překážkou zpomalil.

Система адаптивного освещения

Systém nasměruje světlomety a jejich světelné paprsky ve směru natočení volantu. Kamera namontovaná na čelním skle zaznamenává přijíždějící a projíždějící vozidla a přepíná potkávací světla na dálková a naopak. Matrixové světlomety poskytují dálková světla a aby neoslňovaly protijedoucí řidiče, „vyřezávají“ segmenty světelného paprsku přesně naproti jiným vozům. Zároveň zůstává osvětlena cesta k jedoucímu vozidlu.

Jaké další elektronické systémy jsou v autě?

Pojďme si krátce povědět o dalších pomocných elektronických systémech pro bezpečnost řidiče a jeho vozu.

Systém sledování únavy

Systém rozpozná míru únavy majitele vozu na základě jeho mimiky, polohy očí a hlavy a na displeji zobrazí doporučení k zastavení a odpočinku.

Skener dopravních značek

Pomůže vám nepřehlédnout žádnou značku a vyhnout se pokutám za nedodržování pravidel silničního provozu.

Systém sledování mrtvého úhlu

Varuje řidiče před překážkami při změně jízdního pruhu. Zjišťuje vzdálenost k překážkám pomocí ultrazvukových senzorů v nárazníku, podobných těm, které najdeme v parkovacích asistenčních systémech.

Asistence v jízdním pruhu

Asistent pro jízdu v jízdním pruhu nebo asistent pro jízdu v jízdním pruhu zajišťuje, že vozidlo nesejde ze své dráhy a přesně jej vyrovná v jízdním pruhu. Program se řídí dopravním značením pomocí videokamery a začne fungovat, pokud řidič přejede tečkovanou nebo plnou čáru, aniž by zapnul blinkr.

Asistent upozorní na opuštění jízdního pruhu zavibrováním volantu nebo zasáhne do ovládání: začne brzdit a řídit se na správné místo v řadě.

Které elektronické asistenty jsou nepříjemné: názory majitelů automobilů

Podle výsledků průzkumů časopisu Behind the Wheel považují motoristé za nejužitečnější tempomaty s funkcí jízdy v dopravních zácpách a sledování mrtvých úhlů. Jedním z nejoblíbenějších byl asistent nouzového brzdění. Podle průzkumů řidiče nejvíce dráždí systémy řízení jízdních pruhů a systémy sledování únavy. Co si čtenáři časopisu „Za volantem“ myslí o elektronických systémech:

Mohou elektronické systémy způsobit škodu?

Elektroničtí asistenti ve voze se starají o bezpečnost řidiče a s pomocí mnoha z nich se řidičům skutečně podařilo snížit počet nehod po celém světě. Někteří řidiči si stěžují, že je zpočátku všechny tyto četné systémy – otravné zvuky, světelné signály, vibrace, rozptylovaly a dráždily. To zase může vést k mimořádným situacím. Hrozí také, že si majitel vozu konečně zvykne na hlídání elektronických asistentů ze všech stran a nebude se moci pořádně soustředit na silnici, což je také nebezpečné.

Závěr

Věříme, že úspěchy pokroku bychom neměli popírat a rozhodně bychom je měli v autě používat. Nesmíme ale zapomínat, že odpovědnost za dění na silnici stále nese řidič, a nikoli elektronickí asistenti. Alespoň do doby, než budou vynalezena spolehlivá auta bez řidiče.