Enache Irina Georgiana 8413 [306378]

UNIVERSITATEA „POLITEHNICA” DIN BUCUREȘTI

FACULTATEA TRANSPORTURI

Departamentul Telecomenzi și Electronică în Transporturi

PROIECT DE DIPLOMĂ

București

2018UNIVERSITATEA „POLITEHNICA” DIN BUCUREȘTI

FACULTATEA TRANSPORTURI

Departamentul Telecomenzi și Electronică în Transporturi

OPTIMIZAREA TRAFICULUI RUTIER

București

2018

Cuprins

INTRODUCERE 1

Capitolul 1. SISTEME INTELIGENTE DE TRANSPORT 3

1.1 DEFINIȚIE 3

1.2 TIPURI DE SISTEME INTELIGENTE DE TRANSPORT DESTINATE OPTIMIZĂRII TRAFICULUI RUTIER 4

1.2.1 Sistemul RHODES ( [anonimizat], ierarhic, optimizat și distribuit) 4

1.2.2 Sistemul ITACA ( [anonimizat] ) 5

1.2.3 Sistemul SCATS ( [anonimizat] – Sistemul adaptiv pentru managementul traficului din Sydney ) 6

1.2.4 Sistemul SCOOT ( Split Cycle Offset Optimisation Technique ) 12

1.2.5 [anonimizat] 15

1.3 BENEFICII 16

Capitolul 2. Sisteme avansate de management al traficului 17

2.1 INTRODUCERE 17

2.2 INTERSECȚII 17

2.2.1 Tipuri de intersecții 17

2.3 CARACTERISTICI TRAFIC 21

2.3.1 Flux de trafic 21

2.3.2 Nivele de serviciu pentru intersecții 24

Capitolul 3. ACHIZIȚIA DATELOR ÎN A.T.M.S. 27

3.1 SENZORI 27

3.1.1 Caracteristicile senzorilor 27

3.1.2 Clasificarea senzorilor 30

3.2 Bucle inductive 32

3.3 Camera video 38

3.4 Senzori PIR 41

Capitolul 4. APLICAȚIA PRACTICĂ 43

4.1 Descrierea sistemului 43

4.1.1 Componente 43

4.2 Schema bloc 50

4.3 Descrierea blocurilor 50

4.3.1 Blocul de alimentare 50

4.3.2 Blocul de comandă 51

4.3.3 Intersecțiile 51

4.4 Proiectarea aplicației 52

4.5 Schema electrică 54

4.6 Schema logică 54

4.7 Programul software 55

4.8 Calculul economic 57

Capitolul 5. CONCLUZII 58

DICȚIONAR EXPLICATIV DE TERMENI ȘI ABREVIERI 59

Bibliografie 61

INTRODUCERE

Transportul rutier se descrie ca fiind o operațiune de transport care se realizează cu ajutorul unor vehicule rutiere pentru furnizarea persoanelor și a mărfurilor, indiferent dacă vehiculul rutier este transportat pe o [anonimizat]: [anonimizat], un vagon de cale ferată.

Transportul rutier de persoane și cel de mărfuri se poate clasifica în felul următor:

[anonimizat], fără a depăși țara respectivă;

[anonimizat], [anonimizat] a [anonimizat];

[anonimizat].[1]

Evoluția în timp a sistemelor de transport s-a realizat ca răspuns la cerințele și nevoile societății în ceea ce privea mobilitatea bunurilor și persoanelor. [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat] a unei multitudini de scopuri practice. [anonimizat] a demonstrat, mai ales în ultimii ani, că scoaterea din contextul natural a tuturor activităților umane, deci și cea specifică transporturilor, nu numai că nu este benefică societății, dar poate afecta atât calitatea vieții umane cât și a factorilor de mediu.

Combinarea modelelor de analiză a traficului cu cele de investigare a efectelor asupra mediului produse de activitatea de transport, reprezintă o provocare actuală și o necesitate în vederea ameliorării calității vieții, în special în mediul urban.

Teoriile fluxului de trafic încearcă să descrie într-un mod precis, matematic, interacțiunile dintre mijloacele de transport și operatorii acestora (componentele mobile) pe de o parte și infrastructură pe de altă parte (componenta fixă). Infrastructura cuprinde sistemul de străzi și toate elementele operaționale ale acestora: dispozitive de control, semnalizare, marcaje, etc.

Fundamentele teoriei fluxului de trafic, după ce au fost foarte bine înțelese și facil analizate cu ajutorul tehnologiei computerizate, au devenit mai importante decât oricând. Acestea formează baza tuturor teoriilor, tehnicilor și procedurilor care au început să fie aplicate în proiectarea, funcționarea și dezvoltarea sistemelor avansate de transport.

În acest context, se poate spune că punctele de interes în teoria traficului sunt următoarele:

intensitatea fluxului (vehicule pe unitatea de timp);

viteza (distanța pe unitatea de timp);

timpul de transport pe o lungime de drum cunoscută;

gradul de ocupare (ponderea timpului în care un punct al drumului este ocupat de vehicule);

densitatea (numărul de vehicule pe unitatea de distanță);

timpul de înaintare între vehicule (timp pe vehicul);

distanțarea sau spațiul de înaintare între vehicule (distanța pe vehicul);

concentrarea (măsurată prin densitate sau gradul de ocupare).

În primul capitol sunt descrise sistemele inteligente de transport. În plus, acestea sunt detaliate pentru a vă arăta cum funcționează fiecare, dar să vă prezint avantajele și dezavanatje acestor sisteme. În finalul capitoului sunt prezentate unele beneficii ale sistemelor inteligent de transport.

Capitolul 2, intilulat “Sisteme avansate de management al traficului” tratează tipurile de intersecții, adică sunt prezentate câteva modele de intersecții și tot odată sunt descrise cum ar fi corect să le străbatem. În plus, în acest capitol mai sunt prezentate caracteristicile traficului rutier, iar în alcătuirea sa sunt fluxul de trafic și nivelel de serviciu pentru intersecții.

Capitolul 3 vine cu informații despre achizițiile de date din A.T.M.S. În alcătuirea acestui capitol sunt prezentate următoarele: definiția unui senzor, clasificarea lor, rolul buclelor inductive, camerelor video și nu în ultimul rând, senzorii PIR.

În capitolul 4 este prezentată partea practică a proiectului, constă în prezentare unei aplicații didactice a unei intersecți simple prin modificarea timpilor de verde. Este explicată descrierea sistemului, schema bloc cu blocurile componente, schema electrică, schema logică precum și programul software.

Capitolul 5 sunt prezentate concluziile lucrării de diplomă, și câteva avantaje ale metodelor de optimizare a traficului rutier.

SISTEME INTELIGENTE DE TRANSPORT

DEFINIȚIE

Sistemele Inteligente de Transport (ITS), altfel intitulate sisteme telematice pentru transporturi, includ o gamă largă de instrumente și servicii derivate de la tehnologiile informației și comunicațiilor. Aceste sisteme au potentialul de a furniza beneficii semnificative legate de eficiența operațională, calitatea serviciilor, managementul infrastructurii, și în același timp pentru imbunătățirea siguranței, reducerea impactului de mediu și serviciilor de informare pentru utilizatori.[2]

Sistemele ITS sunt utilizate pentru:

automatizarea managementului traficului;

suportul operațiilor de transport public;

management la cerere;

servicii pentru informarea călătorilor și planificarea călătoriei;

managementul parcului de vehicule și al mărfurilor;

managementul incidentelor și suport pentru servicii de urgențe;

servicii de plată electronică și colectare a taxelor;

tehnologii avansate la bordul vehiculelor.[3]

În prezent, orașele mari sunt locurile unde trăiesc majoritatea persoanelor, oameni care trebuie să se ducă zilnic la locurile de muncă. Pentru a se asigura că acești oameni ajung la timp și în siguranță, sistemele inteligente de transport joacă un rol esențial în mediile urbane aglomerate. Sistemele inteligente de transport folosesc tehnologii de informare și comunicare pentru a facilita transportul bunurilor și a persoanelor. Acestea sunt aplicații avansate care autorizează furnizarea de servicii legate de diferitele moduri de transport și de gestionare a traficului pentru a permite utilizatorilor să fie mai bine informați și să facă o utilizare mai sigură și mai coordonată a rețelelor de transport.

Aceste sisteme sunt importante în mediul urban din cauza traficului rutier foarte aglomerat. Obiectivele sistemelor inteligente de transport sunt:

Reducerea congestiei, blocajelor și îmbunătățirea eficienței economice;

Reducerea efectelor asupra sănătății și mediului;

Salvarea de vieți omenești;

Exploatarea instalațiilor deja existente;[4][5]

TIPURI DE SISTEME INTELIGENTE DE TRANSPORT DESTINATE OPTIMIZĂRII TRAFICULUI RUTIER

Sistemul RHODES ( Real Time Hierarchical Optimized Distributed Effective System – Sistem efectiv în timp real, ierarhic, optimizat și distribuit)

Sistemul RHODES este unul dintre cele mai simple pentru managementul centralizat al traficului rutier, deoarece nu este un sistem adaptiv, adică nu se poate modela după anumite situații, dar în schimb se poate bazeaza pe comutatrea mai multor planuri de semnalizare fixe, care sunt realizate pe baza unor măsurători de trafic obținute manual.

Acest sistem se poate numi “orb” din cauza traficului pe care îl administrează , iar buna sa funcționare depinde de condițiile și precizia cu care au fost obținute măsurătoriile în trafic.[6]

În general, determinările informațiilor de trafic prin detecție sunt necesare pentru următoarele:

Determinarea lungimii cozilor de vehicule la semafor;

Aflarea numărului de vehicule care schimbă direcția de mers în intersecții;

Detecția incidentelor și blocajelor rutiere.

Figura 1. Sistemul RHODES [7]

În urma unor dezvoltări recente, acest sistem a fost îmbunătățit cu noi algoritmi de analiză a traficului, bazați pe informațiile captate de senzorii aflați în intersecții. Principiul de funcționare este acela că detectoarele amplasate în intersecție informează propriul automat de trafic despre numărul de vehicule detectate, ca mai apoi să transmită la întersecția următoare informații care privesc nivelul de trafic care urmează să sosească. Principiul de bază după care are loc schimbarea planurilor de semnalizare este unul de tip TOP (Time of Day – ora din zi).

Se evaluează duratele de semnalizare în prealabil, ținând cont de traficul de pe artera principală, ca mai apoi să se ia în calcul și datele de pe arterele secundare. Metoda principală de programare se bazează pe volumele de trafic așteptate să solicite intersecția. Această metodă poate avea și următoarele defecte:

Planurile de semnalizare să devină neactuale prea rapid în timp;

Planurile de semnalizare să nu reflecte situația reală din teren;

Schimbările bruște de trafic nu pot fi tratate de sistem.

Sistemul ITACA ( Intelligent Traffic Adaptive Control Area – Zona de control adaptabilă pentru traficul inteligent )

Sistemul de reglare a traficului ITACA se încadrează în categoria sistemelor adaptive, deci necesită instalare de senzori de trafic. Planurile de semnalizare pentru fiecare intersecție sunt optimizate în funcție de cererea de trafic (gradul de ocupare și intensitatea traficului).[6]

Sistemul de lucru al modulului adaptiv ITACA se bazează pe o structură ciclică în patru faze:

obținerea datelor de trafic înregistrate în fiecare automat de trafic;

simularea comportamentului traficului;

optimizarea variabilelor din planul de temporizare ITACA pentru fiecare controler înmagazinat în calculator;

modificarea timpilor de semnalizare în automatele de trafic.

Datele din trafic sunt colectate prin detectoare de tip buclă (câte unul pe fiecare bandă) și detectoare electromagnetice, amplasate, de obicei, în amonte față de linia de stop a semaforului care reglează traficul pentru fiecare legătură de intrare în intersecție. Apoi, automatele conectate la aceste bucle înregistrează și calculează cererea reală de trafic pentru fiecare bandă.

Aceste profile evoluează la fiecare 5 secunde, adică cu aceeași frecvență cu care calculatorul central transmite cererea de date de trafic (intensitate și timp de ocupare) la automatele de trafic. Pe baza datelor precedente, modulul adaptiv dezvoltă profilele de ciclu ce sunt folosite de modelul de simulare.

Optimizarea se realizează în mai multe faze, după cum urmează:

Optimizarea divizării în faze

Optimizarea divizării în faze constă în definirea celei mai bune valori a timpilor pentru diferitele faze variabile care formează ciclul de semaforizare. Scopul acestei optimizări este minimizarea întârzierilor calculate prin modelul de simulare.

Optimizarea decalajului

Optimizarea decalajului constă în definirea celei mai bune coordonări între intersecțiile adiacente. Scopul acestei optimizări este minimizarea numărului de opriri și al întârzierilor totale, calculate cu ajutorul modelului de simulare.

Optimizarea ciclului

Optimizarea ciclului constă în definirea duratei acestuia pentru intersecțiile dintr-o subzonă, așa încât capacitatea acesteia să fie adaptată la cererea reală de trafic.

Sistemul ITACA asigură controlul, în timp real, al traficului rutier prin calcularea celei mai bune soluții pentru fiecare intersecție și prin adaptarea secvențelor de semnalizare în mod continuu, pentru a satisface cererea de trafic înregistrată de senzori.

Sistemul produce schimbarea, într-o plajă restrânsă și în mod continuu, a unui set de parametri de semnalizare, pentru evitarea efectelor negative, precum perturbarea traficului și întârzierile la restabilirea acestuia.

Sistemul SCATS ( Sydney Co-Ordinated Adaptive Traffic System – Sistemul adaptiv pentru managementul traficului din Sydney )

În acest subcapitol, voi vorbi despre unul dintre sistemele de control adaptiv de trafic. Istoria, cronologia, arhitectura sistemului și modul de comunicare vor fi cuprinse în acest subcapitol.

Sistemul adaptiv pentru managementul traficului din Sydney, mai pe scurt SCATS, este un sistem de transport inteligent, dar și un sistem de informarea a managementului de trafic, dezvoltat în Sydney (Australia), de către fosții constituenți ai serviciilor rutiere si maritime în anii ‘70.

După ce s-au eliberat rezultatele inițiale ale sistemului, mai multe țări s-au interest de sistemul SCATS și l-au implementat în orașele cu probleme serioase de control al traficului.

Începând cu luna iunie 2012, SCATS a fost distribuit în 263 de orașe din 27 de țări din întreaga lume pentru a controla mai mult de 36.000 de intersecții. În Australia, majoritatea intersecțiilor semanlizate sunt gestionate de SCATS (aproximativ 11.000 de intersecții).

Sistemul folosește senzori la fiecare semnal de trafic pentru a detecta prezența vehiculului pe fiecare bandă și pietonii care așteaptă să traverseze strada. Senzorii vehiculelor sunt de obicei bucle inductive amplasate în totuar. O buclă inductivă este un sistem de comunicare sau detectare electromagnetică care utilizează un magnet în mișcare pentru a induce un curent electric într-o sârmă din apropiere. Buclele inductive sunt utilizate pentru trasmisia și recepția semnalelor de comunicație sau pentru detectarea obiectelor metalice în detectoare de metal sau a indicatorilor de prezență a vehiculelor. Senzorii pietonali sunt, în general, butoane. Alte tipuri de senzori pot fi folosiți pentru detectarea prezenței vehiculelor, cu condiția să se obțină o ieșire similară și stabilă. Toate informațiile obținute de la senzorii vehiculelor, permit sistemului SCATS să calculeze și să se conformeze cu temporizarea semnalelor de trafic din rețea.

Sistemul adaptiv de control al traficului este echipat cu funcția de detectare a defecțiunilor prin comunicare cu calculatorul central pentru a ușura reparația și întreținerea sa. În cazul unei defecțiuni la telecomunicații , controlul adaptiv al traficului va trece în mod autonom și independent, dar va putea funcționa în continuare.

EVOLUȚIA SISTEMULUI:

1963 – Primul sistem de control al traficului a fost instalat în Sydney pentru 8 intersecții;

1964 – A fost instalată o noua versiune pentru a putea controla 96 de intersecții;

1965 – 25 de intersecții au fost conectate la noul sistem de control al traficului;

1967/1968 – Un nou sistem a fost parțial instalat pentru a controla 6 intersecții pe Broadway;

1981 – Primul calculator VAX, un VAX 11/780, a fost cumpărat, prelucrând progresiv multe din funcțiile de dezvoltare;

1989 – Capacitatea grafică personală a fost dezvoltată pentru a înlocui sistemul de afișare RAMTEK;

1990 – Versiunea 5 a sistemului SCATS este în uz.[8]

Acuma, sistemul SCATS este atât de reușit încât este vândut la nivel international prin intermediul furnizorilor. Drumurile și serviciile maritime continuă să dezvolte și să susțină SCATS și să producă software auxiliare.

SCATS colectează datele privind fluxurile de trafic în timp real la fiecare intersecție. Acestea sunt transmise prin intermediul controlorului de trafic către un calculator central. Calculatorul realizează ajustări incrementale ale temporizărilor semnalului de trafic în funcție de flux din fiecare intersecție. Acest sistem adaptiv de control al traficului ajută la minimalizarea opririi (trafic ușor), a întârzierii (trafic aglomerat) și a timpului de deplasare.

Rețeaua de trafic este împărțită în regiuni. Fiecare regiune are caracteristici de flux omogene și acestea sunt la rândul lor, împățite în legături și noduri. Pentru fiecare regiune, se calculează gradul de saturație pentru toate nodurile și se calculează raportul dintre fluxul detectat și fluxul de saturație. Acesta prevede viitorul timp de verde în funcție de timpul de verde folosit. Zilnic, pentru fiecare bandă se calibrează automat fluxul de saturație. Într-adevăr , trebuie să identificăm nodurile cele mai aglomerate pentru fiecare regiune, ceea ce înseamnă că trebuie să calculăm și cel mai înalt grad de saturație.

ARHITECTURA SISTEMULUI:

Arhitectura SCATS este alcătuită din trei părți, care vor fi detaliate mai jos. Fiecare dintre aceste părți are propriile sarcini și îndatoriri. Aceste ar trebui să fie conectate și în același timp să poată să comunice reciproc în funcție de starea traficului, dar ele pot funcționa și separate. În imaginea de mai jos sunt reprezentate următoarele:

Calculator central – funcții de comunicații și baze de date;

Calculator regional – control strategic;

Controlorii de trafic local – controlul tactic.

Figura 2. Arhitectuta SCATS[9]

CALCULATORUL CENTRAL

Are datoria de a monitoriza starea echipamentului și performanța sistemului. Calculatorul de monitorizare centrală are următoarele sarcini importante:

Colectarea, introducerea și monitorizarea datelor;

Conectarea cu calculatorul de administrare;

Diagnosticarea rapidă a defectele.

Calculatorul de administrare este format din terminalul de imprimantă, afișajul și stația de lucru cu calculatorul personal. Datorită managementului central, toate evenimentele petrecute în sistem vor fi înregistrate într-o bază de date din calculatorul central și ne va ajuta la implementările viitoare.

CALCULATORUL REGIONAL

Calculatorul regional menține controlul autonom al traficului cu ajutorul unui set de controlori. Unul dintre avantajele acestor calculatoare este de a efectua un algoritm de control. Un alt avantaj, ar fi folosirea informațiilor de zi și de trafic pentru a planifica timpul de verde, planul de compensare a intervalului și timpul ciclului. Controlorii locali sunt grupați în:

SISTEME

Acestea sunt împărțite în mod tipic în funcție de zona geografică. Sistemele nu interacționează între ele, ceea ce rezultă că pot acționa și separat.

SUBSISTEME

Ele reprezintă elementele de bază ale controlului de trafic la nivel strategic. Fiecare subsistem poate să cuprindă până la zece intersecții.

Figura 3. Împărțirea sistemelor și subsistemelor[8]

CONTROLORUL LOCAL

Controlorul local este utilizat în cazul operațiunilor strategice, acesta transmite informațiile la nivel regional și informații acceptate în condiții de trafic adaptiv. Datoria controlorului local nu este condiționată de acest aspect, dar are un rol important în operațiunile tactice care constau în următoarele observații:

Să se bazeze pe informațiile date de detector;

Să mențină flexibilitatea locală pentru satisfacerea variației ciclice din fiecare intersecție;

Configurația SCATS și modul în care anumite parți ale sistemului de trafic sunt conectate una cu cealaltă și ce fel de conectori și controlori sunt folosiți vor fi prezentate în imaginile următoare:

Figura 4. Sistem minimal – regiune unică[9]

Figura 5. SCATS1 ( prima filozofie de configurație) – cu serverul de integrare[9]

Figura 6. SCATS2 ( a doua filozofie de configurare)[9]

SENZORI SCATS

Controlorul prelucrează numărul de spații și timpul total de spațiu în timpul de verde alocat fiecărui ciclu. Datele reale de mișcare preluate de detectoare permit determinarea exactă a împărțirii. SCATS funcționează prin examinarea „Spațiului” între vehicule. Gradul de saturație arată randamentul timpului de verde. Între densitatea traficului și spațiul de timp există o relație care este prezentată în graficul următor:

Figura 7. Densitate – Graficlui spațiului de timp[8]

Un exemplu de localizarea a detectoarelor și a senzorilor este arătat în imaginea următoare. Detectoarele de buclă sau detectoare video care sunt folosite în Oakland, în majoritatea benzilor, dar se poate ca unele să fie lasate fară detectoare.

Figura 8. Detectoare de buclă sau detectoare video la liniile de oprire

SCATS este deja lider mondial, în ceea ce privește sistemele inteligente de transport, iar cu toate acestea, New South Wales Road împreună cu serviciile maritime continuă să dezvolte SCATS pentru a răspunde cerințelor tehnologice, utilizatorilor și traficului;

Unul dintre motive este, faptul că sistemul inteligent de transport este cunoscut ca o sursă deschisă care se îmbunătățește pe zi ce trece;

AVANTAJE:

Sistemul SCATS poate fi selectat pentru diferite proiecte ,ca mai apoi sa fie aplicat din următoarele motive:

Unul dintre avantajele acestui sistem este mărimea arhitecturii care este mică;

Operațiuni de îmbunătățire pentru toți utilizatorii, în special pentru traseele de autobuz de tranzit. Îmbunătățirea timpului de transport public și a fiabilității

SCATS a demonstrat o abilitate deosebită de a gestiona schimbările neprevăzute ale modelelor de trafic în zilele speciale, dar și capacitatea de a oferi un raspuns dinamic la cererea de trafic;

Oferă un sistem eficient de alarmă de întreținere care reduce întârzierea traficului datorită defecțiunilor echipamentelor;

Reducea aerului poluat;

Reducea întârzierilor;

Reducerea coliziunilor;

Reducerea consumului de combustibil;

Sistemul SCOOT ( Split Cycle Offset Optimisation Technique )

Următorul sistem prezentat este “SCOOT”. Aglomerația traficului reprezintă o problemă din ce în ce mai întâlnită în orașele din toată lumea, iar autoritățile trebuie să contribuie pentru a reduce aglomerația.

Sistemul de control al traficului urban adaptat SCOOT, care înseamnă Split, Cycle and Offset Optimization, a fost dezvoltat de Laboratoul de Cercetări în Transporturi (TRL) pentru a ajuta autoritățile să administreze și controleze traficului în rețelele lor. SCOOT este într-o continuă dezvoltare prin cercetarea făcuta de TRL, finanțată de Departamentul pentru Transporturi (DfT) și de furnizorii SCOOT.

Unul dintre cele mai importante sisteme de control adaptiv din lume este SCOOT , iar controlul moderat al semnalului de trafic dăruiește un instrument important pentru aglomerația rețelei de autostrăzi. Acest sistem coordonează funcționarea tuturor semnalelor de trafic dintr-o zonă pentru progresarea mai buna a vehiculelor. În timpul coordonării semnalelor, acesta răspunde continuu și inteligent, pe măsura ce fluxul de trafic se schimbă și variază pe parcursul zilei.

Multe beneficii sunt obținute prin instalarea unui sistem eficient de control al traficului urban care utilizează SCOOT, reducând astfel congestia și maximizând eficiența, care, la rândul său, este benefică mediului și economiei locale. Caracteristicile SCOOT pot fi rezumate după cum urmează:

Sistem de control adaptiv la nivel mondial

Gestionarea congestiei personalizate

Reducerea întârzierilor de peste 20%

Maximizarea eficienței rețelei

Arhitectură flexibilă de comunicații

Prioritatea transportului public

Gestionarea traficului

Detectarea incidentelor

Informație cuprinzătoare privind traficul

SCOOT a fost demonstrat în peste 200 de orașe și orașe din peste 14 țări din întreaga lume, având avantaje dovedite în reducerea aglomerației și întârzierii. Acestea au fost demonstrate de mai multe ori cu studii detaliate care evidențiază efectele controlului traficului urban SCOOT ca instrument de gestionare a traficului și a congestionării.

Beneficiile SCOOT comparativ cu metodele alternative de control au fost bine documentate. De exemplu, studiile privind timpul de călătorie în Worcester (Regatul Unit) și Southampton (Regatul Unit) au descoperit că controlul SCOOT a redus substanțial întârzierile în comparație cu operarea semnalului de acționare a vehiculului (VA) (adică nici unul coordonat). Reducerea tipică a întârzierilor a fost de 23% în Worcester și 30% în Southampton (Colyer, 1985), (Powell, 1985).

Interfața cu utilizatorul include introducerea datelor pentru stocarea informațiilor despre locațiile detectorilor, structura fizică a rețelei rutiere și modul în care semnalele de trafic controlează fluxurile individuale de trafic din baza de date SCOOT.

Orice sistem adaptiv de control al traficului se bazează pe o bună detectare a condițiilor curente în timp real pentru a permite un răspuns rapid și eficient la orice schimbare în situația actuală a traficului. În mod normal, sunt necesare detectori la fiecare legătură. Locația lor este importantă. Pentru a furniza informații bune înainte de sosirea vehiculului la linia de stop Detectoarele SCOOT sunt de obicei poziționate la capătul din amonte al legăturii de apropiere. Buclele inductive sunt utilizate în mod normal.

Figura 9. Sistemul SCOOT[11]

Informațiile de la detectoare sunt introduse în modelul SCOOT, care modelează progresia traficului de la detector prin linia de stop. Ea ține cont de starea semnalelor și de cozile ulterioare. Funcționarea modelului este rezumată în diagramă și descrisă mai jos.

Figura 10. Funcționalitatea modelului SCOOT[12]

Când vehiculele trec prin detector, SCOOT primește informația și convertește datele în unitățile sale interne și le folosește pentru a construi "profile de curgere ciclice" pentru fiecare legătură. Profilul eșantionului prezentat în diagramă este colorat cu culoarea verde și roșie, în funcție de starea semnalelor de trafic atunci când vehiculele ajung la linia de stop la o viteză normală de croazieră. Vehiculele sunt modelate în jos pe legătura la viteza de croazieră și se alătură spatelui coadă (dacă există). În timpul verii, vehiculele se descarcă de la linia de stop la debitul validat de saturație.

Datele din model sunt apoi utilizate de SCOOT în trei optimizatoare care adaptează continuu trei parametri principali de control al traficului – cantitatea de verde pentru fiecare abordare (Split), timpul dintre semnalele adiacente (Offset) și timpul permis pentru toate abordările o intersecție semnalată (timpul ciclului). Acești trei optimizatori sunt utilizați pentru a adapta continuu acești parametri pentru toate intersecțiile din zona controlată SCOOT, minimizând timpul verde pierdut la intersecții și reducând opririle și întârzierile prin sincronizarea seturilor adiacente de semnale.

Funcționarea optimizatorilor asigură combinația necesară de reacție la fluctuațiile traficului și stabilitatea pentru menținerea coordonării. Optimizatorul split optimizează fiecare schimbare de scenă, offsetul este optimizat pentru fiecare ciclu de semnal pentru fiecare nod și durata ciclului pentru fiecare regiune este optimizată o dată la cinci minute sau o dată la fiecare două minute și jumătate atunci când este necesar pentru a răspunde la modificările rapide ale curgerii.

Sistemul UTOPIA-SPOT

Sistemul UTOPIA-SPOT reprezintă o strategie de management al traficului rutier urban ce combină optimizarea la nivel local, caracterizată de viteza de răspuns ridicată la schimbările de trafic, cu interacțiunea puternică cu celelalte intersecții și optimizarea globală pe arii extinse. Optimizarea la nivel local facilitează adaptarea unui sistem de prioritizare a transportului public urban, datorită vitezei de răspuns, ceea ce este mai greu realizabil cu o configurație centralizată, mai ales în marile aglomerații urbane, unde transportul public este bine reprezentat și cererea de prioritate la semafoare ar putea sufoca sistemul de calcul centralizat. Optimizarea la nivel local reprezintă o funcție obiectivă a costurilor, ce încorporează termeni de calcul pentru întârziere și opriri la stop de pe legăturile care aduc și eliberează trafic din intersecția în cauză, termeni legați de analiza cozilor de vehicule. Toți acești termeni sunt configurabili și au ponderi diferite, ce se pot adapta în funcție de caracteristicile legăturilor sau ale ariei supravegheate. Există, de exemplu, ponderi separate pentru traficul privat față de cele pentru transportul public. Prin introducerea de termeni care reprezintă costuri pe aceste legături, se reușește coordonarea în ansamblu, intercorelat, a mai multor intersecții înlănțuite. Intensitatea acestei interacțiuni poate fi configurată după dorință în cadrul sistemului UTOPIA. Mecanismul este, de asemenea, utilizat pentru funcționalități de tip "gating", adică de permitere a accesului pe artere principale pe ferestre scurte de timp, pe baza determinării golurilor între vehiculele care circulă în coloană. Optimizarea la nivel local se realizează pentru fiecare intersecție în incremente scurte de timp, iar optimizarea la nivel de zonă utilizează o scară mai mare de timp. [13]

UTOPIA-SPOT este un sistem care permite coordonarea într-o zonă în care intersecțiile nu au nici același timp total al ciclului semafarelor și nici timpi prestabiliți. Sistemul este compus din trei straturi:

Un calculator central numit UTOPIA, utilizat pentru supraveghere ;i monitorizare

Calculatoare industriale, unități SPOT, care sunt integrate în controlerele de trafic și realizează optimizarea locală

Controlerele de trafic care execută strategia de semnalizare

În comparație cu alte sisteme UTC, UTOPIA-SPOT se focalizează pe traficul care se apropie în momentul acela de intersecție. Unitățile SPOT folosesc bucle inductive și numărătoare video pentru a adapta strategia de semaforizare pentru următoarele minute, dar în același timp aceste unități realizează schimburi de informații cu unitățile vecine, referitoare la strategia de semaforizare.

În comparație cu sistemul SCOOT, sistemul UTOPIA-SPOT este unul flexibil și are avantajul că nu încarcă rețeaua de comunicații cu mesaje, deoarece procesarea se face la nivel local sau zonal.

Figura 11. Sistemul UTOPIA-SPOT [14]

SPOT este un sistem care, inițial, a fost proiectat pentru a acorda prioritate vehiculelor de transport public. Acest sistem execută calcule pentru modificarea duratelor de semnalizare prin setarea semafoarelor în timp real și minimizează timpul total de consumat de vehiculele private în timpul călătoriei lor. SPOT are rolul de a minimiza “costul” socio-economic toal al sistemului de trafic.

BENEFICII

Principalele beneficii ale tehnologiei ITS sunt următoarele:

numărul redus de accidente;

ajutor pentru eliberarea aglomerației;

salvarea de vieți omenești;

siguranță;

productivitatea;

reducerea duratei și planificării unei călătorii;

diminuarea efectelor asupra mediului înconjurător;

economisirea de timp și bani;[15]

Sistemele inteligente de transport au demonstrat că sunt o cale pentru îmbunătățirea facilităților de transport.

Cu ajutorul unor principale beneficii ale acestor sisteme, ele pot fi grupate în concordanță cu următoarele subiecte:

Reducerea accidentelor;

Deblocarea congestionării;

Monitorizarea și protecția mediului;

Factorii de confort;

Siguranță;

Eficiență;

SISTEME AVANSATE DE MANAGEMENT AL TRAFICULUI

INTRODUCERE

Sistemul avansat de management al traficului(ATMS-Advanced Traffic Management System) este un sistem de management pentru transporturi, care are la bază o infrastructură complicată și este alcătuit din mai mulți senzori, ca de exemplu: senzori pentru circulație, senzori pentru vizibilitate, senzori pentru perturbații radio și electro-magentice, senzori pentru condiții meteo nefavorabile; camera video și de o rețea pentru transmiterea datelor, ca de exemplu: fibră optică, cabluri și modem-uri, dar și din echipamente de detecție a poziției exacte(GPS).[16]

INTERSECȚII

Tipuri de intersecții

Intersecția cu mâner de cană

Figura 12. Intersecția cu mâner de cană[17]

Un mâner de cană este o stradă cu sens unic într-un cadran dintr-o intersecție care permite înlăturarea traficului care virează la stânga de pe unda directă fără oferirea de benzi pentru virajele la stănga. Virajele la dreapta, stânga și întorcerile la 180° se vor efectua de pe partea dreaptă a strazii. Vehiculele care vor să facă stânga părăsesc artera principală printr-o rampă de pe partea dreaptă a străzii și vor face strânga pe strada mai mică într-un punct terminal separat de intersecția principală.

Mai puțină prioritate va fi folosită de-a lungul străzii, deoarece benzile pentru virajele la stânga sunt eliminate. Cu alte cuvinte, mai multa prioritate va fi necesară în intersecție pentru a acomoda mânerul de cană.

Semnalizarea potrivită a mânerelor este critică pentru că șoferii vor trebui anunțați din timp când să vireze la dreapta pentru ca apoi să faca virajul la strânga.

Intersecție mediană cu întoarcere de 180°

Figura 13. Intersecție mediană cu întoarcere de 180°[18]

În acest tip de intersecție, virajele la stânga vor fi eliminate și vor fi mutate la intersecțiile mediane în apropierea intersctiei principale. Pentru efectuarea manevrei de întoarcere la 180° aflate pe artera principală, șoferii vor face stânga de pe artera principală trecând de intersecție, ca mai apoi să se încadreze pe banda de stânga, ca să poată realiza întoarceare de 180° în următoare intersecție și sa vireze la dreapta pe artera secundară. Conducătorii auto aflați pe artera secundară care vor sa vireze la stânga, vor vira mai întai la dreapta ca să ajungă pe artera principală, ca mai apoi să realizeze întoarcera de 180°.

Intersecție tip arc de cerc

Figura 14. Intersecție tip arc de cerc[19]

O intersecție tip arc cerc conține o stradă suplimentară între două ramuri ale intersecției. În acest tip de intersecție, toate virajele la stânga sunt eliminate, iar conducătorii auto care doresc să vireze la stânga de pe artera principală sau de pe cea secundară vor fi nevoiți să meargă pe această stradă suplimentară. În comparație cu intersecțiile convenționale, acest tip au o întârziere în trafic mai mică și cozi mai scurte. Se întâmplă să existe probleme la intersecția principală. Confuzia șoferilor în acest tip de întersecție este mult mai mare decât în cele convenționale. Este esențial ca în acest tip de intersecție, semaforizarea să fie foarte bine coordonată.

Super-intersecția mediană

Figura 15. Super-intersecție mediană[20]

Organizarea acestui tip de intersecție este asemănătoare cu cea a întoarcerii la 180° prin simplul fapt că se realizează o manevră de întoarcere indirectă la 180°. O trecere se efectuează prin viraj la dreapta pe artera principală, viraj la stânga prin intersecție și viraj din nou la dreapta pe artera secundară. Intersecțiile suplimentare trebuie să fie amplasate la o distanță de 180m față de intersecția principală. Un vehicul tip semi-trailer trebuie sa aibă un arc de cerc circa de 18m pentru a se potrivi în întoarcerea de 180°.

În acest tip de intersecții față de cele convenționale sunt prezente mai puține puncte de conflict. Totuși acest tip de intersecții poate cauza confuzie în rândul pietonilor, dar ar putea exista mai puține șanse în apariția conflictelor cu vehiculele. Trecerea se efectuează în două perioade.

Această organizarea a drumului poate duce la mai multe orpiri a vehiculelor care doresc să meargă înainte.

Intersecții cu sens giratoriu

Figura 16. Intersecție cu sens giratoriu[21]

O intersecție cu sens giratoriu este o intersecție care are în mijloc un rondou, un monument sau marcaj rotund de spațiu interzis și indicatorul “Intersecție cu sens giratoiu”, montat pe fiecare drum care intră în intersecție. Un mare avantaj al acestor tipuri de intersecții este acela că sunt mult mai sigure decât o intersecție convențională sau decât un cerc rotativ de trafic.[22]

Locurile în care sunt cel mai des întâlnite sensurile giratorii sunt:

Intersecțiile cu mai mult de patru ramuri;

Intersecțiile cu o structură ciudată;

Intersecții cu flux mare de trafic care virează la stânga;

Intersecțiile cu opriri pe patru sensuri;

Intersecțiile care prezintă un interes important în zonele urbane;

Intersecțiile în care se modifică modelele de trafic;

Zonele cu întârzieri mari;

Zonele în care semafoarele nu sunt justificate;

Zonele în care capacitatea de stocare a intersecțiilor este redusă;

CARACTERISTICI TRAFIC

Flux de trafic

Fluxul de trafic reprezintă studiul interacțiunilor dintre călători (inclusiv pietoni, bicicliști, șoferi și vehiculele lor) și infrastructură (inclusiv autostrăzi, dispozitive de semnalizare și dispozitive de control al traficului), cu scopul de a înțelege și de a dezvolta o situație optimă pentru transportul cu o circulație eficientă și problemele de congestie.[23]

Traficul de circulație este, în general, limitat de-a lungul unei căi unidimensionale (de exemplu, o banda de deplasare). O diagramă spațiu-timp prezintă grafic fluxul vehiculelor de-a lungul unei căi de-a lungul timpului. Timpul este afișat de-a lungul axei orizontale, iar distanța este prezentată de-a lungul axei verticale. Circuitul de circulație într-o diagramă spațiu-timp este reprezentat de liniile individuale de traiectorie ale vehiculelor individuale. Vehiculele care urmează unul pe celălalt de-a lungul unei benzi de circulație date vor avea traiectorii paralele și traiectoriile se vor traversa când un vehicul trece pe altul. Diagramele spațiului de timp sunt instrumente utile pentru afișarea și analizarea caracteristicilor fluxului de trafic al unui anumit segment de drum în timp (de exemplu, analizarea congestiei fluxului de trafic).

Există trei variabile principale pentru a vizualiza un flux de trafic: viteza (v), densitatea (notată cu k și indică numărul de vehicule pe unitatea de spațiu) și debitul (notată cu q și indică numărul de vehicule pe unitatea de timp).

Figura 17. Diagrama spațiu-timp[24]

VITEZA

Viteza este distanța acoperită pe unitatea de timp. Nu se poate urmări viteza fiecărui vehicul; astfel încât, în practică, viteza medie este măsurată prin eșantionarea vehiculelor dintr-o anumită zonă într-o perioadă de timp. Se identifică două definiții ale vitezei medii: "viteza medie a timp" și "viteza medie a spațiului".

Viteza medie a timpului – este măsurată la un punct de referință pe carosabil pe o perioadă de timp. În practică, se măsoară prin utilizarea detectorilor de buclă. Detectoarele de buclă, atunci când sunt răspândite pe o zonă de referință, pot identifica fiecare vehicul și pot urmări viteza acestuia. Cu toate acestea, măsurătorile de viteză medie obținuțe prin această metodă nu sunt exacte, deoarece vitezele instantanee medii pe mai multe vehicule nu iau în considerare diferența timpului de deplasare pentru vehiculele care se deplasează la viteze diferite, dar de la aceeași distanță.

unde m reprezintă numărul de vehicule care trec prin punctul fix și reprezintă viteza vehicului i.

Viteza medie a spațiului – este măsurată pe întregul segment de șosea. Imaginile consecutive sau video ale unui segment urmăresc viteza vehiculelor individuale, iar apoi se calculează viteza medie. Se consideră mai exactă decât viteza medie. Datele pentru viteza medie a spațiului pot fi luate din imagini prin satelit, o cameră sau ambele.

unde n reprezintă numărul de vehicule care trec pe segmentul de rulare.

Viteza medie a timpului nu este niciodată mai mică decât viteza medie a spațiului:

unde  este variația vitezei medii a spațiului.

DENSITATE

Densitatea (k) este definită ca numărul de vehicule pe unitatea de lungime a șoselei. În fluxul de trafic, cele mai importante densități sunt densitatea critică ( ) și densitatea blocajului ( ). Densitatea maximă realită în fluxul liber este  , în timp ce k j este densitatea maximă realizată în timpul congestiei.

Densitatea ( k ) într-o lungime a carosabilului ( L ) la un moment dat ( ) este egală cu inversul distanței medii a vehiculelor n.

Figura 18. Relația dintre densitate și flux[25]

FLUXUL

Fluxul ( q ) este numărul de vehicule care trec un punct de referință pe unitatea de timp, vehicule pe oră. Inversa fluxului este direcția ( h ), care este timpul care trece între vehiculul i care trece printr-un punct de referință în spațiu și  vehiculul ( i + 1). În congestie, h rămâne constant. Pe măsură ce se formează un blocaj de trafic, h se apropie de infinit.

Fluxul ( q ) care trece printr-un punct fix () în timpul unui interval ( T ) este egal cu inversul progresiei medii a vehiculelor m.

Nivele de serviciu pentru intersecții

Nivelul de serviciu pentru intersecțiile semnalizare este ilustrat prin termeni de întârziere. Întârzierea reprezintă o măsură a disconfortului șoferului, pierderii de timp, consumului mare de combustibil și tot odată a frustrării.

Întârzierea poate fi măsurată pe teren sau poate fi estimată prin anumite procedee. Întârzierea reprezintă o măsură complexă, și este dependentă de un număr de variabile, inclusiv calitatea avansării, durata ciclului, raportul de verde și raportul dintre volum și capacitate pentru direcția de deplasare.

Tabel 1. Criteriile nivelului de serviciu pentru intersecții semnalizate

Rata fluxului maxim de serviciu este definită după Highway Capacity Manual ca numărul maxim de vehicule și persoane care pot traversa printr-o secțiune uniformă a drumului într-o perioadă de timp dată (de preferat 15 minute) în anumite condiții de drum, trafic și condiții de control pentru a menține un anumit nivel de serviciu proiectat.

Figura 19. Evidențierea nivelului serviciului în diagrama fundamentală a traficului rutier

Nivelul de servicii A este reprezentat printr-o legătură între numărul conducătorilor de vehicule care doresc să utilizeze o arteră și posibilitatea practică sa o facă. Avantajele acestui nivel este că traficul este lejer, distanța dintre vehicule ține strict de dorința fiecărui șofer, iar oprirea mijloacelor de transport în stații se va face fără nici o problemă.

Nivelul de serviciu A este descris prin funcționări cu întârzieri extrem mici , iar acest lucru reprezentând cam 5 secunde pe vehicul. Avantajul acestui serviciu este că trecerea vehiculelor se face pe faza de verde, ceea ce rezultă ca avansarea este una destul de favorabilă, iar cele mai multe vehicule nu sunt nevoite să oprească.

Caracteristicile traficului (viteză, densitate, durată de deplasare) sunt determinate exclusiv de caracteristicile geometrice ale arterei și de starea timpului. Pot fi respectate indicațiile privind limitele superioare și inferioare ale vitezei. Circulația pietonilor se înscrie la traversări în timpii afectați de către sistemul de dirijare.

Nivelul de servicii B se încadrează tot în zona cu trafic redus, dar tot odată încep să intervină restricțiile de viteză.

Nivelul de serviciu B este descris prin funcționări cu întârzieri în domeniul 5,1 până la 15 secunde pe vehicul. Niveluri mai mari de întârziere medie sunt provocate de oprirea mai multor vehicule decât în cazul A.

Nivelul de servicii C se află în zona de trafic denumit stabil, în sensul că distanța medie dintre vehicule începe să se apropie de valorile minime rezultând din spațiul necesar de frânare a vehiculelor aflate în coloană.

Nivelul de serviciu C este descris prin funcționări cu întârzieri în domeniul 15,1 până la 25 de secunde pe vehicul. În acest caz, încep să se producă perturbări ale ciclului. Numărul vehiculelor în așteptare la semafor este unul semnificativ.

Nivelul de servicii este caracterizat de situația la care fluxul devine instabil cu viteze care se mențin încă la valori acceptabile. Posibilitate de manevră a șoferilor este mult redusă, posibilitatea de schimbare a direcției începe să devină îngreunată. În acest caz, încep să apară scăderi importante ale vitezei pentru perioade scurte de timp.

Nivelul de serviciu D este descris prin funcționări cu întârzieri în domeniul 25,1 până la 40 de secunde pe vehicul. La acest nivel, influența congestiei devine tot mai vizibilă.

La nivelul de servicii E viteza începe să scadă considerabil , adică vom avea pe șosele și autostrăzi viteza de 45 km/h, iar în orașe vom avea valori medii de 25-30 km/h. La acest nivel, fluxurile devin instabile, încep să apară opriri și blocări de circulație de scurtă durată (3-5 min).

Nivelul de serviciu E este descris prin funcționări cu întârzieri în domeniul 40,1 până la 60 de secunde pe vehicul. Aceasta se consideră a fi limita întârzierii acceptabile. Aceste valori mari indică în general o avansare lentă, durate de ciclu mari, și valori mari ale raportului v/c. Se produc frecvent eșecuri ale ciclurilor individuale.

Nivelul de servicii F este caracterizat prin fluxuri forțate, distanța dintre vehicule se micșorează mult, viteza descrește, iar circulația autoturismelor, a mijloacelor de transport în comun și a pietonilor se reduce. Pe străzile sau drumurile de acces către arterele urbane majore sau pe drumurile importante și pe autostrăzi se produc șiruri de așteptare iar manevrarea pentru schimbarea firului, devine practic imposibilă sau extrem de greu de realizat. Adesea atât viteza cât și volumul de trafic pot cădea până la valori foarte reduse, în apropiere de zero.

Nivelul de serviciu F este descris prin funcționări cu întârzieri depășind 60 secunde pe vehicul. Acest lucru se consideră a fi inacceptabil pentru cei mai mulți șoferi. Această condiție se produce la suprasaturare, atunci când fluxurile sosite depășesc capacitatea intersecției. De asemenea se pot produce la rapoarte mari v/c sub 1,00 cu multe eșecuri ale ciclurilor individuale. Avansarea proastă și duratele lungi de ciclu pot avea o contribuție majoră la apariția întârzierilor de acest nivel.

Figura 20. Interdependența dintre nivelele de servicii ale unei artere stradale sau rutiere, viteza de desfășurare a traficului și raportul dintre volum și capacitate

ACHIZIȚIA DATELOR ÎN A.T.M.S.

SENZORI

Cuvântul “senzor” este derivat din cuvântul latin „sentire” care înseamnă “a percepe”. O definiție de dicționar atribuie cuvântului “senzor” seminificația de “dispozivit care detectează o schimbare într-un stimul fizic și o transformă într-un semnal care poate fi măsurat sau înregistrat”.[26]

Caracteristicile senzorilor

Caracteristicile principale ale senzorilor pot fi definite prin următorii parametrii:

domeniul de utilizare,

rezoluția (sensibilitatea – cel mai mic increment măsurabil al stimulului),

frecvența maximă a stimulului ce poate fi detectat (selectivitatea),

acuratețea (eroarea de măsurare raportată, în procente, la intreaga scală),

dimensiunile și masă senzorului,

temperatura de operare și condițiile de mediu, durata de viață (în ore sau număr de cicluri de operare),

stabilitatea pe termen lung,

costul. [27]

Majoritatea acestor caracteristici sunt precizate în fișele de fabricație ale senzorilor.

Sensibilitatea unui senzor este definită că pantă curbei caracteristicii de ieșire sau, intrarea minimă a parametrilor fizici care va creea o variație a ieșirii. La unii senzori, sensibilitatea este definită că parametrul de intrare cerut pentru a produce o standardizare a schimbării ieșirii. La altele, ea este definită că tensiunea de ieșire dată pentru schimbarea parametrului de intrare.

Eroarea de sensibilitate este punctul de plecare pentru pantă ideală a caracteristicii curbei.

Domeniul de acoperire al senzorului este maximul și minimul valorilor aplicate parametrilor care pot fi măsurate.De exemplu, un senzor de presiune dat poate avea domeniul de variație între – 400 și + 400 mm Hg. Alternativ, extremă pozitivă și negativă sunt de obicei inegale.

Domeniul dinamic reprezintă domeniul total al variației senzorului de la minim la maxim.

Termenul de precizie se referă la gradul de reproducere al măsurătorii.

Cu alte cuvinte, dacă exact aceleași valori au fost măsurate de un anumit număr de ori, atunci un senzor ideal va scoate la ieșire aceași valoare de fiecare dată.

Senzorii reali scot însă la ieșire valori apropiate de valoarea reală. Să presupunem că o presiune de 150 mm Hg este aplicată unui senzor. Chiar dacă presiunea aplicată este constantă, valorile de la ieșirea senzorului variază considerabil. Apar astfel câteva probleme din punct de vedere al preciziei când valoarea adevărată și valoarea indicată de senzor nu sunt la o anumită distanță între ele.

Rezoluția reprezintă detecția celui mai mic parametru de intrare care poate fi detectat din semnalul de ieșire. Rezoluția poate fi exprimată proporțional cu semnalul citit, fie în valori absolute.

Acuratețea este dată de diferența dintre valoarea actuală și valoarea indicată la ieșirea senzorului. Din nou, acuratețea poate fi exprimată că un procent sau în valori absolute.

Eroarea de offset al unui traductor este definită că valoarea ieșirii care există atunci când ar trebui să fie zero, sau diferența dintre valoarea reală de la ieșirea traductorului și valoarea de la ieșire specificată de o serie de condiții particulare.

Liniaritatea este expresia cu care curba măsurată se diferențiază de curbă ideală.

Neliniaritatea statică este uneori subiectul unor factori de mediu, inclusiv temperatura, vibrațiile, nivelul acustic de zgomot și umiditatea. Este important de știut în ce condiții această caracteristică este valida și se îndepărtează de acele condiții care nu furnizează modificări ale liniarității.

Liniaritatea dinamică a unui senzor este o măsură a abilității sale de a urmării schimbăriile rapide ale parametrilor de intrare. Caracteristicile distorsiunii amplitudinii, caracteristicile distorsiunii fazei, și timpul de răspuns sunt importante pentru a determina liniaritatea dinamică.

Un traductor trebuie să fie capabil să urmărească schimbările parametrilor de intrare indiferent din ce direcție este făcută schimbarea, histerezis-ul fiind măsură a acestei proprietăți.

Senzorii nu-și schimbă starea de ieșire imediat când apare o schimbare a parametrului de intrare, de obicei, va trece în starea nouă abia după o anumită perioada de timp.

Timpul de răspuns poate fi definit că fiind timpul necesar ieșirii valorilor unui senzor de a trece din starea precedentă spre o valoare stabilită în limitele unui domeniu de toleranță a noii valori corecte. Acest concept este într-un fel diferit de termenul de timp constant (T) a sistemului. Acest termen poate fi definit într-o manieră similară cu cea a unui condesator care se încarcă printr-un rezistor și este de obicei mai mic decât timpul de răspuns.[28]

Un exemplu de senzor în intrustria auto este senzorul de oxigen sau sonda λ.

Figura 21. Senzorul de oxigen[29]

Senzorul de oxigen sau sonda lambda monitorizează în permanență dozajul (λ) având ca principal scop reducerea emisiilor poluante la motorul cu aprindere prin scânteie (motoarele alimentate cu benzină).[30]

Contrar opiniei multora,un motor pe benzină poate funcționa foarte bine fără senzorul de oxigen, controlul amestecului aer-combustibil putând fi realizat cu ajutorul informațiilor transmise către unitatea electronică de control a motorului de către senzorii de presiune și temperatura din admisie. Sonda lambda realizeză un ”supercontrol” al sistemului de injecție printr-un reglaj foarte fin dozajului λ cât mai aproape de valoarea 1, acolo unde eficiența catalizatorului este maximă.

S-a constatat că pentru benzină există un raport ideal de aer-combustibil, având ca rezultat o ardere completă: 14,7 : 1,  denumit și raport stoichiometric. Dacă avem mai puțin aer decât raportul ideal, va ramâne combustibil nears și putem vorbim de un amestec bogat. Amestecurile bogate nu sunt bune, deoarece rămâne combustibil nears și implicit motorul va polua.

Dacă avem mai mult aer decât raportul ideal, vom avea un exces de oxigen și vom putea vorbi de un amestec sărac. Amestecurile sărăce poluează și ele prin producerea de oxizi de azot, iar în anumite situații conduc la reducerea performațelor motorului.

Dozajul λ sau coeficientul de exces de aer se referă tocmai la acest raport aer/combustibil:

λ > 1, înseamnă amestec sărac;

λ < 1, înseamnă amestec bogat;

λ = 1, dozaj stoichiometric.

Figura 22. Eficiența catalizatorului este maximă in jurul λ=1[31]

Sistemul de control cu sondă λ asigură și compensarea următoarelor:

influența variației densității aerului în raport cu altitudinea și cu schimbările de presiune barometrice;

influența lipsei de etanșeitate a traseului de admisie (aer fals) sau a efectelor fenomenelor de uzură;

orice variație a cantității de combustibil refulată de injector în afara limitelor de referință datorată ori deschiderii întârziate sau modificării presiunii de referință din sistem.

Figura 23. Componența sistemului de control cu senzori de oxigen[31]

În general sistemul de control cu sondă λ conține doi senzori de oxigen, montati la nivelul galeriei de evacuare, unul în amonte de catalizator și unul în aval. Senzorul de oxigen din aval are rol de diagnosticare a catalizatorului.

Clasificarea senzorilor

senzori de proximitate capacitivi și inductivi

senzori foto-electrici

senzori de curgere

encodere incrementale și absolute

senzori de presiune

Senzorii de proximitate sunt frecvent utilizați în aplicațiile industriale, cum ar fi de exemplu, pentru a număra piesele care sunt transportate pe o bandă, pentru a împiedica contactul fizic între două sau mai multe piese, pentru a intercondiționa operațiile executate pe mai multe mașini-unelte sau pentru a secventia corect în timp operațiile pe o mașină.[32]

De cele mai multe ori acești senzori oferă un semnal simplu cu două stări on/off asociate prezenței respectiv absenței unui obiect. Semnalul inițial trebuie amplificat și format pentru a respecta anumite cerințe prestabilite și standardizate.

Principiile fizice care stau la baza funcționării senzorilor de proximitate pot fi:

mecanice

optice

ultrasonice

capacitive/inductive

Senzorii de proximitate mecanici sunt în principiu comutatoarele cu două stări la care diferă logica în care lucrează: cu contacte normal închise care se deschid la detectarea prezenței obiectului, respectiv cu contacte normal deschise care se închid la detectarea prezenței obiectului. Contactele sunt acționate cu pârghii mecanice elastice care se deplasează la contactul efectiv cu obiectul.

Senzori de proximitate capacitivi și inductivi:

rază de acțiune de la zecimi de mm la zeci de mm

frecvențe de comutare de ordinul KHz

c.c./c.a. 20…250 V

domeniul de temperatura larg (de exemplu de la -250C până la 800C)

utilizabili în zone dificile

Senzori foto-electrici; detectează obiecte variate cu ajutorul luminii vizibile sau invizibile.

Senzori foto-electrici:

senzor tip barieră: de exemplu cu rază de la 1m la 60 m

senzori retro reflexivi: de exemplu cu rază de la 0,2 m la 13 m

senzori reflexivi difuzi: de exemplu cu rază de la 15 mm la 3000 mm

fibre optice: de exemplu cu rază de la 15 mm la 300 mm

senzori cu infraroșu (de exemplu pentru detectarea materialelor fierbinți, de până la 15000C)

Senzori de curgere:

ajustabili (de exemplu pentru debite de la 3 cm/sec. până la 3 m/sec.)

Pe lângă funcția de monitorizare a curgerii fluidului, senzorii de curgere pot realiza și alte funcții, că de exemplu supravegherea temperaturii.

cu sau fără electronică integrată

Traductoarele (encodere) incrementale și absolute

incremental până la 10.000 pulsuri

multi-rotații până la 4096 pași

Senzorii de presiune

presiuni cuprinse între 0 și 400 bar

acuratețea punctului de comutare &lt; +/-2%

disponibili cu semnal digital sau analogic

potriviți pentru sisteme hidraulice și pneumatice

După alte criterii, senzorii mai pot fi clasificați în felul următor:

dacă intră sau nu în contact cu obiectul a cărui proprietate fizică o măsoară:

senzori de contact;

senzori fără contact;

după proprietățile pe care le pun în evidență :

senzori pentru determinarea formelor și dimensiunilor (pentru evaluarea în mediu de lucru);

senzori pentru determinarea proprietăților fizice ale obiectelor (de forță, presiune, de cuplu, de densitate și elastici);

senzori pentru proprietăți chimice (de compoziție, de concentrație, analizatoare complexe);

după mediul de culegere a informației:

senzori pentru mediul extern;

senzori pentru mediul intern;

după distanța la care sunt culese informațiile:

senzori de contact;

Bucle inductive

O buclă inductivă este un sistem de comunicare sau detectare electromagnetică care utilizează un magnet în mișcare sau un curent alternativ pentru a induce un curent electric într-o sârmă din apropiere. Buclele inductive sunt utilizate pentru transmisia și recepția semnalelor de comunicație sau pentru detectarea obiectelor metalice în detectoarele de metal sau a indicatorilor de prezență a vehiculelor.[33]

Buclele inductive au fost, de asemenea, utilizate pentru a clasifica tipurile de vehicule. Eșantionarea buclei la o frecvență ridicată are ca rezultat o semnătură unică pentru fiecare vehicul care permite clasificarea tipului de caroserie.

Figura 24. Un exemplu de buclă de inducție instalată pe șosea pentru mașini și biciclete[33]

Figura 25. Schema unui detector[33]

Cea mai simplă metodă de detecție a traficului este detectorul de buclă inductivă. Forma și mărimea buclei diferă de la caz la caz, pot fi pătrate, dreptunghiulare sau cercuri.

Componentele principale ale detectoarelor de tip buclă inductivă sunt una sau mai multe spire dintr-un conductor izolat amplasat într-un locaș din drum, un cablu de alimentare care face legătura cu o cutie de joncțiune situată pe marginea drumului, un dulap de echipamente și unitatea electronică din interior care este conectată la sursa de alimentare.

Figura 26. Componentele unui sistem de detecție cu buclă inductive[34]

Cu ajutorul buclelor inductive se realizează detecția trecerii vehiculelor, a prezenței acestora, numărării sau determinării gabaritului. Determinarea vitezei unui vehicul se poate realiza cu ajutorul unei perechi de bucle situate la o anumită distanță, cunoscută, în același ax al drumului sau cu o singură buclă inductivă care utilizează un algoritm de măsurare care ține cont de lungimea buclei, lungimea medie a vehiculului, timpul de staționare în zona activă a detectorului și numărul de vehicule numărate. Noile versiuni de detectoare buclă suportă și clasificarea vehiculelor, prin utilizarea unor frecvențe superioare de lucru. Pentru monitorizarea întregii direcții de circulație (a tuturor benzilor), se poate utiliza un montaj cum este cel prezentat în figura de mai jos.

Figura 27. Sistem de monitorizare a unei artere rutiere bazat pe bucle inductive[35]

Figura 28. Dispunerea buclelor inductive în carosabil[36]

Exemplu de amplasare a buclelor inductive pentru măsurarea vitezei

Probleme legate de instalare: întreruperea traficului, calitatea suprafeței drumului, întreținere, cost manoperă, etc.

Informațiile pot fi preluate din diverse puncte ale rețelei de drumuri. Detecția prea apropiată de linia de stop nu va permite sistemelor UTC să primească datele, să le proceseze și să comande semafoarele din aval în timp util pentru ca acțiunile dorite să poată să se desfășoare corect.

Detecția realizată la jumătatea distanței reprezintă un bun compromis, însă comunicațiile și cablarea intersecțiilor implică costuri mai mari decât în alte cazuri.[37]

Fluxul magnetic generat este uniform de-a lungul buclei, cu excepția porțiunilor din capete. Intensitatea câmpului magnetic generat este dat de următoarea formulă:

unde: H = intensitatea câmpului magnetic [A/m]

N = numărul de spire

L = lungimea conductorului [m]

Deoarece câmpului magnetic generat este uniform, fluxul magnetic este:

unde: ϕ = fluxul magnetic [WB]

B = densitatea de flux magentic [T]

A = aria secțiunii buclei []

Inducția magnetică depinde de permeabilitatea magnetică, adică:

unde: [H/m]

= permeabilitatea relativă a materialului (1 pentru aer) [H/m]

Inductanța bucleu este:

unde: I = intensitatea curentului [A]

Cei mai importanți parametri care rezultă din informațiile furnizate de buclele inductive sunt:

Volumul

unde: Q = numărul de vehicule/oră care sunt detectate

N = numărul de vehicule detectate în perioada de timp, T

T = perioada de timp, în ore

Gradul de ocupare

unde: θ = gradul de ocupare, în %

T = perioada de timp, în ore

= perioada totală a impulsului detectorului

D = perioada pantei descendente – perioada pantei ascendente

Viteza

unde: V = viteza vehicului, în km/h

În cazul determinării cu un singur detector vom avea:

d = lungimea medie a vehiculelor + lungimea detectorului, în metri

= momentul declanșării detecției, în ms

= momentul terminării detecției, în ms

În cazul determinării cu doi detectori:

d = distanța dintre detectori

= momentul declanșării detectorului din amonte, în ms

= momentul declanșării detectorului din aval, în ms

Cu ajutorul formulei anterioare se poate determina lungimea exactă a vehiculului:

unde: V = viteza stabilită

= momentul începerii detecției pentru detectorul i, în ms

= momentul terminării detecției pentru detectorul i, în ms

Viteza se poate calcula din volum și gradul de ocupare, iar formula este:

unde: C = coeficientul de calibrare, care este determinat experimental

Densitatea de vehicule

unde: K = densitatea de vehicule

N = numărul de vehicule detectate în perioada de timp, T

T = perioada de timp, în ore

= viteza vehiculului detectat i

Figura 29. Buclă inductivă cu un detector[38]

Figura 30. Bucla inductivă cu 2 detectori[38]

Avantajele buclei inductive:

are o tehnologie matură

prezinta un design flexibil, de unde rezultă capacitatea de a satisface o varietate mare de aplicații

Dezavantejele buclei inductive:

se va întrerupe traficul pentru instalare și întreținere

buclele pot fi afectate din cauza traficului, temperaturii

atunci când se reasfaltează drumurile, senzorii vor fi reinstalați

Camera video

Camerele video facilitează detecția și modul de supraveghere al traficului rutier, prin intermediul transmiterii de imagini aflate în mișcare. Semnalele video sunt procesate cu ajutorul unui sistem format din una sau mai multe camere, un calculator cu rol de digitizare și procesare a imaginilor și software pentru interpretarea și conversia imaginilor.

Sistemele bazate pe procesarea imaginilor (SPV) detectează vehiculele pe baza informațiilor dintr-o scenă de trafic, analizând schimbările care au loc între cadrele succesive preluate. Imaginile alb-negru sunt analizate de algoritmi care examinează variația de nivel alb-negru din grupurile de pixeli cuprins în cadrele video. Condițiile meteo nefavorabile, umbrele cauzează variații ale nivelurilor de gri de fond, iar acești algoritmi sunt proiectați în vederea înlăturării lor. Algoritmii mai au rolul de a memora obiectele identificate ca vehicule rutiere. Analiza cadrelor succesive ajută la calcularea parametrilor traficului.[39]

Figura 31. Cameră video de supraveghere[40]

La ora actuală sunt mai bine dezvoltate următoarele categorii de SPV:

Tripline este un sistem care are nevoie de aprobarea utilizatorului.Un număr finit de zone de detecție este alocat în zona de interes a obiectivului camerei video. În momentul în care un vehicul trece prin una dintre aceste zone, este identificat datorită schimbărilor din atributele pixelilor produs de imaginea vehiculului în paralel cu cea a drumului, din cauza absenței sale.Sistemele Tripline detectează vehiculele prin analize de suprafață și cu grile. Pe baza analizelor de suprafață se identifică contururile, iar prin cea cu grile se studiază dacă vehiculele sunt staționate sau în mișcare.Cu ajutorul acestui sistem, se poate afla și viteza vehiculelor prin măsurarea intervalului de timp de care are nevoie acesta pentru a trece prin zona observată, cunoscând lungimea.

Urmărire cu buclă închisă reprezintă o extensie a sistemelorprecedente, ce permit detecția vehiculelor pe secțiuni mai extinse ale carosabilului. Sistemele în buclă închisă urmăresc în permanență vehiculele în câmpul vizual al obiectivului. Aceste sisteme de urmărire video pot furniza date suplimentare, cum ar fi mișcarea vehiculelor de pe o bandă pe alta.

Sistem cu asociere de date identifică și urmăresc doar anumite vehicule sau grupuri de vehicule care tranzitează zona de acțiune a camerei video.Autoturismele sunt identificate prin căutarea ariilor de pixeli unic conectați.După selectarea vehiculului, ariile sunt urmărite pe fiecare cadru obținut.Obiectele sunt identificate cu ajutorul markerelor, acestea bazându-se pe gradient (utilizează markerele) sau morfologie(folosind combinații de mărimi și caracteristici care aparțin vehiculelor).În viitor, aceste sisteme vor putea oferi informații cu privire la durata călătoriei și a perechilor origine-destinație, monitorizând continuu autovehiculele, de la o cameră la alta.

Figura 32. Procesarea imaginii în vederea detecției, clasificării și urmăriri vehiculelor[41]

SPV pot realiza funcțiile a mai multe bucle inductive, pot asigura detecția vehiculelor pe mai multe benzi de circulație la preț mai redus. Anumite SPV pot procesa datele de la mai multe camere video, extinzând astfel aria controlată. Pot,de asemenea, detecta și clasifica vehiculele în raport cu lungimea lor, pot determina densitatea traficului, gabaritul sau viteza pentru fiecare clasă de vehicule.

Figura 33. Prelucrarea imaginiilor în vederea detecție a vehiculelor prin procesarea imaginilor alb-negru[34]

Alte tehnologii folosite pentru procesara imaginilor sunt:

Procesarea imaginii video cu ajutorul senzorilor este folosită pentru a sesiza mai mulți parametri de trafic, este utilizată banda luminii vizibile și o bandă asemănătoare cu lumina infraroșie, ținând cont de configurația implementată de utilizatori.Pentru digitizarea imaginilor video și recunoașterea modelului este necesară o cantitate mare de energie.Acest tip de senzor oferă informații referitoare la viteza și volumul traficului, putând fi utilizat pentru controlul semafoarelor și detecția accidentelor. Datorită flexibilității ridicate, a performanței progresive și a prețurilor în scădere, senzorii cu procesare a imaginii video reprezintă o metodă promițătoare de detectare a fluxului de date.

Tehnologia de identificare automată a vehiculelor ( AVI – Automatic Vehicle Identification ), utilizată inițial pentru sistemele de plată electronice și pentru aplicațiile cu vehicule comerciale, poate fi folosită și pentru a oferi date despre timpul de călătorie pe drumuri secundare sau pe autostrăzi, date care sunt foarte utile pentru aplicațiile ATIS (Advanced Traveler Information System). În plus, tehnologia AVI poate oferi informații referitoare la volumul de trafic, dar aceasta depinde de nivelul de folosire al vehiculelor echipate cu antene AVI.

Televiziunea cu circuit închis ( CCTV – Closed-Circuit Television ) este un element esențial al supravegherii video pentru ITS. CCTV reprezintă unsistem format din diverse echipamente din industria securității, printre care unitățicamere CCTV/obiective, echipamente de control și sistemul de comunicații. Acesta din urmă conectează camera TV la un centru de control.

Camerele CCTV asigură supravegherea unor intersecții sau a unor segmente de drum și pot fi folosite pentru detectarea acccidentelor. Prin intermediul camerelor CCTV pot fi clasificate autovehiculele sau se pot aplica regulile rutiere. Montarea camerelor CCTV se fac în funcție de geometria intersecției, obstacolele vizuale, volumul traficului, costul comunicațiilor, ușurința de montare, numărul de coliziuni și altele. Viteza cu care se poate modifica direcția de vizibilitate, deschiderea și unghiul de înclinare pot afecta performanțele CCTV.

Procesarea digitală a semnalelor propune mai multe avantaje decât procesarea analogică convențională a semnalelor. Aceste avanteje sunt:

are un control sporit

se poate instala cu ușurință

are conexiuni simplificate pentru comunicații

se poate utiliza la o lumină mai slabă

Avantejele detecției prin procesare video sunt:

monitorizarea mai multor benzi de circulație și a zonelor pe fiecare bandă

modificarea cu ușurință a zonelor de detecție

existența unei game largi de informații

eliminarea perturbațiilor

în cazul în care camerele video sunt interconectate, acestea pot procesa date de pe arii extinse

Dezavantejele detecției prin procesarea video sunt:

unele modele pot fi afectate de vânturi puternice

procesoarele de imagine prezintă sensibilitate la condițiile climatice (ploaie, ceață, fulgi de zăpadă) și la tranziția zi-noapte

de pe benzile adiacente se poate proiecta umbra autoturismelor

obturarea câmpului vizual al camerei de către anumite obstacole

pentru o detecție optimă și măsurare a vitezei, camera video trebuie să fie montată la o înălțime de cel puțin 15-21m

Fixarea camerei pe pilon trebuie sa fie cât mai solidă, din cauză vânturilor puternice care pot cauza vibrații. În prezent, unele camera au fost implementate un stabilizator optic de imagine pentru a compensa acest tip de perturbație.[34]

Senzori PIR

Senzorul infraroșu pasiv este un dispozitiv electronic care măsoară radiația infraroșie emisă de obiectele aflate în câmpul său vizual. În special, este folosit în construcția detectoarelor de mișcare.[42]

Senzorul PIR detectează energia emisă de vehicule, drum sau alte obiecte din zona de detecție, fără a emite radiație proprie. Sunt utilizați de la 1 până la 5 senzori amplasați în planul focal pentru captarea energiei dintr-o anumită zonă. Senzorii PIR nu măsoară cantitatea de energie recepționată. Ci doar modificările rapide ale profilului termic, adică se detectează imaginile calde în infraroșu sesizând contrastul dintre imaginea caldă și fondul rece. Acești senzori nu necesită lucrări de amenajare pentru montare, ceea ce rezultă că nu este necesar întreruperea traficului. Precizia de măsurare a vitezei, de clasificare a vehiculelor este mai mare pentru senzorii care folosesc fascicule multiple. Totodată este posibilă măsurarea pe mai multe benzi de circulație.

Senzorii PIR cu o zonă de detecție pot determina:

Volumul

Gabaritul

Momentul trecerii unui vehiclul

Senzorii pasivi pot fi construiți pentru recepționarea energiei emise pe orice frecvență. Pentru aplicațiile ITS, lungimile de undă sunt între 8 și 14 µm, ceea ce diminuează efectul srălucirilor razelor soarelui și a variației intensității de lumină la trecerea norilor.

La pătrunderea unui vehicul în zona de detecție este remarcață o schimbare în energia recepționată. Pentru stabilirea prezenței unui vehicul în câmpul de detecție sunt folosiți doi parametri:

Diferența emisivității (a coeficientului de emisie), calculată între emisivitatea drumului și a vehiculului

Diferanța de temperatură, calculată între temperatura absolut a drumului șoi temperatura afectată de emisiile vehiculelor

Figura 34. Senzorul PIR [38]

Ca orice senzor, senzorul PIR are următoarele avantaje:

Nu sunt necesare lucrări în carosabil, ceea ce rezultă ca nu vor fi închise benzile de circulație

Pot fi monitorizate mai multe benzi de circulație

Precizia de măsurarea a vitezei, poziției și clasei vehiculelor este mai mare pentru senzorii care utilizează fascicule multiple

APLICAȚIA PRACTICĂ

Descrierea sistemului

Partea practică a proiectului constă în prezentare unei aplicații didactice a unei intersecți simple prin modificarea timpilor de verde. Cu ajutorul unui push-switch, ciclul de verde se va mări pentru a elibera intersecția.

Pentru realizarea acestui sistem s-au folosit o placă de dezvoltare Arduino Uno, o placă de test, 3 led-uri roșii, 3 led-uri galbene, 3 led-uri verzi, un push-switch, 3 rezistențe de 330 Ω , 1 rezintență de 1k Ω.

Componente

Led-uri

Un LED (în engleză light-emitting diode, însemnând diodă emițătoare de lumină) este o diodă semiconductoare ce emite lumină la polarizarea directă a joncțiunii p-n. Efectul este o formă de electroluminescență.

Un LED este o sursă de lumină mică, de cele mai multe ori însoțită de un circuit electric ce permite modularea formei radiației luminoase. De cele mai multe ori acestea sunt utilizate ca indicatori în cadrul dispozitivelor electronice, dar din ce în ce mai mult au început să fie utilizate în aplicații de putere ca surse de iluminare. Culoarea luminii emise depinde de compoziția și de starea materialului semiconductor folosit, și poate fi în spectrul infraroșu, vizibil sau ultraviolet. Pe lângă iluminare, LED-urile sunt folosite din ce în ce mai des într-o serie mare de dispozitive electronice.[43]

Figura 35. Led roșu, led verde și led albastru[44]

Tabel 2. Caracteristicile led-urilor

Rezistențe

Rezistența electrică este o mărime fizică prin care se exprimă proprietatea unui conductor electric de a se opune trecerii prin el a curentului electric. În electrotehnică, ea este o măsură care determină ce valoare de tensiune este necesară pentru ca un anumit curent electric să treacă printr-un circuit (conductor) electric dat. Unitatea de măsura a rezistenței electrice, în SI, este ohm-ul, notat cu Ω.

Pentru un conductor omogen, valoarea rezistenței este :

unde: = rezistivitatea materialului din care este făcut conductorul, măsurată în ohm * metru;

l = lungimea conductorului, măsurată în metri;

S = secțiunea transversală a conductorului, măsurată în metri pătrați;

Într-un circuit electric simplu (ochi), valoarea rezistenței lui se calculează cu ajutorul legii lui Ohm, fiind egală cu raportul dintre tensiunea U aplicată la bornele circuitului și intensitatea I a curentului care circulă prin circuit.[45]

Figura 36. Rezistență[46]

Rezistoarele în configurație paralelă au fiecare aceeași diferență de potențial (tensiune). Pentru a găsi rezistența totală echivalentă ():

Figura 37. Rezistențe în paralel[47]

Pentru 2 rezistențe, rezistența echivalentă este calculată astfel:

Curentul prin rezistoare în serie rămâne același, dar tensiunea pe fiecare rezistor poate fi diferită. Suma diferențelor de potențial (tensiune) este egală cu tensiunea totală. Pentru a găsi rezistența totală:

Figura 38. Rezistențe în serie[48]

Placa de test

O placă de test are rolul de a susține mecanic și de a conecta electric un ansamblu de componente electrice și electronice, pentru a realiza un produs final funcțional. Pe acestă placă sunt lipite componentele în asa fel să arate ca o intersecție semaforizată.[49]

Figura 39. Model de placă de test[50]

Artuino uno

Arduino Uno este un microcontroler bazat pe ATmega328P. Are 14 intrări / ieșiri digitale (dintre care 6 pot fi utilizate ca ieșiri PWM), 6 intrări analogice, un cristal quartz de 16 MHz, o conexiune USB, o mufă de alimentare, un antet ICSP și un buton de resetare. Conține tot ce este necesar pentru a susține microcontrolerul; pur și simplu conectați-l la un computer cu un cablu USB sau alimentați-l cu un adaptor de curent alternativ sau cu acumulator pentru a începe.

"Uno" înseamnă unul în limba italiană și a fost ales pentru a marca lansarea programului Arduino Software (IDE) 1.0. Placa Uno și versiunea 1.0 a programului Arduino Software (IDE) au fost versiunile de referință ale Arduino, care au evoluat acum în versiuni mai noi. Placa Uno este prima dintr-o serie de plăci USB Arduino și modelul de referință pentru platforma Arduino.[51]

Figura 40. Specificații Arduino Uno[51]

Figura 41. Arduino Uno[52]

Arduino Uno poate fi alimentat prin intermediul conexiunii USB sau cu o sursă de alimentare externă. Sursa de alimentare este selectată automat.[53]

Alimentarea externă (non-USB) poate proveni de la un adaptor AC-DC sau de la un acumulator. Adaptorul poate fi conectat în mufa de alimentarea a plăcii cu ajutorul unui conector central de 2,1 mm. Placa poate funcționa pe o sursă externă de 6 până la 20 de volți. Dacă este furnizat cu mai puțin de 7V, totuși, pinul 5V poate furniza mai puțin de 5V, iar placa poate deveni instabilă. Dacă se utilizează mai mult de 12V, regulatorul de tensiune se poate supraîncălzi și poate deteriora placa. Intervalul recomandat este de 7 până la 12 V. Intrările/ieșirile digitale: permit citirea stării unui element de intrare/ieșire sau comanda elementelor care au două stări: închis adică 0 (valori LOW) sau deschis adică 1 (valori HIGH). În afară de semnalul standard I/O, unii dintre pini mai au și alte funcții specializate, care sunt descrise mai jos:

(serial) RX – pin serial, utilizat în special pentru recepția (intrare – Rx) datelor seriale asincrone (asynchronous serial communication) Protocolul serial asincron este o metodă foarte răspândită în electronică pentru a trimite și recepționa date între dispozitive. Acest protocol este implementat în dispozitiv numit UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

(serial) TX – pin serial, utilizat pentru trimiterea datelor asincrone (ieșire – Tx). TTL vine de la tranzistor-tranzistor logic.

(External Interrupts) întrerupere externă. Acest pin poate fi configurat pentru a declanșa o întrerupere la o valoare mică, un front crescător sau descrescător, sau o schimbare în valoare. Vezi detalii despre posibile comenzi la attachInterrupt()

(External Interrupts + PWM) întrerupere externă. Identic cu pinul 2. Suplimentar, toți pinii marcați cu semnul ~ pot fi folosiți și pentru PWM (pulse with modulation)

(I/O) pin standard intrare/iesire

(PWM) poate furniza control de ieșire pe 8-bit pentru controlul PWM. Vezi detalii despre posibile comenzi la analogWrite()

(PWM)

(I/O) pin standard intrare/ieșire

(I/O) pin standard intrare/ieșire

(PWM)

(PWM + SPI) – suportă comunicare prin interfața serială (Serial Peripheral Interface). SPI-ul are patru semnale logice specifice iar acest pin se foloseste pentru SS – Slave Select (active low; output din master). Pinii SPI pot fi controlați folosind librăria SPI.

(PWM + SPI) – suportă SPI, iar acest pin se folosește pentru MOSI/SIMO – Master Output, Slave Input (output din master)

(SPI) – suportă SPI, iar acest pin se folosește pentru MISO/SOMI – Master Input, Slave Output (output din slave)

(LED + SPI) – suportă SPI, iar acest pin se folosește pentru SCK/SCLK – Ceas serial (output din master). De asemenea, pe placă este încorporat un LED care este conectat la acest pin. Când pinul este setat pe valoarea HIGH este pornit, când are valoarea LOW este oprit.

(GND) – împământare. Aici se pune negativul.

(AREF) – Analog REFference pin – este utilizat pentru tensiunea de referință pentru intrările analogice. Se poate controla folosind funcția analogReference().

(SDA) – comunicare I2S

(SCL) – comunicare I2S

Pinii cu funcția PWM (Pulse – with modulation), adică modulația în durată a impulsurilor, pot fi utilizați pentru a îndeplini o varietate foarte mare de sarcini, de la iluminarea ledurilor până la controlul turației motoarelor electrice.

Intrările analogice sunt folosite pentru citirea semnalelor analogice (nondigitale) de la senzori de temperatură, senzori de lumină, senzori de presiune, umiditate, etc. Un pin analogic de intrare poate măsura un curent sau semnal cu tensiune cuprinsă între 0-5 V. De asemenea, și aici anumiți pini au funcții suplimentare descrise mai jos:

standard analog pin

standard analog pin

standard analog pin

standard analog pin

(SDA) suportă comunicarea prin 2 fire (I2S (I-two-C) sau TWI (Two wire interface)). Acest pin este folosit pentru SDA (Serial Data) la TWI.

(SCL) identic cu pinul 4, doar că acest pin este folosit pentru SCL (Serial Clock) la TWI. Pentru controlul TWI se poate folosi librăria Wire.

Lângă pinii analogici de jos mai există o secțiune de pini notată POWER. Mai jos sunt prezentați începând de lângă pinul analog A0:

Vin – intrarea pentru tensiune din sursă externă (input Voltage)

GND – negativul pentru tensiune din sursă externă (ground Voltage)

GND – negativ. Se folosește pentru piesele și componentele montate la arduino ca și masă/împământare/negativ.

5V – ieșire pentru piesele și componentele montate la arduino. Scoate fix 5V dacă placa este alimentată cu tensiune corectă (între 7 și 12 v)

3.3V – ieșire pentru piesele și senzorii care se alimentează la această tensiune. Tensiunea de ieșire este 3.3 volți și maxim 50 mA.

RESET – se poate seta acest pin pe LOW pentru a reseta controlerul de la Arduino. Este de obicei folosit de shield-urile care au un buton de reset și care anulează de obicei butonul de reset de pe placa Arduino.

IOREF – este folosit de unele shield-uri ca referință pentru a se comuta automat la tensiunea furnizată de placa arduino (5 volți sau 3.3 volți) (Input/Output Refference Voltage) pin neconectat, este rezervat pentru utilizări ulterioare (la reviziile următoare ale plăcii probabil).[54]

Schema bloc

Figura 42. Schema bloc

Descrierea blocurilor

Blocul de alimentare

Alimentarea modulului Arduino se face prin USB, acesta emițând o tensiune de lucru de 5V curent continuu și un amperaj de 0.7-0.9 A. Tensiunea de lucru și amperajul sunt suficiente pentru ca elementele plăcii de dezvoltare Arduino să lucreze în condiții optime.

Figura 43. Pinii USB de ieșire[55]

Figura 44. Alimentarea părții practice

Blocul de comandă

Blocul de comandă are rolul de a primi informații din trafic. Cu ajutorul acestora, el le procesează, ca mai apoi să le trimită sub formă de comandă pentru optimizarea traficului rutier.

Figura 45. Plasarea unui Atmega328 pe placa Arduino Uno[56]

Microcontrolerul folosit de plăcuța Arduino UNO este Atmega328-P, încadrat în chenarul mov. Aceste microcontrolere se programează în mod inițial cu ajutorul unor dispozitive hardware adiționale numite programatoare (microcontrolerele pot fi programate inclusiv pe linia de producție) prin pinii ICSP (In-Circuit Serial Programming).

Intersecțiile

Acestea au rolul de a transmite informațiile din trafic către blocul de comandă. În funcție de intervalul de timp și locul unde este amplasată intersecția, traficul poate să difere, adică poate să fie liber sau poate să fie aglomerat.

Figura 46. O intersecție aglomerată[57]

Proiectarea aplicației

După cum se vede și în imaginea de mai jos, este proiectată o intersecție.

Figura 47. Partea practică

Figura 48. Intersecția din partea practică

Figura 49. Partea practică

Schema electrică

Figura 50. Schema electrică a părții practice

Schema logică

Figura 51. Schema logică

Programul software

int buton = 2;

int rosu1 = 10;

int galben1 = 11;

int verde1 = 12;

int rosu2 = 13;

int galben2 = 6;

int verde2 = 5;

bool apasat=false;

bool stare_anterioara=false;

bool stare_acum=false;

void setup(){

pinMode(rosu1, OUTPUT);

pinMode(galben1, OUTPUT);

pinMode(verde1, OUTPUT);

pinMode(rosu2, OUTPUT);

pinMode(galben2, OUTPUT);

pinMode(verde2, OUTPUT);

pinMode(buton, INPUT);

}

void loop(){

int a=0;

Verifica_buton();

if (apasat==false){

a=3000;

delay(50);

}

else{

a=7000;

delay(50);

}

Program(a);

a=0;

}

bool Verifica_buton(){

stare_acum=digitalRead(buton);

if (stare_acum != stare_anterioara){

apasat=true;

delay(50);

}

else apasat=false;

stare_anterioara=stare_acum;

return apasat;

}

void Program(int a){

// Aprinde rosu si verde 1

digitalWrite(galben1, LOW);

digitalWrite(galben2, LOW);

digitalWrite(verde2, LOW);

digitalWrite(rosu1, HIGH);

digitalWrite(rosu2, HIGH);

delay(500);

digitalWrite(verde1, HIGH);

digitalWrite(rosu1, LOW);

delay(a);

//Aprind galben si mai tin un pic rosu aprins

digitalWrite(verde1, LOW);

digitalWrite(galben2, LOW);

digitalWrite(verde2, LOW);

digitalWrite(rosu1, LOW);

digitalWrite(rosu2, HIGH);

digitalWrite(galben1, HIGH);

delay(1000);

//Sting primul galben si aprind rosu si verde 2

digitalWrite(galben1, LOW);

digitalWrite(galben2, LOW);

digitalWrite(verde1, LOW);

digitalWrite(rosu1, HIGH);

digitalWrite(rosu2, HIGH);

delay(500);

digitalWrite(verde2, HIGH);

digitalWrite(rosu2, LOW);

delay(a);

//Aprind galben2 cat mai tin un pic rosu de pe celalata directie aprins

digitalWrite(verde1, LOW);

digitalWrite(verde2, LOW);

digitalWrite(rosu2, LOW);

digitalWrite(galben1, LOW);

digitalWrite(galben2, HIGH);

digitalWrite(rosu1, HIGH);

delay(1000);

}

Calculul economic

Tabel 3. Calculul economic

CONCLUZII

Utilizarea unor sisteme inteligente de transport ajută la automatizarea managementului traficului, tehnologii avansate la bordul vehiculelor, managementul indicendelor și suport pentru servicii de urgență. Aceste sisteme sunt importante în mediul urban din cauza traficului rutier foarte aglomerat. Obiectivele sistemelor inteligente de transport sunt reducerea congestiei, blocajelor și îmbunătățirea eficienței economice, dar în acelați timp și reducerea efectelor asupra sănătății și mediului.

ATMS se concentrează pe reducerea coliziunilor din spate care au loc în rețeaua de străzi urbane în timpul perioadelor de vârf. Reducerea suplimentară a coliziunilor poate apărea, de asemenea, în timpul perioadelor din afara orelor de vârf, cum ar fi sfârșitul săptămânii, când șoferii se intorc în orașe.

În această teză au fost studiate cinci sisteme adaptive de control al traficului. Fiecare dintre ele are caracteristici unice. În continuare, se discută funcționalitatea fiecăruia sistem. Și, în câteva cuvinte, dacă vrea să explice funcțional, ar fi:

SCATS: este un sistem de control al traficului, care poate acoperi o mare metropolă. Arhitectura este formată din calculatoare centrale, regionale și locale. Costul de instalare este cuprins între "7500" și "12000" euro pe intersecție. Reducerea așteptată a timpului de călătorie ar fi în medie între "15%" și "30%".

SCOOT: este o versiune optimizată a SCATS care este cu câțiva pași înainte. Costul de instalare este cuprins între "15000" și "19000" euro pe intersecție. Reducerea așteptată a timpului de călătorie ar fi în medie între "10%" și "25%".

UTOPIA-SPOT: este un sistem de control al traficului, care poate acoperi o mare metropolă. Arhitectura este compusă din calculatoare centrale și locale. Costul de instalare este cuprins între "15000" și "18000" euro pe intersecție. Reducerea așteptată a timpului de călătorie ar fi în medie între "10%" și "25%".

Avantajele utilizării unei bucle inductive sunt că are un design flexibil, prezintă o gamă largă de aplicații și oferă parametrii de trafic de bază, ca de exemplu, volum, viteză, prezență. Dezavantajele unei bucle inductive sunt că instalarea necesită tăieturi în pavaj, înteținerea lor obligă la inchiderea circulației.

DICȚIONAR EXPLICATIV DE TERMENI ȘI ABREVIERI

I.T.S – Intelligent Transport System ( Sisteme inteligente de transport )

RHODES – Real Time Hierarchical Optimized Distributed Effective System ( Sistem efectiv în timp real, ierarhic, optimizat și distribuit )

TOP – Time of Day ( Ora din zi )

ITACA – Intelligent Traffic Adaptive Control Area ( Zona de control adaptabilă pentru traficul inteligent )

SCATS – Sydney Co-Ordinated Adaptive Traffic System ( Sistemul adaptiv pentru managementul traficului din Sydney )

SCOOT – Split Cycle Offset Optimisation Technique ( nu stiu ce inseamnă )

TRL – Transport Research Laboratory ( Laboratorul de cercetare în transporturi )

DfT – Department for Transport ( Departamentul pentru Transporturi )

UTOPIA-SPOT – nu stiu ce inseamnă

UTC – Urban Traffic Control

ATMS – Advanced Traffic Management System ( Sisteme avansate de management al traficului )

SPV –

AVI – Automatic Vehicle Identification ( Identificarea automată a vehiculelor )

ATIS – Advanced Traveler Information System ( Sistem avansat de informare a călătorilor )

CCTV – Closed-Circuit Television ( Televiziune cu circuit închis )

PIR –

LED – Light-emitting diode ( Diodă emițătoare de lumină )

UART – Universal Asynchronous Receiver/Transmitter ( Receptor / transmițător asincron universal )

TTL – tranzistor-tranzistor logic

PWM – Pulse With Modulation ( Impuls cu modulație )

SPI – Serial Peripheral Interface

SS – Slave Select

USB – Universal Serial Bus

ICSP – In Circuit Serial Programming

AC – Curent Alternativ

DC – Curent Continuu

I/O – Input/Output

GND – ground (împământare)

AREF – Analog REFference

I2S – I two C

TWI – Two wire interface

SDA – Serial Data

SCL – Serial Clock

Vin – Input Voltage

IOREF – Input/Output Refference Voltage

Bibliografie

https://ro.wikipedia.org/wiki/Transport_rutier

frame-online.eu/wp-content/uploads/2014/10/PlanningGuideRO.pdf

Sisteme Inteligente de Transport

doctorate.ulbsibiu.ro/obj/documents/REZ-BANCIU.pdf

iudr.utcb.ro/?wpfb_dl=36

https://ops.fhwa.dot.gov/publications/fhwahop06006/chapter_3p2.htm

Misagh Ketabdari, Analysis of Adaptive Traffic Control Systems and design of a Decision Support System for better choice, 2012/2013

https://nptel.ac.in/courses/105101008/577_ATC_A/point7/point.html

https://slideplayer.com/slide/6994957/

http://www.its.leeds.ac.uk/projects/konsult/private/level2/instruments/instrument014/l2_014a.htm

https://docplayer.hu/5491477-Intelligent-transport-systems-egy-rendszer-mitol-intelligens.html

http://www.ingineria-automobilului.ro/reviste/Ingineria_6.pdf

www.rasfoiesc.com/business/transporturi/Beneficiile-sistemelor-de-tip-13.php

www.rasfoiesc.com/business/transporturi/Sisteme-avansate-de-management35.php

https://attap.gitbooks.io/muid/content/grade-separated_&_signalized/single_loop_interchange.html

http://www.michiganhighways.org/indepth/michigan_left.html

https://www.wsmv.com/story/38820742/jug-handle-project-set-to-begin-at-boone-county-intersection/

http://www.texasturf.org/superstreet/

http://consultjuridic.blogspot.com/2009/08/circulatia-in-intersectiile-cu-sens.html

www.scoalarutiera.ro/curs-legislatie/codul-rutier/intersectia-cu-sens-giratoriu

https://en.wikipedia.org/wiki/Traffic_flow

https://ipfs.io/ipfs/QmXoypizjW3WknFiJnKLwHCnL72vedxjQkDDP1mXWo6uco/wiki/Traffic_flow.html

http://wiring-diagram.co.uk/downloads.php?title=Speed%20Traffic%20Flow%20Diagram

http://www.msdi.ro/senzori-in-logisticaindustriala

https://vdocuments.mx/senzori-55993c5ac767a.html

Universitatea Politehnica din București, Facultatea de Transporturi, Departamentul TET, Cursul de Senzori, Traductoare și Achiziții de Date

http://www.e-automobile.ro/categorie-electronica/10-senzor-oxigen-sonda-lambda.html

Senzorul de oxigen sau sonda lambda

https://docgo.net/philosophy-of-money.html?utm_source=senzori-irHLAzc

https://en.wikipedia.org/wiki/Induction_loop

Universitatea Politehnica din București, Facultatea de Transporturi, Departamentul TET, Laboratorul de Sisteme de Dirijare a Traficului Rutier

https://www.researchgate.net/figure/Inductive-loop-sensors_fig2_276489650

http://center-estel.ru/boucle-magnetique-portail-came/

https://fr.scribd.com/document/377135972/1-Detectia-Vehiculelor-Rutiere

Universitatea Politehnica din București, Facultatea de Transporturi, Departamentul TET, Cursul de Sisteme de Dirijare a Traficului Rutier

http://tet.pub.ro/pages/SDTR/Laborator%206.pdf

http://rocamere.net/home/436-camera-de-supraveghere-gb42f1w-cu-senzor-cmos-ov-14-inch-1-mp-si-lentila-fixa-28-mm-plus-36-led-pentru-maxim-25-metri.html

https://www.fhwa.dot.gov/publications/research/operations/its/06108/02a.cfm

https://senzor-miscare.ro/senzori/senzori-de-miscare/

https://ro.wikipedia.org/wiki/LED#Led_organic

https://www.reichelt.de/led-5-mm-bedrahtet-rot-5-mcd-60-led-5mm-2ma-rt-p21627.html

https://ro.wikipedia.org/wiki/Rezisten%C8%9B%C4%83_electric%C4%83

https://megadinamic.ro/pachet-100-buc-rezistente-05w-15k/4685.htm

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/1.Resistors.wiki.20150309.pdf

https://radfiz.org.ua/files/k1/English/Resistor.doc

https://ro.wikipedia.org/wiki/Circuit_imprimat#Materiale_folosite

https://www.conexelectronic.ro/ro/accesorii-pentru-circuite-imprimate/13021-PLACA-TEST-160X100-PASTILE-ROTUNDE.html

https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3

https://minielektro.dk/arduino-uno-r3.html

https://www.farnell.com/datasheets/1682209.pdf

Descrierea pinilor la placa UNO R3

http://pinouts.ru/Slots/USB_pinout.shtml

http://www.fih.upt.ro/jla/images/articole/ST01/st01-13.pdf

https://www.vezicatface.ro/articole/cum-iau-corect-virajul-la-stanga-intr-o-intersectie