Sistem de Monitorizare a Gradului de Poluare din Canioanele Urbane

1. ITS

1.1 Prezentare generală a ITS

În zorii umanității, deplasarea se făcea din ramură în ramură, cu ajutorul lianelor sau, milenii de-a rândul, pe jos. Apoi drumul pe distanțe lungi a început să fie parcurs cu mijloace de deplasare simple: calul și barca. În 327 î.Hr., Alexandru cel Mare a ajuns cu calul până în India, și mersul până în pânzele albe nu a mai părut ceva irealizabil. Istoria modernă a «locomobilelor» a început în 1769 cand James Watt a obținut un «brevet în vapori și combustibili». De atunci au apărut tot felul de mașinării care au permis ca distanțele sa fie înghițite rapid iar transportul de persoane și mărfuri să se realizeze cu eforturi reduse. Treptat numarul uriaș de vehicule puse în mișcare a ajuns să ridice probleme: blocaje, accidente, poluarea mediului, pierderi economice etc. Din dorința de a ajuta benefica dezvoltare a transporturilor, cercetătorii au inventat un remediu: Sistemele Inteligente de Transport.

Sistemele Inteligente de Transport au cunoscut o dezvoltare rapidă pe fondul apariției tehnologiilor avansate de comunicații si prelucrare a informațiilor, dar și datorită agravării problemelor provocate de creșterea numarului de călători și a volumului de mărfuri. Intensificarea traficului rutier a determinat dezvoltarea unor sisteme de control care să asigure utilizarea eficientă a spațiului limitat, afectat circulației, în condiții de siguranță crescută și de reducere a poluării.

Termenul de Sistem Inteligent de Transport (ITS – Intelligent Transport Systems) a apărut inițial legat de sistemele telematice din transportul rutier, s-a extins ulterior asupra tuturor modurilor de transport (rutier, feroviar, aerian, fluvial, maritim), ca apoi aria de acoperire a acestui termen să devină și mai extinsă prin includerea, pe lângă sisteme, și a serviciilor.

Sistemele inteligente de transport cuprind o gamă largă de comunicații fără fir și fără linii bazate pe tehnologiile informației, controlului și electronicii. Atunci când sunt integrate în infrastructura sistemului de transport și chiar în vehicule, aceste tehnologii sprijină monitorizarea și administrarea fluxului traficului, reducerea congestiei, furnizarea de rute alternative călătorilor, mărirea productivității, salvarea de vieți omenești și economisirea de timp și bani.

Sistemele inteligente de transport furnizează experților din domeniul transporturilor instrumente pentru colectarea, analizarea, prelucrarea, comunicarea și arhivarea datelor referitoare la caracteristicile sistemelor de transport.

Deja există sisteme, produse și servicii reale. Dezvoltarea pe scară largă a acestor tehnologii reprezintă o adevarată revoluție în modul în care națiunile abordează problema transportului. Multe aspecte ale vieții au devenit mult mai plăcute și productive prin utilizarea tehnologiilor avansate. Deși multe din tehnologii au fost dezvoltate pentru domeniul rutier, sistemul ITS se bazează pe multe discipline și acoperă o gamă largă a sistemelor de transport.

În ultima perioadă Europa a câștigat un avans semnificativ în domeniul tehnologiei telematice cu aplicații în transport. Pașii care au determinat acest progres sunt urmarea directă a concentrării asupra dezvoltării unor sisteme așa cum este cazul informațiilor pentru șofer, controlul traficului, sisteme de ghidare pentru transportul public.

În economia actuală, posibilitatea de a asigura un transport cât mai rapid și sigur al oamenilor și a mărfurilor este o cerință necesară. Nereușirea atingerii acestei cereri reprezintă un minus pentru competență și de asemenea dă o notă negativă infrastructurii transportului.

1.2 Tipuri de sisteme ITS

ITS avansate de informare a călătorilor

Aceasta este una dintre ariile în care s-au facut pași considerabili. Furnizorii de servicii ITS sunt capabili să ofere informații către călători prin intermediul diferitelor canale, înainte și în timpul călătoriei, prin dispozitive la bordul vehiculului, servicii web, panouri de mesaje, kiosk-uri speciale, telefoane mobile etc., oferind suport pentru alegerea celui mai bun mod de deplasare și a celei mai bune rute, dar și informații despre costurile călătoriei.

ITS pentru informarea călătorilor ajută la furnizarea unui serviciu complet de călătorie: de la planificarea călătoriei și ghidarea pe o anumită rută, la rezervarea biletelor și a locurilor de parcare. Legăturile cu serviciile turistice oferă servicii suplimentare, cum ar fi rezervări la hoteluri, informații despre locuri de vizitat etc.

Monitorizarea automată a traficului, a condițiilor meteo și celor rutiere face posibilă consilierea călătorilor în ce privește modificarea rutelor și schimbarea modului de transport. Conducătorii pot fi, de exemplu, atenționați asupra congestiilor din trafic și pot fi sfătuiți să aleagă rute alternative sau sa folosească „park and ride”.

Pasagerii transportului public pot fi informați despre timpul de sosire estimat la bordul vehiculului, în stații, pe telefonul mobil sau chiar pe Internet înainte de startul călătoriei.

Un astfel de exemplu îl reprezintă în SUA sistemele avansate de informare a călătorilor. ATIS (Advanced Traveller Information Systems) furnizează date direct călătorilor, oferindu-le posibilitatea să facă alegeri mai bune, referitoare la rute sau mijloace de transport alternative. Atunci când respectivele date sunt arhivate, aceste sisteme pun la dispoziția celor care planifică transporturile informații corecte, referitoare la șabloane de călătorie, contribuind la optimizarea procesului de planificare a transportului.

Principalele funcții asigurate de sistemele avansate de informare a călătorilor sunt:

panificarea multimodală a călătoriei;

informații și servicii de ghidare pe ruta aleasă;

funcții de asistare, interfațarea cu sistemele de management al traficului din regiune, pentru obținerea unor informații de trafic;

informații referitoare la incidente;

informații referitoare la rută pentru autostrăzi și artere și interfațarea cu sistemele regionale de management al transportului.

ITS în orașe și aglomerări urbane

Majoritatea ariilor urbane din Europa folosesc deja diferite tipuri de ITS pentru suportul controlului si managementul traficului și al operațiilor de transport public, dar și pentru controlul accesului și al impunerii reglementărilor. Departamentele de transport urban caută să obțină beneficii prin integrarea unor astfel de sisteme. Astfel, integrarea sistemelor de control al traficului, de management al transportului public și de informare a călătorilor face posibilă:

Regularizarea serviciilor de transport public prin oferirea prioritații la semnalele

pentru trafic;

Permite conducătorilor de vehicule să evite congestiile și să găsească rapid locuri

libere de parcare;

Permite călătorilor sa compare informațiile de la diferite moduri de transport înainte

de efectuarea călătoriei;

Furnizează informații ce permit călătorilor să-și modifice planurile de călătorie când

apar incidente și întreruperi;

Controlul accesului la aria urbană prin diferite forme de taxare a utilizatorilor.

Ca exemplu, sistemele avansate de management al traficului (ATMS – Advanced Traffic Management Systems) utilizează o varietate de detectoare, camere de luat vederi și sisteme de comunicații relativ ieftine pentru monitorizarea traficului, optimizarea duratei semnalelor pe arterele principale și controlul traficului.

Funcțiile ATMS sunt următoarele:

Control – sistem de semafoare care să răspundă la cerințele traficului, semnalizare

variabilă a benzilor de circulație, semnalizare variabilă a limitelor de viteză, controlul fluxului pe rampa de acces;

Monitorizare – detecție (bucle inductive, microunde, etc.), sistem de camere video de

supraveghere a traficului, monitorizare aeriană a traficului, examinare a autovehiculelor (autobuze, taxiuri, etc.), echipe de supraveghere a traficului, managementul parcărilor, senzori meteorologici și ai stării drumurilor, post mobil de management al traficului;

Informare – sistem de informare prin radio a călătorilor, televiziune prin cablu,

difuziune publică (televiziune și radio), internet / intranet, servicii de televiziune prin satelit, servicii de informare asupra traficului, cabine de informare, sistem de informare telefonică a călătorilor, servicii de comunicare prin dispozitive la bord, telefonie celulară, panouri cu mesaje variabile și semnale de ghidare de rută.

ITS pentru controlul vehiculelor

Congestia este un lucru nedorit pentru exteriorul orașelor. Există mai multe aplicații ITS proiectate să ajute managementul traficului și să furnizeze suport pentru conducătorii de vehicule prin:

Regularizarea accesului la autostrăzi și șoselele de centură prin intermediul căilor de

acces automatizate;

Furnizarea informațiilor din trafic și îndrumarea conducătorilor prin intermediul

panourilor cu mesaje variabile sau a dispozitivelor la bordul vehiculului;

Controlul vitezei traficului pe autostrăzile cu congestii prin fluidizarea fluxului total

de vehicule;

Sisteme de detectare automată a incidentelor ce trimit automat mesaje la centrele de

control al traficului și furnizează avertismente imediate pentru conducătorii auto;

Sisteme de adaptare inteligentă a vitezei.

Sisteme Avansate de Control al Vehiculelor (AVCO-Advanced Vehicle Control Systems) includ toate sistemele aflate în vehicul sau pe drum, care asigură conducătorului vehiculului o siguranță și/sau un control sporit, fie prin îmbunătățirea informațiilor referitoare la mediul rutier, fie prin asistarea activă a conducătorului vehiculului în dirijarea vehiculului. Sistemul de tip AVCS se utilizează pentru mașini, camioane, autobuze și alte vehicule, cu scopul de a îmbunătăți mobilitatea și siguranța. Câteva dintre tehnologiile disponibile sunt:

sisteme de anti-blocare a frânei și sisteme de control al tracțiunii;

sisteme de cotire pe patru roți;

sisteme active de suspensie;

sisteme de stabilitate a vehiculului, control autonom inteligent al cursei;

sisteme de atenționare/avertizare a coliziunii plasate în vehicul;

sisteme de atenționare/avertizare referitoare la drum;

sisteme de detecție a obstacolelor apropiate.

ISA (Intelligent Speed Adaptation) asigură păstrarea limitelor de viteză tot timpul și chiar modificarea dinamică a acestor limite in funcție de condițiile rutiere și cele meteo.

Sistemele de management al incidentelor (IMS) furnizează operatorilor de trafic instrumente care asigură un răspuns rapid și eficient în caz de accidente, deversări de materiale periculoase și alte urgențe. Sisteme de comunicație complementare leagă puncte de colectare a datelor, centre de operare a transportului și portaluri de informare a călătorilor, într-o rețea integrată care poate fi operată eficient și inteligent.

ITS pentru vehicule comerciale

Numeroase aplicații ITS sunt disponibile pentru sprijinirea conducătorilor auto și a operatorilor de parcuri auto în timpul furnizării serviciilor de transport public sau transportului comercial de marfă, acoperind atât transportul de marfă pe distanțe lungi, cât și transportul urban de mărfuri. Aplicațiile ITS pot crește eficiența operațiunilor, pot încuraja utilizarea diferitelor moduri de transport și pot îmbunătății siguranța transportului:

Sisteme de programare și alocare a vehiculelor, încărcăturilor și conducătorilor

auto și generarea automată a rapoartelor de transport;

Determinarea rutei optime pentru transporturi normale și speciale, cum ar fi

vehicule agabaritice sau mărfuri periculoase;

Monitorizarea operațiilor legate de siguranța vehiculelor, cu înregistrarea la

bordul vehiculului a datelor și oferirea datelor ca raspuns la interogările echipamentelor de la sol;

Urmarirea și afișarea rutelor pentru vehiculele comerciale, containerelor sau

încărcăturii în timpul transportului, împreună cu monitorizarea stării fizice, pentru alimente și mărfuri periculoase;

Generarea și întreținerea automată a documentelor comerciale și de altă natură ce

însoțesc vehicul de trafic instrumente care asigură un răspuns rapid și eficient în caz de accidente, deversări de materiale periculoase și alte urgențe. Sisteme de comunicație complementare leagă puncte de colectare a datelor, centre de operare a transportului și portaluri de informare a călătorilor, într-o rețea integrată care poate fi operată eficient și inteligent.

ITS pentru vehicule comerciale

Numeroase aplicații ITS sunt disponibile pentru sprijinirea conducătorilor auto și a operatorilor de parcuri auto în timpul furnizării serviciilor de transport public sau transportului comercial de marfă, acoperind atât transportul de marfă pe distanțe lungi, cât și transportul urban de mărfuri. Aplicațiile ITS pot crește eficiența operațiunilor, pot încuraja utilizarea diferitelor moduri de transport și pot îmbunătății siguranța transportului:

Sisteme de programare și alocare a vehiculelor, încărcăturilor și conducătorilor

auto și generarea automată a rapoartelor de transport;

Determinarea rutei optime pentru transporturi normale și speciale, cum ar fi

vehicule agabaritice sau mărfuri periculoase;

Monitorizarea operațiilor legate de siguranța vehiculelor, cu înregistrarea la

bordul vehiculului a datelor și oferirea datelor ca raspuns la interogările echipamentelor de la sol;

Urmarirea și afișarea rutelor pentru vehiculele comerciale, containerelor sau

încărcăturii în timpul transportului, împreună cu monitorizarea stării fizice, pentru alimente și mărfuri periculoase;

Generarea și întreținerea automată a documentelor comerciale și de altă natură ce

însoțesc vehiculele comerciale si mărfurile;

Furnizarea unui „birou în cabină“ pentru proprietarii/conducătorii de vehicule;

Sistemele de operare a vehiculelor comerciale (CVO) aplică caracteristicile sistemelor de management al călătoriei și traficului (TTMS) în sectorul vehiculelor comerciale. Serviciile se referă la localizarea automată, clasificarea și cântărirea vehiculelor în scopul colectării taxelor. De asemenea, pot fi monitorizate emanațiile vehiculelor. Toate acestea pot fi efectuate în timp ce vehiculele se deplasează pe autostrăzi. Operarea vehiculelor comerciale necesită identificarea individuală a vehiculelor comerciale.

Servicii auxiliare

Există o serie de aplicații ITS care au fost create astfel Încăt să vină în sprijinul serviciilor sus menționate. Acestea includ plata automată a serviciilor, rezolvarea urgențelor și suport pentru activitațile legale.

Iată numai câteva exemple din această categorie:

Un singur sistem de plată cum ar fi un card de credit – conduce la reducerea

costurilor manevrării laborioase a monetarului, reducerea riscurilor de furt, creșterea siguranței și posibilității de întreținere a cutiilor cu taxe și o calculare sofisticată a prețului călătoriei, în funcție de distanța parcursă și de ora călătoriei. În plus, sistemele electronice de plată permit automatizarea proceselor de evidență și contabilitate și crearea de rețele de transport multimodale și multifurnizor, care sunt fără cusur pentru călător, dar prezintă și avantaje operaționale și organizaționale pentru numeroși furnizori.

Sisteme automate care permit perceperea de taxe făra a fi nevoie de oprirea

vehiculului;

Un sistem ITS montat la bordul vehiculului poate genera un semnal SOS în cazul

producerii unui accident. Sistemul central de monitorizare a apelului semnalează locația exactă a vehiculului sistemului de urgență, și îndrumă organele competente către locul accidentului;

Sistemele ITS pot ajuta în cazul transporturilor în condiții excepționale de drum, de

exemplu în cazul transportului de materiale inflamabile și în cazul managementului podurilor si al tunelelor;

Sistemele ITS pot fi folosite în vederea depistării încălcărilor regulilor de trafic , de

exemplu: depășirea vitezei, nerespectarea semnelor de circulație împreună cu informații detaliate despre vehicule. Aceste facilități ușurează munca angajaților.

Fig. 1 – Colectarea taxelor Fig.2 – Managementul accidentelor

1.3 Tipuri de arhitecturi ITS

Pentru realizarea funcțiilor cerute acestor sisteme este necesară integrarea unor sisteme de natură diferită într-un sistem unic. Sistemele Inteligente de Transport sunt sisteme integrate, de complexitate ridicată, acest fapt implicând o abordare specifică în proiectarea și dezvoltarea unor astfel de sisteme. Complexitatea Sistemelor Inteligente de Transport generează nevoia definirii și realizării unei arhitecturi ITS.

Primul pas în elaborarea arhitecturii ITS este selectarea și acordarea de priorități serviciilor utilizator. În procesul de dezvoltare a arhitecturii trebuie să fie implicați, pe bază de consens, toți utilizatorii, furnizorii de servicii, utilizatorii de servicii și alte grupuri de agenți economici țintă. Acest aspect este foarte important pentru dezvoltarea și operarea cu succes pe termen lung a sistemelor de tip ITS.

Obiectivele definirii și dezvolătrii arhitecturii Sistemelor Inteligente de Transport pot fi grupate în două mari categorii:

să faciliteze înțelegerea atât a problemei cât și a soluțiilor sale:

să fie capabil să prezinte întregul (sistemul inteligent de transport) ca fiind mai

mult decât suma părților componente;

să satisfacă aspirațiile participanților la dezvoltarea de astfel de sisteme;

să furnizeze o bază stabilă de proiectare și dezvoltare pentru sistemele ITS, care să

poată fi realizate și care să poată lucra pentru satisfacerea aspirațiilor celor implicați în dezvoltarea unor astfel de sisteme.

Având în vedere aceste obiective, arhitectura sistemului ITS poate fi definită ca fiind o concepție de nivel înalt care descrie sistemul integrat ca întreg și oferă înțelegerea soluțiilor pe care sistemul le poate oferi, prin intermediul funcțiilor și componentelor sale, problemelor generate de către aspirațiile participanților la dezvoltarea sistemelor ITS.

Astfel arhitectura ITS descrie minimul necesar pentru ca un astfel de sistem să aibă

funcționalitatea cerută și nu maximul posibil.

O arhitectură obișnuită asigură specificații care permit:

Compatibilitatea dintre informația trimisă și utilizator prin diferite căi media;

Compatibilitatea echipamentelor cu infrastructura, care asigură o deplasare facilă pe

continent;

Asigurarea bazei pentru autoritățile regionale, naționale și europene, în vederea

elaborării de planuri și recomandări pentru a facilita desfășurarea sistemelor ITS;

Piață deschisă pentru servicii și echipamente unde sunt oferite subsisteme

compatibile;

Econimie la scală industrială în producerea echipamentelor permițând prețuri

competitive și investiții mai ieftine când compatibilitatea este asigurată;

Piață de desfacere în care producătorii pot oferi produse fără riscuri financiare.

În termeni generali arhitectura ITS prezintă câteva caracteristici principale care pot fi exprimate în două moduri.

Arhitectura este:

Deschisă: acesta înseamnă că toți furnizorii, operatorii și utilizatorii se pot folosi de tot ceea ce face parte din arhitectură.

Multi-modală: aceasta înseamnă că arhitectura este astfel concepută să fie aplicată pentru toate tipurile de transport urban, nu numai pentru mașinile private.

Independentă de tehnologie: arhitectura nu necesită și nu promovează folosirea unei anumite tehnologii. Și totuși promovează folosirea unei soluții generale pentru care sunt disponibile mai multe tehnologii.

Arhitectura nu este:

O proiectare de sistem sau a unei componente: nu este posibilă producerea hardware sau software, direct din componentele unei arhitecturi.

O specificație a sistemului: arhitectura nu se prezintă într-un mod în care poate fi folosită direct ca o specificație a sistemului, fie că este vorba de hardware sau software. Cu toate acestea componentele arhitecturii pot fi folosite ca un punct de plecare în producția specificațiilor componentelor sistemului individual.

O arhitectură ITS definește și descrie ceea ce trebuie inclus într-un sistem care poate să îndeplinească nevoile utilizatorului. Arhitectura ITS poate exprima un sistem în mai multe feluri, în funcție de diferitele părți ale arhitecturii, după cu urmează:

Arhitectura funcțională: funcția folosită de sistem pentru a îndeplinii cerințele

utilizatorului.

Arhitectura fizică: felul în care funcționalitatea poate fi implementată ca aplicație

pentru a satisface cerințele utilizatorului. De asemenea aceste aplicații pot satisface nevoile consumatorului, nevoi care nu pot fi exprimate în termeni funcționali, așa cum este cazul caracteristicilor fizice.

Arhitectura comunicațională: legături care permit schimburile de informații între

aplicații și arhitectura fizică și între aplicații și mediul extern.

Arhitectura funcțională

O arhitectură funcțională definește și descrie care sunt funcționalitățile ce trebuiesc incluse într-un sistem astfel încât să fie satisfăcute cerințele utilizatorilor. La cel mai înalt nivel de prezentare al unei arhitecturi funcționale aceasta este formată dintr-un număr de domenii funcționale. Fiecare domeniu este identificat printr-un nume și un număr. Funcționalitatea fiecărui domeniu este prezentată prin funcții. Există două tipuri de funcții și anume:

Funcții de nivel înalt;

Funcții de nivel inferior;

Funcțiile de nivel înalt rareori satisfac necesitațile utilizatorilor prin ele însele, dar

totdeauna satisfac aceste necesitați prin intermediul funcțiilor de nivel inferior ce le compun.

Fiecare funcție de nivel inferior are un nume care îi va oferi funcționalitatea dictată de însăși denumirea ei. Astfel, funcția “Administrează vehiculele de urgență” va permite managementul vehiculelor de urgență.

Legătura între funcții, dar și între funcții și memoriile de date se face prin intermediul fluxurilor de date.

Un terminal reprezintă legătura dintre arhitectură și lumea exterioară. El furnizează o definiție a ceea ce așteaptă arhitectura ca mediul din exterior să facă, datele pe care se așteaptă să le furnizeze acesta și datele ce trebuie să fie furnizate de arhitectură către mediu. Un terminal poate fi o entitate umană, un sistem sau o entitate fizică de la care pot fi obținute date sau prin intermediul căruia se diseminează informații.

Fig. 3 Arhitectura funcțională a unui controler de trafic

Arhitectura fizică

O arhitectură fizică descrie modul în care componentele arhitecturii funcționale pot fi puse împreună în grupuri ce formează entități fizice. Principalele caracteristici ale acestor entități sunt, în primul rând, faptul că ele furnizează unul sau mai multe servicii ce sunt cerute de către utilizatori, iar în al doilea rând, că pot fi create. Acest proces de creare poate implica entități fizice, cum ar fi structuri amplasate pe drum și diferite forme de echipamente, entități care nu sunt fizice, cum ar fi software, sau combinații ale celor două.

Toate sistemele vor fi compuse din două sau mai multe subsisteme. Un subsistem execută una sau mai multe sarcini definite și poate fi oferit ca un produs comercial. Fiecare subsistem va fi compus din una sau mai multe părți ale arhitecturii funcționale (funcții și memorii de date) și poate să aibă nevoie să comunice cu alte subsisteme și cu unul sau mai multe terminale, pentru a putea funcționa. Aceste comunicații vor fi furnizate prin folosirea fluxurilor fizice de date. Numărul de subsisteme dintr-un anumit sistem va depinde de numărul de locații ce trebuie acoperite.

Fig.4 Arhitectura fizică națională ITS

Fiecare țară sau regiune trebuie să stabilească propriile sale necesități și cerințe utilizator în momentul începerii elaborării unei arhitecturi ITS naționale sau regionale. Anumite cerințe locale pot diferi de la o țară la alta.

Arhitectura comunicațiilor

O arhitectură de comunicații definește și descrie mijloacele care asigură schimbul de informații dintre diferitele părți fizice ale sistemului. Acest schimb de informații este realizat folosind fluxurile fizice de date ce sunt descrise în arhitectura fizică.

Descrierea și definirea acestor mijloace de realizare a fluxurilor fizice de date implică două elemente complementare:

asigurarea mijloacelor ce permit ca datele să fie transportate de la un punct la altul și siguranța că modul în care aceste date sunt transportate este corespunzător pentru sistem, în ceea ce privește costul, alterarea informației și întârzierea;

obținerea siguranței că informația transmisă de la un capăt al "canalului de informații” este interpretată fără erori la celălalt capăt, de recepție, al canalului.

Cu alte cuvinte, problema este descrierea și definirea "canalelor de informații” ce sunt necesare pentru transportul informațiilor.

Analizând evoluția sistemelor inteligente de transport și modul de abordare al acestora, se poate spune că ITS este un sistem rezultat din integrarea sistemelor electronice, de comunicații, de prelucrare și stocare a informațiilor și de control (local și la distanță) cu sistemele de transport (rutier, feroviar, aerian, fluvial și maritim) în scopul creșterii eficienței economice, salvării vieților omenești, reducerii poluării mediului, reducerii timpilor de transport și creșterii confortului călătorilor.

1.4 ITS – Efecte și perspective

Implementarea Intelligent Transport Systems (ITS) trebuie să aducă beneficii sectorului public, dar și industriei.

ITS s-au dovedit a avea un avantaj calitativ dar și tarifar în ceea ce privește managemetul și serviciile de transport. Aceste sisteme inteligente pot determina atingerea unor obiective, cum ar fi:

Îmbunătățirea calității drumurilor;

Îmbunătățirea eficienței capacității drumurilor existente, fără necesitatea construirii altora, cu 20%;

Economisirea timpului de transport (estimată la un an peste medie);

Reducere semnificantă a emisie de CO2 de la autoturisme.

Noi soluții tehnologice realizate pentru transporturi sunt următoarele:

sisteme de navigare montate la bordul vehiculului;

sisteme de notificare a accidentelor;

sisteme de plată electronică;

senzori încorporați în șosea;

tehnologii video pentru controlul traficului;

servicii de informare asupra vremii;

semnale cu mesaje variabile;

tehnologii de urmărire a flotei de vehicule și a greutății vehiculelor în mișcare.

După aderararea României la UE, legislația internațională impune țării noastre respectarea acordurilor încheiate sub egida CEE/ONU privind transporturile rutiere. Printre obiectivele strategiei naționale ce derivă din aceste cerințe se impune necesitatea alinierii la noile tendințe din domeniul transporturilor rutiere internaționale, ca urmare a evoluției industriei transporturilor rutiere, a tehnologiilor și sistemelor de transport de ultimă generație, a necesității asigurării siguranței participanților la traficul rutier, a îmbunătățirii și implementarii standardelor internaționale în ceea ce privește mediul înconjurător.

În Romania ITS se luptă să iasă din faza de pionierat. Cele mai răspândite soluții sunt cele de monitorizare a flotei de vehicule, unde exista furnizori activi, și aplicațiile referitoare la optimizarea transporturilor (rutare, distribuție, gestiunea stocurilor etc).

Progresul tehnologic la nivel global, dezvoltarea infrastructurii electronice și pătrunderea Internetului în rândul operatorilor de transport ar trebui sa determine o răspândire rapidă a acestor sisteme. Mai există însă suficiente rezistențe care țin de înțelegerea beneficiilor rezultate din achiziționarea lor, dar și a prețurilor destul de ridicate încă.

2. MANAGEMENTUL TRAFICULUI URBAN

Principalele beneficii ale tehnologiei Sistemelor Inteligente de Transport sunt următoarele: reducerea accidentelor, sprijinirea deblocării congestionării, salvarea oamenilor, siguranța, diminuarea duratei călătoriei și a planificării călătoriei, reducerea unora din efectele transportului asupra mediului, economisirea de timp și bani. Sistemul Inteligent de Transport a demonstrat că este calea spre îmbunătățire a facilităților de transport și funcțiilor pentru viitor. Câteva din principalele beneficii ale Sistemelor Inteligente de Transport pot fi grupate în conformitate cu următoarele subiecte:

Reducerea accidentelor;

Deblocarea congestionarii;

Monitorizarea și protecția mediului;

Productivitatea și eficiența operațională;

Factorii de confort;

Siguranța;

Eficiența;

Costurile.

Congestionarea este o problemă importantă pentru toate grupurile de actori implicați în domeniul transportului. Creșterea eficienței sistemelor de transport actuale este un scop principal al programelor Sistemelor Inteligente de Transport la nivel internațional, regional și național. Serviciile Sistemelor Inteligente de Transport pot sprijini reducerea congestionării prin:

Managementul cererii: controlul accesului, plata electronică.

Îmbunătățirea eficienței rețelei: control al traficului, informarea conducătorului

vehiculului, controlul vitezei, detectarea incidentelor, managementul incidentelor, măsurarea pantei (rampei).

Încurajarea trecerii de la un mod de transport la altul: planificarea înaintea

călătoriei, informarea pasagerilor, prioritate pentru diferitele tipuri de mijloace de transport,

monitorizarea și protecția mediului.

Recent, însă, a crescut și interesul față de efectul acestor sisteme asupra emisiilor vehiculelor și poluării. În acest sens, există două obiective principale:

În cazurile în care o funcție a sistemului de management al traficului se adresează

problemelor de siguranță sau de congestie a circulației, funcția respectivă ar trebui să fie proiectată astfel încât să nu conducă la o creștere a emisiilor.

Pot fi proiectate sisteme speciale, pentru reducerea emisiilor.

în cadrul unui proces destul de complex, proiectarea și optimizarea sistemelor de management al traficului cu poluare redusă are la bază înțelegerea mai multor legături, întrucât sistemul de management în sine nu afectează direct rata emisiilor. în figura de mai jos este prezentată o schemă simplificată.

Fig. 5 Legăturile între managementul traficului și impactul poluării aerului

Impactul inițial al unui sistem de management al traficului asupra conducătorului auto implică deseori și un număr mare de decizii. În funcție de tipul de sistem de management al traficului, conducătorul poate alege dacă respectă sau nu limita de viteză, dacă decide o schimbare a rutei sau chiar a modului de transport, în cazul în care acordă sau nu prioritate mijloacelor de transport public.

Orice schimbare în deciziile conducătorului de vehicul are ca rezultat un mod diferit de operare a vehiculului. Există mai multe moduri în care pot apărea aceste schimbări de operare a vehiculelor.

De exemplu, poate să apară o schimbare a numărului total de kilometri parcurși, a compoziției traficului sau a profilului vitezelor de circulație, și oricare dintre aceste schimbări sau o combinație a lor pot afecta rata de emisii. Schimbarea ratei de emisii duce la o modificare a nivelului local de poluare a aerului, dar nu la o schimbare proporțională cu cea a schimbării ratei de emisii, întruct nivelul de poluare al aerului mai este influențat de mulți alți factori, cum ar fi sursele non-trafic, concentrațiile generale de substanțe, transformări fotochimice și vreme.

Principala preocupare a majorității departamentelor de transport, este obținerea de avantaje, ca urmare integrării unor astefel de sisteme. Câteva exemple în aceste sens ar fi:

Sisteme care integrează controlul traficului urban cu managementul transportului

public și informații pentru călători (Fig. 6) pot de exemplu:

Să fluidizeze transportul public pin conferirea priorității la semafoare;

Să dea posibilitatea șoferilor să evite ambuteajele și să asigure locuri de parcare prin folosirea rutelor alternative;

Să ofere călătorilor o serie de posibilități în vederea alegerii unei rute înaintea începerii unei călătorii;

Fig 6- Managementul transportului public

Sistem electronice de plată care permite utilizatorilor să achite valoarea locurilor de

parcare din centrul orașului, biletele de tren, autobuze, etc., toate acestea cu același card de credit.

Cozile de trafic sunt parametrii cei mai importanți folosiți pentru îmbunătățirea fluxului de trafic într-o rețea urbană. Aceste cozi sunt raspunzătoare pentru gradul ridicat de poluare care se constată la nivelul intersecțiilor. Motoarele autovehculele formate în coadă și aflate în asteptarea traversării intersecției nu funcționează la parametri maximi, arderile de carburant fiind incomplete. În aceste situații sunt emise o serie de substanțe poluante care degradează calitatea aerului într-un mod îngrijorător în cele mai multe orașe aglomerate. Arterele orașelor care se confruntă astăzi cu astfel de probleme nu au fost proiectate și construite pentru un număr așa mare de autovehicule și nici problema dirijării intersecțiilor prin semaforizare și sincronizarea acestora nu a constituit o prioritate pentru a fi pusă în discuție la momentul respectiv. Mai mult, de-a lungul multor străzi înguste – dar nu numai – se gasesc construcții pe mai multe nivele aproape continue, flancând arterele și formând practic, în mijlocul orașului, niște “canioane”.

2.1 Managementul intersecțiilor

Prin întocmirea strategiei de management se precizează pregătirea pachetelor ITS informative și de lucru destinate implementarii cu scopul obținerii efectelor dorite rezultate în urma analizelor de trafic. În acest sens structurarea unei baze de date din care să se desprindă clar problemele urbane punctuale ale marilor orașe, însoțită de programe de optimizare a traficului, constituie modalitatea de asigurare a transferului informațional de la cercetare la nivelul regional al potentialului utilizator.

Managementul traficului se bazează pe o idee ciclică. În intersecții, stările de verde și roșu împart un anumit număr de secunde (ciclu de timp). Cu cât timpul de roșu este mai scăzut cu atât vehiculele vor staționa mai puțin în intersecție, iar emisiile poluante vor fi mai reduse; în plus se reduce și probabilitatea matematică de formare a unor cozi la semafoare.

Pentru culegerea datelor de trafic referitoare la aceste cozi se folosesc , în teren, detectoare de trafic. Datele provenite de la aceste detectoarele sunt adunate în mai multe formațiuni întregi denumite profile. De fapt, există două tipuri de profile:

Fluxul;

Gradul de ocupare.

Detectorul de flux numără vehiculele care trec prin buclă într-o unitate de timp (în general 5 secunde). Pe de altă parte, componentele profilului gradului de ocupare înregistrează timpul necesar vehiculelor de a trece peste detector.

Pentru a calcula numărul de vehicule oprite în fața unui semafor pe culoarea roșie se consideră că informațiile provenite de la detectoare sunt reale și precise. Astfel, coada într-o perioadă t poate fi calculată astfel:

coada(t) = coada(t- ) + vehicule_in(t- , t) – vehicule_out (t- , t)

Calculul numărului de vehicule care pătrund în coadă nu este foarte dificil dacă se cunoște comportamentul traficului în zona respectivă, cum ar fi lungimea medie a vehiculelor și viteza.

Rezultatul calcului cozii se bazează pe date statistice întemeiate denumite fluxul de saturație: numărul mediu de vehicule care părăsesc coada într-o unitate de timp.

Problema calcului cozii se pune atunci când aceasta pătrunde în aria de detectare

Fig. 7 Coada dincolo de detector

Prin prederminarea comportării intersecțiilor în orele de vârf se urmărește modul de formare și comportamentul cozilor de trafic, modul de urmărire a vehiculelor și comportamentul conducătorilor auto.

Măsuri ce trebuiesc luate în intersecții pentru evitarea congestiilor în orele de vârf sunt:

amplasare a semafoarelor cât mai bună pentru a putea fi vizibile de cât mai mulți conducători auto;

creeare de sensuri unice;

realizarea de viraje la stânga prin intermediul virajelor la dreapta;

introducerea sensurilor giratorii.

2.2 Tipuri de intersecții

Intersecție cu mâner de cană

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 viraje la stânga. Toate virajele la stânga, dreapta și întoarcerile la 180° se realizeză de pe partea dreaptă a străzii. Vehiculele care vor să facă stânga părăsesc artera principală printr-o rampă de pe partea dreapta a străzii și fac stânga pe strada mai mică într-un punct terminal separat de intersecția principală.

Fig. 8 Intersecție cu mâner de cană

Mai puțină prioritate este necesară de-a lungul străzii deoarece benzile pentru viraje la stânga sunt eliminate. Cu toate acestea, mai multă prioritate este necesară în intersecție pentru a acomoda mânerul de cană.

Semnalizarea corespunzătoare a mânerelor este critică, deoarece șoferii trebuie informați din timp când să vireze la dreapta pentru a face virajul la stânga.

Intersecție mediană cu întoarcere de 180°

Intersecțiile mediane cu întoarceri de 180° elimină virajele la stânga din intersecții și le mută la intersecții mediane de după intersecția principală. Pentru întoarcerile la 180° mediane aflate pe artera principală, conducătorii auto fac stânga de pe artera principală prin trecerea prin intersecție, virând apoi la 180° la următoarea intersecție și virând la dreapta pe artera secundară. Șoferii care vor să vireze la stânga pe artera principală de pe artera secundară, virează la dreapta pe artera principală și realizează apoi întoarcerea de 180°.

Fig. 9 Intersecție mediană cu întoarcere la 180°

Întoarcerile mediene pot fi adecvate în intersecții cu un volum de trafic ridicat pe direcția drept înainte, viraje la stânga reduse până la medii pe artera principală, viraje la stânga reduse pâna la medii pe artera secundară. Locațiile cu volum mare de trafic care virează la stânga nu sunt optime pentru întoarceri de 180°, putând duce la formarea cozilor în intersecția mediană de întoarcere.

Intersecție tip arc de cerc

O intersecție tip arc de cerc conține o stradă suplimentară între două ramuri ale intersecției. Șoferii care vor să vireze la stânga de pe artera principală sau secundară vor trebui să meargă pe această stradă suplimentară, toate virajele la stânga din intersecția principală fiind eliminate. Acest model creează două intersecții suplimentare, care operează ca o semaforizare cu trei stări, dar semaforizarea din intersecția principală poate opera cu doar două stări.

Fig. 10 Intersecție tip arc de cerc

Semafoarele de pe rampele cadranului trebuie să fie poziționate la o distanță suficientă în amonte (circa 150m) de intersecția principală pentru eliminarea revărsării cozii. Comparate cu intersecțiile convenționale, intersecțiile arc de cerc au o întârziere în trafic mai mică și cozi mai scurte. Există conflicte la intersecția principală. Confuzia conducătorului auto în aceste intersecții este mai mare decât în cele convenționale. Este important ca în aceste intersecții semaforizarea să fie în întregime coordonată.

Super-intersecție mediană

Structura super-intersecției mediane este similară cu cea a întoarcerii mediane la 180° prin faptul că se realizează o manevră indirectă de întoarcere mediană la 180°. O trecere se realizează prin viraj la dreapta pe artera principală, viraj la stânga prin intersecție și viraj din nou la dreapta pe artera secundară.

Fig. 11 Super-intersecție mediană

Intersecțiile suplimentare trebuie să fie plasate față de intersecția principală la o distanță de 180m. Un vehicul tip semi-trailer ar avea nevoie de un arc de cerc de 18m pentru a se potrivi în întoarcerea de 180°.

Sunt necesare două bistări de semaforizare în intersecția principală – câte una pentru fiecare vecinătate a arterei secundare. Deoarece traficul de pe artera secundară este interzis să meargă înainte sau să vireze la stânga, aceste două semaforizări pot opera independent cu cicluri de semaforizare diferite, dacă este necesar. Suplimentar, un semafor ar fi necesar pentru fiecare amonte al intersecțiilor mediane; acestă semaforizare ar avea două stări. Deoarece cele două jumătăți ale intersecției principale operează independent, este posibil atingerea unei progresii maxime a traficului în ambele direcții de-a lungul arterei principale.

Există mai puține puncte de conflict în aceste tipuri de intersecții față de cele convenționale. Cu toate că aceste intersecții ar putea cauza confuzie pietonilor, există mai puține șanse pentru apariția conflictelor cu vehiculele. Trecerea se realizează în două perioade.

Această structură poate duce la mai multe opriri a vehiculelor care merg înainte. Aceasta creează călătorii în plus pentru trecerile prin intersecții și viraje la stânga, care le limitează capacitatea acestor intersecții și creșterea timpului de călătorie. Virajele la stânga de pe arterele principale au mai puține întârzieri.

Intersecții cu sens giratoriu

Un sens giratoriu este un tip de intersecție (sau un dispozitiv de calmare a traficului) în care unda de trafic se rotește în jurul unei insule centrale după ce mai întâi acesta cedează traficului circulatoriu. Sensul giratoriu este din punct de vedere mai sigur decât o intersecție convențională sau decât un cerc rotativ de trafic.

Situațiile în care sunt folosite sensurile giratorii sunt următoarele:

Zonele cu întârzieri mari;

Zonele în care semafoarele de trafic nu sunt justificate;

Intersecțiile cu opriri pe patru sensuri;

Intersecțiile cu mai mult de patru ramuri;

Intersecții cu flux mare de trafic care virează la stânga;

Intersecțiile cu o structură neobișnuită;

Intersecțiile în care se modifică modelele de trafic;

Zonele în care capacitatea de stocare a intersecțiilor este redusă;

Intersecțiile care prezintă un interes important în zonele urbane.

Genreațiile următoare a sistemelor de Control al Traficului Urban trebuie să fie flexibile pentru a trata cu ușurință informațiile provenite de la dispozitive care încep să fie din ce în ce mai folosiți, cum ar fi camerele video, echipamentele GPS și alte surse. Aceste informații trebuie să fie distribuite într-un mod egal pentru a ajuta politicile de management al traficului, optimizându-se astfel fluxul de trafic într-un mediu urban și reducându-se nivelul poluării la nivelul arterelor rutiere.

Sistemele de Control al Traficului Urban (UTC) integrează și coordonează controlul semafoarelor de trafic dintr-o arie extinsă cu rolul de a controla fluxul de trafic din rețeaua stradală. Integrarea și coordonarea dintre semafoarele de trafic adiacente cuprinde realizarea unui plan bazat pe redundanța și durata aspectelor individuale ale semaforului și ofsetul intervalului de timp dintre acestea și introducerea unui sistem care să coreleze semafoarele electronic. Un sistem de control al semafoarelor dinamic reprezintă un mijloc de ajustare a setărilor semafoarelor de trafic (cicluri, ofset și diviziune de verde), care optimizează o anumită funcție reală, cum ar fi minimizarea timpului de călătorie sau a opririlor, în timp real, bazându-se pe estimările de trafic.

3. PROBLEMA POLUĂRII ÎN CANIOANELE URBANE

3.1 Cadrul internațional

Traficul rutier reprezintă factorul de influență crucial în analiza calității ambianței urbane. Dezvoltarea numerică a lui este observată cu anchete de circulație obișnuite. Odată cu această creștere, un salt semnificativ se poate observa și în degradarea calitații aerului din zonele dens circulate.

Poluanții sunt substanțe care, atunci cand se găsesc într-o concentrație prea mare, au efecte dăunătoare asupra oamenilor si a mediului înconjurător. În orașe vizibilitatea este infuențată, în special, de aceste particule fine, care cauzează absorbția sau împrăștierea radia’iei luminoase.

Dereglarea schimbului radiativ de căldură a Pământului cu spațiul interplanetar determină ceea ce se numește efectul de seră, fenomen ce se manifestă tot mai accentuat în ultimii ani. Principalul element responsabil de producerea efectului de seră sunt vaporii de apă. Următoarea pondere o are dioxidul de carbon, urmat de metan. În ultima jumătate de secol au fost emise în atmosferă cantități foarte mari de dioxid de carbon și metan, care au redus permeabilitatea atmosferei pentru radiațiile calorice reflectate de Pământ spre spațiul cosmic. Acest lucru a dus la începerea așa-numitului fenomen de încălzire globală.

Efectele schimbarilor climatice au fost observate și în România, cu precădere în ultimii 15  ani. De asemenea, trecerea de la anotimpul rece la cel cald nu se mai face treptat, ci brusc, cu variații mari de temperatură.

Încălzirea evidentă a troposferei determină efecte dezastruoase asupra mediului de viață terestru, marin și aerian. Pentru realizarea unei dezvoltări durabile, în economia mondială, reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră, promovarea și valorificarea formelor noi de energie regenerabilă, a tehnologiilor noi favorabile protecției mediului și pentru creșterea eficienței energetice în sectoarele naționale, în anul 1997, a fost întocmit Protocolul de la Kyoto, la Convenția-cadru a ONU, asupra schimbărilor climatice, adoptate la New York în anul 1992. Acordul prevede, pentru țările industrializate o reducere a emisiilor poluante cu 5,2% în perioada 2008-2012 în comparație cu cele din 1990. România a aderat ăn noiembrie 2001 la acest Protocol.

La nivelul Uniunii Europene, circa 28% din emisiile de gaze cu efect de sera sunt datorate transportului, 84% din aceste emisii provenind din transportul rutier. Mai mult de 10% din emisiile de dioxid de carbon provin in UE din traficul rutier din zonele urbane.

Definirea obiectivelor și cerințelor

Obiectivul unui sistem mobil de monitorizare a aerului îl constituie depășirea limitelor tehnologiilor de monitorizare convenționale. Aceste tehnologii convenționale au la bază următoarele:

rețea formată din centre de control fixe, cu echipament de analiză a gazelor, în conformitate cu legile în vigoare;

stații de monitorizare mobile în puncte fixe, dotate cu aceleași echipamente ca cele din centrele de control fixe;

modele matematice pentru simularea și analiza efectelor poluării, în concordanță cu datele colectate.

Neajunsul acestor tehnologii derivă din faptul că aceste sisteme sunt concepute, de fapt, pentru avertizarea autorităților publice în cazul în care sunt depășite anumite nivele. Stațiile de testare a gradului de poluare a aerului colectează date precise în punctele în care sunt localizate, fără să ia absolut deloc în considerare caracteristicile și distribuția surselor de agenți poluanți și mecanismul de răspândire a acestora în teren. Stațiile de monitorizare a gradului de poluare ignoră zonele mici, cu poluare localizată, cum ar fi cele din zona semafoarelor, ale coloanelor lungi de vehicule, etc. Din cauza dimensiunilor lor mari și a costurilor mari de echipamente și management, rețelele fixe nu pot fi utilizate pentru supravegherea și cuantificarea zonelor cu surse de poluare numeroase, pentru aceasta fiind necesare numeroase măsurători în zone diferite, în aceeași perioadă de timp. Aceste rețele fixe nu sunt capabile să supravegheze și să măsoare efectele agenților poluanți localizați în zone mici, cum ar fi cele din apropierea semafoarelor de trafic sau din zona centrală a arterelor rutiere, unde aceste stații de monitorizare a poluării nu pot fi amplasate. În încercarea de creștere a nivelului de cunoștințe asupra poluării aerului dintr-o zonă, sunt folosite metode indirecte, cum ar fi modelele matematice de simulare sau interpretare. Aceste modele, care dau în general rezultate bune pentru zone mari, omogene sau pentru orașe cu o structură urbană largă și regulată, nu sunt la fel de bune în cazul zonelor neregulate, expuse la vânturi variabile, sau al orașelor cu o distribuție urbanistică neomogenă, cu trafic în creștere, cu o infrastructură rutieră în dezvoltare etc.

Limitele mai sus menționate pot fi depășite printr-o soluție inovativă, bazată pe senzori peliculari instalați pe vehiculele de transport public, de exemplu pe autobuze, cu scopul de a se efectua o monitorizare sistematică și continuă, zilnică, a întregului teritoriu ce trebuie supravegheat. Măsurătorile se pot efectua simultan pe rute diferite și pot fi repetate continuu. În acest mod, este posibil să se obțină o hartă bidimensională a întregii zone, prin testare directă și deducere a caracteristicilor spațiu/timp a diverselor surse de poluare și a răspândirii agenților poluanți. Datele colectate pot fi integrate cu rețeaua existentă de centre de control fixe, permițându-se o corelare a funcțiilor de distribuție a agenților poluanți dintr-un punct în altul al rețelei, modelele matematice pentru simulări oferind în mod continuu datele măsurate la nivelul solului, pentru a se îmbunătăți și testa aceste modele.

Problemele de mediu asociate cu transportul sunt foarte grave și sunt în creștere, constituind o provocare majoră pentru factorii de decizie. Gama actuală de instrumente tehnologice, instituționale și de planificare pentru rezolvarea acestor probleme nu este adecvată și trebuie modernizată . O trăsătură esențială a acestor probleme este faptul că ele rezultă din interacțiune între sistemele comportamentale umane și sistemele fizice. Riscul pentru sănătate prezentat de emisiile de vehicule ale motorului depinde de numărul de oameni care petrec un timp în zone cu condiții de trafic congestionat sau a semafoarelor. Dar, în același timp, volumul de trafic din diferite zone ale orașului este o reflectare a tiparelor spațio-temporale de comportament în timpul călătoriei al conducătorilor auto individuali. Metodele existente nu sunt capabile să ofere astfel de date. De exemplu, monitoarele de mediu de la marginea drumului nu oferă date despre vehiculele individuale (ele colectează date despre nivelul mediu al concentrațiilor, nu al emisiilor), măsurătorile de trafic convenționale prezintă dificultăți în colectarea datelor despre aspectele spațiale ale comportamentului șoferilor și despre procesele de opțiune spațială a acestora etc. Multe dintre impactele asupra sănătății depind de expunerea cumulativă, în consecință fiind esențială urmărirea comportamentului conducătorilor auto (atât din punct de vedere al emisiilor, cât și al călătoriei) pe o durată de timp extinsă.

Este necesar să se dezvolte un sistem care să realizeze simultan captura și managementul datelor cu referință spațio-temporală referitoare la călătorie, trafic și mediu. Recent, s-au obținut avantaje mari datorită tehnologiilor ce au capacitatea de a asigura colectarea, înmagazinarea, procesarea și diseminarea datelor. Printre acestea se numără:

Tehnologiile de poziționare și comunicații, cum ar fi sistemul de poziționare globală (GPS), sistemul de informații geografice (GIS) și sistemul global pentru comunicații mobile (GSM).

Tehnologii de înmagazinare și procesare a unor baze de date mari.

Modernizarea echipamentelor de monitorizare a factorilor de mediu, ceea ce conduce la posibilitatea încorporării unor astfel de componente în rețelele de transport și în vehicule.

Obiectivele ce trebuie îndeplinite de sistem se realizează prin:

monitorizarea centralizată a traficului;

monitorizarea permanentă a stării drumului;

monitorizarea parametrilor de mediu;

programarea automată sau de la distanță pentru optimizarea fluenței traficului;

implementare algoritmi de estimare, predicție, evaluare și prognozare a fluidizării traficului;

elaborarea de rapoarte;

actualizarea bazei de date;

informarea în timp real a participanților de trafic despre starea curentă, intervenții de urgență, situații speciale, raportări statistice asupra gradului de poluare din zonele aglomerate.

Traficul rutier – importantă sursă de poluare

Urbanizarea este un proces continuu, dinamic, care are loc permanent pe glob.

Urbanizarea a aprut prin concentrarea unei populaii pe un loc geografic i s-a extins prin procese de migrare, sporul natural al populației și prin transformarea unor zone rurale în orașe. Asătzi, zonele urbane sunt zone complexe: rezidențiale, industriale, culturale, administrative, științifice, de învățământ, comerț, având complexe căi de comunicație interne și cu exteriorul.

Calitatea atmosferei este considerată activitatea cea mai importantă în cadrul rețelei de monitorizare a factorilor de mediu, atmosfera fiind cel mai imprevizibil vector de propagare a poluanților, efectele făcându-se resimțite atât de către om cât și de către celelalte componente ale mediului.

La nivel european, autovehiculele și în special autoturismele sunt principala sursă de poluare a aerului în zonele urbane. Sectorul transporturi este responsabil pentru 63% din emisiile de NOx, 47% din emisiile de compuși organici volatili, precum benzenul, 10-25% din pulberi și 6,5% din emisiile de SO2 în mediul rural – valorile fiind mai mari în zonele urbane.

La nivelul Capitalei, de exemplu, se observă foarte clar cum marile artere de circulație sunt, cel puțin în orele de vârf, foarte aglomerate, pe ele înregistrându-se un număr foarte mare de autovehicule. Bineînțeles că un număr mare de mijloace de transport motorizate înseamană și o importantă sursa de poluare. Cozile interminabile ce se formează în intersecții determină, la nivelul motoarelor (diesel sau pe injecție), arderi incomplete de carburant în urma cărora rezultă peste 150 de compuși chimici poluatori.

Fig. 12 Distribuția poluanților în zona canioanelor urbane

Controlarea gradului de poluare pe străzile de timp canion se realizează, așa cum rezultă în urma figurii, în spațiul cuprins între 1,5-3,5m – distanță față de sol, minimum 4m în diagonală spre marginea drumului de la mijlocul celei mai apropiate coloane de trafic și cel puțin un metru față de peretele clădirii care flanchează artera. Aerul de la acest nivel este cel mai utilizat de către pietoni și localnici.

Teoretic arderea combustibililor în motoarele autovehiculelor determină evacuarea în atmosferă a vaporilor de apă (13%), a dioxidului de carbon (13%) si a azotului (74%).

Fig. 13 Arderea completă a carburantului

Din punct de vedere practic, arderea încompletă generează în plus monoxid de carbon, oxizi de azot, hidrocarburi, produși oxidanți, oxizi de sulf, particule.

Fig. 14 Arderea incompletă a carburantului

O tonă de benzină arsă într-un motor bine reglat produce:

cca. 2600 kg bioxid de carbon și 450 kg apa,

50 kg monoxid de carbon, 23 kg hidrocarburi nearse,

16 kg oxizi ai azotului, 2 kg oxizi ai sulfului,

1 kg aldehide

dacă benzina este etilată, 0,4 kg compuși ai plumbului

O parte din emisii ajung în atmosferă sub forma de aerosoli :

funingine;

săruri de plumb;

vapori de hidrocarburi.

Aerosolii determină modificarea climei astfel :

mențin o temperatură mai înalta în oraș;

reduc umiditatea relativă cu 2-8%;

determină formarea mai frecventă a norilor deasupra orașelor mărind

cantitatea de precipitații cu 5-10% și numarul de zile cețoase iarna cu 30-100%;

modifică balanța radiației solare, reduc vizibilitatea.

La acestea se adaugă și poluarea provenită de la stațiile de benzină. Odată cu alimentarea stațiilor cu carburanți are loc evacuarea în atmosferă de COV și de plumb (ca tetraetil de plumb) continut în benzină, acesta regăsindu-se în structura COV în aproximativ aceeași proporție ca și carburantul în fază lichidă. Sursele aferente unei stații de distribuție a benzinei sunt surse necontrolate, adică aerul impurificat nu este preluat și evacuat printr-un sistem de exhaustare.

Cel mai reprezentativ poluant generat de traficul auto este monoxidul de carbon (CO), unde se remarcă depașiri ale pragurilor maxime admise de 300-400%. Traficul rutier contribuie in proporție de 90% în ceea ce privește poluarea orașelor cu CO.

În ceea ce privește emisiile de dioxid de azot (NO2), traficul rutier contribuie cu o pondere de circa 45%, în timp ce utilitațile de producere a energiei electrice si termice participă cu 48.41%. Vara, la temperaturi ridicate, hidrocarburile si oxidul de azot sunt degradate de razele ultraviolete, eliberand ozon (un gaz iritant pentru ochi si mucoase atunci cand se afla in exces la altitudini joase).

Oxizii de sulf (dioxidul și trioxidul de sulf) rezultă în principal din arderea combustibililor fosili în surse staționare și mobile. Acesta este transportat la distanțe mari datorită faptului că se fixează ușor pe particulele de praf. În atmosferă, în reacție cu vaporii de apă formează acid sulfuric sau sulfuros, care conferă caracterul acid al ploilor.

Norme de mediu

În domeniul protecției calității aerului există două categorii de norme și reglementări:

Categorie de norme referitoare la sursele de poluanți atmosferici, având ca scop

limitarea și normarea emisiilor, astfel încât prin controlul și acțiunea asupra cauzei să se prevină și să se limiteze efectul (poluarea atmosferei – cu tot cortegiul său de efecte).

Categorie referitoare la calitatea aerului având drept scop protejarea subiecților

umani la acționarea poluanților emiși în aerul de la locul de muncă în atmosferă.

Condițiile tehnice privind protecția atmosferei stabilesc norme de limitare a emisiilor pentru poluanții eliminați în atmosferă și se aplică următoarelor domenii:

Emisiilor produse de surse staționare, de vehicule și de infrastructuri destinate

transporturilor.

Emisiilor produse de instalațiile de ardere.

Emisiilor de la uzinele de incinerare a deșeurilor.

Combustibililor și carburanților.

Definirea pragurilor de alertă și de intervenție pentru concentrațiile de poluați în emisiile atmosferice și în aerul ambiental sunt:

praguri de alertă – concentrațiile de poluanți care ating valori ce reprezintă valori de 70% din valorile concentrațiilor maxime admise de reglementările în vigoare (ORD 462/93 și STAS 125744/87)

praguri de intervenție – concentrațiile de poluanți care depășesc valorile

concentrațiilor maxime admise de reglementările în vigoare.

Valori limită ale concentrațiilor poluanților

Conform normelor adoptate de țara noastră se consideră următoarele valori ale

poluanților ca fiind nepericuloase pentru starea sănătății:

Pentru monitorizarea continuă a CO se pot utiliza detectori cu senzori electrochimici cu domeniul de măsură 0 300 mg/m3.

Pentru monitorizarea continuă a NO2 se pot utiliza detectori cu senzori electrochimici în domeniul 0 30 mg/m3.

Pentru monitorizarea continuă a SO2 se pot utiliza detectori cu senzori electrochimici ce au domeniul de măsură cuprins între 0 30 mg/m3.

3.6 Ecologizarea traficului auto urban

Încă din 1986, în Australia vehiculele motorizate au fost prevazute cu filter catalitice la sistemul de evacuare a noxelor rezultate în urma arderilor din motoare. Aceste filtre au rolul de a reduce cantitatea de oxid de azot și monoxid de carbon emanate în atmosferă.

Utilizând benzină fără plumb existența acestor pulberi în mediul înconjurător va fi mai mică. Obligativitatea montării pe fiecare autovehicul a unui astfel de sistem de neutralizare a emisiilor ar reduce semnificativ gradul de poluare la nivelul orașelor.

Luând în calcul experiența internațională, este necesară introducerea unui sistem diferențiat de impuneri fiscale la importul în țara a autovehiculelor, mai ales în cazul celor mai vechi de șapte ani, dar și o departajare în funcție de gradul de poluare al vehiculului.

Tot o măsură de ecologizare o reprezintă și extinderea spațiilor verzi, a parcurilor, care pot fixa emisiile de monoxid de carbon..

Transportul public este desigur cel care stă la baza proiectelor de protecție a mediului sau celor sociale din punct de vedere al asigurării mobilității urbane. La capacități de transport egale, avantajele transportului public față de cel individual sunt numeroase: economie de energie și spațiu, poluare fonică și chimică mult mai scăzute, securitate sporită, avantaje sociale și urbane.

În dorința evitarii congestiilor și a nivelului de poluare la nivelul orașelor se are în vedere un proiect care presupune închiderea acelor zone care în orele de vârf sunt supraaglomerate și obligarea călătorilor la alegerea unor moduri de deplasare alternative.

4. STRUCTURA SISTEMULUI DE MONITORIZARE

A CALITĂȚII AERULUI

4.1 Structura informațională

Pentru identificarea componentelor sistemului, trebuie pornit de la fluxul informațional care trebuie asigurat pentru funcționarea sistemului. Ca pentru toate sistemele inteligente de transport, acest flux informațional este următorul:

Fig. 14 Fluxul informațional în sistemele inteligente de transport

Funcțiile de mai sus sunt executate cu ajutorul unor echipamente și tehnologii avansate, după cum urmează:

Achiziția datelor: este realizată prin intermediul senzorilor de la nivelul

infrastructurii, și anume:

senzori de trafic: măsoară densitatea și viteza traficului;

senzori pentru condițiile meteo;

senzori de mediu.

Prelucrarea datelor: poate fi realizată:

la nivel local: de exemplu., subsistemul de măsură și afișare a concentrațiilor

de gaze poluante datorate traficului rutier urban;

la nivel central: în centrele de management al traficului, zonale sau centrale;se realizează fuzionarea datelor, verificarea corectitudinii lor, distribuirea datelor pe tipuri de aplicații, modelare, simulare, întocmire prognoze, actualizare baze de date, realizarea de rapoarte, interfața om-mașină, scrierea datelor în formatul necesar transmiterii către echipamentele de distribuire a informației.

Distribuirea informației: informațiile obținute în urma prelucrării datelor pot fi

transmise direct conducătorilor auto, prin:

panouri cu mesaje variabile;

portal de informare publica;

Utilizarea informației: informațiile obținute prin prelucrarea datelor pot fi utilizate

direct, de echipamente specializate, pentru:

activarea unor semnale avertizoare, la intrarea în curbă, la apropierea unor vehicule din sens opus;

afișarea automată a vitezei cu care circulă un autovehicul și avertizarea în cazul depășirii limitei de viteză adaptată la condițiile de circulație;

reglarea accesului pe autostradă.

Comunicațiile: suportul de comunicații este:

GPRS/GSM SMS;

Portal Internet cu acces liber pentru informare on-line privind nivelul de poluare urbană în punctele monitorizate

Pentru sistemul de monitorizare a caliății aerului din zonele aglomerate, zonele de monitorizare se împart în:

Postul central și centralele zonale – locul ce este folosit de către părți ale sistemului pentru colectarea și asamblarea datelor, administrarea bazelor de date, generarea de rapoarte statistice, generarea măsurilor de management al traficului, cu sau fără intervenția omului;

Pe drum – locul care este folosit de către părți ale sistemului pentru detectarea caracteristicilor traficului sau mediului, pentru detectarea vehiculelor, pentru generarea măsurilor de management al traficului, și furnizarea de informații și comenzi către conducătorii auto.

4.2 Structura funcțională

Postul central are rolul de a gestiona și prelucra informațiile primite de la centrele zonale. La nivelul central se ține o evidență a tuturor datelor culese din traffic pentru a se putea efectua, la cerere, analize și evaluări asupra influenței pe care o pot avea unele decizii majore asupra calității aerului

Centrele zonale achitiționează și prelucrează datele din trafic obținute de la cele trei tipuri de senzori, dar și de la subsistemele de reglare automată a traficului. Astfel, se află sub supraveghere densitatea de vehicule, gradul de ocupare al benzii de circulație, viteza de rulare și limitarea acesteia. Prelucrarea datelor se face atât în mod independent de postul central, prin transmiterea mesajelor variabile către panouri specializate, în vederea informării participanților la trafic, cât și în strânsă legătură cu acesta, deoarece se poate anticipa o situație negativă prin simularea ce rulează la nivel central.

Structura funcțională este dispusă pe doua niveluri de funcții:

Funcții de nivel înalt;

Funcții de nivel inferior.

Prin această specializare a funcțiilor sistemul de monitorizare devine mai eficient, cu o rată a erorilor mult mai mică.Funcțiile de nivel înalt nu se pot realiza decât prin executarea corectă a celor de nivel inferior, iar cele de nivel inferior nu ar avea rezultatele dorite dacă nu ar exista cele de nivel înalt care le însumează și compară, în vederea obținerii rezultatelor cerute de sistem.

Afișoarele pentru informarea publicului

În punctele cu risc maxim de poluare de pe tronsonul selectat pentru realizarea sistemului se vor instala sisteme de achiziție de date dotate cu traductori inteligenți pentru măsurarea concentrațiilor de CO, NO2, SO2. Concentrațiile se vor determina în unitățile CMA (cota maximă admisă) reprezentând mg/m3 (ppm).

Stațiile de supraveghere pot fi direct la agentul poluator sau pot fi la nivel regional, care acoperă o suprafață mult mai mare.

În cazul sistemului va fi utilizată o stație de supraveghere locală, care monitorizează agenții poluatori generați în trafic de motoarele cu combustie internă, respectiv NO2 / SO2 / CO.

Funcționarea afișoarelor va presupune execuția consecutivă a trei task-uri principale:

Afișare informații de mediu achiziționate local;

Afișare informații de mediu de la alte echipamente de achiziție din sistem;

Afișare mesaje de tip text de altă natură decat cele corespunzatoare parametrilor de mediu.

Stația de afișare va cuprinde un stâlp cu un sistem de afișare pe două fețe și un sistem de monitorizare a noxelor și temperaturii mediului. De asemenea, sistemul va afișa ora locală.

Vor fi utilizate praguri de atenționare a populației și praguri de alertă.

Fig. 16 Afișor cu două fețe

Traductorii de mediu

În cadrul fiecărei unitați locale de achiziție și afișare, vor fi montați un traductor de temperatură și trei traductori de gaze: CO, NO2, SO2.

Citirea valorilor curente se realizează pentru toți traductorii la același moment de timp. Unitatea de timp pentru achiziția datelor de la traductori este de un minut, valorile fiind sau nu salvate, funcție de celelalte setări ale Unitații Centrale.

Unitatea centrală va fi realizată cu ajutorul microprocesorului 80C552. Unitatea centrală va cuprinde următoarele:

microprocesor

memorie fixă

memorie de date (opțional)

circuitul de decodificare și selecție

bus-ul de date

registre buffer de intrare/ieșire

Microprocesorul 80C552 Philips este realizat în tehnologie CMOS compatibil software cu familia de microprocesoare 80C51 permite diverse aplicații în domeniul automatizărilor, a industriei ușoare, medicinei etc. Tehnologia în care este realizat îi conferă un consum redus de energie și o mare stabilitate la perturbații. Are o frecvență reglabilă in trei trepte de la 3,5MHz la 16MHz. Legătura între unitatea centrală și afișoare se face pe interfața serială RS485. Este o interfață cu aplicații în transmisiuni de date. Conectarea se face cu mufă telefonica cu 6 pini RJ12. Cablul de legatură este UTP și se folosesc 6 fire dintre care două pentru alimentare.

4.3 Structura de comunicații

Suportul de comunicații propus este rețeaua GSM-SMS/GPRS cu acoperire urbană integrală, care prezintă fiabilitate în funcționare, ușurință de instalare (nu necesită lucrări de amenajare costisitoare), costuri convenabile (trafic de mesaje sistem / zi x 0,07 USD/SMS).

Datele din trafic (achiziționate on-line, transmise prin Internet sau telefon operatorului), configurația rețelei rutiere, amplasarea semnelor de circulație, informații privind incidentele din trafic, zone afectate de lucrări de reabilitare a infrastructurii vor fi stocate într-o bază de date relațională pe Serverul de Date ce va fi instalat la Centrul de monitorizare și control. Baza de date locală se va replica periodic pe server, asigurându-se astfel o funcționare fiabilă.

În mod generic, pentru comunicație va fi utilizat serviciul GPRS, iar în situații deosebite, pentru backup, serviciul SMS. Deoarece Unitatea Centrală și modemul GSM comunică printr-o singură interfață serială, vor fi stabilite in mod clar condițiile și succesiunea de operații de comutare dintr-un mod de lucru in celălalt: GPRS-SMS. Se instalează modem-ul ca un modem extern standard, conform procedurii specifice sistemului de operare utilizat.

Funcțiile interfeței de comunicații sunt urmatoarele:

inițializarea modemului cu parametrii de funcționare (viteza de comunicație, formatul datelor, suprimarea/validarea ecoului pentru interfața serială, validarea afișării erorilor in format extins etc.);

inițializarea si stabilirea legăturii de comunicație cu terminalele locale;

recepționarea și identificarea mesajelor recepționate din sistem;

transmiterea comenzilor și setărilor pentru echipamente;

transmiterea mesajelor de tip text pentru afișare locală;

retransmiterea mesajelor de mediu achiziționate de la un afișor către celelalte afișoare din sistem.

Senzorii de trafic comunică direct cu subsistemele de reglare automată a traficului, dar transmit, în același timp, datele culese din trafic și centrelor zonale.

4.4 Senzori de detecție

Într-o definiție succintă senzorul este un sistem destinat determinării unor proprietăți, cuprinzând atât traductorul, care transformă marimea de intrare în semnal electric util, cât și circuite pentru adaptarea și conversia semnalelor și eventual pentru prelucrarea și evaluarea informațiilor. Exista o serie de criterii de clasificare a senzorilor și traductoarelor: cu sau fară contact, absoluți sau incrementali (în funcție de mărimea de intrare), analogici sau digitali (în funcție de mărimea de ieșire) etc. Senzorii și traductoarele sunt elemente tipice ale sistemelor de automatizare. Sunt foarte utili în cazul cercetării, analizelor de laborator. Fiind incluși în lanțuri de măsurare complexe, care sunt conduse automat. Alegerea senzorilor și traductoarelor trebuie sa fie facută ținând cont de proprietatea de monitorizat, de domeniul în care variaza aceasta, de dimensiunile ce trebuiesc respectate sau de geometria sistemului, de condițiile speciale de mediu sau de lucru, de tipul mărimii de ieșire și nu în ultimul rând de cost..

Dezvoltarea unei rețele de senzori în zona de interes (o zonă dens populată) permite obținerea unor baze de date foarte utile pentru elaborarea de strategii. Acestea includ analiza cu posibilitatea de vizualizare a evoluției spațio-temporale a principalilor agenți poluanți atmosferici, a rapoartelor care există între acești agenți, precum și nivelul de corelare cu alți factori, cum ar fi vremea, sănătatea populației sau traficul rutier.

În literatura de specialitate din străinătate se face distincție între „Rețelele de senzori” și așa-numitele „Grile de senzori”. În timp ce designul unei rețele se referă la conectivitatea logică și fizică a senzorilor, la proiectarea unei grile de senzori se ține cont mai ales de aspectele legate de managementul datelor, managementul prelucrării acestora, al informației și cunoștințelor asociate cu senzorii și cu datele pe care aceștia le generează, precum și a modului cum aceste date pot fi adresate într-un mediu de calcul distribuit. Printre diferențe și aspecte comparative se numără:

Integrarea și accesul datelor provenite de la senzori distribuiți – prima problemă este legată de diversitatea și larga distribuție geografică a senzorilor dintr-o grilă de senzori, precum și de modul cum acești senzori pot fi localizați, accesați și integrați într-o anumită aplicație. Este esențială nu numai înregistrarea agenților poluanți măsurați de către fiecare senzor, dar atunci când senzorii pot fi mobili este utilă și informația despre poziția acestora în fiecare moment de timp. Informațiile de acest gen trebuie procesate cu tehnicile standardizate, ținând cont de necesitatea de protecție a datelor sau de autentificare a acestora.

Managementul și stocarea unor mari cantități de informație – reprezintă o altă problematică ce trebuie avută în vedere, întrucât cantități de informație de nivelul GB sunt de așteptat de la aceste grile de senzori. Chiar dacă adoptarea unei strategii de informare nu necesită mari cantități de date, este posibil ca pentru analize mai complexe să fie nevoie de examinarea din punct de vedere istoric a evoluției agenților poluanți.

Integrarea și accesul la date cu referință distribuită – pe baza acestei problematici se poate efectua o analiză spațio-temporală a datelor culese, se pot elabora prognoze de evoluție pe termen scurt sau se pot corela informațiile cu alți factori, cum ar fi condițiile meteo.

Analiza computațională deschisă și intensivă a datelor – implică analize complexe

integrate, cum ar fi cele statistice, de ordonare după anumite criterii, realizarea unor instrumente specifice de analiză și/sau combatere a efectelor dăunătoare.

Pentru monitorizarea intersecțiilor aglomerate și care prezintă niveluri ridicate de poluare se folosesc diferiți senzori și detectori de emisii poluante.

Acești senzori vor funiza datele culese, direct unor echipamente de reglare automată a traficului sau la postul central.

4.4.1 Senzori de trafic

Detecția vehiculelor și a condițiilor de trafic se poate realiza prin dispozitive plasate pe suprafața drumului, în pavaj sau sub pavaj, sau montate în lungul drumului.

Funcțiile senzorilor de trafic sunt următoarele:

detectarea numărului de vehicule pe fiecare bandă de circulație;

măsurarea vitezei de deplasare;

determinarea gradului de ocupare al benzii.

Senzori pe suprafața drumului

Există mai multe tipuri de dispozitive care pot fi plasate pe suprafața drumului, pentru a fi utilizate în detectarea vehiculelor, printre care: plăcile cu buclă, plăcile de presiune și magnetometrele.

– Plăcile cu buclă sunt similare cu buclele inductive convenționale, în sensul că generează un câmp electromagnetic, care este perturbat la trecerea unui vehicul. Diferența dintre cele două tipuri de senzori este aceea că plăcile cu buclă nu sunt încastrate în pavaj.

– Plăcile de presiune detectează vehiculele pe baza altui principiu. La trecerea

roților peste ele, se produce un contact electric. Acest dispozitiv se limitează la detectarea osiilor, nu a vehiculelor, și în consecință nu poate fi folosit pentru măsurarea unei mari părți a parametrilor de trafic.

– Magnetometrele măsoară modificarea câmpului magnetic al Pământului, la

trecerea unui vehicul.

Senzori în pavaj

Exemple de dispozitive încastrate în pavaj, utilizate pentru detectarea vehiculelor: bucle magnetice inductive, sonde magnetice, cabluri senzitive. Fiind încastrate în pavaj, acest tip de dispozitive prezintă o serie de dezavantaje, cum ar fi: blocarea traficului pentru lucrările de montare și întreținere, probleme în momentul deteriorării pavajului.

– Buclele magnetice inductive reprezintă tipul de detector cel mai des utilizat. Ele

generează un câmp electromagnetic, care este perturbat la trecerea vehiculelor, a căror prezență o detectează în acest mod. Mărimea unei bucle este în general de 1×1,5 m.

Fig.18 Senzori în pavaj

– Sondele magnetice măsoară schimbările în câmpul magnetic al Pământului,

pentru a detecta trecerea vehiculelor pe deasupra lor.

– Cablurile senzitive. La trecerea vehiculelor peste un cablu senzitiv, roțile

produc comprimarea cablului piezoelectric, care generează în acel moment un semnal electric. Nu pot măsura unii parametri de trafic, limitându-se la detectarea osiilor.

Detecția prin senzori montați în pavaj este cea mai folosită tehnologie din prezent.

Fig. 19 Schema bloc a sistemului de achizitie de date trafic auto

Senzori montați în lungul drumului

Totuși, alte tipuri de dispozitive, montate în lungul drumului, încep să-și facă apariția și să ocupe o pondere tot mai mare. Exemple de astfel de tehnologii sunt: senzorii radar, laser, ultrasonici, cu imagini video, identificarea automată a vehiculelor. Senzorii montați în lungul drumului sunt plasați de obicei pe structuri suspendate deasupra drumului sau pe lateralul acestuia, și, în consecință, lucrările de instalare și întreținere a lor nu ridică probleme mari pentru trafic.

Senzorii radar Doppler realizează măsurători foarte precise ale vitezei de deplasare a vehiculelor și pot face diferență între mașinile care se apropie și cele care se depărtează de senzor. Principalul dezavantaj al acestei tehnologii îl reprezintă faptul că nu pot sesiza prezența unui vehicul staționar și, în consecință, nu pot oferi informații referitoare la densitatea traficului. Cu toate acestea, multe autorități rutiere folosesc acești senzori atunci când colectarea datelor legate de viteză este prioritară, cum ar fi în cazul monitorizării traficului în timp real. Tehnologia radar Doppler este robustă și dă rezultate bune în orice condiții de mediu.

Radarul cu microunde de detectare a prezenței folosește unde continue modulate în frecvență pentru detectarea volumului, prezenței și calcularea vitezei. Spre deosebire de senzorii cu radar cu microunde Doppler, radarul cu unde modulate în frecvență poate fi montat în lateralul drumului. Avantajele radarelor de acest tip sunt ușurința instalării și integrării în sistemele existente, precizia deosebită și costul redus.

Un avantaj al sistemului cu detecție laser este faptul că utilizează un fascicul foarte îngust, ceea ce ermite poziționarea spațială a vehiculului pe drum și determinarea formei vehiculului, cu o precizie de ±10cm. Tehnologiile care se bazează pe senzori cu fascicul laser oferă o mare precizie, care depinde însă de înălțimea la care este plasat senzorul și de poziția lui, deasupra drumului. Un dezavantaj îl reprezintă necesitatea obținerii unui raport semnal/zgomot mare, indiferent de condițiile meteo, pentru a se putea procesa corect unda reflectată din vehiculul țintă. Senzorii cu laser pot obține date despre viteza de circulație pe bandă, volumul traficului și gradul de ocupare a drumului, pot opera cu baterii sau panouri solare, și pot folosi o legătură radio de spectru larg pentru transmiterea datelor despre trafic de la locul unde sunt plasate, la un centru de colectare și transmisie a datelor de trafic aflat la distanță.

Fig. 20 Senzori în lungul drumului

Senzorul ultrasonic emite și recepționează o undă acustică, ce este analizată pentru determinarea volumului vehiculelor. Un microprocesor local poate procesa datele pentru a determina viteza vehiculului, gradul de ocupare al drumului și pentru a realiza o clasificare (limitată) a vehiculelor. Rezultatele raportate indică faptul că senzorii ultrasonici oferă o precizie destul de bună.

4.4.2 Senzori pentru monitorizarea factorilor meteorologici

Factorii meteorologici – vântul, umiditatea atmosferică – pot contribui la deteriorarea calitații aerului.

Rețelele de senzori au o structură locală de puncte integrate de măsură a condițiilor meteorologice (stații de măsură) sau senzori pentru diverși parametri ai acestor condiții. Pentru acoperirea întregului domeniu ce implică meteorologia, atât senzorii din stațiile de monitorizare, cât și senzorii solitari se clasifică în:

– senzori pentru monitorizarea vitezei vântului, a direcției acestuia și a rafalelor

acestuia;

– senzori de temperatură și de determinare a punctului de producere a efectului de „rouă”;

– senzori de umiditate;

– detectori de nori și de grad de acoperire a cerului;

– senzori de vizibilitate;

– senzori de ploaie, burniță și zăpadă;

– detectori ai cantității de precipitații;

– detectori de furtună și senzori de fulgere;

– altimetre;

– senzori de ceață.

Parametrii atmosferici care duc la formarea ceții sunt temperatura aerului, umiditatea, temperatura solului și umiditatea acestuia, existența radiațiilor solare și viteza vântului. De aceea în general se folosesc sisteme de detecție a ceții, dar există și senzori individuali de ceață.

Senzorii individuali de ceață se bazează pe efectul local al determinării gradului de umiditate din atmosferă în concordanță cu temperatura sau pe determinarea vizibilității în condiții normale (fără fum, furtuni de nisip și praf). Se bazează în general pe dispersia și absorbția microundelor, a undelor infraroșii, laser, uneori a ultrasunetelor și a undelor de radiofrecvență, dintre un emițător și un receptor, amplasați în aer.

Fig.21 Senzori de ceață (schemă simplificată)

În funcție de modalitatea de detecție pot determina atât prezența ceții cât și densitatea acesteia, prezența altor particule în aer, ajungând la unele modele care combină două emițătoare și două receptoare, unul laser și un altul cu microunde, să determine procentual cantitatea, diversele particule existente în aer și tipul acestora.

Sistemele de detecție a ceții sunt în general stațiile meteorologice care prin analiza parametrilor descriși mai înainte stabilesc prezența ceții și densitatea acesteia. Algoritmii de analiza sunt particularizați pentru fiecare producător ai acestor stații, dar verificarea rezultatelor fiind realizată prin sisteme de analiză a vizibilității. Datorită progresului tehnologic aceste sisteme pot determina și alte fenomene meteorologice doar prin analiza de imagine (la lumina zilei și infraroșu):

ceață densă, ceață normală, fum;

ploaie, ploaie cu gheață, chiciură, burniță, polei, zăpadă;

Pentru fiecare formă de fenomen sau fenomen detectat acestea transmit o serie de coduri în diverse formate către stația principală (interfețe paralele, buclă de curent, RS232), dar pot fi și individuale (departe de orice stație meteorologică) caz în care transmisia informației se face prin sisteme de comunicații și protocoale compatibile și cu sistemele de calcul (RS485) si mai recent, prin interfete de comunicatii fara fir.

Senzori LIDAR (Light Detection Ranging) sunt echivalentul optic al radarului (radar laser). La detecția cu ajutorul radarului principiul este urmatorul: undele radio sunt transmise în atmosferă, care înpăștie o parte din energie înapoi receptorului. În funcție de intensitatea energiei primite de receptor se stabilește cu ajutorul traductorilor specializați detecția diferitelor gaze din mediu.

Senzorul LIDAR transmite și recepționează radiația electromagnetică, dar de o frecvență mai mare (din regiunile ultraviolet, vizibil și infraroșu).

Pe scurt, schema unui sistem LIDAR este urmatoarea:

Fig. 24 Senzor LIDAR

Sistemul LIDAR poate determina distribuția spațială a componenților atmosferici și diferiți parametric atmosferici (temperatură,curenți de aer, nori etc)

4.4.3 Senzori de mediu

Senzor de detecție a dioxidului de carbon (TGS4160)

Senzorul are o componentă hibridă dintr-un element de detecție a dioxidului de carbon și un termistor intern. Elementul de detecție a CO2 are în componență un ion pozitiv (Na+) sub forma unui electrolit solid aflat între doi electrozi împreună cu un filament. Catodul (elemental de detecție) este alcătuit dintr-un bicarbonat de litiu si aur, în timp ce anodul este alcătuit din aur. Baza senzorului este realizată din terephthalat de polietilenă consolidată cu fibră de sticla. Învelișul extern este format dintr-un strat dublu cu 100 de ochiuri de plasă inoxidabilă. Învelișul se fixează la baza senzorului cu un inel de alamă. Învelișul exterior este alcătuit din oțel inoxidabil. Spațiul dintre învelișul exterior și cel interior este umplut cu o substanță absorbantă care are rolul de a reduce influența gazelor interferente.

Fig. 22 Senzor de CO2

Principiul de funcționare

Rezistența de încălzire aduce senzorul la temperatura optimă de funcționare pentru gazul care trebuie detectat (de obicei între 200oC și 400oC). Materialul sensibil la gaz este bioxidul de staniu (SnO2). Pe suprafața granulelor de SnO2 se absoarbe oxigen din aer care preia electroni mobili din banda de conducție. Bioxidul de staniu, fiind semiconductor de tip "n" cu zona interzisă mare (3,8eV), va fi saracit la suprafață de purtatori de sarcină mobili și din aceasta cauză rezistența electrică la contactul dintre granule va fi mare. În momentul în care apare un gaz capabil să se combine cu oxigenul absorbit, electronii inițial legați de oxigen sunt eliberați în banda de conducție, rezistența electrică a dispozitivului scazând mult. Deci, există o dependență a conductanței senzorului în funcție de concentrația gazului reducător.

Atunci când senzorul este expus la un mediu ce conține CO2 au loc urmatoarele reacții electrochimice:

Reacția catodică:

2Li++CO2+1/2O2+2e-=2Li2CO3

Reacția anodică:

2Na++1/2O2+2e-=Na2O

Reacția chimica completă:

Li2CO3+2Na+=Na2O+2Li++CO2

Ca raspuns la reacția electrochimică ce are loc, se va genera o forță electromotoare conform ecuației lui Nernst:

EMF=Ec-(RxT)/(2F)ln(P(CO2)) unde,

P(CO2)- presiunea parțială a dioxidului de carbon;

Ec- valoare constantă;

T- temperatura(K);

R- constanta gazului;

F- constanta lui Faraday (9,6487*104Cmol-1)

Monitorizând forța electromotoare care se generează între cei doi electrozi, se poate măsura concentrația de CO2.

Senzor de detecție a monoxidului de carbon (TGS2442)

Senzorul utilizează o structură multiastrat. Separarea termică se face printr-un strat de sticlă inserat între stratul de oxid de ruthenium (RuO2) și substratul de alumină. Filamentul este prevăzut cu o pereche de pini din aur. Stratul sensibil la monoxid de carbon, care este format din dioxid de staniu (SnO2), este un strat de separare electrică și acoperă filamentul. Anodul și catodul care masoară rezistența senzorului au pinii din platină. Pentru reducerea influenței pe care o pot avea alte gaze asupra senzorului se folosește un filtru de carbune.

Instrumentele clasice de monitorizare a monoxidului de carbon, Horriba APMA 350E și cel optic Hawk Siemens, sunt amplasate corelat, deși datorită principiilor diferite fiecare dintre ele captează informații din spații diferite, unul punctual, altul liniar. Pentru monitorizarea monoxidului de carbon sunt folosite două aparate cu același principiu de detecție dar cu diferențierea prezentată in figura. Aparatul denumit clasic este produs de firma Horiba iar cel considerat modern este produs de firma Siemens.

Fig.23 Diferețta de poziționare dintre principiul clasic si cel optic

4.5 Nivelul local

La nivelul local vom regăsi ansamblul componentelor care realizează funcțiile de bază ale sistemului:

achiziția parametrilor de mediu;

informarea publicului ;

comunicațiile de date către nivelul central pentru analiză și publicare pe Internet.

Schema bloc este formată din mai multe module cu rol specific în achiziția și afișarea informației legate de monitorizarea mediului. Acestea vor fi:

Bloc de senzori format din trei senzori de monitorizare a gazelor și un senzor de temperatură mediu ambiant.

Bloc interfață de proces cu rolul de a aduce semnalul dat de senzori la nivelul acceptat de microprocesor.

Bloc de unitate centrală structurat în jurul unui microprocesor 80C552.

Bloc de afișoare.

Fig. 25 Nivelul local – componente sistemului

4.6 Nivelul central

Cuprinde ansamblul funcțiilor și procedurilor de gestiune a comunicației cu modemul GSM/GPRS de la nivelul central.

Comunicațiile de date se realizează prin serviciul GPRS datorită caracteristicii principale de transmitere în timp real a datelor dar și datorită costurilor reduse asignate doar volumului de trafic, nu și timpului de conectare.

Piața comunicațiilor s-a dezvoltat în mod deosebit în ultimii patru ani, ducând astfel la o dezvoltare paralelă a multor sisteme care aveau nevoie de suport de comunicații. În plus, s-a avut în vedere, și se are în continuare, dezvoltarea de noi sisteme inteligente a căror intercomunicare sau comunicare cu dispozitive aparținând altor sisteme sa se faca pe baza tehnologiilor deja existente. În felul acesta costurile devin mai ușor de suportat, cheltuielile de cercetare-dezvoltare în aceasta latură fiind excluse.

Astfel, sistemul de monitorizare a gradului de poluare poate fuziona foarte bine cu un sistem GSM, care, în timp real, poate avertiza personalul uman răspunzător de supravegherea calității aerului asupra pericolului de depășire a cotelor maxime admise prin transmiterea de SMS-uri direct pe telefonul mobil; aceste mesaje scurte pot fi trimise direct unor panouri cu mesaje variabile, eliminându-se astfel factorul subiectiv reprezentat de operatorul uman.

Nivelul central poate funcționa și independent de nivelul local dacă, de exemplu, se pierde legătura cu acesta din urmă sau se dorește o estimare a calității aerului. Datorită capacității de stocare a datelor din trafic, la nivel de intersecție, se poate realiza o simulare a gradului de poluare prin definirea, în cadrul programului de simulare, a unor parametrii variabili legați de traficul în zona monitorizată.

5. MODELE PENTRU CALITATEA AERULUI

5.1 Modelarea dispersiei atmosferice în canioanele urbane

Cele mai severe efecte legate de poluarea atmosferică produsă de traficul rutier sunt localizabile în zonele urbane. În aceste arealuri, densitatea de trafic atinge nivelurile maxime, iar concentrațiile atmosferice ale gazelor de evacuare ale autovehiculelor sunt adesea cu câteva ordine de mărime mai mari față de zonele rurale. Zonele urbane nu pot fi în mod evident considerate entități omogene; în mod pregnant, cele mai ridicate niveluri de poluare se înregistrează pe străzile de tip canion (canioane stradale), în care diluția gazelor de eșapament este substanțial limitată de prezența clădirilor înalte flancând artere rutiere relativ înguste. Acest aspect este deosebit de important, deoarece din punct de vedere arhitectural canioanele stradale reprezintă una dintre structurile geometrice de bază ale topografiei urbane. Raportul geometric al canionului stradal, definit drept raportul dintre lațimea W a străzii (masurată între fațadele clădirilor adiacente) și înalțimea H a clădirilor de pe cele două laturi, reprezintă un parametru de primă importanță.

Sistemul de prognoză a poluării aerului cuprinde:

1. Prognoza vremii la scară națională cu o rezoluție de 10 km pas de grilă – interval de prognoză – 48 de ore.

2. Prognoza poluării aerului pentru principalii componenți chimici(CO, SO2, NOx, praf etc.) produși de sursele mari de poluare.

3. Prognoza poluării aerului produsă de trafic la nivelul străzilor.

4. Prognoza poluării aerului la scară regională în cazul unui accident chimic sau nuclear.
5. Scenarii de reducere a emisiilor și traficului în cazul depășirii concentrațiilor maxim admisibile.

6. Evaluarea dispersiei poluanților în atmosferă produse de surse noi (punctuale sau de suprafața în zone industriale).

7. Integrarea automată a rezultatelor în harta GIS a zonelor analizate – vizualizari.
8.Prognozele și avertizarile sunt diseminate către autoritațtile locale.
9. Prognozele pot fi diseminate catre public-via Internet.

5.1.1 Modele de dispersie

Administrația Națională de Meteorologie a dezvoltat o serie de modele de dispersie la scară locală și regională dintre care unele sunt utilizate operativ în cadrul Sistemului de Prognoză a Poluării Aerului iar altele sunt utilizate pentru cercetare.

Sistemul operațional de prognoză a poluării aerului ce va fi dezvoltat în cadrul proiectului AIRforALL constă dintr-o serie de modelări diferite ale poluării aerului, care vor acoperi o suprafață largă (de la scara regională la nivel de străzi). Scopul construirii acestui sistem este acela de a realiza prognoze operaționale ale poluării atmosferice cu cei mai importanți poluanți atmosferici, la diferite scări.

Sistemul de prognoză a poluării atmosferice include, de asemenea, și modele numerice de prognoză a vremii (ALADIN), modelul la scara regională de transport și dispersie a poluanților (INPUFF sau MEDIA), modelul de dispersie la nivel urban (dispersie Gaussiană), precum și un model operațional de prognozare a poluării la nivel stradal.

Modelul numeric de prognoză a vremii este utilizat ca intrare pentru modelul de dispersie si transport a norului poluant, model ce realizează prognoza poluării de fond a aerului la scară regională/națională.

Datele meteorologice și concentrația poluării de fond a aerului sunt utilizate ca intrari pentru modelul de dispersie la nivel local, care acoperă întreaga suprafață a orașului.

Datele obținute de la modelul de dispersie locală sunt folosite ca intrări pentru modelul operațional de poluare la nivel stradal care descrie concentrațiile poluării aerului la nivel stradal.

Prognozele vremii, prognoza poluării de fond a aerului la nivel național, prognoza la nivel local (urban) și prognoza de-a lungul culoarelor stradale vor rula zilnic, iar rezultatele vor fi transmise autorităților locale.

Sistemul generează un volum uriaș de date de ieșire la fiecare rulare. Vizualizarea se face printr-un sistem facil de operare care să permită obținerea informațiilor prin accesări simple. În acest mod, este ușor de urmărit evoluția în timp și spațiu a nivelelor de poluare atmosferică, fiind posibilă identificarea situațiilor când valorile critice admise ale poluării atmosferice vor fi depașite în anumite zone. În cazul prognozării unor depașiri ale valorilor critice admise va fi posibilă informarea sau alertarea populației.

Modelarea dispersiei atmosferice a emisiilor poluante generate de traficul rutier în canioanele stradale urbane, ține cont de:

Caracteristici de emisie:

Factori de emisie compoziți (g/km/vehicul);

Densități liniare de emisie (mg/m/s).

Parametri de trafic:

Debit de traffic (vehicule/oră sau vehicule/zi);

Compoziție trafic (ponderea participativă la trafic a diverselor categorii de autovehicule);

Viteze medii de rulare (km-oră);

Profilul mediu diurn al parametrilor de trafic (variația medie oră de oră pe parcursul unei întregi zile a parametrilor de traffic precizați)

Configurația geometrică a canioanelor stradale poate fi diferită, încadrându-se în urmatoarele modele:

Canioane stradale având raporturi geometrice lățime/înălțime variind în plaja 1/4 -6;

Canioane stradale curbe;

Canioane stradale semi-permeabile, având pereți “poroși” pe una sau pe ambele laturi; porozitatea pereților canionului stradal este definită ca fracțiunea lipsă din suprafața fațadelor clădirilor adiacente, un exemplu fiind cel al garajelor-parcări semideschise, în care 60% din suprafața pereților este construită din beton iar restul de 40% din aer, astfel încât “porozitatea” are în acest caz valoarea 0,4;

Canioane stradale de lungime finită, terminate la unul sau la ambele capete cu intersecții;

Canioane stradale simetrice mărginite pe cele două laturi de pereți de aproximativ aceeași înălțime, sau canioane stradale nesimetrice cu fațade laterale de înălțimi diferite, ori având clădiri dispuse doar pe o singură parte.

Topologia locală se definește prin evaluarea densității dispunerii clădirilor prin intermediul raportului dintre suprafața construită și suprafața totală a zonei adiacente infrastructurii rutiere pe o distanță de 100m de o parte și de alta a arterei de trafic studiate.

Parametrii meteorologici se referă la:

Date meteorologice de rutină: viteza și direcția vântului mediu de transport, temperatura medie, radiația solară globală, gradul de nebulozitate;

Date meteorologice preprocesate: viteza medie a vântului la nivelul acoperișurilor clădirilor adiacente sau viteza vântului geostrofic, clasa de stabilitate atmosferică și deviația standard a direcției vântului atribuibilă fluctuației componentei orizontale a intensității turbulenței, parametrii obținuți prin apelarea la un preprocesor meteorologic;

Estimarea vârfurilor de concentrație (episoade severe de poluare) în condițiile meteorologice cele mai defavorabile dispersiei: viteze foarte reduse de vânt, inversiune termică la sol, temperaturi scăzute;

Concentrarea atmosferică de fond la nivelul acoperișurilor clădirilor adiacente și respectiv la intersecțiile situate la extremitățile canionului stradal, pentru fiecare dintre poluanții studiați (masurată și/sau simulată numeric prin utilizarea cuplată a unor modele de dispersie la microscară și mezoscară), precum și pentru ozonul troposferic (în vederea parametrizării cineticii unor reacții atmosfeice pentru modelarea transformărilor chimice între NO-NO2-O3).

Model de dispersie atmosferică la scară urbană

Pe baza parametrilor meteorologici prognozați cu modelul atmosferic ALADIN prin utilizarea unui model de dispersie la scară locală se realizează prognoza poluării aerului la nivelul orașului. Inventarele surselor de poluare din urbe este realizată și transmisă către Administrația Națională de Meteorologie de către Inspectoratele de Protecție a Mediului.

Utilitatea sistemului constă în faptul că pentru perioadele în care sunt prognozate depașiri ale concentrației maxim admisibile autoritațile locale pot lua măsuri de reducere a emisiei de poluant în zona respectivă.

MEDIA – model de dispersie și transport a poluanților – este un model francez tridimensional Eulerian pentru transportul poluantului în atmosferă pe traiectorii medii și lungi. El funcționează cuplat cu modelul numeric de prognoză atmosferică (ALADIN), care furnizează câmpurile atmosferice necesare la simularea proceselor fizice si dinamice ce acționează asupra poluantului eliberat.

ALADIN – model numeric de prognoză atmosferică – este versiunea pentru arii limitate a unui model spectral global pentru prognoză atmosferică, care este operațional la Meteo-France, Toulouse. Acesta este implementat și în România la Institutul Național de Meteorologie si Hidrologie (INMH), care recepționează prin Internet de la Meteo-France condițiile inițiale de la frontiera domeniului de modelare. Principalele caracteristici ale modelului ALADIN rulat în România sunt:

rezoluție temporală – 540 s;

rezoluție orizontală – suprafață de 10 Km, acoperind România între punctele 41.11 – 49.80 gr. latitudine N si 20.69 – 32.13 gr. longitudine E,

este structurat pe 31 de niveluri verticale;

număr de puncte de grila – 89 x 89;

furnizează date meteorologice prognozate pentru 48 de ore.

Modelul atmosferic furnizează date într-un plan tangent de proiecție Lambert, date ce sunt apoi interpolate în aceiași grilă regulată de puncte cu cea a modelului de simulare a poluării – MEDIA. Pentru această aplicație, latitudinea și longitudinea centrului domeniului se află în Maramureș, incluzând arealul municipiului Baia Mare, iar domeniul vertical se întinde de la suprafața terenului pâna la valori pre-specificate ale sigma (acesta este funcție de presiunea locală la suprafața terenului si este în mod uzual 400 hPa). În vederea obținerii câmpului de concentrații prognozate, trebuie urmați patru pași, astfel:

1. Rularea modelului atmosferic ALADIN

2. Post procesarea fișierelor rezultate de la modelul ALADIN (la fiecare 6 ore, sau 3 ore) în vederea obținerii unei forme adecvate pentru fișierele de intrare ale modelului meteorologic MEDIA, acestea fiind: vântul, viteza pe verticală, temperatura si presiunea la toate nivelele modelului: u(i, j, k), v(i, j, k), w(i, j, k), T(i, j, k), si de asemenea presiunea la suprafață, 10m vânt si 2m temperatura și precipitaîii (pentru a calcula depunerile umede): u(i, j), v(i, j), T(i, j), p(i, j), cu i = numarul de puncte de grila în latitudine, j = numarul de puncte de grilă în longtudine si k (= 9) nivelul de presiune (1000, 950, 900, 850, 800, 700, 600, 500, 400 hPa).

3. Rularea modelului de dispersie și transport a poluantilor MEDIA

Alături de rezultatele obținute din fișierele din post-procesare ale modelului atmosferic ALADIN, se ia în considerare un fișier cu informații despre sursele poluantului (natura acestuia, numarul surselor, cantitatea de poluant eliberata în unitați per oră, coordonatele acestuia, data ăi momentul începerii și terminării eliberării poluantului, altitudinea superioară și inferioară a norului de poluant eliberat de sursă).

4. Procesarea output-urilor grafice – MEDIA și a altor date – harți cu izolinii ale log10C, unde C este concentrația de poluant prognozată.

Model de dispersie atmosferica la scară regională

În scopul caracterizării curgerii maselor de aer deasupra unui loc, sau a unei regiuni date, se pot utiliza mai multe tehnici sau metode. O metodă legată de modelele meteorologice se bazează pe utilizarea unei serii de traiectorii ale maselor de aer plecând din punctul (sau regiunea) considerat.

Această aplicație, de tip climatologic asupra ieșirilor din modelul atmosferic, permite obținerea de informații pertinente în domeniul gestionării situațiilor de risc privind mediul înconjurător. Se pot determina zone supuse în mod „privilegiat” influențelor punctelor sursă studiate și aceasta pentru diferite rezoluții geografice. Mai mult, rezultatele obținute pot fi geo-referențiate în scopul vizualizării prin GIS.

Modelul furnizează pozițiile succesive ocupate de particula de aer, la fiecare cinci minute, de-a lungul evoluției sale în timp (24, sau 48 de ore). Baza de date astfel constituită reprezintă ansamblul traiectoriilor maselor de aer (traiectoriile directe) care pleacă zilnic din principalele surse de poluare la două niveluri atmosferice pe verticală, indicate de utilizator, cât și ansamblul traiectoriilor maselor de aer care ajung în punctele de mai sus (retrotraiectorii), pentru 24 sau 48 ore. Rezultatul final îl reprezintă harți cu traiectoriile directe si retrotraiectoriile.

Plecând de la această bază de date, pasul următor a constat în utilizarea componentelor orizontale ale coordonatelor particulelor de-a lungul acestor traiectorii, pentru a pune în evidență traseele principale, eventualele zone de acumulare, precum și anumite legături inter-regionale privilegiate legate de poluant.

5.1.2 Metodă experimentală și de cercetare privind dispersia noxelor

la nivelul canioanelor urbane

În prima fază a cercetarii are loc strângerea informațiilor topologice, a datelor meteorologice preliminarii și a determinarii frecvenței și structurii traficului, date necesare ca și parametri de intrare pentru procesul de simulare numerică.

Pentru achiziționarea datelor meteo necesare simulărilor numerice se folosește atât o stație meteo locală care achiziționează date despre:

– temperatura mediului

– viteza vântului

– direcția vântului

– presiunea atmosferică

– precipitații

– umiditate

– intensitatea luminoasă.

cât și o stație meteo mobilă care este amplasată în locațiile unde au fost întreprinse și masurători experimentale

Stația meteo locală se conectează la un PC gazdă prin intermediul unui cablu serial RS-232, pe portul COM1. Pe COM2 se conectează un modem de linie închiriată pentru comunicare cu sediul central.

Prelucrarea datelor meteorologice se face cu ajutorul softului WRPLOT View Version. Este un program pentru sistemul de operare Windows, program care generează roza vantului, și statisticile privind direcția, intensitatea și clasa de stabilitate pentru datele meteo introduse. Programul sortează datele în funcție de direcția vântului în 16 sectoare fiecare având 22.5 grade și în funcție de intensitate în 6 clase de viteză.

Sediul central trebuie sa realizeze și sa gestioneze un “inventar al emisiilor” prin acest lucru ințelegându-se un ansamblu de operații de mare importanță, de mare anvergură și totodată de mare dificultate. Inventarierea emisiilor se realizează prin colectarea tuturor informațiilor utile despre sursele de poluare, pe primul loc situându-se ratele de emitere și constituirea unei “banci de date” avand acest profil.

Pot fi realizate inventare la scara unei intreprinderi industriale, la scara unui oraș sau la scara națională. Informațiile astfel obținute se folosesc în modelarea dispersiei poluanților, dar și în scopul verificării eficacitații echipamentelor de reținere și neutralizare “la sursă” a substanțelor poluante.

Clasificarea care urmează este necesară inventarierii prin faptul că fișierul de date de inventar este structurat dupa categoriile de mai jos.

O primă categorie o constituie sursele naționale de combustie. Se au in vedere instalațiile în care se ard combustibili, fie pentru încalzire, fie în legatură cu unele procese industriale. Referitor la localizarea sursei punctiforme se pune în primul rând problema coordonatelor acesteia și este de preferat să se evite localizarea sursei fața de un reper local oarecare chiar și atunci cand inventarul se face la scara unei zone restrânse, deoarece o astfel de reperare ar necesita recalcularea coordonatelor atunci cand se pune problema reunirii a două sau mai multe astfel de zone în scopul, de exemplu, al modelării dispersiei poluanților la o scară superioară.

A doua categorie cuprinde sursele mobile, în primul rând vehicule rutiere, apoi aviație, transporturile feroviare, transporturile maritime si fluviale. Transportului auto i se datoresc importante emisii de oxid de carbon (CO), oxizi de azot si hidrocarburi. Pentru obținerea unor date cât mai reale din trafic legate de parametrii care sunt reprezentativi trebuie realizată o analiză a traficului la nivel urban și apoi, în funcție de cerințe, o analiza la nivel de arteră, intersecție, stradă.

Datele centralizate de la aceste doua categorii de poluanți sunt organizate și prelucrate pe calclulator, cu diferite programe specializate, în vederea obținerii unor performanțe în estimarea gradului de poluare cât mai apropiate de realitatea din teren. Se poate determina poluarea locală sau la distanță, după caz și poluarea transfrontieră, în direcța dependentă cu densitatea de probabilitate la intervalul ales.

Referitor la concentrațiile în emisie (date de intrare referitoare la sursă) se indică metoda masurărilor on line, în condiții de durată reprezentativă, sau prelucrarea statistică a datelor, prin folosirea așa-numiților factori de emisie.

5.2 Estimarea emisiilor poluante de la vehicule

Transporturile afectează calitatea vieții noastre zilnice. Elementele poluante periculoase din aer provin atât de la surse mobile, cât ți de la cele staționare. Sursele mobile includ automobilele, camioanele ușoare și cele grele, autobuzele, motocicletele, bărcile și avioanele. Sursele staționare variază de la rafinăriile de petrol, la uscătoare și uzine metalirgice și până la stațiile de benzină.

În continuare mă voi referi la sursele mobile de poluare a aerului care numai în SUA acoperă peste jumătate din problemele legate de calitatea aerului. Emisiile din aceste surse conțin monoxid de carbon, componente organice volatile (COV), oxizi de azot, particule și plumb.

Unele din măsurile disponibile pentru reducerea congestionării traficului și îmbunătățirea calității aerului și a mobilitații sunt prezentate în raportul realizat de Institute of Transportation Engineers (ITE) în anul 1989. Aici se arată că o primă cauză a congestionării traficului este creșterea numărului de indivizi care călătoresc cu autivehicule prin zone metropolitane, către și de la locații dispersate, precum și arealele unde nu există o capacitate adecvată a autostrăzilor. Acțiunile specifice care pot fi întreprinse pentru înbunătățirea situației sunt împărțite în cinci componente, astfel:

Obținerea maximului posibil de la sistemul actual de artere, prin:

Sisteme Inteligente de Transport;

Autostrăzi urbane:

Administrarea eficientă a parcărilor și extinderea celor existente;

Sancțiuni.

Construirea de noi capacități de transport (noi autostrăzi, reconstituirea celor deja existente).

Asigurarea serviciilor de tranzit (serviciile legate de tranzitare, încurajarea utilizării tranzitului).

Gestionarea cererii de transport, prin:

Abordări strategice pentru evitarea congestionăriiș

Atenuarea congestionărilor existente.

Finanțarea și măsurile instituționale, prin:

Finanțare (taxarea combustibililor, taxa de drum);

Masuri instituționale (asociații de administrare a transporturilor).

La ora actuală există un număr variat de metode complexe utilizate pentru

estimarea nivelurilor de poluare a aerului. Aceste tehnici includ modele simple lineare, gaussiene, precum și modele numerice mai elaborate. Toate aceste modele au în comun compararea datelor culese din teren cu niște baze de date deja existente. Aceste baze de date se pot împarții în următoarele categorii:

Informații meteorologice:

viteza și direcția vântului;

temperatura;

umiditatea;

fluctuațiile vântului și ale temperaturii.

Informații privind traficul:

volumul traficului;

viteza vehiculelor;

lungimea și tipul vehiculelor.

Informații privind terenul:

terenurile aflate la nivelul solului;

terenurile aflate la înalțime;

terenurile accidentate.

Periodicitatea măsurătorilor.

Teoria fluenței traficului dintr-o intersecție și nivelul traficului de pe o arteră furnizeaza trei variabile de bază:

Viteza;

Fluxul sau volumul;

Concentrarea;

Aceste variabile se pot utiliza pentru descrierea traficului la nivel de retea. Aceasta descriere trebuie să poată depăși lipsa de maleabilitate a teoriilor fluxurilor existente atunci cand sunt luate în considerare interacțiunile dintre componentele rețelei. Simularile pe calculator ofera oportunitatea investigarii relatiilor de la nivelul retelei dintre cele trei variabile fundamentale ale fluentei traficului.

5.2.1 Modelul UMTA

Cel mai simplu model pentru calitatea aerului este cel care pune în relație viteza vehiculelor cu nivelul emisiilor. Tehnica de calcul raspunde rapid unor analize comparative. Acest model de tip UMTA (în prezent, Federal Transit Administration) conține factorii de emisie ai vehiculelor în relație cu viteza de deplasare a acestora pe șosele și la nivelul străzilor.

Modelul folosește o combinaîie între vitezele unui trafic liber și al unui trafic aglomerat (în perioade de vârf). Se presupune că o treime din traficul zilnic va apărea în orele de vârf, în timp ce doua treimi vor reflecta carcateristicile vitezelor din traficul liber.

5.2.2 Modelul de dispersie CALINE-4

Acest model linear a fost dezvoltat inițial de California Department of Transportation (FHWA, 1984). Are la bază ecuația de difuzie a lui Gauss și implică un concept de mixare a zonelor prin care să fie caracterizată dispersia poluanților de-a lungul drumului.

Modelul evaluează impactul asupra calității aerului în preajma facilităților de transport având date intensitatea, factorii meteorologici și geometria locului. CALINE-4 poate previziona concentrarea poluanților pentru receptori localizați în raza a 500 de metri de stradă. Are o serie de opțiuni speciale pentru modelarea calității aerului în preajma intersecțiilor, a canioanelor urbane, a drumurilor dintre coline și a parcurilor.

CALINE-4 folosește un factor de emisie compus al vehiculelor, exprimat in grame pe vehicul-km și îl convertește într-un factor de emisie modal. The Environmental Protection Agency (EPA) a dezvoltat o serie de modele pentru calculator, dintre care cea mai nouă versiune este MOBILE 6.2 pentru estimarea factorilor de emisie compuși mobili având dată viteza vehiculelor care circulă, procentajul de porniri la rece și la cald, temepratura ambientală, mixul de vehicule în trafic și anul de prognoză.

Factorii de emisie compuși reprezintă rata emisiilor medii pe parcursul unui ciclu de conducere. Ciclul poate include accelerația, decelerația, traseul și modurile de operare la relanti. Ratele emisiilor specifice fiecăruia dintre aceste moduri se numesc factori de emisie modali. Factorii de corecție a vitezei utilizați în modelele cu factori de emisie compuși sunt derivați din ciclurile de conducere variabile reprezentative pentru călătoriile urbane tipice.

Variabilele de intrare standard pentru modelul CALINE-4 sunt prezentate în urmatorul tabel:

Pentru o intersecție, se pot face următoarele presupuneri pentru determinarea factorilor de emisie:

Rata de sosire uniformă a vehiculelor;

Ratele de accelerare și decelerare uniforme: rata de timp constantă a emisiilor pentu fiecare mod de transport;

Un spațiu de staționare între vehicule de 7 metri;

Toate vehiculele ajung la oprire finală.

Profilurile cumulative ale emisiilor(CEP) pentru accelerare, decelerare, traseu și modul la relanti formează baza distribuției emisiilor. Aceste profiluri sunt construite pentru fiecare intersecție și reprezintă emisiile cumulate pe ciclu de bandă de circulație pentru mișcarea dominantă. CEP este determinat de timpul corespunzător timpului pentru fiecare vehicul pe perioada unui ciclu mediu sau al unei benzi medii de circulație multiplicat cu rata de emisie a modului respectiv și însumate pentru numărul de vehicule.

CALINE-4 poate previziona concentrațiile poluanților relativi inerți, cum ar fi monoxidul de carbon (CO) ți alți poluanși precum dioxidul de azot (NO2) sau particule aflate în suspensie.

5.2.3 Modelul MOBILE

Este un program de calculator care estimează factorii de emisie de hidrocarbon (HC), monoxid de carbon (CO) și oxizi de azot (NOx) pentru vehiculele cu motoare pe benzină li motorină aflate în circulație.

MOBILE calculează factorii de emisie pentru opt tipuri de vehicule din două regiuni, aflate la altitudine înaltă și, respectiv, joasă. Estimarea emisiilor depinde de condițiile variate precum temperatura ambientală, viteza și ratele de creștere a distanțelor parcurse. Programul poate estima factorii de emisie pentru orice an calendaristic din perioada 1960-2020.

MOBILE calculează factorii de emisie pentru vehiculele ușoare pe benzină (LDV), camionetele pe benzină (LTD), vehicule grele pe benzină (HDV) și motociclete, precum și pentru similarele primelor, dar alimentate cu motorină. În continuare voi prezenta câteva variabile de intrare primare și variația lor.

Factorii de corecție a vitezei sunt utilizați în model pentru corectarea emisiilor evacuate pentru viteze medii altele decât cele de 32 km/h. MOBILE folosește trei modele de corectare a vitezei:

modelul vitezelor reduse (4-32 km/h);

modelul modelul vitezelor moderate (32-77 km/h);

vitezelor înalte (77-105 km/h).

Modelul emisiilor ca o funcție de viteza vehiculului este similar pentru toate grupele anuale de poluanți, de tehnologii și de modele. Emisiile sunt cele mai mari pentru viteza minimă de 4 km/h, scade relativ repede pe măsură ce viteza crește de la 4 km/h la 32 km/h, scade mai lent pe măsură ce viteza crește de la 32 km/h la 77 km/h și apoi crește pe măsura creșterii vitezei la viteza maximă de 105 km/h.

Mixul de kilometri parcurși de un vehicul (VMT) se folosește pentru a specifica partea din total de VMT specifici unei autostrazi, corespunzători fiecăruia dintre cele opt tipuri de vehicule reglementate. Mixul VMT este utilizat numai pentru calcularea factorului de emisie compus într-un scenariu pe baza factorilor de emisie specifici celor opt clase de vehicule. Luând în considerare dependența dintre mixul VTM calculat pe baza ratelor cumulate ale parcursului anual și distribuția pe vârste a vehiculelor înmatriculate, fiecare țară trebuie să își dezvolte propriile estimări ale VMT pe tipuri de vehicule pentru facilitați specifice ale autostrăzilor, ale subzonelor, ale momentului tilei și altele.

MOBILE are abilitatea să modeleze nivelurile necontrolabile ale emisiilor realimentării, precum și cele ale impactului implementării unuia sau ambelor tipuri majore de sisteme de recuperare a vehiculelor. Acestea includ fie sistemul de control al emisiilor realimentării vehiculelor „la pompă”, fie sistemul de recuperare a vaporilor de tipul „la bordul vehiculului”(VRS).

Temperaturile zilnice maxime și minime sunt utilizate în modelul MOBILE 6.2 pentru calculul emisiilor de hidrocarburi evaporate zilnic, cât și pentru estimarea temperaturii combustibilului livrat în scopul calculului emisiilor realimentării. Temperatura minimă trebuie să varieze între -18oC și 38oC, iar temperatura maximă trebuie să varieze între -12oC și 49oC, inclusiv.

Lungimea deplasării utilizată în modelul analizat se referă la durata deplasării (cât timp s-a deplasat autovehiculul) și nu la distanța parcursă în timpul deplasării (cât de departe a fost condos vehiculul).

Un determinant important al performanțelor emisiilor este modul de operare.

Factorii de emisie calculați se bazează pe trei segmente sau moduri de operare: porniri la rece, la relanti și porniri la cald. În general, emisiile sunt cele mai mari atunci cand un vehicul este în modul de pornire la rece: vehiculul, motorul și echipamentuld e control al emisiilor se află toate la temperature ambientală și astfel nu funcționează la nivelurile optime. Emisiile sunt oarecum mai mici în modul de pornire la cald , atunci când vehiculul nu este complet încălzit, dar nici nu a staționat un timp sufficient care să conducă la răcirea completă a motorului până la temperature ambientală. Emisiile sunt, în general, cele mai reduse, atunci când vehiculul operează la relanti și s-a aflat destul timp în operare cpntinuă astfel încât toate sistemele au atins temepraturile de operare relative stabile, complet “încalzite”.

Pentru orice set de condiții date (viteza medie, temperatura ambientală,

volatilitatea combustibilului), emisiile în mers sunt nule sau neglijabile la început, dar cresc în mod semnificativ pe măsură ce durata deplasării se extinde și se încălzesc rezervorul de combustibil, conductele de alimentare cu combustibil și motorul vehiculului.

5.2.4 Modelul MICRO 2

Este un model pentru calitatea aerului care calculează emisiile de poluanți în aer din preajma intersecțiilor. Concentrașia de poluanți în aerul din preajma interseccțiilor nu este calculată. Pentru determinarea concentrării poluării, poate fi utilizat un model de dispersie care ia în considerare condițiile climaterice, precum vântul, viteza și direcția acestuia.

Ecuațiile emisiilor ca funcție de accelerație și viteză sunt după cum urmează:

Emisii de HC (gram/sec)=0,018+5,668*(A*V)+2,165*10-4(A*V2)

Emisiile de CO (gram/sec)=0,182-8,587*10-2(A*V)+1,279*10-2(A*V2)

Emisiile de NOx (gram/sec)=3,86*10-3+8,767*10-3(A*V), pentru A*V>0

Emisiile de NOx (gram/sec)=1,43*10-3-1,83*10-4(A*V), pentru A*V<0

în care:

A – accelerația (m/s2); V – viteza (m/s).

5.2.5 Modelul TRRL

Acest model previzionează poluarea aerului din traficul rutier. Estimările privind poluarea aerului sunt făcute sub forma concentrațiilor medii orare de monoxid de carbon din anumite locații din preajma rețelelor de străzi și a canioanelor urbane. Datele de intrare necesare sunt configurația rețelei de străzi, locația receptorului, volumele și vitezele de trafic, viteza și direcția vântului.

Concentrația de monoxid de carbon poate fi utilizată pentru aproximarea nivelurilor probabile ale altor poluanți prin utilizarea următoarelor relații de calcul:

Hidrocarburi (mg/m3)=1,8*CO(mg/m3)*R+4,0

Oxizi de azot (mg/m3-)=CO(mg/m3)*R+0,1

în care R este raportul dintre ratele emisiilor de poluanți și cele ale monoxidului de carbon pentru viteza medie data a unui vehicul.

Raportul dintre rata emisiei poluanților și a monoxidului de carbon, pentru anumite viteze este dată in tabelul următor:

Se introduce un test de monitorizare grafică prin care sunt identificate toate proprietățile probabile să cauzeze probleme de poluare a aerului. Procedura reduce mai întâi rețeaua de străzi la un sistem de străzi lungi și sensuri giratorii. Apoi, dintr-un graf se poate determina concentrația de monoxid de carbon pentru condițiile standard de trafic pentru locații situate la orice distanță de fiecare element al rețelei. Se aplică apoi anumiți factori pentru ajustarea la condițiile de trafic ale localităților respective, iar suma contribuțiilor fiecărui element oferă o estimare a concentrației orare maxime medii probabilă.

5.2.6 Alte modele pentru calitatea aerului din surse mobile

Există multe alte modele pentru surse mobile de poluare care estimează ratele și concentrațiile emisiilor poluante din preajma autostrazilor și ale arterelor rutiere, unele dintre ele în formă de canioane urbane. Majoritatea acestor modele pun în relație vitezele vehiculelor și alte variabile precum anul modelului vehiculului, temperatura ambientală și condițiile de trafic ale ratelor emisiilor. Alte modele cunoscute sunt HIWAZ 2 și CAL3QHC.

Modelul HIWAZ 2 estimează concentrațiile orare din poluanții nereactivi, precum CO, pe direcția vântului de pe strazi. De obicei este utilizat pentru analize la nivelul autostrăzilor și al arterelor rutiere în condiții de vânt uniform la nivelul solului, precum și la nivelul diferitelor diferențe de nivel ale străzilor. Modelul nu poate fi utilizat în cazul canioanelor urbane, unde există cladiri înalte sau copaci care stingheresc circulația aerului. Aceste cerințe de teren neted fac ca acest model sa fie mai puțin precis pentru condițiile urbane, decît modelele de tipul CALINE 4.

Modelul CAL3QHC ține seama de de emisiile generate de vehiculele ce se deplasează în preajma intersecțiilor rutiere. Datorita faptului că emisiile la relanti sunt au o pondere foarte mare în totalul emisiilor din trafic într-o intersecție, această abilitate reprezintă o îmbunătățire semnificativă în procesul de previzionare a concentrațiilor poluante față de modelele anterioare. Dactele de intrare ale modelului includ informații cerute în mod obișnuit de modelele de transport, precum geometria străzii, localizarea receptorilor, emisiile vehiculelor și condițiile meteorologice. Factorii de emisie utilizați în model vor fi obținuți din modelele factorilor de emisie din surse mobile cum este modelul MOBILE 6.2

6. MODELUL MATEMATIC MOBILE 6.2

6.1 Isoric

MOBILE 6 a fost realizat de către Agenția de Protecție a Mediului a Statelor Unite (U.S. Enviromental Protection Agency), cunoscută și ca E.P.A., în vederea realizări unei game largi de modele pentru poluarea aerului. Scrisă în Fortran și compilată pentru a fi folosită pe orice computer, modelul calculează ratele de emisie în condiții variabile de exemplu: temperatură, viteza medie de trafic, etc.

Versiunea originală de MOBILE 6 a apărut în ianuarie 2001. Versiunea extinsă, numită MOBILE 6.1/6.2, adaugă posibilitatea estimării unui număr de poluanți, gaze poluante și dioxid de carbon.

Modelele MOBILE sunt folosite de E.P.A pentru evaluarea ratei emisiilor de poluanți în atmosferă și emiterea strategiilor de control, prin organizarea departamentelor de transport metropolitan și urban în conformitate cu analizele efectuate. EPA a depus un extraordinar efort pentru a sigura faptul ca MOBILE 6 are la bază cele mai bune date și metode de calcul valabile.

MOBILE 6 este primul model actualizat de la lansarea lui Mobile 5b în 1996. Ultima versiune de MOBILE diferă semnificativ atât ca structură căt și ca mod de procesare a datelor, față de prima versiune.

Acest ultimă versiune de MOBILE 6 se diferențiază semnificativ, atât prin structură dar și prin datele necesare evaluării, de modele preexistente. Încorporează o serie de date noi, obținute pe baza ratei emisiilor, a șabloanelor transportului mult mai reale, separării emisiilor la pornire și în timpul mersului, îmbunătățirii factorilor de corecție și schimbării compoziției carburanților. Descrie și impactul noilor reguli promulgate încă de la MOBILE 5 b, oferind utilizatorilor mai multe opțiuni mai sofisticate, pentru detectarea factorilor de emisie în funcție de timpul de emisie și situarea geografică.

Agenția de Protecție a Mediului din SUA a emis mai mult de 40 de rapoarte tehnice cu privire la modul de analiză a datelor cu ajutorul lui Mobile 6 și a metodelor folosite în model.

MOBILE 6 permite utilizatorilor să calculeze și să întocmească rapoarte cu privire la emisia de componente pentru unii poluanți.

6.2 Generalități

MOBILE 6 este o aplicație software, care estimează emisiile de gaze curente și viitoare ale vehiculelor. Primul model MOBILE datează din anul 1978.

MOBILE 6 calculează media factorilor de emisie pentru:

Trei tipuri de poluanți:

hidrocarburi (HC);

monoxid de carbon (CO);

oxid de azot (NOx);

Mașini, camioane, autobuze și motociclete alimentate cu benzină,diesel sau gaze naturale.

Anii calendaristici între 1952 și 2050.

MOBILE 6 poate raporta emisii de poluanți conform categoriei de vehicule, tipului de șosea, factorilor de mediu și alte caracteristici, oferind modele foarte detaliate conform situației.

Rata emisiilor hidrocarburilor poate fi raportată ca:

Totalul hidrocarburilor (THC);

Hidrocarburi fără metan (NMHC);

Compuși organici volatili (VOC);

Total substanțe organice (TOG);

Compuși organici fără metan (NMOG)

Partea descriptivă și randamentul software pentru analiza informațiilor cuprinse în tabele rapoartelor lui MOBILE 6 se exprimă în grame, miligrame de poluant pe mile parcurse de vehicule (g/mi sau mg/mi). Datele referitoare la emisia de gaze pot fi exprimate în g / mi sau grame / vehicul / unitatea de timp (zi sau oră).

Rata de emisie de la MOBILE poate fi asociată cu evaluările ale traficului (totalul de mile parcurse sau VMT), care de asemenea poate suferi modificări în timp. Se va face și o determinare a emisiei pe autostrăzi, fiind exprimată în tone pe oră, zi, lună, sezon, sau an.

Fiecare versiune de MOBILE reflectă analiza unor noi date, încorporează schimbările tehnologice ale vehiculelor, motoarelor și sistemelor de control ale emisiilor noxelor. De asemenea îmbunătățește modul de înțelegere ale nivelelor de emisie și ale factorilor de influență.

Eficiența folosirii modelului depinde in bună masură de familiarizarea utilizatorului cu un numar cât mai mare de parametri de intrare ai programului. Statisticile localespecifice ale surselor mobile de poluare, felul străzilor, tipul carburantului, programele de inspecție și mentenanță sunt doar câțiva parametri care au o influență determinantă în estimarea gradului de poluare la nivelul arterelor și al intersecțiilor urbane.

Datorită numărului mare de parametri d eintrare și a dimensiunilor acestora, rezultatele estimărilor emisiilor sunt studiate în mod individual, excepție făcând temperatura și uniditatea, a căror interdependență nu a fost încă stabilită.

6.3 Clasificarea emisiilor

Cu ajutorul lui MOBILE 6 se pot calcula și prezenta emisiile totale pentru anumite tipuri de poluanți. Acești poluanți provin din:

Emisii complexe;

Emisii de gaze de evacuare, care la rândul lor sunt reprezentate de:

emisii de gaze eliberate pe țeava de evacuare a vehiculului la pornirea acestuia;

emisii de gaze de evacuare cauzate de conducerea vehiculului;

Emisii de gaze evaporative;

emisii generate de creșterea temperaturii în timpul zilei, când vehiculul nu este condus;

emisii din cauza încălzirii combustibilului și a vaporilor de combustibil;

scurgeri minore de vapori de benzină datorită instalațiilor defecte;

emisii de gaze din cauza alimentării cu combustibil (vapori care se pun în libertate în atmosferă, în momentul în care combustibilul alimentat emană vapori în rezervorul vehiculului).

6.4 Componentele sistemului MOBILE 6

– Factorii de emisie – cunoscuți și ca rate de emisie diferă în funcție de distanța parcursă;

– Condițiile de test – include proceduri standardizate specifice ciclului de conducere, temperatura, sarcina vehiculelor și condițiile inițiale de pornire (rece, cald, relanti);

– Caracteristicile parcului de automobile – rata medie a emisiilor parcului e automobile este aceeași pentru toți anii și toate clasele de autovehicule.

– Caracteristicile combustibilului – pe piața actuală compoziția combustibilului este diferită din punct de vedere al RVP, al conținutului de oxygen și sulfuri.

– Programe de control al emisiilor – acestea trebuiesc ajustate în funcție de locația controlată.

Tipurile de artere pe care programul le analizează sunt:

– artere (freeway);

– artere principale (arterial);

– străzi locale (local);

– străzi fără denivelări (fwy ramp).

6.5 Cerințele MOBILE 6

Există 3 tipuri de fișiere-cerințe pentru MOBILE 6 și anume: fișierele de comandă, fișiere de date și fișiere de date externe. Aceste trei tipuri de fișiere trebuie să fie sub formă de ASCII fișiere text.

Cerințele de început ale lui MOBILE 6 pot fi clasificate cu ușurință în 4 categorii:

condiții externe;

caracteristicile parcului de mașini;

structura programului;

tipul combustibilului;

Condițiile externe

Există condiții externe care fac referire la parcul de mașini și rețeaua de transport, care influențează cantitatea de noxe emise. Comenzile extern permit utilizatorului să precizeze timpul, altitudinea și condițiile de umezeală pe care doresc sa-l determine. Opțiunile includ:

Calendarul pe un an de zile;

Evoluția pe o lună de zile;

Altitudinea;

Temperatura;

Umiditatea;

Alte condiții de mediu care sunt incluse în cerințe.

Programul va calcula factorii de emisie pentru anul specificat în fișier. Se pot estima factorii de emisie pentru intervalul cuprins între 1952 – 2050 inclusiv.

Luna calendaristică în care se pot estima factorii de emisie este ianuarie sau iulie a respectivului an. În cazul în care utilizatorul dorește o estimare pe o altă lună trebuie avut în vedere cea mai apropiată lună dintre lunile mai sus menționate, iar alegerea va fi în consecință. De exemplu, dacă se dorește o estimare pe luna decembrie a anului N, se va alege luna ianuairie a anului N+1 pentru ca ea este mai apropiată de perioada dorită.

Utilizatorul poate estima emisiile la o altitudine mare sau la una joasă, folosind comanda ALTITUDE și parametrul „low” sau „high”.

Temperatura este un parametru foarte important, emisiile având efecte diferite în funcție de acest parametru. Utilizarea minimului și maximului temperaturii este util în estimarea emisiilor în termini generali, pe parcursul unei zile de iarnă sau de vară, în timp ce evaluarea evoluției emisiilor în timpul zilei este reflectată de utilizarea parametrului temperatură din oră în oră.

Caracteristicile parcului de mașini

MOBILE 6 permite o nouă clasificare a sistemului de mașini, care reflectă mult mai bine standardul de emisie decât prima versiune. Astfel, în urma vizualizării fișierului de ieșire se pot observa estimările pe categorii de autovehicule:

LDGV – Light-Duty Gasoline Vehicle (vehicule ușoare pe benzină);

LDGT – Light-Duty Gasoline Truck (vehicule ușoare cu remorcă, pe benzină);

HDGV – Heavy-Duty Gasoline Vehicle (vehicule grele pe benzină);

LDDV – Light-Duty Diesel Vehicle (vehicule ușoare pe motorină);

LDDT – Light-Duty Diesel Truck (vehicule ușoare cu remorcă, pe motorină);

HDDV – Heavy-Duty Diesel Vehicle (vehicule grele pe motorină);

MC – Motorcycles (motociclete).

Structura programului

Comenzile structurii programului permit utilizatorilor să pună la punct impactul pe care îl au structurile programelor de controla emisiilor cum ar fi:

Efectele carburantului în momentul emisiei;

Efectele stadiului II la o nouă umplere cu carburant;

Programele de inspecție / menținere.

Compoziția combustibilului

Comenzile de combustibil permit utilizatorilor să diminueze impactul diferiților parametrii ai acestuia printre care:

Conținutul de sulf din benzină;

Conținutul de sulf din motorină;

Presiunea vaporilor combustibilului (RVP – Reid Vapor Pressure);

Efectul sezonier asupra calcului RFG (Reformulated Gasoline).

Structura fișierului de intare

Programul nu este unul interactiv, ca urmare fișierul de intrare trebuie compus. Acesta trebuie sa fie un text in DOS în format ASCII Fișierul de intrare la MOBILE 6 este format din trei secțiuni:

Secțiunea de titlu;

Secțiunea programului de rulare;

Secțiunea de scenariu.

O singură comandă poate fi plasată într-una din aceste trei secțiuni.

Comanda „END OF RUN” este obligatorie la sfârșitul programului.

Fișierul se poate edita în orice editor de texte. La sfârșit el trebuie salvat cu o denumire care nu trebuie sa depașească 8 caractere și încă 3 caractere pentru extensie. Pentru a fi rulat în DOS fișierul trebuie să fie salvat în același director în care se află și programul executabil MOBILE 6.2.

Dacă execuția funcționează corect, la terminarea rulării programul se închide automat generând un fișier text de ieșire cu extensia *.txt. Numele acestiu fișier poate fi stabilit în secțiunea de scenariu. Baza de date generată va avea extensia *.tb1

Coloanele 1-19 conțin numele comenzilor apelate de fisierul de intrare. Prin convenție, coloana 20 nu este definită, iar coloana 21 trebuie sa conșina un spațiu liber. Coloanele 22-150 conțin specificațile fișierului de intrare. Valorile de intrare pot fi plasate în orice coloane, cu specificația ca ele trebuiesc desparțite printr-un spațiu.

Comenzile:

sunt cunoscute drept comenzi de separare, deoarece ele evidențiază începutul și sfârșitul fișierului și/sau secțiunile de titlu, de program sau de scenariu. În orice caz, fișierul trebuie sa inceapă cu una din comenzile:

Liniile goale și comentariile de linie nu sunt luate în considerare de program. Comentariiile de linie se ralizează astfel:

Utilizând caracterul “*” în prima coloana a fișierului pentru ca acel comentariu să nu poată fi regasit în fișierul de ieșire.

Utilizând caracdterul “>” dacă se dorește vizualizarea comentariului în fișierul de ieșire.

Pentru mai multe rutine ale programului în cadrul aceluiași fișier se poate adopta următoarea structură:

Secțiune de titlu

Subrutina #1

Secvența #1-1

Secvența #1-2

Secvența #1-n

Subrutina #2

Secvența #2-1

Secvența #2-2

Secvența #2-n

Subrutina #m

Secvența #m-1

Secvența #m-2

Secvența #m-n

Exemplu de fișier de intrare cu doua subrutine:

Comenzile de intrare se impart în obligatorii și opționale.

Comenzi obligatorii:

O comandă se pot gasi de mai multe ori într-o secțiune, dar numai la ultima apelare este folosită la calcule efective.

Comenzi opționale:

Fișierul de ieșire:

6.6 Simularea cu MOBILE6.2

Exemplul 1

Să se genereze ratele emisiilor de oxizi de azot (NOX) și substanțe organice volatile (VOC) din 5 în 5 ani, începând cu anul 1990 până în 2020, pentru vehiculele ușoare pe benzină (LDGV).

Pentru oxizii de azot să se exemplifice ratele de emisie ale vehiculelor la pornire și în mers, iar pentru hidrocarburi să se exemplifice ratele de emisie prin evacuare și prin evaporare.

Temperatura: 720F 920F (220C 330C)

Presiunea vaporilor combustibilului (RVP): 8,7psi.

7. CONCLUZII

Problema reducerii concentrațiilor de poluanți este una din cele mai arzătoare pe plan mondial, la ora actuală. Au luat ființă e serie de organisme, atât la nivel de țară, cât și la nivel de regiune, organisme care sunt preocupate în dezvoltarea de softuri și implementarea de metode și tehnologii prin care să diminueze efectele nocive ale emisiilor de substanțe poluante.

După cum se știe masele de aer cald au o mișcare ascendentă, iar locul lor este luat de mase de aer rece care suferă o mișcare descendentă. Unitatea acestor doua mișcări constituie convecția atmosferică. Apariția unui strat de aer cald, relativ gros, ca un plafon între două straturi de aer rece face ca impuritățile sa se acumuleze tot în aria respectivă, aproape de locul de evacuare.

Rezultă marea importanță a factorilor climatici atat în procesul de acumulare a poluanților, cât și în procesul natural de reducere a lor (autoepurarea aerului).
          Este deosebit de important, pentru a înțelege atât poluarea cât și procesul de autoepurare al aerului, de a stabili care este relația între cantitatea de impurități evacuată în atmosferă într-un anumit interval de timp și persistența acestora, ultima marime fiind dependentă de mecanismul de îndepărtare.

Cercetările privind tranzitul intersecțiilor dirijate, de către autovehiculele rutiere, au relevat faptul că motoarele cu ardere internă, ale acestor autovehicule, sunt obligate să funcționeze la regimuri tranzitorii, caracterizate prin reducerea importantă a economicitații, ca urmare a creșterii pierderilor inerțiale, a înrăutățirii proceselor de formare a amestecului și de ardere, etc. Nu în ultimul rând, aceste regimuri conduc la importante creșteri ale emisiilor de substanțe poluante din gazele de evacuare. Este important ca ceea ce se întamplă în intersecții, sa fie cunoscut și cercetat, în vederea scăderii nivelului de poluare ridicat, localizat preferențial în aceste intersecții.

Dacă optimizarea unor spații urbane construite în anii noștri, poate fi realizată relativ ușor, în spațiile centrale, limitate drasnic de clădirile existente, singura modalitate de optimizare, în afară de redistribuirea fluxurilor de trafic (în masura în care exista trasee colaterale), rămâne optimizarea ciclurilor de semaforizare ale intersecțiilor centrale. În prezent aceste semaforizări sunt realizate subiectiv, pe baza unor observații umane relativ neavizate. Mai mult, actualii timpi de semaforizare, fragmentează fluxurile de trafic, le încetinesc, conducând la un confort scăzut al circulației și la creșterea artificială a nivelului de poluare din zonele centrale, peste limitele admise de legistația în vigoare. 

=== Bibligrafie ===

Bibliografie

L. Vornicu, Aparate electronice de măsurare și control, Editura “Gh. Asachi” Iași, 2002

P. Ursu, Protejarea aerului atmosferic, Editura Tehnică București, 1987

D. Fistung, Teorie economică. Ecologie. Legislație, Editura All Beck București, 2003

D. Fistung, Eco Trafic Urban, Editura București, 2006

S. Vișan, A. Anghelescu, Mediul înconjurător-poluare și protecție, Editura Economică București, 2000

I. Butnariu, N. Constantin, Protecția mediului înconjurător și microclimat, Editura

Inst.Politehnic, București, 1994

Ahmad, Y. J., El Serafy, S., Lutz, P., Environmental Accounting for Sustainable Development, The World Bank, Washington D.C., 1989.

***D. Burețea, M. Minea, A. Cormoș, Reducerea poluării prin optimizarea traficului rutier urban

***C. Ciufudeanu, Sistem interactiv pentru semaforizarea ecologică a intersecțiilor rutiere, Universitatea Stefan cel Mare, Suceava, 2006

www.inmh.ro

www.eea.europa.eu

www.epa.gov

www.air.ky.gov