III - 7. Rodzaje sygnalizacji i zasady ich funkcjonowania

(rozdz. 12.2 str. 327 „Inżynieria ruchu”)

Sygnalizacja świetlna jest stosowana w celu segregacji w czasie kolidujących ze sobą potoków pojazdów oraz pieszych. Jest to zestaw urządzeń obejmujący: urządzenie sterujące (sterownik) i urządzenia wykonawcze (sygnalizatory wraz z elementami wsporczymi i instalacją kablową). Czasem może być uzupełniona urządzeniami detekcyjnymi (detektory, przyciski) i informacyjnymi (wyświetlacze prędkości) i transmisyjnymi.

Zainstalowanie sygnalizacji na skrzyżowaniu mogą uzasadniać:

• natężenia ruchu kołowego na drodze głównej i podporządkowanej,

• natężenia ruchu pieszego,

• wypadki drogowe oraz ich skutki,

• sterowanie ruchem na sąsiednich skrzyżowaniach,

• znaczenie arterii,

• konieczność regulacji ręcznej i inne.

Sygnalizacja powinna być wybierana w sytuacji kiedy:

• dominuje natężenie na jednym kierunku (głównym). Należy uwzględnić udział ruchu z drogi głównej i podporządkowanej. W Polsce jako podstawowe podaje się kryterium natężenia ruchu kołowego 1500 E/h w okresie szczytu. Zainstalowanie sygnalizacji zmniejsza straty czasu pojazdów przy natężeniach ruchu na skrzyżowaniu powyżej 1000 - 1200 P/h, z czego minimum 25% na kierunku podporządkowanym. Jeszcze większe zmniejszenie strat czasu można uzyskać przez budowę małego ronda, które może okazać się również rozwiązaniem efektywnym pod względem przepustowości, a nawet bezpieczeństwa ruchu (2,5 raza bezpieczniejsze niż skrzyżowanie z sygnalizacją),

• na ciągu są same sygnalizacje,

• jest zbyt mało miejsca na zaprojektowanie ronda,

• występuje duży ruch pieszych,

• zdecydowanie dominują relacje na wprost na drodze głównej.

Rodzaje sygnalizacji:

Ze względu na sposób realizacji programu i powtarzalności pracy:

• cykliczne obejmujące sygnalizacje:

• stałoczasowe: jednoprogramowe i wieloprogramowe,

• zmiennoczasowe (akomodacyjne),

• acykliczne,

• wzbudzane.

Sygnalizacja cykliczna stałoczasowa jednoprogramowa - jest najczęściej spotykaną, charakteryzuje się stałą strukturą programu (czyli m.in. stałą sekwencją faz) oraz ustaloną długością cyklu i poszczególnych sygnałów.

Sygnalizacja stałoczasowa wieloprogramowa - zwana aktualizowaną, polega na wykorzystaniu w pracy kilku programów o różnych, lecz ustalonych długościach cykli i poszczególnych sygnałów. Selekcja poszczególnych programów może odbywać się zgodnie z ułożonym wcześniej harmonogramem przełączania (selekcja czasowa), lub w zależności od wartości wybranych parametrów ruchu (selekcja zależna od ruchu).

Sygnalizacja cykliczna zmiennoczasowa - zwana także akomodacyjną, ustalona jest pewna sekwencja faz, zaś czasy trwania wybranych faz są zmienne i zależne od chwilowych charakterystyk ruchu przesyłanych z detektorów. Przy zmiennych długościach cyklu i sygnałów istnieje możliwość pomijania niektórych faz.

Taka sygnalizacja jest szczególnie zalecana na odosobnionych skrzyżowaniach, gdzie niepotrzebna jest koordynacja z sąsiednimi skrzyżowaniami i w stosunku do sygnalizacji stałoczasowej wykazuje następujące zalety:

• dostosowuje się samoczynnie do krótkotrwałych wahań ruchu oraz zmniejsza liczbę zatrzymań i straty czasu pojazdów, a tym samym zużycie paliwa,

• zwiększa efektywność w przypadku sygnalizacji wielofazowej,

• pozwala na funkcjonowanie sygnalizacji nawet przy małych natężeniach ruchu (np. w porze nocnej).

Wadą omawianej sygnalizacji jest większy koszt urządzeń sterujących i ich eksploatacji.

Sygnalizacja częściowo akomodacyjna - jest stosowana na skrzyżowaniach ulic o zróżnicowanym znaczeniu komunikacyjny. Detektory są zainstalowane na wlotach kierunku podrzędnego CD. Kierunek podstawowy AB otrzymuje sygnał zielony zawsze, kiedy tylko nie ma zgłoszeń na przejazd z kierunku podrzędnego, przy czym czas trwania sygnału zielonego - ze względu na konieczność zapewnienia przepustowości wlotów na kierunku AB nie może być krótszy niż G_min^AB. Po zarejestrowaniu zgłoszenia przejazd (lub przejście) - na kierunku podrzędnym, otrzymuje on sygnał zielony o minimalnej długości G_min^CD zależnej od:

• odległości detektora od linii zatrzymań l_d,

• długości przejścia dla pieszych w poprzek drogi głównej - w przypadku zgłoszenia ze strony pieszych, i nie może być krótszy od oczekiwanego - przez kierowców minimalnego, czasu trwania od 6 do 8 sekund. Jeśli są stosowane detektory przejazdu, które zaleca instalować w odległości odpowiadającej t_j = 1,5 s od linii zatrzymań, wówczas G_min^CD można wyznaczyć ze wzoru

gdzie n - jest liczbą pojazdów, które mogą się zgromadzić pomiędzy detektorem a linią zatrzymań. Obecnie zaleca się jednak przeważnie stosowanie detektorów obecności.

Sygnał zielony może być przedłużony ponad G_min^CD aż do ustalonego G_max^CD przez pojazdy, przejeżdżające nad detektorem w odstępach czasu Δt_i < Δt_max. Sygnał G_min^AB powinien zabezpieczać przepustowość kierunku podstawowego, przy najmniej korzystnym wydłużaniu sygnałów na kierunku podrzędnym do maksimum, a udział sygnału zielonego można określić na podstaw cyklu obliczeniowego

[s]

gdzie Σt_m - stanowi sumę czasów międzyzielonych.

Sygnalizacja w pełni akomodacyjna - umożliwia ją zainstalowanie detektorów wszystkich wlotach. Długość sygnału zielonego dla każdej z faz może się zmieniać w zależności od potrzeb ruchu w przedziale (G_min, G_max). Sposób wydłużania sygnału zielonego jest identyczny jak w przypadku sygnalizacji częściowo akomodacyjnej. Fazy, na które r zostało zgłoszone zapotrzebowanie - przez pojazdy lub pieszych, są opuszczane. Długości sygnałów zielonych G_min zależą od: lokalizacji detektorów, długości przejść pieszych i nie mogą być krótsze od pewnego minimum oczekiwanego przez kierowców (6—8 s).

Przy wysokich natężeniach ruchu sygnalizacja działa cyklicznie z długościami cyklu i sygnałów zielonych uwzględnianymi w obliczeniach przepustowości. Dla sygnalizacji dwufazowej długość cyklu oblicza się ze wzoru:

Sygnalizacja acykliczna - charakteryzuje się zmienną, zależną od potrzeb ruchu strukturą, tj., zmienną sekwencją faz. Jest ona w pełni zależna od ruchu, fazy mogą być w niej tworzone na bieżąco (z pomijaniem fazy włącznie), a ich czas trwania jest zmienny i zależny od określonych charakterystyk ruchu.

Sygnalizacja wzbudzana - charakteryzuje się pracą według następującego układu: stan ustalony - stan wzbudzenia - stan ustalony. W stanie wzbudzenia wywołanym zgłoszeniem się co najmniej jednego z wybranych uczestników ruchu, sygnalizacja pracuje jako cykliczna stałoczasowa lub zmiennoczasowa, lub acykliczna. Stan ustalony polega na ciągłym nadawaniu na każdym sygnalizatorze ustalonego sygnału (najczęściej sygnału ostrzegawczego lub czerwonego). Przy braku zgłoszeń, po stanie wzbudzenia sygnalizacja wzbudzona powraca do stanu ustalonego lub przy dużej liczbie zgłoszeń przechodzi w stan pracy ustalonej.

Najczęściej jest stosowana jako sygnalizacja wzbudzana przez pieszych. Aby zapewnić przepustowość pojazdom przy ciągłym wzbudzaniu obliczamy T_obl (cykl obliczeniowy przy ciągłym wzbudzeniu)

gdzie: t_ep - czas ewakuacji pieszego,

G_min - minimalna długość sygnału zielonego dla pojazdów,

T_mo - czas międzyzielony dla pojadów,

G_p - efektywny czas zielony dla pieszych.

Ze względu na sposób współdziałania z innymi sygnalizacjami:

• odosobnione - działają niezależnie od innych sygnalizacji,

• sprzężone - kiedy sterowanie na sąsiednich skrzyżowaniach (i przejściach) jest prowadzone z jednego sterownika,

• skoordynowane na ciągu lub sieci - programy wyświetlane przez sterowniki lokalne na skrzyżowaniach są synchronizowane przez sterownik nadrzędny dla uzyskania planu sygnalizacji,

• centralne sterowanie - programy ustalane są w centrum sterowania przez komputer, które są realizowane przez sterowniki lokalne.

Ze względu na cel stosowania sygnalizacji:

• ostrzegająca użytkowników - sygnał żółty pulsujący stosowany np.: w godzinach nocnych, przy zmianie programów sygnalizacji lub awarii sterowników,

• zabezpieczająco - blokująca - zabezpieczenie przejazdów kolejowych i tramwajowych oraz wyjazdów straży pożarnej, pogotowia, itp.

• sterująca - steruje ruchem i segreguje w czasie kolidujące ze sobą potoki uczestników ruchu.

Ze względu na liczbę faz:

• dwufazowa - jest najprostsza i najczęściej stosowana, wykazuje duże zalety z punktu widzenia przepustowości i strat czasu. Przy wzroście udziału pojazdów skręcających w lewo konieczne jest często wprowadzenie sygnalizacji wielofazowej.

• dwufazowa z podfazą lub podfazami - przy dużym ruchu pojazdów skręcających w lewo na jednym z wlotów można usprawnić ruch poprzez zastosowanie rozwiązania z wcześniejszym otwarciem tego wlotu, bądź z wcześniejszy zamknięciem wlotu przeciwnego (lepsze rozwiązanie, gdyż unika się sytuacji w której kierowcy z przeciwnego wloty sugerując się ruchem pojazdów nadjeżdżających z przeciwka , ruszają nie patrząc na obowiązujący sygnał).

• trójfazowa - jest dobrym rozwiązaniem przy większej liczbie pojazdów skręcających w lewo z dwóch przeciwległych wlotów. Na skrzyżowaniu typy T przy zastosowaniu sygnalizacji trójfazowej można uzyskać całkowicie bezkolizyjne fazy ruchu kołowego i pieszego.

• wielofazowa - w porównaniu z sygnalizacją dwufazową:

• zapewnia lepsze warunki bezpieczeństwa, a także wyższą sprawność ruchu,

• daje możliwość dostosowania się do złożonej i nierównomiernej struktury kierunkowej ruchu i wykorzystania rezerw przepustowości, wynikających z wymiarowania na bardziej obciążonym kierunku,

• daje możliwość akomodacji programu.

Jednak w porównaniu z dwufazową sygnalizacją, pomimo że pozwala na osiągnięcie większej przepustowości niektórych relacji, to w odniesieniu do całości skrzyżowania daje mniejszą przepustowość i większe straty czasu. Wynika to z konieczności zapewnienia przy każdej zmianie faz czasów ewakuacji, co powoduje wzrost czasu straconego w cyklu i skrócenie faz ruchu. Taka sygnalizacja daje dobre efekty dopiero przy stosowaniu aparatury umożliwiającej aktualizację lub akomodację.

Rzadziej sygnalizacje stosuje się do sterowania:

• ruchem na pasach o zmiennym kierunku ruchu,

• ruchem wahadłowym,

• ruchem tramwajów na odcinkach jednotorowych,

• w miejscach wyjazdu pojazdów uprzywilejowanych,

• przy wyjazdach na ruchome mosty i promy,

• ruchem na przejazdach kolejowych.

3

---