Wykorzystanie systemów referencyjnych do wspomagania zarządzania siecią dróg

1. Omówienie systemów referencyjnych

System referencyjny stanowi podstawę każdego nowoczesnego banku informacji drogowej. Określa on sposób przestrzennego lokalizowania zdarzeń drogowych. Można wyróżnić trzy zasadnicze rodzaje systemów referencyjnych. Są to systemy referencyjne oparte na:

• pikietażu globalnym (zdarzenia lokalizowane są na podstawie numeru drogi i pikietaża globalnego),

• pikietażu lokalnym (zdarzenia lokalizowane są poprzez określenie odcinka międzywęzłowego i podanie pikietaża lokalnego),

• współrzędnych geograficznych (zdarzenia lokalizowane są poprzez podanie współrzędnych geograficznych).

Najstarsze, bo pochodzące jeszcze sprzed „czasów kompu­terowych" systemy referencyjne, bazujące na jednorodnym ciągu całej drogi, opisanym pikietażem globalnym (tzw. kilometrażem), w praktyce sprawdzają się głównie w odnie­sieniu do nowych dróg. Poważnym ich mankamentem jest jednak to, że kolejne modernizacje i korekty przebiegu drogi, powodujące np. jej wydłużenie lub skrócenie (np. obwod­nice), każdorazowo wymuszają konieczność dokonywania aktualizacji całości posiadanych danych drogowych, opisujących jej fragment pomiędzy wprowadzoną zmianą a końcem drogi, a przy okazji „wynoszenia" skorygowanego pikietaża w terenie. Zazwyczaj już sama konieczność każdorazowego uaktual­nienia posiadanych informacji z tych powodów i dążenie do właściwego utrzymywania banku danych, w którym są one przechowywane wiąże się z poważnymi nakładami, jakie trzeba każdorazowo ponieść.

Skutecznym sposobem uniknięcia wielu spośród wymienia­nych problemów jest stosowanie znacznie elastyczniejszych i nowocześniejszych rozwiązań systemów referencyjnych, opartych na następujących po sobie w ramach danej drogi odcinkach międzywęzłowych, opisywanych pikietażem lokalnym.

System referencyjny oparty na punktach i odcinkach międzywęzłowych oraz pikietażu lokalnym powinien być systemem podstawowym. Nie wyklucza to możliwości lokalizowania danych w oparciu o pikietaż globalny, należy jednak znać położenie istniejących słupków kilometraża globalnego, zakodowane w dowiązaniu do odcinków międzywęzłowych i pikietaża lokalnego. W przypadku zaistnienia takiej potrzeby, znajomość geometrii poszczególnych elementów drogi umożliwia także transformacje opisujących je danych na trzeci z wymienionych systemów - system współrzędnych geograficznych.

System referencyjny, oparty na odcinkach międzywęzłowych i pikietażu lokalnym bazuje na następujących założeniach:

1. Każda droga zostaje podzielona na odcinki międzywęzłowe (sieciowe).

2. każdy odcinek sieciowy jest ograniczony przez dwa węzły o niepowtarzalnych numerach.

3. Lokalizacja zdarzenia w obrębie odcinka sieciowego jest dokonywana na podstawie pikietaża lokalnego, tzn. poprzez odległości początku i końca zdarzenia od najbliższego węzła początkowego.

4. Kierunek od węzła początkowego do węzła końcowego determinuje kierunek pikietaża w obrębie odcinka.

5. Dla każdej drogi określane jest następstwo węzłów, definiujące jednoznacznie kierunek pikietaża lokalnego w obrębie poszczególnych odcinków sieciowych.

6. Uwzględniane są także przypadki szczególne następstwa węzłów jak np. przerwanie (nieciągłość) przebiegu drogi czy niezależnie przebiegające jezdnie.

Przystępując do zakładania systemu referencyjnego dla sieci dróg na danym terenie, w pierwszym rzędzie należy wykonać między innymi takie prace, jak:

• analiza przebiegów i wzajemnych powiązań w ramach istniejącego układu sieci dróg na danym terenie, z uwzględnieniem podziału na poszczególne kategorie (podsieci) dróg i ich numeracji,

• określenie miejsc, w których zostaną założone punkty węzłowe,

• nadanie numerów poszczególnym punktom węzłowym, zgodnie z systematyką przyjętą na obszarze kraju,

• ustalenie kierunków przebiegu pikietaża (drogi) na poszczególnych odcinkach międzywęzłowych,

• określenie przebiegów poszczególnych dróg poprzez zdefiniowanie następstwa kolejnych odcinków między­węzłowych.

Każdy punkt węzłowy powinien mieć określone położenie w przyjętym dla danej sieci dróg układzie odniesienia (układ lokalny, współrzędne geograficzne itp.) oraz powinien mieć nadany niepowtarzalny numer, zgodny z przyjętą dla danej sieci systematyką.

Rys. 1. System referencyjny oparty na odcinkach międzywęzłowych i pikietażu lokalnym

W odniesieniu do tych założeń lokalizacja zdarzenia punktowego w obrębie sieci będzie jednoznacznie określona poprzez podanie numeru węzła początkowego, numeru węzła końcowego oraz pikietaż lokalny zdarzenia. Natomiast lokalizacja zdarzenia liniowego będzie określona poprzez numer węzła początkowego, numer węzła końcowego, pikietaż lokalny początku zdarzenia oraz pikietaż lokalny końca zdarzenia.

W dowiązaniu do modelu sieci zbudowanego w oparciu o takie zasady, realizowane jest domierzanie oraz digitalne kodowanie wszystkich elementów sieci drogowej.

.2. Wdrażanie systemu referencyjnego na sieci dróg - metodyka

Podstawowe warunki, jakie powinien spełniać prawidłowo przyjęty i funkcjonujący system referencyjny, są następujące:

• prostota i zrozumiałość dla wszystkich jego użytkowni­ków, polegająca na tym, że system referencyjny bazuje na prostych i dla wszystkich jego użytkowników zrozumia­łych zasadach. W normalnych warunkach użytkownikami systemu są nie tylko pracownicy służb drogowych, ale także policja oraz administracja terenowa,

• jednoznaczność lokalizacji zdarzeń i elementów dowiązywanych do systemu, polegająca na tym, że poszczegól­ne zdarzenia drogowe i ruchowe (np. wypadki) muszą być lokalizowane w sposób czytelny dla każdego użyt­kownika systemu lub korzystającego z danych, zapisa­nych w dowiązaniu do danego systemu,

• łatwość aktualizacji w dalszych okresach eksploatacji i zarządzania daną siecią dróg i towarzyszące temu moż­liwości archiwizowania (historyzacji) danych o sieci oraz wdrożenie automatyzacji zmian danych, jakie zawsze będą musiały mieć miejsce w konsekwencji zmian nastę­pujących w sieci,

• kompatybilność z innymi, szczególnie istniejącymi i wykorzystywanymi już na wybranych podsieciach dróg systemami, charakteryzująca się tym, że zapewniona jest możliwość nawiązania do istniejącego systemu referen­cyjnego, a w szczególności do zastabilizowanych punk­tów referencyjnych, a w konsekwencji tego możliwość przejęcia danych o zakodowanych w bankach drogowych zdarzeniach, o ile oczywiście są one jednoznacznie ziden­tyfikowane.

Metoda uproszczona [

Realizując powyższe prace w ramach trybu uproszczonego, można posłużyć się tradycyjnymi podkładami mapowymi lub danymi opisującymi przebieg dróg, zapisanymi w postaci cyfrowej (np. warstwa GIS, plik CAD lub inne standardy plików map cyfrowych).

Współrzędne poszczególnych punktów węzłowych, skła­dających się na tworzony system referencyjny, są ustalane w lokalnie przyjętym układzie odniesienia lub w nawiązaniu do współrzędnych geograficznych. Uzyskane w ten sposób dane pozwalają na szybkie i niskonakładowe wdrożenie pod­staw jednoznacznie zbudowanego systemu referencyjnego dla danej sieci dróg.

W dalszej fazie działania, opisując sieć w dowiązaniu do przyjętego systemu referencyjnego dla każdego odcinka międzywęzłowego ustala się jego długość, kierunek przebie­gu pikietaża oraz podaje się numer ograniczającego go węzła początkowego i węzła końcowego (rys. 1).

Ewentualne niedokładności w ustalaniu usytuowania poszczególnych odcinków międzywęzłowych lub ich dłu­gości nie rzutują bezpośrednio na możliwości posługiwania się systemem w różnych celach. Sprecyzowanie długości poszczególnych odcinków międzywęzłowych może być na przykład dokonane przez zarządcę dróg przy okazji kolej­nych prac, związanych z zakładaniem lub uzupełnianiem ewidencji dróg.

Metoda szczegółowa

Budowa i wdrażanie systemu referencyjnego w trybie szczegółowym zazwyczaj wiąże się z wykorzystaniem spe­cjalistycznego sprzętu i oprogramowania, gwarantującego od razu uzyskanie wysokiej dokładności pomiarów. W konse­kwencji pociąga to jednak za sobą potrzebę zaangażowania większych środków finansowych niż miałoby to miejsce w przypadku trybu uproszczonego. Pomiar długości poszcze­gólnych odcinków międzywęzłowych, łączących ze sobą kolejne punkty węzłowe, może być na przykład dokonywany przy wykorzystaniu specjalistycznych pojazdów. Dzięki zamontowanym na nich zestawom kamer wideo, mogą one jednocześnie rejestrować usytuowanie elementów zlokalizo­wanych w korytarzu drogi, co okazuje się bardzo przydatne w pracach związanych z zakładaniem i prowadzeniem ewi­dencji dróg i obiektów mostowych.

Domiary precyzujące usytuowanie poszczególnych punk­tów węzłowych są wykonywane bezpośrednio w terenie z wykorzystaniem sprzętu geodezyjnego, a ich lokalizacja dokonywana jest przy wykorzystaniu technik GPS. Całość prac jest dokumentowana między innymi w formie szkicu usytuowania punktu węzłowego.

Omówienie Instrukcji Pikietowania Dróg Krajowych

Instrukcja pikietowania dróg określa ogólne zasady stosowane podczas ustalania przebiegów dróg i ich kilometraża. Zasady te dotyczą ustalania pikietażu odcinków zamiejskich dróg jak i ulic.

W ustalaniu przebiegu i kilometraża dróg należy kierować się następującymi zasadami:

• Początek drogi stanowią granica państwa (określona punktem referencyjnym), przecięcie osi krzyżujących się dróg (określone punktem referencyjnym).

• Przy ustalaniu kierunku pikietowania drogi należy kierować się zasadą, że pikietaż rośnie dla dróg znajdujących się w układzie pionowym z północy na południe, natomiast dla dróg w układzie poziomym z zachodu na wschód.

• W przypadku występowania wspólnych przebiegów dróg ciągłość pikietaża występuje na drodze wyższej kategorii, w przypadku dróg jednej kategorii - na drodze o niższym numerze.

Zasady pikietowania dróg posiadających system referencyjny:

• Początkiem pikietaża drogi jest punkt referencyjny na początku jej przebiegu, któremu zostaje nadany pikietaż początkowy równy 0+000.

• Wartość pikietaża naliczana jest w oparciu o długości odcinków referencyjnych. Miarą wzrostu pikietaża jest długość kolejnego odcinka referencyjnego.

• Długość drogi, która nie posiada wspólnych przebiegów z innymi drogami, powinna być równa różnicy pikietaża końca i początku danego odcinka drogi.

• Długość drogi, która nie posiada wspólnych przebiegów z innymi drogami, stanowi suma długości kolejnych odcinków referencyjnych do niej przypisanych i powinna być równa różnicy pikietażu końca i początku danych odcinków drogi.

• W przypadku dróg o wspólnych przebiegach, wspólne odcinki referencyjne tych dróg, uwzględniane są w długości drogi o najniższym numerze.

• Długość drogi posiadającej nieciągłość powinna być równa różnicy pikietaża końca i początku danego odcinka drogi.

• Dla dróg o odcinkach wielojezdniowych długością drogi jest suma długości odcinków referencyjnych prawej jezdni.

Zasady techniczne wyznaczania pikietaża w terenie:

• Na każdym odcinku referencyjnym należy wyznaczyć punkty hektometrowe.

• W przypadku, gdy pikietaż punktu referencyjnego nie jest pełnym hektometrem, należy dokonać domiaru ostatniego punktu hektometrowego do końca punktu referencyjnego pikietowanego odcinka.

• W przypadku, gdy odcinek referencyjny zaczyna się „niepełnym” hektometrem, należy dokonać domiaru pierwszego punktu hektometrowego na tym odcinku do początkowego punktu referencyjnego odcinka referencyjnego.

• Suma pełnych hektometrów i domiarów na odcinku referencyjnym powinna być równa jego długości.

Rys.2. Przebieg pikietaża na odcinku drogi (między skrzyżowaniami)

Rys. 3. Przebieg pikietażu na skrzyżowaniu (dotyczy również skrzyżowań skanalizowanych) [

Zbieranie i wykorzystywanie danych o sieci dróg

Założenie sieciowego systemu referencyjnego oraz jego aktualizacja jest niezbędne do założenia i efektywnego wykorzystywania nowoczesnego banku informacji drogowej. Do podstawowych prac związanych z budową takiego systemu należy zaliczyć:

• opracowanie struktury i zasad powiązań w obrębie danego modelu sieci,

• pomiar długości poszczególnych odcinków międzywęzłowych,

• stabilizację punktów węzłowych oraz słupków hektometrowych i wybranych pikietaży lokalnych.

• Wyniki tych prac kodowane są w banku informacji drogowej. Przez identyfik

Rys. .4. Zastosowanie systemu referencyjnego do zarządzania drogami

Prawidłowo zbudowany i opisany system referencyjny pozwala na jednoczesną integrację kilku elementów systemu zarządzania drogami, w skład których wchodzi:

• ewidencja dróg i obiektów mostowych,

• zarządzanie stanem nawierzchni drogowych,

• zarządzanie bezpieczeństwem ruchu,

• zarządzanie przejazdami pojazdów nienormatywnych.

9

Numer (kod) punktu węzłowego

Punkty węzłowe

123001

123444

123002

Kierunek kodowania (odcinka) drogi

Odcinek międzywęzłowy

Kierunek przebiegu drogi

Droga nr ...

145+728

143+562

C

Kierunek ruchu

Jezdnia nr 2

Jezdnia nr 1

146+680

A

Jezdnia nr 1

B

Kierunek ruchu

952

2166

3118

- punkt referencyjny

- jezdnia, po której mierzony jest pikietaż i kierunek przebiegu

- pikietaż zdarzenia na drodze

145+728

284+300

D

Kierunek przebiegu drogi

Droga nr 1

dr 1 (288+354)

Kierunek przebiegu drogi

Droga nr 2

346+300

354+251

B

Jezdnia nr 1

Jezdnia nr 1

dr 2 (350+725)

C

A

- dr. 2 jezdnia, po której mierzony jest pikietaż i kierunek przebiegu

- punkt referencyjny

- dr. 1 jezdnia, po której mierzony jest pikietaż i kierunek przebiegu

293+110

E

- pikietaż zdarzenia na drodze

293+110

---