Gondolom, sokunkban felmerült már a kérdés a pirosnál rostokolva, hogy vajon miként működnek a jelzőlámpás kereszteződések – mert valami logika csak lehet abban, hogy nem engednek minket haladni. Egyáltalán mi szükség van az egészre?
Az egész történet 1868-ban Londonban, a Bridge Street és a New Place Yard sarkán kezdődött, ahol az egyre nagyobb és veszélyesebb ló-, illetve járműforgalmat a gyalogosok már nem tudták biztonságosan keresztezni, így védelmük érdekében néha „Stop” jellel meg kellett állítani a forgalmat. Éjszaka a jelzéseket piros és zöld fénnyel is kiegészítették, így már tényleg jelzőlámpaként működött a szerkezet, míg fel nem robbant.
A jelzőlámpák telepítésének célja mind a mai napig a forgalombiztonság, illetve a forgalomáramlás hatékonyságának növelése. Az egészet a következő probléma indokolja: ahhoz, hogy a keresztező forgalom át tudjon folyni az úton, idő kell, és sok esetben ez az időszükséglet nem biztosított. Például túl sűrű a főirányú forgalom, túl széles az út, ezért sokáig tart átmenni rajta, esetleg nem belátható, vagy nem tartják be a szabályokat a közlekedők és emiatt veszélyes az áthaladás, előnyben kell részesíteni valamilyen egyéb járműáramlatot; ott a forgalomtechnikusok kénytelenek néha megálljt parancsolni a főirányú forgalomnak, mégpedig jelzőlámpákkal.
Tehát az elgondolás, miszerint építsünk villanypóznákat, rakjunk rá égőket (pirosat, sárgát, zöldet) és kényszerítsük ki ezekkel a lámpákkal az elsőbbséget a megfelelő iránynak, jó volt, viszont számos megoldandó problémát kellett hozzá kiküszöbölni, hogy ez rendszerként működjön is.
Forgó jelzőlámpa, melyet Charles Marshall tervezett 1936-ban.
Először is fel kellett állítani egy sorrendet, hogy ki, mikor és meddig kapjon zöldet (ezt hívják fázis időtervnek). Tehát egyrészt meg kellett nézni, hogy mely irányok mehetnek egyszerre, és azokat egy zöldben engedni (ezek a fázisok, például ugyanazon irányból egyenesen és jobbra kisívben, vagy a két szemben levő irányból nagyívben balra stb.), valamint a sorrendjüket.
Meg kellett határozni a közbenső időket, vagyis az egyidejűleg tiltott szabad jelzések közötti időt (amíg az egyik sárgát kap és a másik irány meg nem kapja a piros és piros-sárga után a zöldet). Hiszen a kereszteződésből kihaladó és behaladó járműveknek biztonságosan el kell kerülniük egymást - ez minden vezérlésnél fix -, hiszen a csomópont biztonságos működésének záloga függ a csomópontban megengedett legnagyobb sebességtől és az egymás utáni irányok geometriai adataitól. A zöld jelzést viszont gyakorlatilag úgy oszthatják el a forgalomtechnikusok, ahogy akarják.
A legigazságosabbnak az tűnt, hogy mindenki kapjon ’ugyanakkora’ zöldet, viszont ez nem lett volna túl demokratikus, ezért közlekedésmérnökeink elkezdtek forgalomszámlálásokat végezni, feljegyezték a kereszteződés minden irányának forgalomnagyságát, majd inkább ezek arányában osztották szét a zöldidőket, vagyis a forgalmasabb iránynak hosszabb zöldet adtak a csekélyebb forgalomnagyságúak kárára, ezzel megalkották az első állandó időtervű jelzőlámpás irányításokat.
LED-del is lehet - galériaJó is lett volna ez, csak ugye a forgalom nem állandó. Ezen töprengtek a forgalmászok is, és rájöttek arra, hogy azért az esetek többségében megfigyelhetőek a közlekedésben is időszakok. A legtöbb úton a nap nagy csúccsal kezdődik, mikor az emberek bemennek munkahelyükre, majd napközben kicsit enyhül, délután megint jön a torlódás, míg éjszaka sokan hagyják pihenni járműveiket. Persze teljesen más a helyzet hétvégén, amikor mindenki később kel fel, munkahely helyett inkább vásárolni megy, éjszaka meg sokan tartanak a szórakozóhelyek felé. Nem volt mit tenni, a forgalomszámlálásokat finomítani kellett. Különböző időpontokban, tehát többször kellett mérni és így modellezni a járműáramlat változását. Ennek kapcsán megalkotásra kerültek azok a kapcsolóórás programválasztó forgalomirányító berendezések, melyek az előre beállított időpontokban, tehát ciklikusan - heti, vagy éves programmal, téli-nyári idő átállással, ünnepnapok figyelésével - más jelzésképeket vezéreltek a kereszteződés jelzőlámpáinak. Úgy lehet őket elképzelni, mint egy felhúzott ébresztőórát: ha elérkeztek egy előre beállított időponthoz, átugrottak egy következő programra, függetlenül a pillanatnyi forgalmi helyzettől.
Ezzel már kezdett alakulni a dolog, de rá kellett jönniük a forgalomtechnikával foglalkozó szakembereknek is, hogy közlekedésünk a legtöbb esetben túl kiszámíthatatlan ahhoz, hogy jól be tudjuk kategorizálni időszakokra; elég, ha lesz valahol a városban egy nagy baleset/nem várt esemény és borul az egész.
Tehát a csomópontokat muszáj az éppen aktuális forgalmi helyzeteknek megfelelően vezérelni, ehhez pedig folyamatosan mérni kell az egyes irányok forgalomnagyságát. Persze nem lehet minden kereszteződésbe éjjel-nappal egy forgalomszámláló diákot meg egy programozót kihelyezni, vagyis automatizálásra van szükség. Mérnökeink megint gondolkoztak kicsit és eszükbe jutott, hogy a hurokdetektort - amit már előtte is használtak például buszok, vagy kis forgalmú irányok igény szerinti zöldjének biztosítására, nagyon jól lehetne használni forgalomnagyság mérésére.
Ezért a kereszteződés összes sávjába, a lámpa elé az aszfaltba belemartak téglalap alakú hornyokat, melyekbe érzékelő hurkokat (gyakorlatilag egy kábelt) helyeztek, szépen leburkolták ezeket és összekötötték egy kiértékelő áramkörön keresztül a forgalomirányító berendezéssel. Így az aszfaltban elhelyezett induktív hurokban keltett mágneses tér jelét a hurok felett áthaladó mágnesezhető anyag, vagyis a jármű elhangolja, amiből könnyen kiszámíthatóak az éppen aktuális forgalomnagyságok, mégpedig irányonként. Ezen beérkező adatok alapján pedig a forgalomirányító berendezések már módosítani tudták a betáplált programot meghatározott időintervallumok között a forgalmi viszonyok függvényében - ám alkalmazkodóképességük még így is korlátozott volt.
Tűzoltók előnyben - galériaAzért itt fontos megemlíteni, hogy a hatékony működéshez, tehát a gyors programválasztáshoz előtte megfelelő mennyiségű mintát kell vennie a gépnek, ami 15-60 percet is igénybe venne. Ezt a problémát egy tendenciafigyelő áramkörrel küszöbölik ki, ami a forgalmi szintek, tehát a programváltások között nem egy éles határt jelöl ki, hanem ad egy átmeneti tartományt.
Utolsó lépésként, az eddigi korlátokat kiküszöbölve a mai modern programalkotó forgalomirányító berendezések már saját maguk is tudnak programokat kreálni, cserélgetik az irányok sorrendjeit (fázisokat cserélgetnek, változtatják a fázisszámot), képesek módosítani a zöldek hosszát, így mindig az éppen megfelelő jelzéseket vezérlik ki az aktuális forgalomnagyságoknak megfelelően.
Ezek után gondolom, sokan felteszik maguknak a kérdést, hogyha léteznek ilyen szuper programalkotó jelzőlámpás irányítások, akkor miért vannak mégis dugók a kereszteződésekben? A válasz sajnos nagyon egyszerű: bár jó lenne, mégsem lehet a végtelenségig nyújtani a zöldidőket, mert akkor a másik irányokban várakozók onnan mehetnének nyugdíjba, így a kereszteződés kapacitását meghaladó forgalomnagyság felett a legjobb forgalomirányító berendezés is kénytelen feltenni a kezét, ráadásul a jelzőlámpáknak általában összehangoltan, rendszerben kell működniük, s ez is korlátozza őket. Ennek ellenére a forgalom-szimulációk, felmérések alapján egyértelműen hasznosak, sok esetben növelik az út kapacitását, biztonságosabbá teszik a csomópontot. Persze be kell tartanunk jelzéseiket, hogy hatékonyan tudjanak segíteni bennünket, közlekedőket...
A jelzőlámpának rendkívül megbízhatóan kell működnie
A forgalomirányítási stratégiák kivesézése után még térjünk kicsit vissza a biztonsági paraméterekhez. A legalapvetőbb követelmény, hogy a kereszteződésben, egy időben olyan irányok ne kapjanak zöldet, amelyek egyszerre tiltottak, ugyanakkor az is nagyon fontos, hogy a piros felvillanjon, ha kell. Ezért a berendezések vizsgálják a piros izzókon átfolyó áram meglétét, illetve a zöld izzók együttégését is a feszültségek ellenőrzésével több szinten, sőt, a közbenső idők meglétét is. Hiba esetén pedig azonnal sárga villogóra kapcsolnak - ha ez nem sikerül, akkor pedig sötéten marad az összes izzó. Léteznek különben GSM modemmel ellátott berendezések is, melyek hiba, illetve előre meghatározott eseményekre e-mail-t vagy sms-t képesek küldeni a felügyeletnek.
Gondolom, sokunkban felmerült már a kérdés a pirosnál rostokolva, hogy vajon miként működnek a jelzőlámpás kereszteződések – mert valami logika csak lehet abban, hogy nem engednek minket haladni. Egyáltalán mi szükség van az egészre?
Az egész történet 1868-ban Londonban, a Bridge Street és a New Place Yard sarkán kezdődött, ahol az egyre nagyobb és veszélyesebb ló-, illetve járműforgalmat a gyalogosok már nem tudták biztonságosan keresztezni, így védelmük érdekében néha „Stop” jellel meg kellett állítani a forgalmat. Éjszaka a jelzéseket piros és zöld fénnyel is kiegészítették, így már tényleg jelzőlámpaként működött a szerkezet, míg fel nem robbant.
A jelzőlámpák telepítésének célja mind a mai napig a forgalombiztonság, illetve a forgalomáramlás hatékonyságának növelése. Az egészet a következő probléma indokolja: ahhoz, hogy a keresztező forgalom át tudjon folyni az úton, idő kell, és sok esetben ez az időszükséglet nem biztosított. Például túl sűrű a főirányú forgalom, túl széles az út, ezért sokáig tart átmenni rajta, esetleg nem belátható, vagy nem tartják be a szabályokat a közlekedők és emiatt veszélyes az áthaladás, előnyben kell részesíteni valamilyen egyéb járműáramlatot; ott a forgalomtechnikusok kénytelenek néha megálljt parancsolni a főirányú forgalomnak, mégpedig jelzőlámpákkal.
Tehát az elgondolás, miszerint építsünk villanypóznákat, rakjunk rá égőket (pirosat, sárgát, zöldet) és kényszerítsük ki ezekkel a lámpákkal az elsőbbséget a megfelelő iránynak, jó volt, viszont számos megoldandó problémát kellett hozzá kiküszöbölni, hogy ez rendszerként működjön is.
Forgó jelzőlámpa, melyet Charles Marshall tervezett 1936-ban.
Először is fel kellett állítani egy sorrendet, hogy ki, mikor és meddig kapjon zöldet (ezt hívják fázis időtervnek). Tehát egyrészt meg kellett nézni, hogy mely irányok mehetnek egyszerre, és azokat egy zöldben engedni (ezek a fázisok, például ugyanazon irányból egyenesen és jobbra kisívben, vagy a két szemben levő irányból nagyívben balra stb.), valamint a sorrendjüket.
Meg kellett határozni a közbenső időket, vagyis az egyidejűleg tiltott szabad jelzések közötti időt (amíg az egyik sárgát kap és a másik irány meg nem kapja a piros és piros-sárga után a zöldet). Hiszen a kereszteződésből kihaladó és behaladó járműveknek biztonságosan el kell kerülniük egymást - ez minden vezérlésnél fix -, hiszen a csomópont biztonságos működésének záloga függ a csomópontban megengedett legnagyobb sebességtől és az egymás utáni irányok geometriai adataitól. A zöld jelzést viszont gyakorlatilag úgy oszthatják el a forgalomtechnikusok, ahogy akarják.
A legigazságosabbnak az tűnt, hogy mindenki kapjon ’ugyanakkora’ zöldet, viszont ez nem lett volna túl demokratikus, ezért közlekedésmérnökeink elkezdtek forgalomszámlálásokat végezni, feljegyezték a kereszteződés minden irányának forgalomnagyságát, majd inkább ezek arányában osztották szét a zöldidőket, vagyis a forgalmasabb iránynak hosszabb zöldet adtak a csekélyebb forgalomnagyságúak kárára, ezzel megalkották az első állandó időtervű jelzőlámpás irányításokat.
LED-del is lehet - galériaJó is lett volna ez, csak ugye a forgalom nem állandó. Ezen töprengtek a forgalmászok is, és rájöttek arra, hogy azért az esetek többségében megfigyelhetőek a közlekedésben is időszakok. A legtöbb úton a nap nagy csúccsal kezdődik, mikor az emberek bemennek munkahelyükre, majd napközben kicsit enyhül, délután megint jön a torlódás, míg éjszaka sokan hagyják pihenni járműveiket. Persze teljesen más a helyzet hétvégén, amikor mindenki később kel fel, munkahely helyett inkább vásárolni megy, éjszaka meg sokan tartanak a szórakozóhelyek felé. Nem volt mit tenni, a forgalomszámlálásokat finomítani kellett. Különböző időpontokban, tehát többször kellett mérni és így modellezni a járműáramlat változását. Ennek kapcsán megalkotásra kerültek azok a kapcsolóórás programválasztó forgalomirányító berendezések, melyek az előre beállított időpontokban, tehát ciklikusan - heti, vagy éves programmal, téli-nyári idő átállással, ünnepnapok figyelésével - más jelzésképeket vezéreltek a kereszteződés jelzőlámpáinak. Úgy lehet őket elképzelni, mint egy felhúzott ébresztőórát: ha elérkeztek egy előre beállított időponthoz, átugrottak egy következő programra, függetlenül a pillanatnyi forgalmi helyzettől.
Ezzel már kezdett alakulni a dolog, de rá kellett jönniük a forgalomtechnikával foglalkozó szakembereknek is, hogy közlekedésünk a legtöbb esetben túl kiszámíthatatlan ahhoz, hogy jól be tudjuk kategorizálni időszakokra; elég, ha lesz valahol a városban egy nagy baleset/nem várt esemény és borul az egész.
Tehát a csomópontokat muszáj az éppen aktuális forgalmi helyzeteknek megfelelően vezérelni, ehhez pedig folyamatosan mérni kell az egyes irányok forgalomnagyságát. Persze nem lehet minden kereszteződésbe éjjel-nappal egy forgalomszámláló diákot meg egy programozót kihelyezni, vagyis automatizálásra van szükség. Mérnökeink megint gondolkoztak kicsit és eszükbe jutott, hogy a hurokdetektort - amit már előtte is használtak például buszok, vagy kis forgalmú irányok igény szerinti zöldjének biztosítására, nagyon jól lehetne használni forgalomnagyság mérésére.
Ezért a kereszteződés összes sávjába, a lámpa elé az aszfaltba belemartak téglalap alakú hornyokat, melyekbe érzékelő hurkokat (gyakorlatilag egy kábelt) helyeztek, szépen leburkolták ezeket és összekötötték egy kiértékelő áramkörön keresztül a forgalomirányító berendezéssel. Így az aszfaltban elhelyezett induktív hurokban keltett mágneses tér jelét a hurok felett áthaladó mágnesezhető anyag, vagyis a jármű elhangolja, amiből könnyen kiszámíthatóak az éppen aktuális forgalomnagyságok, mégpedig irányonként. Ezen beérkező adatok alapján pedig a forgalomirányító berendezések már módosítani tudták a betáplált programot meghatározott időintervallumok között a forgalmi viszonyok függvényében - ám alkalmazkodóképességük még így is korlátozott volt.
Tűzoltók előnyben - galériaAzért itt fontos megemlíteni, hogy a hatékony működéshez, tehát a gyors programválasztáshoz előtte megfelelő mennyiségű mintát kell vennie a gépnek, ami 15-60 percet is igénybe venne. Ezt a problémát egy tendenciafigyelő áramkörrel küszöbölik ki, ami a forgalmi szintek, tehát a programváltások között nem egy éles határt jelöl ki, hanem ad egy átmeneti tartományt.
Utolsó lépésként, az eddigi korlátokat kiküszöbölve a mai modern programalkotó forgalomirányító berendezések már saját maguk is tudnak programokat kreálni, cserélgetik az irányok sorrendjeit (fázisokat cserélgetnek, változtatják a fázisszámot), képesek módosítani a zöldek hosszát, így mindig az éppen megfelelő jelzéseket vezérlik ki az aktuális forgalomnagyságoknak megfelelően.
Ezek után gondolom, sokan felteszik maguknak a kérdést, hogyha léteznek ilyen szuper programalkotó jelzőlámpás irányítások, akkor miért vannak mégis dugók a kereszteződésekben? A válasz sajnos nagyon egyszerű: bár jó lenne, mégsem lehet a végtelenségig nyújtani a zöldidőket, mert akkor a másik irányokban várakozók onnan mehetnének nyugdíjba, így a kereszteződés kapacitását meghaladó forgalomnagyság felett a legjobb forgalomirányító berendezés is kénytelen feltenni a kezét, ráadásul a jelzőlámpáknak általában összehangoltan, rendszerben kell működniük, s ez is korlátozza őket. Ennek ellenére a forgalom-szimulációk, felmérések alapján egyértelműen hasznosak, sok esetben növelik az út kapacitását, biztonságosabbá teszik a csomópontot. Persze be kell tartanunk jelzéseiket, hogy hatékonyan tudjanak segíteni bennünket, közlekedőket...
A jelzőlámpának rendkívül megbízhatóan kell működnie
A forgalomirányítási stratégiák kivesézése után még térjünk kicsit vissza a biztonsági paraméterekhez. A legalapvetőbb követelmény, hogy a kereszteződésben, egy időben olyan irányok ne kapjanak zöldet, amelyek egyszerre tiltottak, ugyanakkor az is nagyon fontos, hogy a piros felvillanjon, ha kell. Ezért a berendezések vizsgálják a piros izzókon átfolyó áram meglétét, illetve a zöld izzók együttégését is a feszültségek ellenőrzésével több szinten, sőt, a közbenső idők meglétét is. Hiba esetén pedig azonnal sárga villogóra kapcsolnak - ha ez nem sikerül, akkor pedig sötéten marad az összes izzó. Léteznek különben GSM modemmel ellátott berendezések is, melyek hiba, illetve előre meghatározott eseményekre e-mail-t vagy sms-t képesek küldeni a felügyeletnek.
Van, hogy a hurokdetektor adja az információt a lámpának.
Apropó, izzók: a mai modern jelzőlámpák természetesen LED-ekkel működnek, hiszen ezek a fénykibocsátó diódák ’hagyományos’ társaikkal összehasonlítva sokkal kevesebb energiát fogyasztanak, hosszabb az élettartamuk és kevesebb fantomfényt bocsátanak ki, amit annak köszönhetnek, hogy nincs bennük tükör. Az egyszerű izzókkal szerelt lámpákra pont ezért raktak árnyékoló sildet, hogy megakadályozzák a nap besütését, hiszen így a tükrök miatt extrém esetben fals jelzést adhattak volna. Az élettartamukat pedig úgy növelték, hogy a lámpakapcsoló áramkörök figyelték a váltakozó áram hullámát, és a nullpontban kapcsolták be a lámpák.
Azért a LED-eknek is van előnytelen tulajdonságuk, mert megváltoztatják színüket feszültségingadozás, hőmérsékletváltozás hatására, ráadásul idővel öregedésük miatt is, ezért a mai jelzőlámpákban olyan elektronikára van szükség, ami figyeli a színhelyességet. Továbbá a jelzőlámpákban használt LED-ek nem szórják úgy a fényt, mint a hagyományos izzók - ami azért fontos, hogy különböző szögben is láthatóak legyenek –, ezért a LED-eket nagy optikával látják el, éjszaka pedig csökkentik fényerejüket, hogy ne vakítsanak.
A modern jelzőlámpás rendszereket ma már internetes távfelügyelettel látják el, a forgalomirányító berendezések TCP/IP, vagy 3G-s modemekkel vannak felszerelve, és ha szükség van rá, a központból is tudják vezérelni őket, így adott esetben különböző városok jelzőlámpáit is lehet egy helyről változtatni, összehangolásuk pedig törtéhet kábel nélkül is, GPS órával.