Simulátor riadenia tunelov

Súčasnosť je charakterizovaná dynamickým rozvojom infraštruktúry, ktorej neoddeliteľnou súčasťou je aj budovanie diaľničných úsekov vrátane cestných tunelov. Spoločnosť PPA CONTROLL, a. s., sa aktívne zúčastňuje na budovaní technológií tunelov a diaľnic od roku 2002. Nadviazala na bohaté odborné znalosti a skúsenosti, ktoré má z oblasti automatizácie, elektrosystémov či iných odvetví, a úspešne ich aplikovala aj v riadení a monitorovaní cestnej dopravy.

Bohaté skúsenosti zúročila PPA CONTROLL, a. s., pri tvorbe vysokošpecializovaného pracoviska so simulátorom riadenia tunelov (SRT), ktoré zrealizovala v roku 2013 pre Stavebnú fakultu Žilinskej univerzity v Žiline, Centrum výskumu v doprave, v rámci podpory výskumu zo štrukturálnych fondov.

Simulačné pracovisko na obsluhu cestných tunelov

Simulačné pracovisko na obsluhu cestných tunelov je realizované ako reálne pracovisko operátora pre virtuálny dvojrúrový diaľničný tunel s dĺžkou približne 1 km. Simulátor riadenia tunelov sa z pohľadu funkčnosti realizoval na základe reálnych situácií a riadiacich algoritmov používaných na riadenie existujúcich tunelov. Operátorom umožní overiť filozofiu riadenia a simulovať situácie, ktoré sa pri skutočnej prevádzke tunela vyskytujú síce zriedkavo, no o to dôležitejšie je správne na ne reagovať.

PPA CONTROLL, a. s., zrealizovala simulátor riadenia tunelov (SRT) pre Stavebnú fakultu Žilinskej univerzity v Žiline, Centrum výskumu v doprave.

Operátor sa prostredníctvom vizualizácie pohybuje v rovnakom prostredí ako na skutočnom operátorskom pracovisku dvojrúrového tunela. Jeho pohľad na riadenú technológiu tunela je totožný s reálnym riadiacim pracoviskom. Mimoriadne stavy môže overiť na simulátore riadenia tunelov, čo nie je možné pri reálnej prevádzke technologických zariadení tunela.

Pracovisko umožní operátorom overiť filozofiu riadenia a simulovať situácie, ktoré sa pri skutočnej prevádzke tunela vyskytujú síce zriedkavo, no o to dôležitejšie je správne na ne reagovať.

Ciele pracoviska sú:

• pripraviť operátorov na výkon zberu dát na tvorbu predikčných modelov,
• pripraviť pracovníkov tunela na výkon pracovných úloh,
• pravidelne overovať a kontrolovať reakcie operátorov na simulované mimoriadne udalosti,
• vytvoriť priestor na odskúšanie rôznych modelových situácií bez priamych väzieb na technologické vybavenie tunela.

Z funkčného hľadiska môžeme simulátor riadenia tunelov rozdeliť na tieto časti:

• riadiace a simulačné centrum,
• pracoviská operátorov,
• pracovisko koordinátora.

Simulačné pracovisko na obsluhu cestných tunelov je realizované ako reálne pracovisko operátora.

Riadiace a simulačné centrum

Riadiace a simulačné centrum pozostáva z dvoch základných modulov:

1. modul simulácie CRS a technológie tunela,
2. modul simulácie 3D videodohľadu.

Modul simulácie CRS a technológie tunela

Simulácia CRS sa realizovala v programovacom prostredí určenom na vytváranie riadiacich algoritmov pre reálne PLC (Programable Logic Controler) riadiace automaty používané na riadenie priemyselných aplikácií a umožňuje simuláciu všetkých procesov prevádzky skutočného systému. Prostredníctvom softvérových vývojových nástrojov vznikol aplikačný program, ktorý simuluje funkcie reálneho riadiaceho systému technológie tunela v plnom rozsahu a súbežne aj reakcie jednotlivých technologických zariadení použitých v tuneli.

Hardvérové riešenie pracoviska tunelových špecialistov (technikov údržby)

Modul simulácie 3D videodohľadu

Simulátor videodohľadu poskytuje animovaný pohľad na simulovanú 3D scénu tunela. Modul simulátora predstavuje autonómnu časť projektu školiaceho pracoviska a je funkčne prepojený so simulátorom riadiaceho systému tunela tak, aby sa akcie vykonané operátorom v rámci riadenia technológie čo najvernejšie odzrkadľovali v simulovaných scénach. Grafický vzhľad simulácie je vytvorený pomocou animovaného počítačového 3D modelu.

Modelovaný tunel je verne vykreslený vrátane portálov, významného technického vybavenia, prístupových ciest a nástupných plôch zásahových jednotiek záchranných zložiek. Do tejto scény sa pridávajú prvky umelej inteligencie (vozidlá, chodci), ktoré simulujú premávku a umožnia vznik mimoriadnych udalostí.

Súčasťou simulátora videodohľadu sú animácie simulujúce rôzne situácie, ktoré môžu nastať v tunelovej rúre. Implementované sú tieto scenáre:

• dopravná nehoda – zrážka vozidiel,
• dopravná nehoda – požiar,
• človek v tuneli,
• pomaly idúce vozidlo,
• stojace vozidlo,
• predmet na vozovke,
• vozidlo v protismere.

Pracovisko operátora

Pracovisko operátora je zostavené podľa osvedčených princípov použitých pri realizácii reálnych operátorských pracovísk určených na monitorovanie a riadenie jednotlivých častí technologického vybavenia tunela. Toto pracovisko je realizované ako pracovisko na obsluhu tunela s dvomi operátormi – operátor na riadenie technológie tunela a operátor na riadenie dopravy. Pracovisko operátora simulácie cestného tunela je vybavené dvomi počítačmi (operátorskými stanicami). Každý z týchto počítačov umožňuje rovnocenné sledovanie a riadenie technologického vybavenia tunela a dopravy prostredníctvom troch nezávisle pracujúcich obrazoviek.

Dva veľkoplošné zobrazovače, umiestnené na stene pred pracoviskom operátorov, ponúkajú nepretržite pohľad na celkový stav najdôležitejších technologických celkov a stav riadenia dopravy. Reálny pohľad na riadené priľahlé úseky ciest a samotný tunel poskytuje systém kamerového dohľadu, ktorého simulácia je zobrazená na štyroch monitoroch, umiestnených takisto na stene pred operátormi. Operátor pomocou nich vidí 3D simuláciu prejazdu vozidiel cez tunel a sleduje stav dopravnej situácie.

Pracovisko koordinátora

Na účely riadenia simulácie rôznych prevádzkových stavov, výnimočných situácií a posúdenia správnosti reakcie obsluhy (operátorov/reportérov) je vytvorené simulačné pracovisko koordinátora.

Pracovisko koordinátora pozostáva z dvoch základných modulov:

1. modul simulácie technologického vybavenia tunela,
2. modul 3D simulácie kamerového dohľadu (3D videodohľadu).

Pracovisko umožňuje koordinátorovi v gra­fickej forme vykonávať tieto úlohy:

• správa scenárov dopravnej situácie,
• scénické riadenie zberu dát a hodnotenia výsledkov,
• spustenie scenára, začiatok zberu dát a hodnotenie,
• zastavenie scenára, ukončenie zberu dát a archivácia spracovaných dát,
• zmena parametrov prebiehajúceho scenára (v prípade potreby),
• zadávanie povelov na hodnotenie dát (mož­ný vznik a zánik mimoriadnych situácií),
• vyhodnotenie reakcií operátora/reportéra počas a po spracovaní dát.

Koordinátor má možnosť prostredníctvom pracovnej stanice aktivovať:

• štandardné situácie v riadenej technológii a doprave – zmeny prevádzkových parametrov, zmeny opacity a CO, zmeny jasu, zmeny prúdenia a teploty vzduchu, zmeny teploty a tlaku požiarnej vody, ako aj zmeny dopravno-prevádzkových stavov či intenzity a zloženia dopravného prúdu a pod.,
• neštandardné situácie v riadenej technológii a doprave – poruchy, výpadky a neštandardné stavy zariadení, výpadok napájania VN a NN, poruchy ventilátorov, poruchy osvetlenia, zmeny dopravného prúdu, poruchy dopravných zariadení, výnimočné situácie v doprave (nehoda, požiar, spadnutý náklad, prítomnosť chodcov, porucha vozidla, vozidlo v protismere, kolóna…),
• mimoriadne udalosti – požiare, nehody, poruchy s veľkým rozsahom, aktivácia SOS kabíny atď. –, ktoré sa prezentujú prostredníctvom preddefinovaných automatic­kých scenárov zobrazených 3D simuláciou video­sekvencií.

Školiace pracovisko tunelových špecialistov

Na tieto podnety automaticky reaguje pracovisko operátora, systém simulácie CRS a systém 3D simulácie kamerového dohľadu. Pracovisko koordinátora je fyzicky umiestnené vedľa pracoviska operátora. To umožňuje koordinátorovi sledovať a vyhodnocovať zásahy operátora v prípade podnetov, ktoré mu nasimuluje. Koordinátor má k dispozícii technologickú obrazovku, na ktorej sú v prehľadnej tabuľkovej forme rozmiestnené jednotlivé technologické celky s príslušnými technologickými objektmi. Každý technologický objekt umožňuje nasimulovať všetky poruchové a prevádzkové stavy, ktoré môžu v reálnej prevádzke nastať.

Koordinátor môže nasimulovať jednu poruchu či jeden prevádzkový stav konkrétneho zariadenia, alebo sa môže rozhodnúť nasimulovať niekoľko porúch a stavov zariadení súčasne. Okrem modifikovania reakcií techno­logických zariadení tunela môže koordinátor ovplyvňovať aj dopravné zariadenia (premen­né dopravné značky, cestnú svetelnú signalizáciu, rampy…). Dokonca môže generovať ich poruchy alebo neštandardné reakcie.

Záver

Najväčšou výhodou simulátora riadenia tunelov je, že operátori si môžu overiť rôzne prevádzkové stavy podľa dokumentácie (operatívna karta tunela) určenej na prípad poruchy, nehody, požiaru, živelnej pohromy a pod., čo nie je možné pri bežnej prevádzke. Záverečný priestor využijeme na poďakovanie kolektívu riešiteľov z Centra výskumu v doprave pod vedením prof. Ing. Františka Schlossera, CSc., za cenné rady a usmernenia počas realizácie simulátora riadenia tunelov.

TEXT: Ing. Igor Jamnický
FOTO: autor, Ing. Marek Ivan

Igor Jamnický je riaditeľom úseku dopravných technológií v PPA INŽINIERING, s. r. o., Bratislava.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske Stavby/Inženýrské stavby