Sygnalizacja i zabezpieczenia ruchu > Sygnalizacja świetlna

1) Ogólny opis sygnalizacji świetlnej
Obrazy sygnałowe są wyświetlane na sygnalizatorach świetlnych. Sygnalizator składa się z oprawy (głowicy) złożonej z jednej, dwóch lub trzech komór i umieszczonej najczęściej na słupie.

   
Sygnalizator dwukomorowy - ST

Jeżeli wymagane jest, aby wskazanie sygnału powyższego sygnalizatora dotyczyło konkretnego kierunku jazdy, to stosuje się nad głowicą "tabliczkę kierunku jazdy" ze strzałką, informującą którego kierunku dany sygnalizator dotyczy. W takim przypadku sygnalizatory te są sygnalizatorami kierunkowymi STK.

Sygnalizator kierunkowy STK

W niektórych miastach stosuje się również zintegrowane sygnalizatory kierunkowe, umożliwiające wyświetlanie sygnałów zezwalających lub zabraniających jazdy dla różnych kierunków na jednej głowicy sygnalizatora.

   
Sygnalizator wielokierunkowy - STT

Sygnały zezwalające na jazdę wyświetlane przez sygnalizatory kierunkowe STK i STT oznaczają, że przejazd nie ma kolizji z innymi kierunkami ruchu.

Elementami świetlnymi sygnalizatorów mogą być żarówki żarowe lub zespół diod LED (Light Emitting Diodes). To drugie rozwiązanie jest nowocześniejsze i bardziej ekonomiczne, gdyż diody LED zużywają o wiele mniej energii elektrycznej niż żarówki i są znacznie trwalsze.

   
Sygnalizator dwukomorowy ST żarówkowy (otwarta komora)

   
Sygnalizator ST dwukomorowy LED

   
Sygnalizator STT wielokierunkowy LED


   
Zestaw sygnalizatorów ST 2 i 3 komorowych kierunkowych w tym sygnalizator dla autobusów

   
Zestaw sygnalizatorów: wielokierunkowy STT dla tramwajów i 3 komorowe dla autobusów

Poniżej wykaz obrazów sygnałowych na sygnalizatorach tramwajowych.

Sygnały na sygnalizatorach ST/ STK




Sygnały na sygnalizatorach STT

 
Sygnał "stój" (1) i sygnał zezwalający na jazdę w prawo (2)

Sygnalizacja świetlna sterowana jest automatycznie przez systemy sterowania w tym urządzenia znajdujące się w specjalnych szafach aparatowych znajdujących się w pobliżu miejsca zainstalowania sygnalizacji świetlnej.



2) Sygnalizacja wzbudzana
Sygnalizacja wzbudzana polega na tym, że występuje zewnętrzna ingerencja w cykl pracy sygnalizacji świetlnej.
Ingerencja ta może być realizowana przez człowieka lub poprzez sam pojazd zbliżający się do miejsca z zastosowaną sygnalizacją świetlną.


a) Sygnalizacja wzbudzana przez prowadzącego pojazd
Istnieje kilka sposobów wzbudzania sygnalizacji świetlenej przez prowadzącego pojazd. Do tego celu wykorzystuje się zdalne wysyłanie impulsów w paśmie radiowym lub promieni podczerwonych lub też poprzez wciśnięcie przycisku zainstalowanego na sygnalizatorze (tak jak przy przejściu dla pieszych).

   
Przyciski wzbudzania sygnalizacji dla motorniczych na słupie sygnalizatora dla dwóch kierunków jazdy 


Powyższe rozwiązanie stosowane jest dla sytuacji nietypowych, gdy przykładowo nieprawidłowo działają systemy wzbudzania zdalnego. Aby wzbudzić sygnalizację prowadzący musi wyjść z pojazdu i nacisnąć przycisk na słupie sygnalizatora. 

Jednym z systemów zdalnego wzbudzania sygnalizacji przez prowadzącego jest system podczerwieni. W systemie tym, prowadzący pojazd wysyła impuls w paśmie podczerwieni wciskając odpowiedni przycisk na nadajniku podczerwieni, który zainstalowany jest na pulpicie sterowniczym tramwaju.
Z nadajnika fala promieni podczerwonych biegnie do odbiornika podczerwieni umieszczonego z reguły na przewodzie jezdnym sieci trakcyjnej lub na osobnej konstrukcji wsporczej w rejonie działania nadajnika.


   
Nadajniki podczerwieni na pulpitach

   
Nadajniki podczerwieni wbudowane w pulpit


     
Odbiornik podczerwieni na przewodzie jezdnym


 
Schemat działania systemu podczerwieni

Przyciśnięcie na nadajniku prawego przycisku dotyczy wzbudzenia sygnalizacji
dla kierunku prawego.
Przyciśnięcie na nadajniku lewego przycisku dotyczy wzbudzenia sygnalizacji
dla kierunku lewego.

Po wykonaniu przez motorniczego którejś z powyższych opcji (w zależności od zainstalowanego sygnalizatora), aparatura sterująca jest "poinformowana", że przed sygnalizatorem stoi tramwaj oczekujący na  sygnał zezwalający na jazdę.
System podczerwieni dotyczy wzbudzenia sygnalizacji świetlnej, a przy rozjazdach również jest powiązany ze zmianą ustawienia zwrotnic.

Potwierdzenie wzbudzenia sygnalizacji dla kierującego pojazdem jest wyświetlane na sygnalizatorach.

  
Obrazy sygnałowe "WŁĄCZ" - wzbudź sygnalizację

   
Obraz sygnałowy "CZEKAJ" - sygnalizacja wzbudzona dla kierunku w prawo

b) Wzbudzanie sygnalizacji przez detektory zajętości toru
Do wzbudzania sygnalizacji świetlnej przy skrzyżowaniach bez rozjazdów służy również detektor zajętości toru. Urządzenie to w swoim działaniu współpracuje z nadajnikami i odbiornikami podczerwieni. Nadajnik umieszczony w kabinie motorniczego wysyła nieprzerwanie ciągły sygnał, który dekodowany jest i zapamiętywany.

Poniżej przykład sygnalizatora ST trójkomorowego z dwoma komorami "Stój" oraz komorami dodatkowymi dotyczącymi wzbudzania oraz przygotowania do jazdy. Tablica nad sygnalizatorami informuje o wymaganej odległości zatrzymania, aby doszło do prawidłowego wykrycia pojazdu i wzbudzenia sygnalizacji.


Sygnalizator trójkomorowy ST z dwoma komorami "stój" oraz dodatkowymi komorami sygnałowymi:
G - jeżeli podświetlona - sygnalizacja wzbudzona
D - jeżeli podświetlona - zamknij drzwi i przygotuj się do jazdy




c) Wzbudzanie sygnalizacji przez detektor indukcyjny
Innym sposobem wzbudzania sygnalizacji jest zastosowanie detektora indukcyjnego, którego czujnikami są indukcyjne czujniki pętlowe wykonane z drutu, tworzącego tak zwaną pętlę indukcyjną.
Detektor taki zabudowany jest w przestrzeni międzyszynowej. Podstawą działania takiego detektora jest zjawisko prądów wirowych, które występują wszędzie tam, gdzie w obszarze występowania zmiennego pola magnetycznego znajdzie się obiekt metalowy. Omawiane pętle indukcyjne zasilane są z reguły napięciem przemiennym. Prąd w uzwojeniu czujnika wytwarza pole magnetyczne (tzw. pole pierwotne), które natrafiając na obiekt metalowy (pojazd) generuje w nim prądy wirowe, osłabiające to pole. W efekcie tych zmian sterownik otrzymuje informację o obecności pojazdu i np. jego położeniu, gabarycie, prędkości oraz typie pojazdu. Czujniki pętlowe są odpowiednio kalibrowane, aby np. wykrywały tramwaj, a nie inny pojazd.
W zależności od rozmieszczenia czujników i sposobu zaprogramowania układu wzbudzania możliwe jest sterowanie sygnalizacją świetlną z nadaniem odpowiednich priorytetów. Z punktu widzenia komunikacji tramwajowej idealnym rozwiązaniem jest, gdy tramwaj dojeżdżając do sygnalizacji nie musi się zatrzymywać tylko z odpowiednim wyprzedzeniem sterowniki sygnalizacji ustawiają sygnał zezwalający. Niestety w wielu przypadkach jest tak, że tramwaj dostaje sygnał zezwalający na jazdę tuż po zatrzymaniu przed sygnalizatorem. Przy dużych skrzyżowaniach zrozumiałe może być, że postój tramwaju jest uzasadniony ze względu na całokształt ruchu. Zupełnie niezrozumiałe jest np. zatrzymywanie tramwaju (po to by zaraz ruszyć) np. przed ulicą o małym natężeniu ruchu czy przejściem dla pieszych.

   
Detektor indukcyjny (czujnik pętlowy zalany betonem, czujnik pętlowy i miejsce pod czujnik) 


Detektor indukcyjny bezpośrednio mocowany do nawierzchni torowej bez betonowej obudowy


Detektor indukcyjny w nawierzchni bitumicznej jezdni

W przestrzeni międzyszynowej ustawia się czasem dwa lub więcej detektorów. Jeden instaluje się tuż przed sygnalizacją świetlną, a drugi w odległości dalszej niż długość pociągu tramwajowego. Takie rozwiązanie umożliwia przesyłanie informacji do sterowników sygnalizacji świetlnej o tym, że tramwaj zbliża się do skrzyżowania lub, że stoi już przed skrzyżowaniem oczekując na "zielone światło".

   
Detektor idukcyjny tuż przed skrzyżowaniem z sygnalizacją oraz jako drugi

d) Wzbudzanie sygnalizacji przez systemy radiowe
Rozwiązanie to wymaga wyposażenia pojazdów w nadajniki radiowe, a infrastrukturę w odpowiednie odbiorniki. Nadajnik tramwaju zbliżającego się do miejsca z sygnalizacją świetlną komunikuje się radiowo z odbiornikami w infrastrukturze. W wyniku tego sterowniki otrzymują meldunki o zbliżaniu się tramwaju i przygotowują układ sygnalizacji do jak najszybszego wyświetlenia sygnału zezwalającego na jazdę. Komunikacja radiowa w ramach transmisji danych pozwala również na przesyłanie dodatkowych informacji o zbliżającym się tramwaju drogą radiową nie tylko do sterowników sygnalizacji, ale również innych odbiorników.

e) Wzbudzanie sygnalizacji przez pozycjonowanie GPS i systemy radiowe
W przypadku zastosowania systemu pozycjonowania satelitarnego wzbudzanie sygnalizacji może odbywać się na zasadzie odniesienia aktualnej pozycji pojazdu w stosunku do skrzyżowania, na którym jest zastosowana sygnalizacja świetlna.  Układy te działają zasadniczo w ramach obszarowych systemów zarządzania ruchem. Dzięki śledzeniu bieżącej pozycji pojazdu oraz możliwości odniesienia tej pozycji do ustalonego rozkładu jazdy, specjalistyczne oprogramowanie jest w stanie sterować cyklami sygnalizacji świetlnej tak, aby przejazd tramwaju przez skrzyżowania był możliwie płynny oraz, aby nie dochodziło na przykład do sytuacji, że pojazd opóźniony będzie stał na skrzyżowaniu tracąc kolejny czas lub też przed nim przepuszczony będzie inny pojazd, który nie ma opóźnienia.
Sygnalizacja wzbudzana w systemie GPS współpracuje również z innymi systemami wzbudzania.

Antena GPS na dachu tramwaju

 
Informacja o wzbudzeniu sygnalziacji według sygnału zamknięcia drzwi

Systemy obszarowego sterowania ruchem z wykorzystaniem pozycjonowania satelitarnego GPS są również zintegrowane z systemami dynamicznej informacji pasażerskiej (SDIP), dzięki czemu na wyświetlaczach przystankowych podawany jest szacunkowy czas przyjazdu tramwajów.


Wyświetlacze przystankowe systemu DIP

Na przykładzie systemu wzbudzania sygnalizacji w Krakowie, informacja o wzbudzeniu sygnalizacji jest wyświetlana przez dedykowaną komorę sygnalizatora. W stanie zasadniczym nie jest wyświetlany żaden obraz - komora jest ciemna. Gdy nastąpi wzbudzenie przez któryś z powyższych systemów, wyświetla się napis "CZEKAJ". Jeżeli napis ten zacznie migać to znaczy, że za chwilę zostanie podany sygnał zezwalający na jazdę, co pozwala prowadzącemu tramwaj przygotować się do kontynuowania jazdy. Po podaniu sygnału zezwalającego na jazdę, komora wygasza się - przechodzi w stan czuwania, aż następny pojazd wzbudzi sygnalizację.

 
Obraz sygnałowy "CZEKAJ" - sygnalizacja wzbudzona

Poniżej przykład sygnalizatorów pomocniczych systemu obszarowego sterowania ruchem ITS we Wrocławiu, zamontowanych nad sygnalizatorem STT. Pojedyncza komora sygnałowa odnosi się dla danego kierunku jazdy. Po wykryciu pojazdu przez system (wzbudzeniu), na danym sygnalizatorze wyświetla się sygnał w kształcie rombu. Przed podaniem sygnału zezwalającego pojawia się strzałka, a następnie wyświetla się cyfrowo odliczanie: 3, 2, 1 po czym sygnalizator świetlny STT wyświetla sygnał zezwalający na jazdę dla danego kierunku, a komora sygnalizatora pomocniczego wygasza się.


Sygnalizatory pomocnicze systemu ITS nad sygnalizatorem STT

3) Sygnalizacja odliczająca
Przy niektórych skrzyżowaniach, między innymi we Wrocławiu, zainstalowane są sygnalizatory odliczające czas pozostały do zmiany sygnału na zezwalający na jazdę. Przykładowo, jeżeli wzbudzona zostanie sygnalizacja dla kierunku, do którego odnosi się sygnalizator, wyświetla się na nim symbol litery C - "CZEKAJ" - motorniczy ma czekać na uzyskanie sygnału zezwalającego na jazdę.

 


Na dziesięć sekund przed zmianą sygnału na sygnał zezwalający na jazdę, omawiany sygnalizator wyświetla odliczany czas w sekundach od 9 do 0. Po wyświetleniu się cyfry 0 następuje wyświetlenie sygnału zezwalającego na jazdę.

 
Sygnalizacja odliczająca

4) Sygnalizacja zwykła
Polega na wyświetlaniu obrazów sygnałowych bez ingerencji prowadzącego pojazd. Sygnały zmieniają się w zaprogramowanych odstępach czasu (według ustalonych cykli).

5) Sygnalizacja samoczynnej blokady liniowej
Sygnalizacja taka jest stosowana jest np. w tunelu Krakowskiego Szybkiego Tramwaju. Tunel podzielono na odcinki (odstępy) szlakowe zabezpieczone sygnalizatorami wyświetlającymi światło czerwone lub zielone, przy czym to drugie jest światłem zasadniczym (jak na kolei w SBL). Przejeżdżające tramwaje oddziaływają na czujniki torowe, za pośrednictwem których aparatura sterująca wyświetla odpowiednie sygnały na sygnalizatorach zgodnie z zajętością odcinków.
Układy te służą zabezpieczeniu ruchu w tunelu - motorniczy tramwaju poprzez sygnały na sygnalizatorach jest informowany czy na odcinku, na który chce wjechać znajduje się inny tramwaj. System ten został zastosowany ze względu na ograniczoną widoczność w tunelu i konieczność upewnienia prowadzącego o wolnym lub zajętym kolejnym odcinku trasy w tunelu.

Sygnalizator SBL w tunelu



Czujnik torowy


 
Sygnalizatory w tunelu