Skąd światła wiedzą, że czekasz na zielone

Do szkoły jeżdżę latem rowerem, przez most z Radziwia. Po drodze jest jedno skrzyżowanie, na którym długo stałem i stałem, a zielone nie przychodziło. Kiedy za mną podjechało auto, światła zmieniały się po kilkunastu sekundach. Przez chwilę podejrzewałem, że sygnalizacja ma coś do rowerzystów po pięćdziesiątce. Potem przyjrzałem się asfaltowi przed linią zatrzymania. W nawierzchni były wycięte prostokąty zalane czarną masą, a pod nimi leżał drut.

Z czego się składa

1. Sygnalizatory - same lampy, dziś prawie wyłącznie diodowe, na słupach i wysięgnikach.
2. Detektory - pętle indukcyjne w jezdni, kamery, czujniki radarowe, przyciski dla pieszych.
3. Sterownik - komputer w szarej szafce przy skrzyżowaniu, który decyduje, kto i jak długo ma zielone.
4. Moduł kontroli bezpieczeństwa - część sterownika, która pilnuje, żeby nie zapaliły się sprzeczne sygnały.
5. Okablowanie - kable w kanalizacji kablowej, łączące wszystko z szafką.
6. Łączność - w miastach z systemem sterowania ruchem połączenie z centrum, które koordynuje sąsiednie skrzyżowania.

Drut w asfalcie wyczuwa metal

Pętla indukcyjna to kilka zwojów przewodu ułożonych w prostokąt w nacięciu nawierzchni i zalanych masą. Uczniowie mechatroniki rozpoznają ją od razu, kiedy narysuję ją na tablicy: to zwykła cewka, tyle że płaska i wielkości miejsca parkingowego. Do pętli podłącza się detektor, czyli układ, który puszcza przez nią zmienny prąd i mierzy jej indukcyjność, w praktyce przez częstotliwość drgań obwodu.

Gdy nad pętlą stanie samochód, w metalowym podwoziu indukują się prądy wirowe. Osłabiają one pole pętli, jej indukcyjność spada i zmienia się częstotliwość obwodu. Detektor to wyłapuje i wysyła do sterownika sygnał, że ktoś stoi. Pętla nie waży auta ani nie liczy pasażerów. Wykrywa tylko, że nad nią pojawiło się dużo metalu.

I tu wyjaśniła się sprawa mojego roweru. Rower ma mało metalu i jest wąski, więc kiedy stoi z boku pętli, detektor może go w ogóle nie zauważyć. Niektóre miasta malują na jezdni miejsce, w którym rowerzysta ma się ustawić, albo montują osobne pętle i przyciski dla rowerów. U mnie wystarczyło stanąć kołami dokładnie nad nacięciem. Od tamtej pory ustawiam się tam jak po sznurku.

Pętle mają swoje słabe strony. Zbrojenie w betonowej nawierzchni zmniejsza ich czułość, bo samo też jest metalem. Remont, frezowanie albo pęknięcie asfaltu potrafi przerwać przewód. Sterownik zwykle traktuje wtedy uszkodzoną pętlę tak, jakby pojazd stał na niej bez przerwy, żeby nikt nie czekał w nieskończoność.

Coraz częściej zamiast pętli albo obok nich montuje się na wysięgnikach kamery wideodetekcji i czujniki radarowe. Nie trzeba ciąć asfaltu, a jeden czujnik obejmuje kilka pasów. One też mają swoje kłopoty: nisko stojące słońce, śnieg, mgła, pajęczyna na obiektywie.

Czy przycisk dla pieszych coś daje

Przycisk dla pieszych montuje się na słupie, zwykle na wysokości około 1,2-1,35 m. Na skrzyżowaniach sterowanych z detektorów naciśnięcie przycisku to zgłoszenie: bez niego faza dla pieszych może się w ogóle nie pojawić. Na skrzyżowaniach stałoczasowych, które pracują według sztywnego planu, zielone dla pieszych przychodzi w swoim czasie i naciskanie niczego nie przyspieszy. Z zewnątrz trudno to odróżnić. Czasem podpowiada napis na tabliczce albo lampka „zgłoszenie przyjęte” przy przycisku.

Szafka sprawdza sama siebie

Sterownik ma program, czyli ustalony plan faz. W trybie stałoczasowym każda faza trwa zawsze tyle samo. W trybie akomodacyjnym sterownik wydłuża albo skraca fazy w granicach ustawionych przez projektanta, zależnie od tego, co zgłaszają detektory. Dzięki temu pusta ulica nie dostaje zielonego tylko dlatego, że wypadła jej kolej.

Granice wyznaczają przepisy o sygnałach drogowych. Żółte trwa zwykle 3 sekundy, a tam, gdzie wolno jechać szybciej niż 50 km/h, dłużej. Zielone dla pojazdów nie może trwać krócej niż 8 sekund, dla tramwajów i autobusów na wydzielonych sygnałach 7. Czas zielonego dla pieszych projektant liczy z szerokości jezdni i z tego, jak szybko ludzie przechodzą.

Najważniejsza część szafki to moduł bezpieczeństwa, który nie ufa reszcie sterownika. Sprawdza, czy nie świecą się naraz zielone dla kierunków, które się przecinają, i czy czerwone lampy w ogóle świecą. Jeśli coś się nie zgadza, sygnalizacja przechodzi na żółte pulsujące albo się wyłącza i obowiązują znaki. Lepsze skrzyżowanie bez świateł niż takie, na którym światła pokazują bzdury.

Zielona fala na długiej ulicy

Pojedyncze skrzyżowanie to jedno, ale na długiej ulicy z kilkoma sygnalizacjami liczy się też to, jak są ze sobą zgrane. Jeśli każda pracuje po swojemu, kierowca staje na każdych światłach. Jeśli sterowniki mają wspólny zegar, a początki zielonego są przesunięte względem siebie, kolumna aut jadąca z rozsądną prędkością trafia na kolejne zielone. To jest właśnie zielona fala, a wylicza się ją prosto: odległość między skrzyżowaniami dzielona przez prędkość.

W większych miastach sterowniki są połączone z centrum sterowania ruchem. Spływają tam dane z detektorów z całego miasta, a system może zmieniać plany pracy w zależności od pory dnia i natężenia ruchu. Tramwaje i autobusy często mają priorytet: pojazd zgłasza się sterownikowi przed skrzyżowaniem, a ten wydłuża mu zielone albo skraca czekanie. Pasażerowie tego nie widzą, za to kierowcy czasem się złoszczą, że „znowu tramwaj ma zielone”.