Management znečištění ovzduší

Systém řízení města uplatňující opatření pro vyšší kvalitu ovzduší na základě automaticky spouštěných scénářů a opatření. Tyto scénáře jsou spouštěny na základě dat ze systému monitorování dopravní zátěže (tj. systém monitorování vlivu dopravy na kvalitu ovzduší).

Více než pětina městské populace v EU je vystavena znečištění ovzduší, které překračuje mezní hodnoty EU. Od roku 2013 byla v 22 členských státech EU zaznamenána překročení denní mezní hodnoty PM10, v 19 státech byly překročeny limity NO2. Teoreticky se občané ve všech těchto zemích mohou obrátit na soud s požadavkem, aby byla přijata opatření. Ve skutečnosti jsou pro ně vnitrostátní pravidla a postupy často velmi obtížné. "Zákony EU poskytují občanům některá možná řešení těchto obtíží tím, že jim zaručují práva na určité postupy. Domácí soudy jsou povinny provádět právní předpisy EU, a to i v případě, že to vyžaduje zrušení neslučitelných vnitrostátních právních předpisů. Domácí soudy musí uplatňovat práva EU tím, že poskytují účinné opravné prostředky.

Aby se předešlo stížnostem občanů, měla by být stanovena důkladná politika kvality ovzduší s odpovídajícími opatřeními, jejichž efektivní prosazování je možné provádět pouze pomocí technologií. Tato metodika poskytuje návod i požadavky na to, jak nastavit koncepční strategie a jak nasadit spolehlivé a škálovatelné technologie pro průběžnou nebo pravidelnou kontrolu kvality ovzduší a jak reagovat na překročení limitů odpovídajícími opatřeními. Stabilní měření znečištění ve spojení s jasně stanoveným politickým krokem je způsobem, jak dosáhnout požadovaného zlepšení kvality ovzduší ve městech EU podle příslušných směrnic EU.

Město má za cíl zlepšit kvalitu ovzduší dle svého Plánu kvality ovzduší, případně dle Plánu udržitelné mobility (SUMP). Pro efektivní rozhodování, např. při smogové situaci, město potřebuje zavést opatření, která mají dlouhodobý (strategický), nebo okamžitý (provozní) dopad, ideálně formou automaticky spouštěných scénářů. Takový koncept, tzv. management znečištění ovzduší, vyžaduje technologickou podporu v podobě systému monitorování dopravní zátěže, jehož výstupy slouží jako spouštěče definovaných scénářů a opatření.

Kromě technologické podpory management znečištění ovzduší vyžaduje politiku, tj. městskou strategii (zejména Plán kvality ovzduší), který definuje cíle města v oblasti kvality ovzduší a podporovaná opatření. Management znečištění ovzduší je tak souborem automaticky spouštěných opatření pro strategické i provozní účely.

management znečištění ovzduší – aplikace regulací a politik umožňujících regulovat vjezd vybraných tříd vozidel do daných oblastí a pro řízené využívání např. parkování, s cílem zlepšit kvalitu ovzduší v dané oblasti (synonymem je management kvality ovzduší)

systém monitorování dopravní zátěže (traffic burden monitoring system, TBMS) – systém plošného monitorování vlivu dopravy na kvalitu ovzduší v dané zóně v rozlišení ulice za použití technologie pro monitorování dopravního proudu a stanice AQMS.

stanice měření kvality ovzduší (air quality monitoring station, AQMS) – zařízení pro měření znečištění ovzduší, nasazené ideálně v podobě senzorické sítě, založené na referenčních metodách měření, definovaných obecně v Rozhodnutí EO/97/101/ES

geofencing – vytvoření virtuálního geografického ohraničení

znečišťující látky, polutanty – výskyt znečišťujících částic, které svou přítomností v ovzduší způsobují negativní dopady na lidské zdraví nebo prostředí nebo obtěžují zápachem

scénáře managementu znečištění - vedení města stanoví opatření, která bude podnikat, pokud je detekováno vyšší znečištění. Úrovně znečištění stanoví senzorický systém. Překročením mezních hodnot se následně skrze dopravní informační centrum aplikují připravená opatření

Big Data - data ze senzorických sítí dopravy a kvality ovzduší umožňují predikovat vývoj kvality ovzduší ve městě a upozornit tak na nebezpečí překročení mezní hodnoty znečištění. Tyto vstupy by měly sloužit k podniknutí takových opatření, které by zamezily riziku překročení mezní hodnoty či toto riziko významně snížily.

Parkovací automaty - jedním z možných opatření je i digitální parkovací politika reagující na úrovně znečištění, která vyžaduje i flexibilní (plovoucí) cenu parkovného

Obr. 1: Schéma architektury managementu znečištění

Architektura tak sestává ze tří vrstev:

• strategické, tj. schválené strategie města v podobě dokumentů, které definují mezní hodnoty a spouštěné scénáře či opatření
• provozní, tj. řízení systému z centra a provedení konkrétních kroků na základě vstupů ze strategické a technologické vrstvy, a
• technologické, tj. poskytování dat ze senzorických sítí do centra.

Senzorické sítě dopravního proudu a kvality ovzduší předávají data o počtu vozidel, jejich délce a rychlosti, respektive naměřených hodnotách oxidů dusíku, prachových částicích a benzenu (dle kategorie stanice měření kvality ovzduší A, B či C) do Dopravního informačního centra, které v big data modulu zpracovává data a provádí nezbytná opatření dle stanovených scénářů managementu znečištění.

Scénáře se spouští při přesáhnutí mezních hodnot znečišťujících látek v ovzduší, případně po zavedení strojového učení ještě před jejich dosažením na základě predikce vývoje kvality ovzduší. Tím naplňují cíle daných městských politik, spouštějí provozní zásahy (provozní úroveň) či zpětně ovlivňují strategie města. Systém managementu znečištění postavený na automatickém spouštění scénářů se tak opírá o tzv. index kvality ovzduší a hodnoty sledovaných hodnot znečišťujících látek, uvedený v následující tabulce.

Index kvality ovzduší a jednotlivé meze pro vybrané škodliviny

Systém sestává z těchto funkcí:

• sběru dat ze senzorických sítí
• vyhodnocení big dat s ohledem na mezní hodnoty znečištění a spuštění konkrétní aktivity dle definovaných scénářů a opatření
• definování mezních hodnot, scénářů a opatření na základě politického rozhodnutí v souladu s městskými strategickými dokumenty a jejich aktualizace na základě reálných hodnot, tj. zpětné vazby ze senzorických systémů

Pro definování konkrétních kroků v rámci scénářů lze vybírat z mnoha opatření managementu znečištění ovzduší, které lze klasifikovat do těchto kategorií:

• PUSH/represivní: produkce emisí (vozidla s nízkými emisemi uhlíku, s nulovými emisemi)
• PUSH/represivní: omezení dopravního provozu (regulace parkování, omezení přístupu)
• PULL/motivační: motivace lidí (služby s přidanou hodnotou, alternativní dopravní prostředky)
• PULL/motivační: absorpce emisí (přírodní a technologické nástroje)

Produkce emisí

Vedle činností výrobců vozidel, Evropské Unie nebo členských států vedoucích k regulaci nebo dokonce kvótám na vozidla s nulovými emisemi mohou i města významně přispět. Města mohou podpořit přechod na nízkouhlíkovou ekonomiku různými opatřeními:

• "in-house" investice do renovace městských flotil, tj. nákupu nízkouhlíkových vozidel pro veřejnou dopravu, městskou policii a jiné obecní služby, jako je nakládání s odpady
• zelené zadávání veřejných zakázek, tj. požadavky na dodavatele měst, aby používali nízkouhlíková vozidla při poskytování služeb pro město

Omezení dopravního provozu

Nejúčinnější opatření jsou ta restriktivní. Vyžadují technologie, které umožňují dohled nad nastavenými pravidly. Mohou být rozděleny na:

• regulace parkování, tzn. regulace parkování návštěvníků zavedením parkovacích zón s rozdílnou cenou a rezidentním parkováním
• regulace přístupu, tj. nízkoemisní zóny, zóny s omezeným vjezdem a mýtné

Motivace lidí

Opatření omezující dopravu musí být doplněna o motivační opatření, která umožní lidem, aby si zvolili alternativní volbu pro své cestovní chování. Mohou být rozděleny na:

• alternativní dopravní prostředky, tj. sdílení služeb, jako je sdílení vozidel (carsharing); sdílení skútrů; sdílení kol; přepravní služby na vyžádání (on-demand, ridesourcing, ridesplitting a e-Hail); sdílení jízdy (ridesharing); alternativní tranzitní služby (meziměstské autobusy a mikrotransit); služby kurýrní sítě
• integrované služby, systém integrované mobility založený na informační úrovni, tj. sdílení dat (městská/ krajská platforma mobility, aplikace pro plánování cesty) a úroveň odbavení, tj. jednotné ceny jízdného (veřejná doprava jako páteř pro další propojené alternativní dopravní prostředky se společným zúčtovacím střediskem, odbavovací systém založený na uživatelských účtech)

Absorpce emisí

Tato opatření poskytují řešení pro znečištěné oblasti s cílem snížit úroveň znečištění lokálního prostředí. Ty lze rozdělit na:

• řešení založená na přírodě, tj. výsadba stromů a rozšiřování zelených ploch k zachycení a / nebo filtraci prachových částic
• řešení založená na technologii, tj. čištění prachu z ulic, kropení ulic a rozmístění "inteligentních" technologií (tzv. cleantech) jako jsou pračky vzduchu nebo fasády budov s vrstvou oxidu titaničitého.

Aplikace opatření

Systém managementu znečištění ovzduší tak staví na:

• Plánu kvality ovzduší (strategie města) nastavující programovou podporu pro jednotlivá opatření a jeho provázání se souvisejícími strategiemi a plány (např. SUMP)
• Vytvoření scénářů, tj. schématu opatření a mezních hodnot jednotlivých polutantů v podobě indexů kvality ovzduší, při jejichž dosažení se automaticky spouštějí provozní či strategická opatření

Nasazení systému monitorování dopravní zátěže jako standardního zdroje big dat pro automatizaci rozhodovacích procesů

Funkce systému managementu znečištění tak spočívá v předávání dat mezi těmito komponentami:

• Komunikace mezi TBMS, big data management modulem dopravního informačního centra a informačními koncovými prvky (VMS, web, parkovací automaty).
• Komunikace mezi big data modulem dopravního informačního centra a politickou reprezentací města a veřejností

Komunikace v rámci TBMS

Je popsána v heslu TBMS.

Komunikace mezi big data modulem dopravního informačního centra a politickou reprezentací města a veřejností

Management znečištění ovzduší při dosažení konkrétního indexu kvality ovzduší spouští kromě provozních scénářů krizového řízení (zvýšení ceny parkovného, výjezd kropicích vozů apod.) také strategické scénáře jako zpětnou vazbu pro strategii města. Například překročení hladin benzenu by mělo vést k vyšší podpoře městských programů, např. podpoře green contracting, obměně vozového parku, podpoře nízkouhlíkové mobility či opatření pro absorpci škodlivin v ovzduší na zasažených místech města. Rada města, coby krizový politický orgán, by měla být informována jak provozně (např. formou notifikací na mobilní telefon), tak strategicky (statistika indexů kvality ovzduší v dashboardu vedení města či na webovém portálu města pro veřejnost)

V kontextu evropských politik je management znečištění ovzduší spojován s elektromobilitou, emisními povolenkami a vodíkovou ekonomikou, digitální parkovací politikou či regulací vjezdu do zóny. Z hlediska inteligentních dopravních systémů existují dva filozofické přístupy: –

• aktivní dohled, tj. tvrdá regulace vjezdu pomocí kooperativních systémů umožňující až vynucení změny pohonu u hybridních vozidel (pomocí C-ITS, zatím neaplikováno) či pomocí kamerového systému (ANPR) kontrolujícího vjezd do zóny pomocí kontroly RZ vozidel, a
• technologicky pasivní přístup, tj. využití umělé inteligence a strojového učení pro spuštění předefinovaných scénářů a opatření na základě big dat o dopravních intenzitách a kvalitě ovzduší (TBMS).

Zatímco první filozofie je jednoúčelová, druhá cílí i na získání dat k lepšímu územnímu plánování a dalším částem digitálního dvojčete města.

Příklady dobré praxe lze nalézt v plně digitální parkovací politice Amsterdamu, nově zaváděných dopravních regulací Londýna či Paříže či zcela nového mýtného systému v Birminghamu v rámci tzv. Clean Air Zone (2021).

Přehled norem definujících požadavky na systém monitorování dopravní zátěže:

Management znečištění ovzduší

CEN/TS 17380 (řízení vjezdu do zóny pomocí kooperativních systémů)

CEN/TS 17378 (management znečištění ovzduší na základě big dat z TBMS)

Právní rámec

Mandát M/456, COMMISSION IMPLEMENTING DECISION of 12.2.2016 on a standardisation request to the European standardisation organisations as regards Intelligent Transport Systems (ITS) in urban areas in support of Directive 2010/40/EU of the European Parliament and of the Council of 7 July 2010 on the framework for the deployment of Intelligent Transport Systems in the field of road transport and for interfaces with other modes of transport

Směrnice 2008/50/EC of the European Parliament and of the Council of 21 May 2008, on ambient air quality and cleaner air for Europe

Směrnice 2004/107/EC of the European Parliament and of the Council of 15 December 2004 relating to arsenic, cadmium, mercury, nickel and polycyclic aromatic hydrocarbons in ambient air

Směrnice 1999/30/EC of 22 April 1999 Relating to limit values for sulphur dioxide, nitrogen dioxide and oxides of nitrogen, particulate matter and lead in ambient air

Směrnice 2000/69/EC of the European Parliament and of the Council of 16 November 2000 relating to limit values for benzene and carbon monoxide in ambient air

Směrnice 2002/3/EC of the European Parliament and of the Council of 12 February 2002 relating to ozone in ambient air

Směrnice 2004/107/EC of the European Parliament and of the Council of 15 December 2004 relating to arsenic, cadmium, mercury, nickel and polycyclic aromatic hydrocarbons in ambient air

Směrnice 2010/40/EU of the European Parliament and of the Council of 7 July 2010 on the framework for the deployment of Intelligent Transport Systems in the field of road transport and for interfaces with other modes of transport

Nadskupina: Řízení dopravy na základě kvality ovzduší

Podskupiny: Plán kvality ovzduší, Superblok, TBMS, Stanice měření kvality ovzduší, C-ITS zónování