Systém monitorování dopravní zátěže

Systém internetu věcí plošně monitorující dopady dopravy na kvalitu ovzduší ve městech, který sestává ze senzorické sítě dopravního proudu a senzorické sítě kvality ovzduší.

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 senzorického systému, jehož výstupy slouží jako spouštěče definovaných scénářů a opatření.

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

Obr. 1: Schéma architektury managementu znečištění,
tj. kontextu systém monitorování dopravní zátěže

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. Tím naplňují cíle daných městských politik, spouštějí provozní zásahy (provozní úroveň) či zpětně ovlivňují strategie města.

Systém monitorování dopravního proudu

Senzorická síť založená na principu monitoringu všech vjezdů/výjezdů do/z dané zóny. Senzory (magnetometry, kamery, radary, lidary, lasery, smyčky…) poskytují minimálně 5minutová data o dopravních intenzitách, délce a rychlosti vozidel do dopravního informační centra.

Systém monitorování kvality ovzduší

Systém sestává ze sítě stanic měření kvality ovzduší různých tříd (AQMS). Třída C měří meteorologické podmínky a oxidy dusíku, třída B navíc prachové částice a nejdražší třída A pak ještě benzen. Stanice zasílají data nejméně v 5minutových intervalech do dopravního informačního centra.

Big data management modul

Data z obou systémů, které dohromady tvoří TBMS, jsou ukládána a zpracována v big data management systému, který je součástí dopravního informačního centra. Pomocí strojového učení jsou data interpretována do podoby predikcí vývoje kvality ovzduší a automatizovaného spuštění přednastavených scénářů dle městských politik. Systém tak umožňuje nehasit již vzniklý problém (smogová situace), ale předcházet, tj. zmírňovat dopady vývoje kvality ovzduší, tj. management znečištění/ management kvality ovzduší.

Informační dopravní prvky

Big data management modul na základě predikčního modelu spouští přednastavené scénáře. Ty mohou zahrnovat i komunikaci s informačními systémy pro řidiče, jako jsou proměnné dopravní značky (ZPI/VMS), publikaci informací na webu, publikaci informací v městských webových kamerách či změna tarifů parkovacích automatů.

Funkce systému monitoringu dopravní zátěže spočívá v předávání dat mezi těmito komponentami:

• Komunikace mezi koncovým zařízením (senzorem dopravního proudu, stanicí měření kvality ovzduší) a big data management modulem dopravního informačního centra.
• Komunikace mezi big data management modulem dopravního informačního centra a informačními koncovými prvky (VMS, web, parkovací automaty).

Komunikace mezi koncovým zařízením a big data management modulem dopravního informačního centra

Senzorické sítě internetu věcí (IoT) umožňují předávat informace v blízce reálném čase pomocí radiové sítě (868MHz, LoRa, IQRF) či mobilní sítě (NBIoT). Vzhledem k požadavku na 5minutové sběry dat je využití komunikační technologie SIGFOX problematické, nicméně použitelné, pokud datová věta obsahuje data v této granularitě. Systém tak využívá lokální radiovou síť vyžadující gateway, nebo globální/telekomunikační síť.

Stanice měření kvality ovzduší jsou díky požadavkům normy (CEN TS 17378) přísné a víceméně vylučují nízkonákladové senzorické sítě, případně je lze využít pouze v kombinaci se stanicemi využívajícími standardní metody měření. Každá taková stanice tak má vlastní konektivitu do internetu skrze SIM kartu (defaultní nabídka výrobců), ale lze využít i nasazenou radiovou síť.

Data z obou systémů jsou skrze gateway, nebo napřímo, zasílána do Big data management modulu dopravního informačního centra.

Komunikace mezi big data management modulem dopravního informačního centra a koncovými informačními dopravními prvky

Sběr dlouhodobých statistických dat z obou systémů umožňuje aplikaci umělé inteligence a strojového učení pro predikci nejen dopravních intenzit, ale i dopadů dopravy na kvalitu ovzduší dle aktuální meteorologické situace. Tím lze automatizovat spouštění scénářů opatření, mezi které patří i informační služby. Centrum tak komunikuje s koncovými informačními prvky, jako jsou proměnné dopravní značky (VMS) aka zařízení pro provozní informace (ZPI) informující o hladině znečištění na dopravní infrastruktuře, publikace informací na webu Centra včetně strojově čitelných dat či změna tarifů parkovacích terminálů při zhoršené kvalitě ovzduší. Tato komunikace opět může využívat dostupné radiové sítě, či sítě mobilních operátorů.

Koncept je v EU zcela nový, byť je využíván např. v Bangkoku. Evropské zelené politiky dlouhodobě cílí na zlepšení kvality ovzduší ve městech, například zaváděním nízkoemisních zón. S některými městy jsou vedeny i soudní spory (např. s Prahou). Města v ČR i samotní občané tento problém nevnímají jako zásadní, což brání i zavádění podobných systémů. Studii proveditelnosti má zpracovánu například město Brno. Systém je technologickou podporou pro zavádění nízkoemisních zón, taktického urbanismu, tzv. Superbloků, či managementu znečištění ovzduší.

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)

Měření kvality ovzduší

EN 12341, Ambient air – Standard gravimetric measurement method for the determination of the PM10 or PM2,5 mass concentration of suspended particulate matter

EN 14211, Ambient air – Standard method for the measurement of the concentration of nitrogen dioxide and nitrogen monoxide by chemiluminescence

EN 14662-3, Ambient air – Standard method for the measurement of benzene concentrations – Part 3: Automated pumped sampling with in situ gas chromatography

EN 14212, Ambient air - Standard method for the measurement of the concentration of sulphur dioxide by ultraviolet fluorescence

EN 14625, Ambient air quality. Standard method for the measurement of the concentration of ozone by ultraviolet photometry

EN 14626, Ambient air quality. Standard method for the measurement of the concentration of carbon monoxide by nondispersive infrared spectroscopy

EN 14662-1, Ambient air – Standard method for the measurement of benzene concentrations – Part 1: Pumped sampling followed by thermal desorption and gas chromatography

EN 14662-2, Ambient air – Standard method for the measurement of benzene concentrations – Part 2: Pumped sampling followed by solvent desorption and gas chromatography

EN 14662-4, Ambient air – Standard method for the measurement of benzene concentrations – Part 4: Diffusive sampling followed by thermal desorption and gas chromatography

EN 14662-5, Ambient air quality - Standard method for measurement of benzene concentrations - Part 5: Diffusive sampling followed by solvent desorption and gas chromatography

EN 15549, Air quality - Standard method for the measurement of the concentration of benzo[a]pyrene in ambient air

EN 14902, Ambient air quality - Standard method for the measurement of Pb, Cd, As and Ni in the PM10 fraction of suspended particulate matter

Proměnné dopravní značení

EN 12966-1, Road vertical signs - Variable message traffic signs - Part 1: Product standard

EN 12966-2, Road vertical signs - Variable message traffic signs - Part 2: Initial type testing

EN 12966-3, Road vertical signs - Variable message traffic signs - Part 3: Factory production control

Parkovací terminály

EN 12414, Vehicle parking control equipment — Requirements on a parking terminal

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, Management znečištění ovzduší
Podskupiny: Plán kvality ovzduší, Superblok, Stanice měření kvality ovzduší