بخشی از مقاله
کاربردهاي سیستم حمل و نقل هوشمند براي راهداري زمستانی
چکیده
امروزه از تکنولوژي ITS در جهان استفادههاي زیادي میشود. یکی از موارد استفاده که مورد تایید هم میباشد، روش تکنولوژي ITS براي کنترل برف و یخبندان در راهها است. این روش هم اکنون در ایالات متحده و سایر کشورها مورد استفاده قرار میگیرد.
در این مقاله کاربردهاي بالقوة ITS براي راهداري زمستانی شرح داده میشود و جهت آشنایی بیشتر با این تکنولوژي چند مطالعـه مـوردي نیز بیان خواهد شد؛ همچنین برخی مشکلات و موانع اجرایی، فنی و سازمانی، در ارتباط با کارگیري تکنولوژي هاي پیشرفته برداشـتن بـرف و یخ از سطح جادهها، مورد بحث قرار گرفته است. انتظار میرود توجه به این چنین مسائلی به سازمانها، محققان و ارائه کنندگان سیستمها در فهم و مورد توجه قرار دادن نیازهاي کنونی و آتی و عملکردهاي راهداري زمستانی موثر واقع شود.
کلید واژهها: راهداري زمستانی، برف و یخروبی، کنترل بهمن، مدیریت تدارکات
-1 مقدمه
پیشرفت تکنولوﮊیهای کامپیوتری و مخابراتی، گزینههای جدیدی را برای بهبود روشهـای مــدیریتی راه فـراهم آورده است. در سالهای اخیر سـیستمهـای ITS در زمینــه کنـترل بــرف و یخ و شناسـایی ایـن موقعیـتهـا، عملکـرد ای منتـر ماشینالات برفروب و مدیریت تدارکات و بهبود کارایی گروههای راهداری، کمک شایانی کرده است.
]١[ ]٢[ ]٣[
حسگرهای یخ ، کنترل بهمن ، تکنولوﮊیهای هوشمند کمک کننده به راننده ، وسایل نقلیه کمکـی
]٤[ ]٥[
نمونههایی از تکنولوﮊیهای به کارگیری ITS در
اتوماتیکی و مدیریت خودکار ماشینآلات راهداری زمستانی
مدیریت و کنترل راه میباشند. در این مقاله مفـاهیم مـرتبط ارا ئه و دربـاره وضـعیت تکنولـوﮊیهـای پیشرفتـهای کــه بــه راهداری زمستانی کمک میکنند، بحث میشود. به علاوه در این مقاله مشکلات بالقوه مسائل مرتبط با به کارگیری ایــن تکنولوﮊیها، تعیین میشوند.
-2 سیستمهاي حسگر یخ
عملکرد این سیستم بسیار دقیق و سنجیده است و به جهت اینکـه بـرای مـدیریت تجهـیزات و مصـالح، رانندگــی ایمن و پیشگیری از جراحات و صدمات وارده به کاربران بسیار موثر میباشند، توجه بسیاری از سازمانهای راه در دنیا به این نوع سیستم جلب شده و در این راستا سیستمهای حسگر و جمعآوری دادههای متنوعی طراحی و ساخته شده است.
در بسیاری از موارد، این سیستم ها به سیستم های اطلاعات هواشناسی و راهداری زمستانی متصل هستند. این حسگرها بـه
دو طریق عمل میکنند: از راه دور به طور ثابت و تعبیه شده در وسایل نقلیه.
1-2 از راه دور به طور ثابت
این حس گر در محل های با دمای پایین مانند عرشــه پـل و یـا محـل هـای ســایهگــیر نصــب مــیشـوند کــه شـامل
]٦[
حسگرهای حرارتی، تجهیزات مخابراتی و ثبت داده میباشند. گاهی، حسگرهای حرارتی سیستم مدیریت روسازی
(PMS) میتواند نقش حسگر حرارتی زمستانی را بر عهده داشته باشد. این چنین سیستمهایی در چندین ایالت آمریکـا و اروپا نصب و در حال استفاده می باشند.
این نوع سیستم برای اندازهگیریهای تجمعــی یـخ در سـطح راه، از مــوج کو تاه اسـتفاده مـینمایــد و دارای دو فرستنده/ گیرنده میباشد که با فرکانس دوتایی بین ٢ و ١٠ گیگا هرتز عمل میکنند[١.] این سیستم یـک سـیگنال مـوج کوتاه با قدرت کم بین دو آنتن حساس که مقابل رفلکتورها، در دو طرف راه قرار گرفته اند، می فرستند. رفلکتـور بالایــی سیگنال را به سطح راه هدایت میکند و سپس سیگنال منعکس شــده از آن بـا انــرﮊی سـیگنالی که مستقیمــاﹰ از رفلکتـور پایینی ارسال می شود مقایسه می گردد. بزرگنمایی و فاز سیگنال منعکس شده مقدار و نوع ریزش (برف، یــخ و بـاران) در راه را نشان میدهد. مزیت این سیستم حذف تاخیرهایی است که بواسطه روش های رایج شناسایی موقعیتهای حادثه خیز راه، بوجود میآید، و هشدار مناسبی ارائه میدهد.
2-2 تعبیه شده در وسیله نقلیه
این سیستم نسبت به سیستم از راه دور مزایای بیشتری دارد که شامل: قابیلت فراهم کردن نقشه های ترموگراف یا شرایط یخ در طولی از راه می باشد.
این سیستم که شامل رادیومتر مادون قرمز و حسگرهای سطح راه، سنجشگر غلظـت مـواد شیمیایی، کامپیو تر شخصی و تلفن همراه میباشد، توسط ﮊاپن مورد آزمایش قرار گرفته است. رادیومترهای مادون قرمز و حسگرهـا بـرای اندازهگیری رطوبت، یخبندان یا تجمع برف و سنجشگر غلظت مواد شیمیایی برای اندازهگیری محتویات شیمیایی سطح راه و کامپیوتر و تلفن همراه برای تجزیه تحلیل و ارتباط با سایر وسایل نقلیه مرکز کنترل بکارگرفته میشوند.
عملکرد این سیستم به هماهنگی وسایل نقلیه گشت ســطح راه و وسـایل نقلیـهای کـه مـواد شـیمیایی را روی آن پخش میکنند، بستگی دارد. وسایل نقلیه گشت اطلاعات مربوط به شرایط سطح راه را جمعآوری و آنها را با اطلاعات
GPS مطابقت میدهند. سپس این اطلاعات مقایسه شده و در نهایت نحوه عملکرد وسـایل نقلیـه پخـش کن نده مواد شیمیایی مشخص میشود. یعنی براساس این اطلاعات محل دقیق حمل مورد نیاز برای پخش مواد شیمیایی و مقــدار مورد نیاز مواد ذوب کننده یخ تعیین میشود. یک طرح شماتیک از این سیستم در شکل ١ آمده است [٢.]
]٧[ ]٨[
سازمان علوم فیزیکی در آمریکا با همکاری شرکت گودیر رابر یک سیستم مقـرون بــه صـرفه شناســایی
یخ تعبیه شده در وسیله نقلیه را ارائه داد. این سیستم هشدارهایی را بلافاصله در مورد خطر تجمع یخ به رانندگان میدهـد.
در این سیستم خصوصیات جذب مادون قرمز یخ، آب و سایر مواد با فیلمهای مختلف بدست آمده از سـطوح راه جهــت
]٩[
شناسایی آنها مطابقت داده میشود. این کار توسط طیف نمایی نوری و تکنولوﮊی منابع نور مهتابی پیوسته و فیبرهای
نوری انجام میشود، و کنترلگرهای ریز پردازشگر و الگوریتمهای نوری این سیستم شرایط سطح راه را تعیین میکنند.
این سیستم پیشنهادی در اندازهگیری لایههای متغیر یخ و برف قبل از وقوع یخبندان موفق بوده است [٣.]
شکل :1 طرح شماتیک سیستم پخش مواد شیمیایی یخزدا
-3 حسگرهاي از راه دور براي قابلیت دید در زمستان
زمان عکسالعمل راننده با قابلیت دید وی ارتباط دارد. در شرایط مه یا باران و برف شدید، کاهش قابلیـت دیـد باعث افزایش خطر تصادفات به خصوص در زمین هـای یـخ زده و لغزنـده مـیشـود. کـاربرد تکنولـوﮊی هـای ITS بـرای اندازهگیری کمی سطوح قابلیت دید از یک محور، به همراه سیستمهای هشدار، پتانسیـل تقویــت ایمــنی ران نده را تحـت چنین شرایطی ارتقاﺀ میدهد.
]١٠[
در این راستا یک سیستم اطلاعات قابلیت دید بر پایه فیبر نوری تهیه و توسط دانشگاه پلیتکنیک ویرجینیـا
و همکاری سازمان تکنولوﮊی فیبر و حسگرها آزمایش شده، این تکنولوﮊی به خاطر ظرفیت حمـل اطلاعـات، ایمن در برابر تداخلات رادیو و الکترو مغناطیسی، انعطافپذیری در اقدامات اطلاحـی راه، مزایــای منحصـر بـه فـردی را ارائه میدهد. این حسگرها از یک منبع نور با فاز کم، دائمی و قابل دسترس برای شناسایی و تعیین سـطوح قابلیــت دیـد در فیبر نوری ارسالی، استفاده میکند. حسگرها از نوسانات منبع نور که در میدان فراهم شده اطلاعات دقیقی بـه دسـت میآورند که می توان از آنها در چندین موقعیت در طول راه برای ارائه هشدار پیش آگاهی در شرایط با دید کم، استفاده نمود [١.]
-4 سیستمهاي کنترل بهمن
بهمن یکی از پر قدرتترین عوامــل طبیعـی مـیباشــد که خرابـیهـای بسیـاری بـه جـا میگــذارد. در راههـای کوهستانی در طول فصل زمستان احتمال بهمن زیاد میباشد و زمان رسیدن این بهمنها ٣٠ تـا ١٢٠ ثانیـه اسـت و احتمـال وقوع آن چندین بار وجود دارد. تعیین زمان شروع بهمنها و فراهم آوردن ارتباطات ITS و مــدیریت دسترسـی بـه کــل مسیر، خطر رو به رو شدن رانندگان با بهمن راه به حداقل میرساند [١.]
در سیستمهای کنترل بهمن از تکنولوﮊی حسگرهای از راه دور و سیستمهای مخـابراتی بـیســیم اسـتفاده شـده است. در این سیستم حسگرها در شیبها قرار داده شدهاند تا زمــان شـروع بهمــن را شناسـایی و بـه صـورت اتوماتیکـی دروازههای موجود و سیگنالهای مخابراتی را فعال سازد. وقتی که حس گرها وجود شروع به من را دریافـت کردنـد، بـه صورت سیستمهای اتوماتیکی و خودکار دروازههای قرار داده شده در ابتدای مسیر مسدود میشـوند. ایـن سـیستم بـه دو صورت قابل استفاده میباشد.
اولین روش براساس مدیریت زمان ریزش بهمن است که به محض اینکـه مشخــص شــد خطـر ریــزش بهمــن در بخشی از راه وجود دارد، آن بخش بسته میشود. این روش قابل اجرا است به جهت این کـه بـه طـور معمـول ٣٠ تـا ١٢٠ ثانیه طول میکشد تا بهمن به راه برسد. در روش دوم که روش مدیریت مسیر می باشد، به محض مشخص نمــودن ریـزش بهمن دسترسی به کل مسیر محدود میشود [٤.]
سیستم های مدیریت بهمن که مبتنی بر ITS هستند با بهبود ایمنی رانندگان و پرسنل راهداری جـایگزین مقـرون به صرفه ای برای سازه های دائمی محافظ بهمن (حفاظ های بهمن گیر) محسوب می شوند. این سیستم هـا در چنـدین ایالــت آمریکا، کانادا و اروپا عملکرد موفق داشته است.
-5 تکنولوژي کمک کننده به رانندگان ماشینآلات برفروب
سرعت اجرا و کارایی برفروبی به توانایی رانندگان در پیدا کردن راهنماییها یا موانع موجود راه بستگی دارد.
در شرایط آب و هوایی بد، این توانایی به خاطر شرایط روسازی و کاهش قابلیت دید محدود میشود.
برای بهبود ایمنی و افزایش قابلیت تولیـد و کـارایی گـروههـای بـرفروبــی، انـواع مختلفــی از تکنولــوﮊیهـای هوشمند وسایل نقلیه مورد استفاده قرار میگیرد که رایج ترین آنها در زیر آمده است.
[11]
الف) سیستم مکانیابی جهانی ( DGPS)
ب) سیستم نوارهای مغناطیسی
ت) رادار
1-5 سیستم مکانیابی جهانی (DGPS)
در این سیستم از اطلاعات مکانی مرز راهها، که در شرایط آب و هوایــی صــاف ثبـت شــدهانـد بـرای راهنمایـی رانندگان و ماشینآلات برفروب و حفظ آنها در سطح راه و جلوگیری از برخورد با موانع ثابت، استفاده میشود. ایـن روش مستلزم ایجاد نقشههای دیجیتالی بسیار دقیق برای همه راههای مورد نظر میباشد. بانک داده نقشهها معمولاﹰ در ایــن ماشین آلات ذخیره و در دورههای مختلف به روز میشود.
2-5 نوارهاي مغناطیسی
از این سیستم که شامل ترکیبی از نـوار مغنـاطیسی، قرائـتگــر، و یــک پردازشـگر اسـت مـیتـوان بــرای ارائــه هشدارهای پیام متغیر استفاده نمود.
این سیستم به این صورت عمل میکند که نوار مغناطیسی در داخل روسازی قرار داده شده و قرائــتگــر کــه بــر روی کامیون نصب شده نوار مغناطیسی را می خواند و در این زمان پردازشگر نیز به آنالیز داده ها و تغییر اطلاعات کمــک میکند. نقص این روش این است که مستلزم نصب و نگهداری دائم و دقیق نوارهای مغناطیسی در همه راههای مورد نظر میباشد.
3-5 رادار
رادار بر روی کامیون های برف روب قرار گرفته و وجود موانع یا مناطق مسدود شده راه را ثبت می کند. وســایلی که رادار در جلو آن میباشد مورد آزمایش قرار گرفتهاند ولی از رادارهای نصب شده در کنارهها و عقب وسیله نقلیه نیز میتوان برای حفاظت بیشتر استفاده نمود. تصاویر رادار توسط یک پردازشگر، پردازش مــیشـود و بعـد بـرای راهنمایــی راننده کامیون، تنظیم سرعت و جهت آن و جلوگیری از برخورد یا موانع با کار میرود.
]١٢[
در طی گزارشی از پارسن و همکـاران[٥] در خصـوص اســتفاده از سـیستمهـای کمکــی هوشـمند بــرای راننده بیان شده است که این سیستم موجب کاهش تصادفات و افزایش سیکل زمانی ماشینآلات برفروب مـیشـود و در آخر نتیجه گرفته است که علاوه بر مزایای مستقیم برای اجرای برف روبی، ایــن تکنولــوﮊی مــیتوانـد بــه عنـوان یـک کمک کننده برای عملکرد بخشهای عمومی و خصوصی در شب و شرایط آب و هوایی بد و هندســه ضــعیف بـه کــار رود.
-5 وسیله نقلیه کمکی اتوماتیکی
این وسایل اغلب ماشین آلات برف روب را دنبال میکنند تا خطر تصادفات جلو به عقب سـایر وسـایل نقلیـه راه را با این ماشینآلات برفروب کاهش دهند. ولی راننده این وسیله نقلیه در معرض شــرایط راننـدگی بسیــار نـا امــن قـرار
