Cyfrowy bliźniak infrastruktury jako narzędzie integracji modelowania ruchu i dynamicznego sterowania oświetleniem ulicznym

Opis

W monografii za docelowe rozwiązanie w obszarze sterowania oświetleniem drogowym przyjęto system adaptacyjny, który na podstawie rzeczywistych danych pomiarowych umożliwia dynamiczną regulację poziomu oświetlenia i jego bieżące dostosowanie do aktualnych warunków na drodze. Wdrożenie takich systemów napotyka jednak istotne bariery. Najważniejszą z nich są wysokie nakłady inwestycyjne związane z koniecznością budowy szerokiej sieci czujników pomiarowych oraz doposażenia opraw oświetlenia w indywidualne sterowniki, umożliwiające płynną regulację strumienia świetlnego opraw oświetleniowych (z zachowaniem parametrów jakościowych zasilania, tj. mocy, współczynnika mocy, harmonicznych prądu i napięcia itd.). Niezbędne do spełnienia są również wymagania w zakresie budowy rozwiązań teleinformatycznych, umożliwiających optymalizację oświetlenia przy jednoczesnym zachowaniu odporności i cyberbezpieczeństwa systemu. Dodatkowym wyzwaniem jest brak jednolitych standardów i wytycznych dotyczących implementacji dynamicznego sterowania, a także nieprecyzyjne regulacje prawne odnoszące się do odpowiedzialności w przypadku wystąpienia zdarzeń drogowych. Równolegle problemem pozostaje ograniczona integracja systemów sterowania oświetleniem z rzeczywistymi danymi dotyczącymi uczestników ruchu, obejmującymi zarówno pojazdy, rowerzystów, jak i pieszych. Istotne znaczenie mają również informacje o warunkach atmosferycznych, takich jak opady atmosferyczne, lub zdarzenia występujące na sąsiednich drogach, które mogą wpływać na zachowania użytkowników dróg. Dopiero kompleksowa integracja różnorodnych danych umożliwi skuteczne wdrażanie adaptacyjnych algorytmów sterowania, które potrafią optymalnie dostosowywać poziom oświetlenia do dynamicznie zmieniających się potrzeb na drodze w ujęciu zarządzania całym oświetlanym obszarem.

Spis treści

Wstęp / 7

1. Wprowadzenie do problematyki oświetlenia ulicznego w kontekście bezpieczeństwa ruchu / 10
1.1. Bezpieczeństwo ruchu drogowego w porze nocnej / 10
1.2. Problematyka widoczności użytkowników dróg w porze nocnej / 18
1.2.1. Oświetlenie uliczne a widoczność użytkowników drogi / 19
1.2.2. Wpływ oświetlenia na bezpieczeństwo drogowe / 23
1.3. Problematyka modelowania zużycia energii na cele oświetlenia dróg / 24
1.3.1. Dobór poziomu oświetlenia w procesie projektowania dróg / 24
1.3.2. Klasy oświetlenia dla powierzchni konfliktowych C / 28
1.4. Dekarbonizacja transportu / 32
1.5. Problemy decyzyjne w zakresie integracji modelowania ruchu drogowego i oświetlenia / 34

2. Zastosowanie cyfrowego bliźniaka do oceny integracji infrastruktury drogowej w literaturze / 37
2.1. Definicja cyfrowego bliźniaka w kontekście inżynierii ruchu / 37
2.2. Wymagania cyfrowego bliźniaka w kontekście inżynierii ruchu / 38
2.3. Zastosowanie cyfrowych bliźniaków w ruchu drogowym / 41
2.4. Przegląd wykorzystywanych programów i narzędzi / 44
2.5. Główne wyzwania wdrażania bliźniaków cyfrowych / 46

3. Badania i ocena zastosowania dynamicznego sterowania oświetleniem ulicznym / 48
3.1. Systemy inteligentnego sterowania oświetleniem ulicznym / 48
3.2. Wymagania i zastosowania systemów sterowania /51
3.3. Analiza rzeczywistych danych pomiarowych dla oceny oświetlenia / 55
3.3.1. Pomiary oświetlenia / 55
3.3.2. Efektywność energetyczna oświetlenia dróg / 59

4. Prognozowanie ruchu drogowego na potrzeby oświetlenia dróg / 61
4.1. Pozyskanie i kalibracja danych pomiarowych / 61
4.2. Analiza natężenia ruchu drogowego w godzinach nocnych / 65
4.3. Analiza wahań i sezonowości natężenia ruchu drogowego / 71
4.4. Opracowanie modeli predykcyjnych dla wybranej ulicy / 76
4.4.1. Model SARIMA / 76
4.4.2. Metoda Holta-Wintersa / 83
4.4.3. Analiza harmoniczna / 87
4.4.4. Miary dokładności prognoz / 98

5. Modelowanie ruchu drogowego w kontekście oświetlenia dróg / 101
5.1. Opis środowiska symulacyjnego / 101
5.2. Modelowanie rzeczywistych warunków ruchowych i scenariuszy transportowych / 103
5.3. Określenie rzeczywistych poziomów oświetlenia drogi / 110
5.4. Koncepcja integracji danych ruchowych z warstwą oświetlenia / 120

6. Projektowanie algorytmów sterowania z wykorzystaniem cyfrowego bliźniaka / 125
6.1. Algorytm sterowania przy użyciu automatu komórkowego / 125
6.2. Analiza przypadków testowych i scenariuszy oszczędności energii / 132
6.3. Wykorzystanie cyfrowego bliźniaka do integracji warstwy oświetleniowej z modelem ruchu / 135
6.4. Symulacja wpływu dynamicznego oświetlenia na redukcję emisji / 141
Podsumowanie / 146
Bibliografia / 150
Załączniki / 171

Informacje o bezpieczeństwie produktu Informacje o producencie