CZ299821B6

CZ299821B6 - Zpusob a zarízení k vytvárení výstražného signáluo kluzkosti vozovky

Info

Publication number: CZ299821B6
Application number: CZ20014268A
Authority: CZ
Inventors: Boschung@Marcel; Heierli@Joachim
Original assignee: Boschung Mecatronic Ag
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2008-12-03
Also published as: ES2201715T3; AU3949899A; CA2375471C; NO329624B1; US6326893B1; EP1183663A1; CZ20014268A3; JP4477270B2; CA2375471A1; KR20020019061A; KR100628859B1; NO20015807L; NO20015807D0; EP1183663B1; RU2232427C2; JP2003501760A; DE59906614D1; ATE247318T1; WO2000075896A1; DK1183663T3

Abstract

Pro vytvárení výstražného signálu o kluzkosti vozovky (1, 2, 3, 4), jsou zrizovány a používány automatické mericí stanice (AMS1-AMS5), které mají cidla pro podmínky pocasí a pro teplotu tuhnutí tekutiny na vozovce. Prídavne se provozuje alespon jedna virtuální mericí stanice (VS1-VS11), pricemž proalespon jedno jiné místo, než jsou predem stanovená místa automatických mericích stanic (AMS1-AMS5), se z parametru, místne specifických pro tato jiná místa, a z údaju o pocasí, pro tato jiná místa relevantních, vypocítají veliciny rozhodující pro vytvárení výstražného signálu o kluzkosti, a že z techto vypocítaných velicin se rovnež vytvorí výstražný signál o kluzkosti. Údaje o pocasí, údaje o bodu tuhnutí a parametry z automatických mericích stanic pro uvedené virtuální stanice jsou predáványs cílem vytvárení výstražného signálu o kluzkostivozovky, který zahrnuje rovnež virtuální stanice,pomocí vyhodnocovacího zarízení (5).

Description

Způsob a zařízení k vytváření výstražného signálu o kluzkosti vozovky

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu vytváření výstražného signálu u výstražného systému o kluzkosti vozovky, s automatickými měřicími stanicemi s čidly, která měří veličiny rozhodující pro vytváření signálu o kluzkosti vozovky, přičemž automatické měřicí stanice jsou uspořádány na určitých místech v silniční síti. Vynález se dále týká zařízení pro vytváření výstražného signálu o kluzkosti vozovky s nejméně jednou automatickou měřicí stanicí s čidly na určitém místě silniční sítě a s nejméně jedním vyhodnocovacím zařízením, které je s nimi spojeno, které je vybaveno k vytváření výstražného signálu o kluzkosti z naměřených specifických veličin kluzkosti vozovky.

¹

Dosavadní stav techniky

Výstražným signálem o kluzkosti se rozumí krátkodobá předpověď o námraze na vozovkách a mostech. Smyslem tohoto výstražného signálu je cílené preventivní nasazení posypové služby nebo automatických zařízení pro rozstřikování rozmrazovacích prostředků pro odstranění nebezpečných stavů vozovek.

V současné době se provádí výstraha o kluzkosti pro předem určená místa silniční sítě, na kterých jsou upraveny měřicí stanice s aktivními nebo pasivními čidly, která snímají vznikající vytváření náledí. Upraveny jsou tak především sondy pro teplotu vzduchu, teplotu půdy, vlhkost vozovky a srážky i čidla pro teplotu tuhnutí kapaliny, která se na vozovce nachází. Naměřené hodnoty čidel se předávají do vyhodnocovacího zařízení, které z naměřených hodnot vyvozuje poplašné hlášení. Výstrahy o kluzkosti jsou proto omezeny na krátké vybrané úseky tras, pro které jsou měřicí stanice uspořádány. Rozšíření výstrahy o kluzkosti na více úseků silníc přitom podmiňuje insta30 láce dalších měřicích stanic, přičemž žádoucímu rozsáhlému pokrytí silniční sítě měřicími stanicemi brání cenové důvody. Pro dosažení plošného pokrytí výstražným signálem se proto navrhuje termografické snímání celé silniční sítě a z toho vycházející detekce výstrahy o kluzkosti. Pro získání plošného pokrytí touto výstrahou o kluzkosti se přitom termograficky snímá teplota povrchu krycí vrstvy vozovky v celé silniční síti během tří různých nocí s různými podmínkami počasí. Získají se tak tři charakteristické teplotní profily, které ukazují „studené“, popřípadě „teplé“ úseky vozovek. Tyto profily se používají pro prostorovou interpolaci aktuálního stavu vozovek mimo měřicí stanici. Tato metoda je nevýhodná. Zaprvé počet teplotních profilů nestačí _____ ani při rozšířenLpostihhout všechny stavy-počásí, což se rovná hrubému-zjednodušení interpolace, která může vést knaprosté ztrátě informací..Za druhé není zohledňována dynamika změn teplot a vlhkosti, protože každá teplotní kartografie je nutně pouze momentálním záznamem stavu vozovky. Ohrožení určitých úseků vozovek námrazou však závisí na předcházejících meteorologických podmínkách. Ve spise EP-A-0 292 639 je uveden způsob vytváření výstražného signálu u výstražného systému o kluzkostí vozovky, Přitom se předpovědi všeobecně týkají oblastí, v nichž se nenacházejí žádné měřicí stanice. Například při kritických teplotách se pro všechny vysoké polohy vydá poplach o kluzkosti vozovky.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu proto je vytvořit způsob, pomocí něhož bude při nízkých nákladech umožněno praktické monitorování silniční sítě a přesto umožněno včasné varování před kluzkostí.

Uvedený úkol splňuje způsob vytváření výstražného signálu u výstražného systému o kluzkosti vozovky, s automatickými měřicími stanicemi s čidly, která měří veličiny rozhodující pro vytvá55 ření signálu o kluzkosti vozovky, přičemž automatické měřicí stanice jsou uspořádány na předem

- i CZ 299821 B6 stanovených místech v silniční síti, podle vynálezu jehož podstatou je, že přídavně se provozuje alespoň jedna virtuální měřicí stanice, přičemž pro alespoň jedno jiné místo, než jsou předem stanovená místa automatických měřicích stanic, se z parametrů, místně specifických pro tato jiná místa, a z údajů o počasí, pro tato jiná místa relevantních, vypočítají veličiny rozhodující pro vyt5 vaření výstražného signálu o kluzkosti, a že z těchto vypočítaných veličin se rovněž vytvoří výstražný signál o kluzkosti.

Tím, že se na libovolných předem určených místech silniční sítě vytvářejí simulované nebo „virtuální“ měřicí stanice, se pokrytí silniční sítě bez velkých nákladů na přístrojové vybavení natolik ío výrazně zvýší, že se tak umožňuje prakticky její kompletní monitorování. Virtuálním měřicím stanicím se přitom dodávají údaje naměřené v reálných měřicích stanicích (což ale nevylučuje, že taková simulovaná měřicí stanice může být ve skutečnosti vybavena na předem určeném místě upraveným čidlem) a virtuální stanice mají místně specifickou sadu parametrů. Simulované měřicí stanice mohou být přitom vytvořeny ve vyhodnocovacím zařízení nebo v separátním elektric15 kém obvodu.

Podle výhodného provedení vynálezu jsou virtuální měřicí stanici přiřazeny údaje o počasí z předem určených automatických měřicích stanic výstražného signálu o kluzkosti. Virtuální měřicí stanici jsou s výhodou přiřazeny údaje o počasí z meteorologické měřicí sítě, nezávislé na výstražném systému o kluzkosti. Virtuální měřicí stanici jsou s výhodou přiřazeny parametry, které jsou zjistitelné u předem určených automatických měřicích stanic. Virtuální měřicí stanici jsou s výhodou přiřazeny parametry, které jsou zjistitelné na místě virtuální měřicí stanice.

Pro virtuální měřicí stanici se s výhodou vypočítají rozhodující veličiny teploty a vlhkosti povr25 chové vrstvy vozovky. Pro virtuální měřicí stanicí se s výhodou převezme teplota tuhnutí tekutiny nacházející se na vozovce od předem určené automatické měřicí stanice (AMS1 - AMS5) vybavené čidlem teploty tuhnutí. Pro virtuální měřicí stanici se s výhodou určí teplota tuhnutí při použití hodnoty množství rozmrazovacích prostředků na jednotku plochy vozovky, dodaných z posypového zařízení, a při použití vypočítané vodní bilance vozovky na místě této virtuální měřicí stanice.

Stupeň oblačnosti se s výhodou zjistí tím, že teplota povrchové vrstvy vozovky se vypočítá pro různé předpokládané stupně oblačnosti a porovná se s naměřenými teplotami povrchové vrstvy, a že na oblačnost se usoudí z vypočítané hodnoty nejbližší ke změřené hodnotě. Tento způsob podle vynálezu umožňuje co nej levnější zjišťování stupně oblačnosti s co nejnižšími náklady na údržbu.

Dalším úkolem -vynálezu.· je připravit způsob vytvoření takových virtuálních měřicích stanic. - ‘ 40 Uvedený úkol splňuje způsob vytvoření alespoň jedné virtuální měřicí stanice u výstražného systému pro kluzkost vozovky, podle vynálezu, jehož podstatou je, že se stanoví místo virtuální měřicí stanice v silniční síti, dále se určí, z které meteorologické měřicí stanice se jaké meteorologické údaje přiřazují virtuální měřicí stanici, a konečně se virtuální měřicí stanici přiřadí místně specifické parametry podle místa v silniční síti.

Místo virtuální měřicí stanice se s výhodou určí na základě termografíckého záznamu silniční sítě.

Parametry se s výhodou zjistí tím, že na stanovišti automatické měřicí stanice se zřídí virtuální měřicí stanice a z předpokladu nejméně jedné hodnoty parametru se vypočítá teplota povrchové vrstvy a/nebo vlhkost povrchové vrstvy vozovky pro tuto virtuální měřicí stanici, že se vypočítaná hodnota nebo vypočítané hodnoty porovnají s odpovídajícími naměřenými hodnotami automatické měřicí stanice, a že se nejméně jedna hodnota parametru mění a kroky opakují, dokud odchylka vypočítaných a naměřených hodnot nedosáhne předem určené velikosti nebo pod ni

-7CZ 299821 B6 neklesne, a že zjištěné parametry se přiřadí virtuální měřicí stanicí se stejnými nebo podobnými poměry vozovky a/nebo polohou v silniční síti.

Parametry se s výhodou zjistí pomocí dočasného měřicího uspořádání na místě virtuální stanice a přiřadí se této virtuální měřicí stanici.

Ještě dalším úkolem vynálezu je vytvořit zařízení pro výstražný signál o kluzkosti vozovky, u něhož bude pomocí nízkých konstrukčních nákladů umožněno praktické pokrytí celé silniční sítě.

to Uvedený úkol splňuje zařízení pro výstražný signál o kluzkosti vozovky s nejméně jednou automatickou měřicí stanicí s čidly na předem stanoveném místě silniční sítě a s nejméně jedním vyhodnocovacím zařízením, které je s-ními spojeno, které je upraveno k vytváření výstražného signálu o kluzkosti z naměřených specifických veličin kluzkosti vozovky, podle vynálezu, jehož podstatou je, že na jiném místě než na určeném místě je upravena nejméně jedna virtuální měřicí stanice, že tato virtuální měřicí stanice je upravena pro vypočítávání veličin specifických pro kluzkost vozovky z parametrů, které jsou specifické pro toto jiné místo, a že pro vypočítané veličiny je rovněž vytvořitelný výstražný signál o kluzkosti.

Vyhodnocovací zařízení je s výhodou opatřeno přířazovacími prostředky pro přiřazování namě20 řených meteorologických hodnot a/nebo parametrů, které jsou zjišťovány v automatické měřicí stanici a přenášeny do vyhodnocovacího zařízení, jedné nebo více virtuálním měřicím stanicím.

Vyhodnocovací zařízení má s výhodou výpočetní prostředky, které jsou upraveny pro vypočítání teploty a/nebo vlhkosti povrchové vrstvy vozovky virtuální měřicí stanice, jako veličin specific25 kých pro kluzkost vozovky na základě údajů o počasí a parametrů.

Vyhodnocovací zařízení je s výhodou upraveno pro příjem a/nebo výpočet teploty bodu tuhnutí pro virtuální měřicí stanici.

Zařízení pro výstražný signál o kluzkostí vozovky s výhodou obsahuje prostředky k měření teploty povrchové vrstvy vozovky a k vypočítávání teploty povrchové vrstvy vozovky v závislosti na předpokládaném stupni oblačnosti, jakož i porovnávací prostředky k porovnávání naměřené a vypočítané teploty povrchové vrstvy vozovky. Toto zařízení podle vynálezu umožňuje co nej levnější zjišťování stupně oblačnosti s co nejnižšími náklady na údržbu.

Přehled obrázků na výkresech

Příklad provedení vynálezu bude následně blíže vysvětlen na základě obrázků, na kterých zna40 mená obr. 1 schématický dílčí pohled na silniční síť s vyznačenou polohou reálných a virtuálních měřicích stanic, obr. 2 blokové schéma parametrizace měřicí stanice, obr. 3 blokové schéma vytváření výstražného signálu o kluzkosti ve virtuální měřicí stanici a

obr. 4a, 4b schématické znázornění pyrradiometru, respektive části vozovky, která se používá pro určení oblačnosti.

Příklady provedení vynálezu

Následně bude blíže vysvětlen postup vytváření virtuální měřicí stanice a její provoz. Obr. 1 přitom schématicky znázorňuje větší počet silnic I, 2, 3, 4 silniční sítě a vyhodnocovací zařízení 5 jako symbol ve tvaru skříňky. Vyhodnocovací zařízení 5 je opatřeno přířazovacími prostředky

-3 CZ 299821 B6 pro přiřazování naměřených meteorologických hodnot a/nebo parametrů, které jsou zjišťovány v automatické měřicí stanici a přenášeny do vyhodnocovacího zařízení 5, jedné nebo více· virtuálním měřicím stanicím. Vyhodnocovací zařízení 5 je například umístěno na služebně údržby silnic a má výpočetní prostředky, které jsou upraveny pro vypočítávání teploty a/nebo vlhkosti povrchové vrstvy vozovky virtuální měřicí stanice, jako veličin specifických pro kluzkost vozovky na základě údajů o počasí a parametrů. Vyhodnocovací zařízení 5 je tvořeno například počítačem a propojením spínacích obvodů pro spojení počítače s jednotlivými měřicími stanicemi. Počítač je vybaven pro odevzdávání výstražného signálu o kluzkosti a spolu s měřicími stanicemi a spojovacími prostředky tvoří výstražný systém GFS o kluzkostí vozovek. Na obr. io 1 je větší počet obvyklých automatických měřicích stanic (AMS) AMS1 až AMS5 znázorněn jako body v silniční síti. Tyto automatické měřicí stanice jsou v zásadě známé a nebudou zde znázorňovány v detailech. Zahrnují například čidla pro teplotu vzduchu, teplotu půdy, vlhkost vozovky, srážky, relativní vlhkost nebo teplotu tání, teplotu tuhnutí, rychlost proudění vzduchu, tlak vzduchu a hustotu dopravy. Jednotlivá čidla jsou přitom uspořádána například na stožárech nebo v povrchové vrstvě vozovky a protože jsou známá, nebudou dále popisována. Údaje čidel se do vyhodnocovacího zařízení předávají po kabelech nebo radiotelegraficky.

Zařízení může z těchto údajů vytvořit výstražný signál o kluzkosti vozovky pro odpovídající měřicí místo, který se používá jako signál pro celý úsek vozovky. Podle vynálezu je nyní uprave20 na alespoň jedna virtuální nebo simulovaná měřicí stanice (VS), přičemž na obr. 1 jsou vyznačeny jako příklad virtuální měřicí stanice VSI až VSI 1. Tyto virtuální měřicí stanice zpravidla nemají vůbec žádná čidla, což nevylučuje, že přesto může být upraveno jedno čidlo pro jednu z měřených hodnot. Osazení čidly však není upraveno u automatické měřicí stanice AMS. Protože u virtuálních měřicích stanic tedy nejsou obvykle upravena čidla, nemají tyto stanice také žádné fyzické spojení k vyhodnocovacímu zařízení 5, ale v tomto zařízení (nebo v jiném obvodu nebo zařízení) jsou provedena jako virtuální stanice. Virtuální stanice mohou být také upraveny na stejných místech, na kterých jsou upraveny automatické měřicí stanice, což bude následně ještě blíže vysvětleno. Na obr, 1 je to jako příklad znázorněno pro AMS1/VS1, AMS4/VS4 a AMS5/VS5. Protože virtuální stanice mohou být na silnici zpravidla provozovány bez přístrojo30 vých prostředků a bez spojení k vyhodnocovacímu zařízení, jsou tyto stanice cenově příznivé a mohou být proto zřizovány v silniční síti ve velkém počtu, takže plošné sledování silniční sítě je možné realizovat tímto způsobem. Rozdělení silniční sítě do sektorů s jednou virtuální stanicí, respektive jejích uspořádání, může být určeno podle empirických hodnot, předpokládaných pro místa ohrožená námrazou, nebo například pomocí termografie.

'

Hlavní součástí každé virtuální stanice je program, který zachycuje naměřené údaje sousedících automatických měřicích stanic a obsahuje parametry, které jsou specifické pro místo předmětné , virtuální měřicí stanice. Aby tedy mohl.být vytvořen á provozován výstražný systém o kluzkostí vozovek s virtuálními měřicími stanicemi, je proto zpravidla potřebný určitý počet automatických měřicích stanic AMS.

Pro sestavení virtuálních stanic se nejprve vyhledávají automatické měřicí stanice, které připadají v úvahu pro sběr všech potřebných informací (naměřené údaje a parametry) pro virtuální stanice. Přitom je brán ohled na různé druhy konstrukce silniční sítě (například povrchová vrstva vozovky s různými vlastnostmi materiálu), přičemž každý způsob stavby má být zastoupen jednou automatickou měřicí stanicí, aby mohly být parametry této stavby použity po jejich určení pro virtuální stanice na místech se stejnými druhy povrchových vrstev vozovky. Dále musejí být zohledněny posypové trasy pro použití prostředků pro odstranění námrazy. Na posypávaných trasách má být upravena nejméně jedna automatická měřicí stanice. Na obr. 1 jsou posypové trasy zná50 zorněny od základny údržby silnic u AMS5 jako šipky.

Přednostně získávanými údaji o počasí pro výstrahu o kluzkosti jsou druhy srážek a množství srážek, teplota vzduchu, oblačnost, rosný bod a síla větru. Tyto údaje se nejdříve přesně zjistí pomocí meteorologické měřicí sítě GFS, to znamená, že pro každou automatickou měřicí stanici v síti GFS je k dispozici odpovídající datový záznam. Také každá virtuální stanice potřebuje svůj

-4CZ 299821 B6 meteorologický záznam. Ten může být jednoduchým způsobem beze změny převzat od sousední automatické měřicí stanice, situované vzhledem k meteorologickým údajům podobným způsobem. Meteorologické záznamy automatické měřicí stanice AMS1 tak mohou být například použity rovněž pro virtuální stanici VS6. To nastává například tak, že vyhodnocovací zařízení 5 obsahuje informaci, že meteorologické údaje, předané od AMS1 platí také pro VSI. Aby se získaly přesné záznamy údajů o počasí pro aktuální stanice VS, mohou být tyto údaje určeny jako funkce údajů o počasí z většího počtu automatických měřicích stanic (nebo také virtuálních stanic), například: hodnota (stanice VS6) = funkce (hodnota (stanice AMS1, stanice AMS2 ...)). Například hodnota teploty vzduchu z VS6 se určuje jako funkce z hodnoty teploty vzduchu io z AMS1 a AMS2. Stejným způsobem se tak děje pro hodnoty srážek, rosný bod, oblačnost a rychlost větru. Jako funkce přicházejí v úvahu lineární, popřípadě polynomické regrese. Toto přejímání údajů o počasí pro jiné místo musí být sice uspokojující, ale nikoliv perfektní.

Utváření každé virtuální stanice dále zahrnuje parametrizaci, v níž se parametry, které pro stanici platí, například vlastností povrchových vrstev vozovky a průběh horizontu, této stanici přiřazují. Určené parametry mohou být přitom přebírány mezi stanicemi, které jsou stejně konstruovány. Například vlastnosti povrchu vozovky se přebírají na určité virtuální stanici od každé měřící stanice AMS, která má stejný povrch vozovky. Všechny parametry však nemohou být určeny tímto způsobem, například horizont, podíl viditelné oblohy a typ povrchové vrstvy. Tyto údaje se musí zjišťovat individuálně na každé virtuální stanici. Horizont se například zjišťuje fotograficky nebo ručním měřením. Jak úspěšně snímají virtuální stanice reálné poměry závisí na tom, jak přesná je parametrizace. V obtížných případech může být vždy na místě virtuální stanice připravena dočasně mobilní měřicí stanice, například po dobu dvou týdnů,, aby se upravila optimalizace parametrizace.

Následující tabulka znázorňuje parametry virtuální stanice

	01	Text	Název virtuální stanice (VS)
	02	#	Identifikátor VS
	03	#	Příslušná klimatická oblast
30	04	#	Zdroi AMS pro údaie o klimatu
	05	#	Zdroj AMS pro druh povrchové vrstvy
	06	#	Zdroi AMS pro teplotu tuhnutí, respektive obsah soli (poslední MAS před VS na posypávané trase)
	07	deg o.rad'	stupeň geografické délky
35	08	deg o.rad	stupeň geografické šířky
	09	m	nadmořská výška
	10	- 0,1,2	druh okrajových podmínek vozovky (0: půda, 1: nízké mosty, <·
			2; vysoké mosty)
	11	deg o.rad	průměrný horizontální úhel ve sektoru E-SE
40	12	deg o.rad	S-SE
	13	deg o.rad	S-SW
	14	deg o.rad	W-SV
	15	0,5-1,3	Lokální faktor větru vzhledem k otevřené poloze
	16	#	Identifikátor referenční stanice tlaku vzduchu v systému GFS
45	17	0-100%	Infračervená emisivita vozovky
	18	0-100%	Albedo vozovky
	19	m	Šířka vozovky
	20	0-100%	Viditelný podíl nebeské polokoule v %
	21	kg/m³	Hustota materiálu povrchové vrstvy (vrstva 0)
50	22	kg/m³	” vrstvy 1
	23	kg/m³	vrstvy 2
	24	kg/m³	vrstvy 3
	25	J/kg/K	Specifická tepelná kapacita povrchové vrstvy 0
	26	J/kg/K	” vrstvy 1

- 5 CZ 299821 B6

27	J/kg/K	tt	vrstvy 2
28	J/kg/K	tt	vrstvy 3
29	W/m/K	Tepelná vodivost povrchové vrstvy 0
30	W/m/K	tt	vrstvy 1
5 31	W/m/K	tt	vrstvy 2
32	W/m/K	tr	vrstvy 3
33	m	Hloubka horní hranice vrstvy 1
34	m	rt	vrstvy 2
35	m	tt	vrstvy 3
ίο 36	m	Celková hloubka vozovky pro výpočet

# Typ povrchových vrstev vozovky

Jak bylo řečeno, mohou být parametry jednoduše dosazovány na základě polohy virtuální stanice, například okrajová podmínka (parametr 10) a hustota materiálu povrchové vrstvy (parametr 2115 24), nebo mohou být zjišťovány, například parametry 11-14. Jiné parametry, například hodnota reflexních schopností povrchových vrstev (parametr 17, 18) vozovky se zjišťují a optimalizují zejména tak, že na místech, na kterých jsou upraveny automatické stanice se vytvářejí také virtuální stanice a parametry, které mají být určeny se odvozují z naměřených hodnot automatické měřicí stanice, přičemž parametry se nejdříve uvádějí nahrubo („best quess“ - „nejlepší odhad) a potom se s těmito parametry a meteorologickými údaji, které se přebírají od automatické měřicí stanice, vypočítávají veličiny potřebné pro výstražný signál. Porovnáním s veličinami, změřenými pomocí čidel automatické měřicí stanice pak mohou být parametry vylepšovány a zlepšené parametry jsou podkladem pro nový výpočet. Obr. 2 znázorňuje odpovídající průběh tohoto procesu, přičemž pro virtuální stanici se vypočítávají hodnoty veličin TB (teplota povrchové vrstvy) a F (vlhkost povrchové vrstvy) a porovnávají se s hodnotami veličin TB a F automatické měřicí stanice, která má čidlo teploty povrchové vrstvy a čidlo vlhkosti povrchové vrstvy, takže lze celkovou parametrizaci měřicího místa optimalizovat. Dva další příklady: Optimální hodnota reflexních schopností povrchové vrstvy se určuje na dny s hezkým počasím na základě amplitudy teplot této povrchové vrstvy. Tepelná kapacita povrchové vrstvy se zjišťuje analýzou fázového posuvu teploty této vrstvy, a tak dále. Pokud jsou naměřené hodnoty použitelné, samozřejmě se použijí. Cílem je maximální shoda výsledků virtuální stanice s naměřenými hodnotami této stanice.

Nyní jsou pro virtuální stanici k dispozici parametry i meteorologické údaje.

K vytváření signálu o kluzkosti vozovky je dále potřebné znát teplotu tuhnutí kapaliny, která se na silnici nachází, a kterou je za podmínek vedoucích k výstraze o kluzkosti zpravidla vodní roztok rozmrazovacího prostředku. Ď automatických měřicích stanic jsou k tomu ve vozovce upravena speciální čidla teploty tuhnutí, která ochlazují vzorek kapaliny a určují teplotu tuhnutí. Tato čidla jsou známá a nebudou zde dále vysvětlována.

Pro určení teploty tuhnutí nejsou zpravidla na místě virtuální stanice k dispozici žádná čidla, takže určování teploty tuhnutí se u této virtuální stanice provádí jiným způsobem, přičemž mohou být použity dva následující druhy určování (jednotlivě nebo kombinovaně): Jedna možnost spo45 čivá v přebírání naměřené teploty tuhnutí z měřící stanice s čidlem, které leží na stejné posypové trase jako dotyčná virtuální stanice. Pro virtuální stanici VS6 tak může být například přebírána teplota tuhnutí naměřená v automatické měřicí stanici AMS1, poté co stanici AMS2 minul posypový vůz s rozmrazovacím prostředkem. Teplota tuhnutí může být přebírána také ze stanice AMS2, musí se však vyčkat, až posypový vůz toto místo mine.

U druhé možnosti se vychází od posypového vozu, který zachycuje místo posypu a posypové množství, zaprvé například pomocí zařízení GPS. Takové posypové vozy jsou známé (například systém Boschung BoSat). Na jedné straně se pomocí systému Boschung BoSat (nebo jiné mobilní měřicí aparatury) vyznačuje u každého použití posypu momentální množství posypového _ ή _ materiálu a předává se dále do databanky, respektive do vyhodnocovacího zařízení 5. Například by bylo zadáno od VS6 do VS7 10 g/m² posypu NaCl. Na druhé straně vypočítá virtuální stanice trvalou hydrickou bilanci (viz příští úsek) a určí tak momentální množství vody na čtvereční metr vozovky. Každým použitím posypu se tedy získá pevný bod pro koncentraci soli. Až do příštího použití se vypočítává zředění solného roztoku, které je způsobeno případnými srážkami a odplavováním, popřípadě odpařováním. Předpokladem je kvantifikované zadání množství srážek u měřící stanice, pročež jsou u AMS upravena čidla, jejichž naměřené hodnoty se přebírají pro virtuální měřicí stanice.

Výpočet množství vody na vozovce a teplota tuhnutí spočívá v následující rovnici (hydrická bilance na povrchu vozovky): dm/dt = p(t) + 1 (tn,...) +a(m)+d(m,...) [kg/s/m²]

Přičemž:

m je množství vody na vozovce [kg/m²], p(t) je množství srážek, vyjma l(m, (m,TL,TB,RF) je množství srážek kondenzací a odpařováním samotným, a(m) je absorpce vody vozovkou a d(m, doprava) poměr odtoku vody.

Kvocient m/(m+p(t)+l(m, ...)) určuje okamžité zředění posypové soli na vozovce, a d(m, ...)/m vyjadřuje ztrátu soli z vozovky. V této souvislosti s koncentrací vodného roztoku na vozovce, je teplota tuhnutí (fázový diagram posypové soli nebo Raoultův zákon při nízkých koncentracích).

²⁵

Všechny potřebné údaje jsou nyní k dispozici pro každou virtuální stanici. Termický výpočet může začít. Namísto výslovného popisu metody se zde poukazuje na spis, který tuto metodu popisuje. Popisovaná metoda nebo každá jiná mohou být použity tehdy, pokud postačují stejným nárokům na přesnost. Způsob výpočtu musí proto zohlednit všechny podstatné fyzikální procesy.

Zda se přitom jedná o fyzikální, statistickou nebo další jinou metodu není důležité. Cílem výpočtu provedeného „virtuální stanicí“ je výstražný signál o kluzkosti. Ten obsahuje údaje o teplotě a vlhkosti povrchové vrstvy, ze kterých se logicky odvozuje stav vozovky a výstraha o zledovatění. Výpočet má být proveden v časovém úseku od 6 do 15 minut. Obr. 3 schématicky znázorňuje průběh výpočtu, který vždy podle výsledku vede k výstraze o kluzkosti nebo ne.

Pro teplotní výpočty se přitom odkazuje na spis Nefzger H., Karpot A., Vliv záření a mikroklimatu na předpovědi počasí pro vozovky, Spolkové ministerstvo pro hospodářský výzkum komunikací, sešit 466, a zejména na jeho díl 3 (Model energetické bilance pro předpovědi povrchové teploty vozovek) s rovnicemi (11) až (19). Tento díl je pojat do této přihlášky, aby sloužil jako příklad pro možný teplotní výpočet.

Kontrola údajů virtuální stanice se provádí následujícím způsobem; Pomocí systému Boschung BoSat (nebo jiné mobilní měřicí aparatury) se čidly zachycují různé stavy vozovky, které se sestavují pro vozidla pracoviště údržby silnic a/nebo policie, například teplota vzduchu a povrchové vrstvy, vlhkost vzduchu a teplota tuhnutí. Tyto údaje mohou být měřeny na nepravidelné bázi při průjezdu aparatury na místech virtuálních stanic. Tak se vždy získá měřicí bod, který dovoluje příčnou komparaci s aktuálními vypočtenými údaji virtuální stanice. Koncept „virtuální stanice“ je oproti metodě pomocí termografie výhodný následujícím způsobem. Zaprvé zůstává zachována dynamika procesu. Databanka tvoří paměť systému, postup výpočtu ji uskutečňuje. Každý stav počasí se automaticky přebírá pro výpočet. Zadruhé se tento způsobu může použít na libovolných stanovištích. Předpokladem je komunikace s libovolnou meteorologickou měřicí sítí, jako je například měřicí síť GFS, která je v dosavadním popisu popisována jako dodavatel dat pro meteorologické údaje. Meteorologické údaje však mohou být dodávány také zjiné měřicí sítě,

-7 CZ 299821 B6 například ze sítě ANETZ SMA (Švýcarský meteorologický ústav). Zatřetí nejsou zanedbána žádná relevantní proudění tepla nebo vlhkosti. Zejména může být v plném rozsahu zohledněna hydrická bilance výpočetního modelu. Za čtvrté je virtuální stanice přirozené cenově příznivější než měřicí stanice, protože virtuální stanice sestává hlavně nebo výlučně ze softwaru.

Přesnost virtuální stanice se může oproti termografii nejprve jevit nízká, protože termografie vykazuje měření tří teplotních profitů s vysokou rozlišovací schopností a přesností. Je však nutné vzít v úvahu, že tyto profily jsou pouze momentálním záznamem, který reflektuje zcela určitý stav počasí, denní dobu, teplotu a výchozí podmínky na silnici i v počasí. Hodí se však špatně pro interpolaci za libovolných podmínek. Substanční ztráta přesnosti musí tedy být při koupi vzata v úvahu. To vyrovnává virtuální stanice svým pružným výpočtem.

Další aspekt vynálezu se týká snímání oblačnosti, která vstupuje do výpočtu teplotní bilance podle rovnice (11). Zjišťování oblačnosti vyžaduje buď pozorování člověkem, nebo použití měři15 čího přístroje pro určování bilance infračerveného záření (pyrradiometr, tedy přístroj pro měření slunečního záření a dlouhovlnné radiace vyzařované zemským povrchem a složkami atmosféry). Tyto přístroje jsou ovšem náchylné k zašpinění a náročné na údržbu. Proto je jejich používání v silniční měřicí síti nevýhodné. Místo nich může být jako náhradní pyrradiometr použita samotná silnice: Teplota povrchové vrstvy se vypočítává metodou přibližování s různými předpokláda20 nými stupni oblačnosti, až souhlasí s naměřenou teplotou povrchové vrstvy. Tento stupeň oblačnosti se pak pojímá jako aktuální naměřená hodnota a zakládá se do databanky. Obr. 4a a 4b schématicky znázorňují na jedné straně známý pyrradiometr, s jehož pomocí se měří globální vyzařování QG (0,3 až 3,0 μπι) a infračervené záření QTR (3,0 až 50 μπι). V pyrradiometru se latentní tepelný tok (kondenzace, odpařování atd.) QL, citlivý tepelný tok (konvekce, vítr) QS a tepelná vodivost uvnitř vozovky (difúze) předpokládají nulové. Při použití vozovky jako pyrradiometru se QL, QS a QD zjišťují výpočtem a QTR + QG se optimalizují porovnáním vypočtené teploty povrchové vrstvy TB měř.) s naměřenou teplotou povrchové vrstvy TB (vypočt.). Z QIR a QG se vyvozuje převládající oblačnost.

Zařízení pro výstražný signál o kluzkosti vozovky obsahuje prostředky k měření teploty povrchové vrstvy vozovky a k vypočítávání teploty povrchové vrstvy vozovky v závislosti na předpokládaném stupni oblačnosti, jakož i porovnávací prostředky k porovnávání naměřené a vypočítané teploty povrchové vrstvy vozovky.

Claims

v .l.... PATENTOVĚ NÁROKY ·'------— —'-----40

1. Způsob vytváření výstražného signálu u výstražného systému o kluzkosti vozovky, s automatickými měřicími stanicemi (AMS1-AMS5) s čidly, která měří veličiny rozhodující pro vytváření signálu o kluzkosti vozovky, přičemž automatické měřicí stanice jsou uspořádány na předem stanovených místech v silniční síti (1, 2, 3, 4), v y z n a č u j í c í se t í m, že přídavně

45 se provozuje alespoň jedna virtuální měřicí stanice (VS 1-VS11), přičemž pro alespoň jedno jiné místo, než jsou předem stanovená místa automatických měřicích stanic (AMS1-AMS5), se z parametrů, místně specifických pro tato jiná místa, a z údajů o počasí, pro tato jiná místa relevantních, vypočítají veličiny rozhodující pro vytváření výstražného signálu o kluzkosti, a že z těchto vypočítaných veličin se rovněž vytvoří výstražný signál o kluzkosti.
2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že virtuální měřicí stanici jsou přiřazeny údaje o počasí z předem určených automatických měřicích stanic (AMSI-AMS5) výstražného signálu o kluzkosti.

. s _

CZ 299821 Bó
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj ící se tím, že virtuální měřicí stanici jsou přiřazeny údaje o počasí z meteorologické měřicí sítě, nezávislé na výstražném systému o kluzkosti.
5 4. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 3, v y z n a č u j í c í se tí m , že virtuální měřicí stanici jsou přiřazeny parametry, které jsou zjistitelné u předem určených automatických měřicích stanic.

5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že virtuální měřicí io stanici jsou přiřazeny parametry, které jsou zjistitelné na místě virtuální měřicí stanice.
6. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, vyzn a č uj í c í s e t í m , že pro virtuální měřicí stanici se vypočítají rozhodující veličiny teploty a vlhkosti povrchové vrstvy vozovky.

15
7. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 6, v y z n a č u j í c í se t í m , že pro virtuální měřicí stanici se převezme teplota tuhnutí tekutiny nacházející se na vozovce od předem určené automatické měřicí stanice (AMS1 - AMS5) vybavené čidlem bodu tuhnutí.
8. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 7, v y z n a č u j í c í se t í m , že pro virtuální měřicí

20 stanici se určí teplota bodu tuhnutí při použití hodnoty množství rozmrazovacích prostředků na jednotku plochy vozovky, dodaných z posypového zařízení, a při použití vypočítané vodní bilance vozovky na místě této virtuální měřicí stanice.
9. Způsob podle jednoho z nároků laž 8, vyznačující se tím, že stupeň oblačnosti se

25 zjistí tím, že teplota povrchové vrstvy vozovky se vypočítá pro různé předpokládané stupně oblačnosti a porovná se s naměřenými teplotami povrchové vrstvy, a že na stupeň oblačnosti se usoudí z vypočítané hodnoty teploty nej bližší ke změřené hodnotě teploty.
10. Způsob vytvoření alespoň jedné virtuální měřicí stanice (VS1-VS11) u výstražného systému

30 pro kluzkost vozovky, v y z n a č u j í c í s e t í m , že ~ se stanoví místo virtuální měřicí stanice v silniční síti,

- se určí, z které meteorologické měřicí stanice se jaké meteorologické údaje přiřazují virtuální měřicí stanici,

- virtuální měřicí stanici se přiřadí místně specifické parametry podle místa v silniční síti.
11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že místo virtuální měřicí stanice se určí na základě termografického záznamu silniční sítě.
12. Způsob podle nároku 10 nebo 11, vy z n ač uj í c í se t í m , že parametry se zjistí tím,

40 že na stanovišti automatické měřicí stanice (AMS1-AMS5) se zřídí virtuální měřící stanice a z předpokladu nejméně jedné hodnoty parametru se vypočítá teplota povrchové vrstvy a/nebo vlhkost povrchové vrstvy vozovky pro tuto virtuální měřicí stanici, že se vypočítaná hodnota nebo vypočítané hodnoty porovnají s odpovídajícími naměřenými hodnotami automatické měřicí stanice, a že se nejméně jedna hodnota parametru mění a kroky opakují, dokud odchylka vypočí45 taných a naměřených hodnot nedosáhne předem určené velikosti nebo pod ni neklesne, a že zjištěné parametry se přiřadí virtuální měřicí stanici se stejnými nebo podobnými poměry vozovky a/nebo polohou v silniční síti.
13. Způsob podle jednoho z nároků 10 až 12, vyzn ačuj ící se t í m. že parametry se

50 zjistí pomocí dočasného měřicího uspořádání na místě virtuální stanice a přiřadí se této virtuální měřicí stanici.
14. Zařízení pro výstražný signál o kluzkosti vozovky s nejméně jednou automatickou měřicí stanicí (AMSI-AMS5) s čidly na předem stanoveném místě silniční sítě (1-4) a s nejméně jed-9CZ 299821 B6 ním vyhodnocovacím zařízením (5), které je s nimi spojeno, které je upraveno k vytváření výstražného signálu o kluzkosti z naměřených specifických veličin kluzkosti vozovky, vyznačující se tím, že na jiném místě než na určeném místě je upravena nejméně jedna virtuální měřicí stanice, že tato virtuální měřicí stanice je upravena pro vypočítávání veličin specifických

5 pro kluzkost vozovky z parametrů, které jsou specifické pro toto jiné místo, a že pro vypočítané veličiny je rovněž vytvořitelný výstražný signál o kluzkostí.
15. Zařízení pro výstražný signál o kluzkosti vozovky podle nároku 14, vyznačující se t í m , že vyhodnocovací zařízení (5) je opatřeno přiřazovacími prostředky pro přiřazování namě10 řených meteorologických hodnot a/nebo parametrů, které jsou zjišťovány v automatické měřicí stanici a přenášeny do vyhodnocovacího zařízení (5), jedné nebo více virtuálním měřicím stanicím.
16. Zařízení pro výstražný signál o kluzkosti vozovky podle nároku 14 nebo 15, vyznaču15 jící se t í m , že vyhodnocovací zařízení (5) má výpočetní prostředky, které jsou upraveny pro vypočítávání teploty a/nebo vlhkosti povrchové vrstvy vozovky virtuální měřicí stanice, jako veličin specifických pro kluzkost vozovky na základě údajů o počasí a parametrů.
17. Zařízení pro výstražný signál o kluzkosti vozovky podle jednoho z nároků 14 až 16, v y z 20 naču j íc í se tí m , že vyhodnocovací zařízení (5) je upraveno pro příjem a/nebo výpočet teploty bodu tuhnutí pro virtuální měřicí stanici.
18. Zařízení pro výstražný signál o kluzkosti vozovky podle jednoho z nároků 14 až 17, vyzná č u j í c í se tím, že obsahuje prostředky kměření teploty povrchové vrstvy vozovky a

25 k vypočítávání teploty povrchové vrstvy vozovky v závislosti na předpokládaném stupni oblačnosti, jakož i porovnávací prostředky k porovnávání naměřené a vypočítané teploty povrchové vrstvy vozovky.