\chapter{Popis situace}
\fancyhead[L]{\nouppercase{\rightmark}} 
Aby bylo mo�n� v�novat se simulaci ��zen� sv�teln� signalizace, je nutn� sezn�mit se s fungov�n�m k�i�ovatek, jejich �adi�� a se zp�sobem, jak�m prob�h� ovl�d�n� signaliza�n�ch za��zen�. D�le pak bude p�edstavena mo�nost jak pomoc� mikrosimul�toru Aimsun modelovat na po��ta�i dopravu ve skute�n� oblasti.
\section{Konstrukce a~��zen� k�i�ovatky}

K�i�ovatka ��zen� sv�teln�m signaliza�n�m za��zen�m se skl�d� z~n�kolika prvk�. Vedle samotn�ch semafor� je v~jej� bl�zkosti p�ipojen �adi� sv�teln� signalizace, kter� se star� o~ovl�d�n� signaliza�n�ch prvk�. K~�adi�i pak m��e b�t p�ipojeno n�kolik detektor�, poskytuj�c�ch mu informace o~aktu�ln� dopravn� situaci.

Detektory se d�l� do t�� kategori� podle jejich um�st�n� na detektory v�zvov�, prodlu�ovac� a strategick�. V�zvov� jsou um�st�n� na stop ���e, prodlu�ovac� ve ur�it� vzd�lenosti p�ed n� (v z�vislosti na rychlosti vozidel v dan�m m�st�) a~strategick� na v�stupu z n�jezdn�ch k�i�ovatek, �i v p��pad� izolovan�ch k�i�ovatek na vzd�len�j��ch m�stech, b�n� alespo� 100 metr� p�ed stop ��rou. Ne v�dy mus� b�t na v�ech ramenech k�i�ovatky instalov�ny v�echny typy detektor�.

Technicky je nej�ast�j��m �e�en�m detektoru induk�n� smy�ka um�st�n� ve vozovce. Detektor pracuje na principu zm�ny induktance c�vky, kter� se zji��uje m��en�m zm�ny vlastn� frekvence oscila�n�ho obvodu, zp�sobenou p��tomnost� magneticky vodiv� l�tky v~jej�m okol�. P�edev��m na d�lnic�ch se n�kdy vyu��v� um�st�n� dvou smy�ek bl�zko sebe, d�ky kter�m lze z�skat i~podrobn�j�� informace o~rychlosti, druhu vozidla a~dal�� �daje. Smy�kov� detektory jsou l�ty ov��en�m prost�edkem pro m��en� dopravn�ch veli�in. Mezi jejich v�hody pat�� n�zk� po�izovac� cena oproti ostatn�m technologi�m, jejich neovlivn�nost po�as�m (p�edev��m odolnost v��i stav�m s~n�zkou viditelnost�, jako mlha nebo hust� d隝) a~nejlep�� p�esnost s��tan�ch dat ze v�ech b�n�ch pou��van�ch technologi� \cite{handbookI}.

Probl�mem smy�kov�ch detektor� je n�ro�nost instalace a~�dr�by, kter� si vy�aduj� �pravu vozovky a~proto i~jej� do�asn� vylou�en� z~provozu. Kv�li um�st�n� detektory trp� mechanick�m nam�h�n�m, kter� m��e zp�sobit a� selh�n� a~nutnost opravy �i v�m�ny. 

Se smy�kov�mi detektory se poj� i jist� nep�esnost nam��en�ch �daj�. Ta pramen� z~n�kolika zdroj�. Jedn�m z~nich je doba odezvy detektoru na p��jezd a~odjezd vozidla ze sledovan�ho prostoru. Pokud se li��, vznik� nep�esnost v~hl�en� dob� obsazenosti. D�le ka�d� detektor po odjezdu vozidla pot�ebuje jist� �as na to, aby se navr�til do klidov�ho stavu a~mohl zaznamenat dal�� vozidlo. Pokud se v�ak b�hem tohoto �asu dostane nad induk�n� smy�ku dal�� automobil, nemus� b�t zaznamen�n nebo m��e b�t pova�ov�n za sou��st p�edchoz�ho. �um m��e do v�sledk� tak� vn�et nap��klad interference od n�jak�ho elektronick�ho za��zen�. Tyto pot�e komplikuj� mimo jin� modelov�n� d�lky front na k�i�ovatk�ch, kter� bude je�t� zm�n�no d�le. 

Dal�� mo�nost� sledov�n� provozu jsou infra�erven� detektory. Jejich hlavn� sou��st� je kamera, sn�maj�c� sledovan� prostor v~infra�erven� oblasti. Ve v�sledn�m obrazu pak pom�rn� snadno rozezn� automobily i~chodce jako�to zdroje tepeln�ho z��en�.

D�le existuj� nap��klad video detektory zalo�en� na kamer�ch sn�maj�c� v~oblasti viditeln�ho sv�tla (videodetektory), mikrovlnn� nebo ultrazvukov� detektory. Tyto v�ak nejsou v~sou�asn� dob� v~simulovan� oblasti instalov�ny.

Smy�kov� detektory um�st�n� na Zli��n� poskytuj� dva �daje. Prvn�m je po�et vozidel, kter� p�es detektor b�hem stanoven� doby agregace dat (typicky 60, 90 nebo 120 sekund) projela a~druh�m �as (ud�van� jako po�et vzork� s odstupem desetina sekundy), po kter� se b�hem periody detekce ve sledovan� oblasti vyskytovalo n�jak� vozidlo.

��zen� k�i�ovatky prob�h� pomoc� sign�ln�ch pl�n� ulo�en�ch v~�adi�i nebo dle pokyn� z~�st�edny. Sign�ln� pl�ny mohou b�t pevn� nebo prom�nn�. \emph{Sign�ln� pl�n} se skl�d� z~n�kolika f�z�, kter� maj� bu� pevn� sled (maj� pevn� za��tky a jejich d�lka je v ka�d�m cyklu stejn�), p��padn� se mohou ��ste�n� p�ekr�vat (v takov�m p��pad� ur�� p�esn� okam�ik p�echodu mezi f�zemi �adi� podle vyhodnocen� �daj� z jednotliv�ch detektor�). \emph{F�ze} jsou slo�en� ze sign�ln�ch skupin. \emph{Sign�ln� skupina} pak zna�� skupinu sv�teln�ch signaliza�n�ch za��zen�, kter� rozsv�cuje v dan� f�zi zelenou. Sign�ln� pl�ny maj� pevnou a~jednotnou \emph{d�lku jednoho cyklu}, kterou ozna�ujeme $T_{\mathrm{c}}$. V~p�edm�tn� oblasti je to konkr�tn� 80 sekund. Posledn�m d�le�it�m pojmem je \emph{offset}. Ten ��k� o~kolik sekund je za��tek jednoho cyklu sign�ln�ho pl�nu posunut oproti jist�mu po��te�n�mu �asu $t_\mathrm{0}$. Offset je kl��ov�m parametrem pro tvorbu tak zvan� zelen� vlny -- �patnou volbou offset� sign�ln�ch pl�nu u dvou na sebe navazuj�c�ch k�i�ovatek m��eme zp�sobit situaci, kdy vozidla naj�d� do n�sleduj�c� k�i�ovatky, na n� pr�v� padla �erven�. 

V~p��pad� pevn�ch sign�ln�ch pl�n� se p�ep�n�n� signalizovan�ch znak� ��d� p�edem danou tabulkou, kter� ur�uje, kdy kter� sign�ln� skupina rozsv�c� zelenou a~jak dlouho m� zelen� trvat. V p��pad� prom�nn�ch sign�ln�ch pl�n� m��e b�t pro ka�dou skupinu ulo�ena mo�nost prodlou�it interval zelen� v~p��pad�, �e �daje z~detektor� oznamuj� dal�� p�ij�d�j�c� vozidla v~dan�m sm�ru. Tabulka pevn�ho sign�ln�ho pl�nu je na obr�zku \ref{fig:fixed-plan}.

\begin{figure}
	\centering
	\includegraphics[width=\columnwidth]{fixed-plan}
	\caption{Uk�zka tabulky pevn�ho sign�ln�ho pl�nu. Vlevo jsou jednotliv� sign�ln� skupiny, naho�e �asov� osa, uprost�ed jsou pak zelen� ozna�eny intervaly, ve kter�ch tyto sign�ln� skupiny vys�laj� znak �volno�.}
	\label{fig:fixed-plan}
\end{figure}

\section{Oblast Zli��na}
Ov��en� mo�nosti decentralizovan�ho ��zen� dopravn� signalizace je v~t�to pr�ci provedeno na modelu skute�n� oblasti: ulici �evnick� v~Praze~--~Zli��n�. V~ulici se nach�z� p�t sv�teln�ch k�i�ovatek situovan�ch v~jedn� linii. Pro zjednodu�en� jsou v~t�to pr�ci simulov�ny jen dv� severn� k�i�ovatky s ��seln�m ozna�en�m 5.495 a~5.601. Prvn� jmenovan� je trojramenn� k�i�ovatka ulic �evnick� a~Na Radosti, druh� je potom �ty�ramenn� a~je tvo�ena napojen�m autobusov�ho termin�lu na jedn� a~obchodn�ho centra Metropole Zli��n na druh� stran� na �evnickou. Cel� oblast je na obr�zku \ref{fig:zlicin-pohled}, dv� simulovan� k�i�ovatky potom na obr�zku \ref{fig:zlicin-detail}.

\begin{figure}%
	\centering
	\includegraphics[width=\columnwidth]{zlicin-pohled}%
	\caption{Celkov� pohled na �evnickou ulici.}%
	\label{fig:zlicin-pohled}%
\end{figure}

\begin{figure}%
	\centering
	\includegraphics[width=\columnwidth]{zlicin-495-601}%
	\caption{Pohled na dv� simulovan� k�i�ovatky, vlevo 5.495, vpravo 5.601.}%
	\label{fig:zlicin-detail}%
\end{figure}

B�hem simulac� jsou na obou k�i�ovatk�ch nastaveny pevn� sign�ln� pl�ny bez prodlu�ov�n� f�z�.

\section{Simul�tor Aimsun}
K~simulaci dopravn� situace se pou��v� softwarov� bal�k GETRAM/AIMSUN od spole�nosti TSS (Transport Simulation Systems) ve verzi 4.2.16. J�drem cel�ho n�stroje je program Aimsun, kter� slou�� k~samotn� simulaci. 

Aimsun (Advanced Interactive Microscopic Simulator for Urban and Non-Urban Networks, \cite{aimsunman}) je mikrosimul�torem dopravy\footnote{Sou�asn� verze Aimsun 6 dovoluje ji� mikro, meso i~makrosimulaci}, to znamen�, �e modeluje polohu jednotliv�ch vozidel diskr�tn� b�hem cel� doby simulace. Ka�d� vozidlo se ��d� ur�it�m modelem chov�n�. Lze nastavit r�zn� styly p�edj�d�n�, prudkost brzd�n� a~rozjezd�, ale t�eba i~ochotu �ekat. Je mo�n� simulovat r�zn� druhy vozidel, od osobn�ch p�es n�kladn� auta a� po autobusy a~hromadnou dopravu v�bec. Vedle vozidel Aimsun samoz�ejm� nab�z� simulaci v�t�iny objekt�, kter� se vyskytuj� v~dopravn�ch s�t�ch: sv�teln�ch signaliza�n� za��zen�, detektor�, atd.

Vstup pro simul�tor se skl�d� ze sc�n��e a~parametr� simulace. Sc�n�� obsahuje popis dopravn� s�t�, �daje o~dopravn� z�t�i, programy ��zen� dopravy a~pl�ny ve�ejn� dopravy. Popis dopravn� s�t� p�edstavuje geometrickou reprezentaci zkouman� oblasti, tedy rozm�ry a~tvar jednotliv�ch silni�n�ch pruh� a~k�i�ovatek, um�st�\-n� dopravn� signalizace, detektor�, zast�vek hromadn� dopravy a~podobn�. Dopravn� z�t� m��e b�t zadan� dv�ma zp�soby. Jedna mo�nost je pomoc� intenzity dopravy na vstupech, pom�r� odbo�en� na k�i�ovatk�ch a~po��te�n�ho stavu s�t�, druh� pomoc� takzvan� O-D matice, kter� zachycuje po�et uskute�n�n�ch cest mezi dvojicemi vstupn�ch a~v�stupn�ch bod�. Programy ��zen� dopravy zahrnuj� popisy f�z� a~jejich trv�n� pro ��zen� k�i�ovatky, p�ednosti v~j�zd� pro k�i�ovatky ne��zen�. Kone�n� pl�ny ve�ejn� dopravy se skl�daj� z~popis� tras, zast�vek a~j�zdn�ch ��d� linek hromadn� dopravy v~simulovan� oblasti. Parametry simulace pak p�edstavuj� pevn� ��sla popisuj�c� experiment (jako doba simulace) a~prom�nn� hodnoty ur�en� pro kalibraci modelu.

V�stupem za simulace je spojit� grafick� reprezentace zkouman� oblasti, statistick� data o~provozu (tok vozidel, po�ty zastaven�, pr�m�rn� rychlost, atd.) a~�daje sesb�ran� z~detektor�. V�sledky mohou b�t vykresleny do graf�, nebo ulo�eny v~textov� podob� do soubor� �i do datab�ze pro dal�� zpracov�n�.

\begin{figure}%
	\centering
	\includegraphics[width=\columnwidth]{aimsun}%
	\caption{Simulovan� oblast nahran� v Aimsunu}%
	\label{fig:aimsun}%
\end{figure}

\subsection{Getram Extensions}

Aimsun m� aplika�n� rozhran� (API), kter� umo��uje tvorbu roz�i�uj�c�ch modul� nazvan�ch Getram Extensions. Aimsun pomoc� tohoto rozhran� poskytuje v~re�ln�m �ase data ze simulace a~naopak p�ij�m� data pro jej� ovliv�ov�n�, jak je nazna�eno na obr�zku \ref{fig:extension}. Roz���en� se p�� bu� jako DLL knihovny napsan� v~C/C++ nebo ve form� skript� v~Pythonu.

\begin{figure}%
\centering
\includegraphics[width=8cm]{extension}%
\caption{Aimsun a~extern� aplikace.}%
\label{fig:extension}%
\end{figure}

Komunikace mezi roz���en�m (Getram Extension) a~simul�torem Aimsun prob�h� pomoc� �esti funkci:
\begin{enumerate}
	\item \emph{GetExtLoad()} je vol�na v~okam�iku nahr�n� roz���en� Aimsunem.
	\item \emph{GetExtInit()} je vol�na na za��tku simulace.
	\item \emph{GetExtManage()} se vol� na za��tku ka�d�ho kroku simulace. Slou�� k~z�sk�n� aktu�ln�ch �daj� z~detektor�, dat o~vozidlech a~dal��ch �daj�. Tak� umo��uje naopak ovl�d�n� aktivn�ch prvk� v~simulovan� oblasti.
	\item \emph{GetExtPostManage()} je funkce podobn� p�edchoz�, jen tato je vol�na na konci simula�n�ho kroku.
	\item \emph{GetExtFinish()} se vol� na konci simulace a~v~n� roz���en� dokon�uje v�echny operace, kter� si to je�t� ��daj�.
	\item \emph{GetExtUnLoad()} je zavol�na v~okam�iku, kdy Aimsun ukon�uje komunikaci s~roz���en�m.
\end{enumerate}

Pr�b�h komunikace mezi Aimsunem a~roz���en�m je vid�t na obr�zku (\ref{fig:extensiondetail})

\begin{figure}%
\centering
\includegraphics[width=7.5cm]{extensiondetail}%
\caption{Podrobn� n�kres komunikace mezi Aimsunem a~Getram Extension.}%
\label{fig:extensiondetail}%
\end{figure}

\section{Emul�tor �adi�e ELS3}
Pro simulace funkc� �adi�e k�i�ovatky se pou��v� emul�tor ELS3 vyvinut� firmou Eltodo dopravn� syst�my s.r.o. Ten z~re�ln�ho �adi�e obsahuje algoritmus ��zen�. Ovl�d�n� HW periferi� (modul detektor�, sp�na�� sign�ln�ch skupin, a~podobn�) jsou nahrazeny v��e popsan�m simul�torem Aimsun.

V~INI souboru emul�toru �adi�e jsou ulo�eny parametry dopravn�ho �e�en� pou�it�ho v~simulovan� oblasti. Dopravn� �e�en� je ur�eno parametry k�i�ovatky (jej� konstrukce, um�st�n� detektor�, f�ze, sign�ln� skupiny, \ldots) a~dopravn�mi vztahy mezi t�mito parametry (sign�ln� pl�ny, dynamick� ��zen�, \ldots). N�vrh dopravn�ho �e�en� je d�lem dopravn�ho in�en�ra a~jeho struktura p�esahuje r�mec t�to pr�ce.

%Parametry k�i�ovatky (sign�ln� skupiny, f�ze, detektory, �) a dopravn� vztahy nad t�mito parametry (sign�ln� pl�ny, dynamick� ��zen�, �) jsou ur�eny dopravn�m �e�en�m, kter� vytvo�� dopravn� in�en�r a jeho� struktura p�esahuje r�mec t�to pr�ce. Tyto konfigura�n� parametry dopravn�ho �e�en� jsou ulo�eny v INI souboru.

ELS3 m� pro komunikaci s~okol�m vlastn� API. V~ka�d�m simula�n�m kroku p�es n�j obdr�� z~Aimsunu stavy sv�ch detektor�. Od knihovny BDM (kter� zde nahrazuje modul dopravn� �st�edny a o n� se bude �e� pozd�ji) �adi� pak p�ij�m� data pro ovlivn�n� ��zen�. V�stupem �adi�e je obraz barevn� kombinace sign�ln�ch skupin. Ten se zas�l� do Aimsunu na konci ka�d�ho simula�n�ho kroku. 

%Vstupn� a v�stupn� data se do �adi�e na��taj� p�es komunika�n� API. Z prost�ed� AIMSUN �adi� obdr�� v ka�d�m simula�n�m kroku obraz stavu v�ech detektor� k�i�ovatky. Z modulu dopravn� �st�edny (v na�em p��pad� je to BDM) �adi� p�ijme po uplynut� ��dic� periody data pro uplatn�n� nov�ho ��zen�.

%V�stupem z �adi�e je obraz barevn� kombinace sign�ln�ch skupin. Obraz se pos�l� do AIMSUN na konci simula�n�ho kroku. Pro zp�tnou vazbu �adi�e na �st�ednu slou�� realizovan� sign�ln� pl�n. Sign�ln� pl�n se odes�l� s pevnou periodou, kter� nemus� b�t shodn� s ��dic� periodou p�ipojen� dopravn� �st�edny.
