Современное состояние светодиодных систем организации и безопасности дорожного движения

Сообщение, сделанное директором ГНУ «Институт электроники НАНБ» Юрием Трофимовым на научно-практическом семинаре «Светодиодные технологии в системах организации и безопасности дорожного движения», состоявшемся 9 июня 2005 г.

Обеспечение безопасности дорожного движения — святая задача. Каждый погибший в ДТП — это горе семьи, социальная беда и проблема государства. Поэтому все, что делается в мире в направлении обеспечения безопасности дорожного движения, должно непременно внедряться и развиваться в каждой стране.
Беларусь — транзитная страна. Понятно, что чем выше качество информационного обеспечения ее автодорог, тем больше автотуристов и грузопотоков устремится через ее территорию. НАНБ, как и другие госучреждения, готовит планы своих работ на следующую пятилетку, которая начнется в 2006 г. Программа, которую разрабатывает в 2005 г. Институт электроники, называется «Физические и технологические основы, разработка и создание новых материалов, элементной базы и устройств опто-, микро-, наноэлектроники, информационно-измерительных систем и приборов». Задача состоит в привязке всех разработок грядущей пятилетки к конкретным исполнителям. Заказчиками данной программы являются четыре ведомства Беларуси: НАНБ, Минобразования, Минпром и Госкомвоенпром. На 5 лет запрошено около Br30 млрд. В настоящее время НАНБ может выступить инициатором тех или иных проектов, реализация которых представляется вопросом дня. Подключив к этим проектам необходимых разработчиков, необходимые промпредприятия, вообще всех желающих работать в соответствующей области, можно получить так называемые сквозные проекты. Суть сквозного проекта состоит в том, что в течение пятилетки рождается идея, конструируется конкретное изделие, а затем это изделие ставится на серийное производство. Особенно актуально внедрение изделия, его востребованность в тех или иных областях.

На что можно ориентироваться, разрабатывая светодиодные технологии и системы безопасности дорожного движения? Например, специалистами одной из датских фирм разработан светодиодный интеллектуальный дорожный знак, представляющий собой полноцветную светодиодную матрицу. При серийном производстве такой знак стоит примерно $3 тыс. Например, оснащение такими знаками основных автомагистралей Дании потребует $51 млн. Установка же их на всей территории страны — почти полмиллиарда долларов США. Однако, если после внедрения этих интеллектуальных знаков ежегодное количество ДТП уменьшится всего на 10%, ежегодный социальный эффект составит $219 млн. В Европе разработана специальная методика расчета стоимости дорожного инцидента, стоимости человеческой жизни. Опираясь на данную методику, страховые компании немедленно выставляют счета владельцам автодорог. Поэтому и в Европе, и во всем мире деньги на обустройство автодорог принято расходовать не скупясь.

Сегодня достаточно широко применяются такие новинки, как светодиодные разделительные указательные маячки (по ряду причин изделия эти начали массово производиться в Юго-Восточной Азии). В составе изделий — солнечные элементы, светодиоды, поликарбонатные и алюминиевые части. Те из них, которыми оснащаются зоны не самого интенсивного движения транспорта (автостоянки, парковки), выпускаются уже десятками и сотнями тысяч штук. Одна из британских фирм занимается светодиодными разделительными маячками на протяжении последних 7 лет. Вот какой проект был осуществлен ею в Южной Африке. Там оснастили 20 тысячами маячков трассу длиной в 100 км. Один маячок обошелся в $114. До установки этих маячков на трассе в течение года произошло 350 ДТП (при этом 21 со смертельным исходом, 71 — тяжелый случай). После установки маячков ежегодное количество ДТП уменьшилось примерно в 9 раз (из них 1 фатальное, 1 тяжелое). Принципиально данная система близка к известным «кошачьим глазкам», однако является активной.

Сегодня в Западной Европе некоторые участки автомагистралей не освещают сверху, а оснащают активной трассировкой полос движения по ряду причин. Во-первых, существует понятие засорения светом атмосферы — сегодня большинство материков Земли в ночное время светится сильнее, чем в дневное, при солнечном освещении. И это порождает определенные проблемы. Во-вторых, такой подход гораздо более энергоэффективен. Если 100 км трассы автодороги осветить уличными светильниками, то для решения такой задачи потребуется задействовать крупную ГЭС. Стоимость активной трассировки полос движения исчисляется миллионами долларов США. Однако эффект и в части безопасности, и в части энергоэффективности значительно выше. Это полностью автономный маячок, изготавливаемый с использованием каленого стекла, выдерживающего нагрузку примерно 800 кг/см2. Маячки устанавливаются через 18 м. Есть возможность запускания сигнала синхронизации, бегущей волны (со скоростью 90 км/час). Если вы едете на машине, вам все время видно, с какой скоростью вы едете. Как только вы начинаете обгонять бегущую волну, сразу становится очевидным, что вы нарушаете скоростной режим. На поворотах скорость движения бегущей волны может быть уменьшена. И вы автоматически придерживаетесь той рекомендуемой скорости, которую задает вам электроника. После каждых 500 м просто активных глазков стоит глазок, в большей степени начиненный «мозгами». Он-то и задает режимы синхронизации, включения и так далее. Двухчасовая зарядка солнечной батареи обеспечивает 10 дней автономной работы такого маячка. Частота мигания может составлять 27 Гц. Глаз такое мигание не воспринимает, и кажется, что мы наблюдаем постоянное свечение. Данный подход позволяет существенно снизить энергопотребление.

Что вообще такое активный маячок? Дело в том, что при прохождении поворота со скоростью, например, 90 км/час в определенных условиях «кошачьи глазки» не спасают. Активные же маячки позволяют видеть изгиб трассы на расстоянии 900 м. Машина проезжает это расстояние за 30 секунд, и этого времени вполне достаточно для принятия необходимого решения по маневру.
Еще более интересную систему предлагает Philips. Это динамическая дорожная разметка, выполняемая с помощью белых светодиодов. Интенсивность этих светодиодов такова, что в любой солнечный день обеспечиваемая ими разметка бывает видна. Это особенно актуально при необходимости управления дорожными потоками. Например, в тех случаях, когда интенсивность движения в том или ином направлении меняется в течение дня. В Голландии этот проект профинансирован государством, и реальные внедренческие работы уже ведутся на некоторых трассах (таким образом выполнен, например, паркинг в Амстердаме). Подобная система позволяет убирать дорожное полотно с использованием снегоуборочной техники и интеллектуально управляется по каналу связи.

Что же касается Беларуси, то, как известно, в стране пытались устанавливать «кошачьи глазки». К сожалению, необходимость регулярного проведения таких работ, как уборка снега и ремонт дорожного покрытия, не позволяет подобным устройствам длительное время находиться в полотне дороги. Если необходимо каждый сезон восстанавливать глазок, который стоит $100-200, то понятно, почему известная своими хрустальными изделиями компания Swarowski (Австрия) полностью перешла на светодиоды (при этом предусмотрены извлекаемые элементы, которые просто убираются на время ремонта дороги). Серьезной для разработчиков проблемой является запитывание маячков. В данном случае солнечный элемент отсутствует. Закладывать кабель под полотно, казалось бы, нереально. Но в Москве на Тверской улице уже организована светодиодная подсветка брусчатки именно с закладкой под брусчатку электропроводки. При этом к каждому камню мощения подводится напряжение 5 В. Кроме того, маячки могут заряжаться индукторами, что реализуется во время проезда специальной машины, наводящей необходимый энергопотенциал через антенну. Здесь используются высококачественные конденсаторные устройства. Индуцировать электроэнергию может и специальный подземный кабель, проложенный в 0,5 м от ряда маячков без запитывания каждого из них в отдельности. В этом случае можно сравнительно беспроблемно заменять один маячок другим. Вообще же современный светодиод, которому для свечения требуется 100-200 милливатт, — изделие по определению необслуживаемое с гарантией работы в жестких условиях 5-7 лет. Одно из интересных предложений — японская система, которая работает в тумане, например, в виде ряда маячков, оконтуривающих опасный поворот. Есть подсистема определения тумана, есть радиоволновая система передачи сигнала от маячка к маячку. Вся система устанавливает факт появления тумана, определяет его плотность и далее действует по обстановке. Известно, например, что смог, туман и снег по-разному пропускают свет различного цвета. Так, желтый хорошо виден в водяном тумане, синий — в смоге. И этим стали пользоваться: установленная на опасном участке система сама определяет тип тумана и включает свет нужного цвета и интенсивности для достижения оптимального визуального эффекта.

Большое распространение получила организация питания светодиодных систем безопасности с использованием солнечных батарей. Дело в том, что современный светодиод имеет очень высокую эффективность преобразования электрической мощности в свет, и достаточно одного небольшого аккумулятора, который в условиях Беларуси заряжается в течение 3 часов, для того, чтобы оснащенный им светодиодный светофор автономно работал 4-5 часов. Одновременно сегодня во всем мире идет работа над корректировкой требований, предъявляемых к светофорам. Во-первых, обязательной станет индикация времени перехода в секундах, во-вторых, будут учтены дальтоники (в светофорах появится анимация: светящаяся фигурка движется — значит, можно идти). В любом случае уже сегодня в Европе светофоры, не оснащенные этими решениями, становятся все менее востребованными. В этом году в Амстердаме было выделено 4 перекрестка, на которых отрабатывались различные решения пешеходных светофоров. При этом проводилось анкетирование прохожих — собирались отзывы пешеходов о различных типах устройств на предмет анализа этих пожеланий и принятия окончательного решения о внедрении. Вообще сегодня в Голландии перекрестки и иные наземные переходы охраняют не одиночные «лежачие полицейские», а целые "взводы" таких "полицейских". Так что подъехать к перекрестку можно на скорости, не превышающей 5 км/час. Проезжие части всех курортных зон разграничены рядами бетонных надолбов высотой не менее 30 см — для того чтобы пешеход мог спокойно двигаться вдоль полос с интенсивным движением. И многие улицы, и островки безопасности обустраиваются подобными надолбами. В настоящее время принимается решение о подсвечивании этих рядов надолбов светодиодными маячками через 5 м. Дело в том, что в Западной Европе водитель, зацепивший пешехода, несет ответственность в любом случае — полиция даже не разбирается, кто на самом деле виноват в столкновении. Страховочная же сумма очень солидная. Один из новых подходов — дублирование светофорного устройства на уровне глаз ребенка, дабы последнему, нажав на переходе на кнопку, не нужно было задирать голову и вглядываться: зажегся зеленый или не зажегся? Подобные светофоры в обязательном порядке устанавливаются возле всех детских учреждений. Вообще светофоров и на перекрестках, и над трассами сейчас появляется значительно больше — светофором оснащается каждая полоса. И если на перекрестке замена лампы еще не создает ощутимой проблемы, то над трассой — совершенно иное дело. Поэтому все идет к тому, чтобы каждый светофор Европы работал на светодиодах. Внедряются светодиоды и в пунктах взимания платы за проезд по автодорогам. В частности, в Беларуси это уже сделано на автодороге «Минск — Брест». Чуть более подробно об интеллектуальных дорожных знаках. Поскольку в течение дня могут меняться интенсивность потоков и климатические условия, что вызывает и пробки, и ДТП, уже сейчас в Голландии и Австрии подобные знаки установлены на каждом втором километре каждой автомагистрали. Такой изменяемый знак позволяет водителю своевременно узнавать о том, что на таком-то километре на такой-то полосе — затор. Стоимость такого знака приближается к $2000, тем не менее, они востребованы и интенсивно применяются во всем мире.

Очень серьезная проблема — нормотворчество в области читаемости знаков на расстоянии нескольких сотен метров. Эти знаки должны быть достаточно большими! Это актуально и для Западной, и для Восточной Европы, и, разумеется, для Беларуси. Во всяком случае, водители высказывают немало претензий по поводу определителя скорости движения, установленного на шоссе «Минск — Москва» в районе деревни Жуков Луг — для того чтобы прочесть, с какой скоростью ты движешься, нужно обязательно оторвать взгляд от дороги. Стоимость 1 м2 английского светодиодного знака такого рода — $8-15 тыс. Эти большие знаки, устанавливаемые над полотном, моются водой, подаваемой сбоку под давлением 10 атмосфер. Поэтому никаких стекол на поверхности знаков нет — только алюминиевая плата, специальное шелкографическое (чтобы не бликовало) покрытие, герметичные конусы. Иначе обязательно нужен трап, по которому взбирается рабочий ДЭУ, чтобы вымыть знак. Почему дорожные знаки должны быть надежными, герметичными, изготавливаться по особым технологиям? Потому, что моются они ни в коем случае не мылом! При попадании мыла на полотно дороги возникает ряд серьезных проблем. Поэтому и используется вода, подаваемая под большим давлением под углом (раз в 2 месяца).

На последней посвященной безопасности дорожного движения выставке, прошедшей недавно в Амстердаме, был задан вопрос по нормативам читаемости знаков. Таких норм пока нет ни в одной стране, однако эксперты утверждают: в любом случае информация должна быть отчетливо видна на расстоянии 800 м, на автостраде — до 2 км. В Мюнхене, где расположена штаб-квартира компании Osram, в любую погоду и время суток хорошо видно каждый остановочный пункт общественного транспорта — все они как следует освещены теми самыми светодиодными столбами, которые вообще-то являются атрибутами наружного декоративного освещения. Одна из самых последних разработок Philips — многофункциональный уличный фонарь. Он имеет и светодиодный источник света для того, чтобы с его помощью турист смог прочесть путеводитель, и мощные направленные светильники для освещения проезжей части. Если в Минске уличный фонарь требует 2-3 кВт, то здесь вся система — 300 Вт. В течение следующего года Philips собирается распространить в Европе 3 тыс. светильников такого рода. А что же Институт электроники НАНБ?

Есть в нем лаборатория фотосенсорных и дисплейных технологий. Основным направлением деятельности лаборатории является разработка и изготовление продукции на базе полупроводниковых светоизлучающих диодов (LED). Данная продукция находит широкое применение в системах отображения информации, а также декоративного освещения и подсветки интерьеров транспортных средств и помещений, архитектурной подсветки зданий, бассейнов и других объектов. Что предлагается для обеспечения безопасности дорожного движения? Дорожный светодиодный указатель «Стрелка-М» предназначен для установки на автодорожной ремонтной технике (разметочные машины и машины "прикрытия" участков ремонтных работ дорожного покрытия, ограждений), проводящей работы на автомагистралях, шоссе, улицах городов и других населенных пунктов. Указатель представляет собой модернизированный дорожный знак, снабженный мощным светодиодным источником излучения в желтой области спектра и изготовленный с использованием новейших оптоэлектронных технологий.

Светодиодный пешеходный знак с эффектом анимации предназначен для обозначения зоны пешеходного перехода преимущественно на автодорогах с недостаточным уровнем освещенности (за пределами городской черты, на автомагистралях и загородных шоссе). Увеличенный (900х900 мм) размер знака и эффект анимации, выполненный на основе оконтуривания типового изображения пешехода высокоэффективными полупроводниковыми светодиодами желтого цвета свечения, делает его хорошо заметным на больших расстояниях, что увеличивает безопасность пешеходов в зоне его действия. Светодиодный линейный осветитель предназначен для освещения зоны пешеходного перехода, остановочных пунктов, островков безопасности. Может использоваться в качестве архитектурно-художественной, ландшафтной и интерьерной подсветки. Представляет собой мощный источник излучения в видимой области спектра, изготовленный с использованием новейших оптоэлектронных технологий. Габаритный светодиодный фонарь предназначен для обозначения габаритов выступающих частей автодорожной снегоуборочной и ремонтной техники (разметочные машины и машины "прикрытия" участков ремонтных работ дорожного покрытия, ограждений), производящих работы на автомагистралях, шоссе и улицах. Он состоит из двух мощных источников излучения в желтой области спектра с выводом света в противоположных направлениях. Прибор используется совместно с блоком управления, обеспечивающим работу изделия в режиме вспышки-мигания. Аналогичные задачи решаются и с использованием светодиодного сигнального фонаря ФСС-6, который также может применяться в качестве архитектурно-художественной, ландшафтной и интерьерной подсветки.

Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ