Светофарите

Технологии и технически решения

Светофарите са предназначени за регулиране на движението на превозните средства и на пешеходците. Това регулиране е по-гъвкаво от пътната маркировка и от фиксираните пътни знаци. Също е и по-безопасно от директното присъствие на регулировчик в центъра на кръстовището. Съвременните светофари са програмируеми системи, които позволяват ефективно адаптиране на параметрите им към пътната ситуация.
Тази статия разглежда накратко при какви условия трябва да се монтират светофарни инсталации за регулиране на движението по улиците, пътищата, железопътния транспорт и на движението на пешеходците. Дадени са някои от основните предимства на светофарите като средство за регулиране. Споменати са и използваните технически и технологични постижения в тази област.

Обикновено светофарите се свързват с кръстовища, но те се монтират и на много други места, като например пешеходни пътеки, изходи на гаражи и паркинги на важни учреждения, входове на тунели и подлези, ж.п. прелези и навсякъде, където трафикът трябва да се контролира. Тъй като местата на монтаж и изпълняваните функции са доста различни, а от друга страна в различните страни светофарите се развиват повече или по-малко самостоятелно, то и изпълнението и тълкуването на сигналите им не винаги е напълно еднакво.

Ролята на светофарите
Знаците, подавани от светофарите, са много добре видими при слаба слънчева светлина и през нощта.

Светофарите създават регулирана ситуация на кръстовищата. Те може да са част от централната автоматизация на улица, булевард, квартал, градски район или на целия град. В такъв смисъл те могат да са част от ефективния централизиран контрол на града и да предотвратяват задръствания при извънредни ситуации. Превозните средства с техните водачи и пешеходците, които преминават или са спрели на светофарни уредби, могат да бъдат подложени без да бъдат спирани на допълнителен контрол чрез телевизионни камери и други средства, с цел например да се повиши културата на движение по пътищата.

Светофарите обикновено намаляват сблъсъците между автомобилите и броя на ударените пешеходци. Дават възможност на участниците в движението от по-второстепенните и/или ненатоварените пътища да се включват по-безопасно в движението или да пресичат по-натоварените пътища. Светофарите помагат на най-уязвимите участници в движението, като пешеходци и особено на малките деца, инвалиди, майки с малки деца и колички, бременни, възрастни хора и други, да пресичат по-безопасно улиците. Светофарите дават възможност регулиращите полицаи да са разположени на безопасно място, далече от шума, замърсяванията и от превозните средства, но все пак достатъчно близо, за да се намесят лично, ако ситуацията го изисква.

Чрез светофарите може да се води доста точна статистика за вида и броя на превозните средства, движещи се по определени улици и пътища. За тази цел те се комбинират с автоматични уреди, регистриращи и разпознаващи превозните средства. Данните могат да се използват за много цели, включително и за планиране на развитието на мрежата от улици и пътища.

Често пъти светофарите водят до увеличаване на пропускателната способност на улиците и пътищата. Те могат да доведат и до намаляване на замърсяванията (например с подаване на команда за спиране на двигателите) и на задръстванията, което зависи от конкретните условия. Светофарите дават възможност да се организира зелена вълна по протежение на основните пътни артерии в града. По принцип зелената вълна позволява превозните средства да се движат с оптимална скорост и с оптимален разход на гориво при съответната пътна обстановка. Целта е светофарите да намаляват и чакането на кръстовищата. Това обаче изисква използването на скъпа апаратура за анализиране на пътната ситуация и за адаптиране на времената за включване на светлините в зависимост от пътната ситуация.

Управление на светофарите
Първите светофари са се управлявали ръчно чрез механични изпълнителни механизми, а след това и чрез електромеханични управляващи блокове. Развитието на техниката довежда до масово използване на автоматични електромеханични часовникови управляващи устройства. Появата на електронни схеми, способни да работят устойчиво в широк температурен диапазон и най-вече на програмируеми интегрални схеми като микропроцесори и микроконтролери, направиха светофарите интелигентни устройства. Програмируемите управляващи устройства позволиха да се изградят мрежи от светофари, което повиши степента на контрол на трафика. На местата, където преминават сравнително рядко пешеходци, се монтират светофари, задействани чрез бутони от пешеходците, желаещи да извършат пресичането. Бутоните би трябвало да са ясно различими, а светофарът да е ясно сигнализиран като задействан от бутон. На някои от второстепенните пътища се монтират индуктивни и други датчици, които превключват светлините, само ако има чакащи превозни средства за преминаване. Тези датчици понякога имат проблеми с разпознаването на малки превозни средства и тяхното включване в главния път е проблематично. Съвременните светофарни уредби може да имат достъп до интернет, модеми за дистанционен контрол, устройства за четене на електронни карти, пултове за ръчно управление и други нововъведения.

Нови технологии за получаване на светлините
Първите светофари са използвали газови или друг вид фенери. Те отстъпват място на обикновени а след това и на специални крушки с нажежаема жичка и с мощност обикновено над 60W и по-често над 100W. После идва ред на халогенните и други по-съвременни видове лампи. Най-често лампите за светофарите са специално изпълнение с удължен експлоатационен срок, тъй като подмяната им е скъп процес. Лампите с нажежаема жичка са широко използвани заради ниската им цена, но за съжаление те са чупливи и не се виждат добре при директно осветление от слънцето. За подобряване на видимостта и надеждността светофарите се комбинират и с отражатели, лещи, светофилтри и козирки, но всяко едно от тези допълнения има и положителни и отрицателни страни. Например фокусиране на светлината в едно по-тясно направление, прави светлината невидима извън това направление. Използването на отражатели повишава ефективността на светлинния източник, но при засветяване на светофара може да се получи лъжливо впечатление, че съответният цвят е активиран и т.н.

Светодиодните светофари са факт от около двадесетина години. Светодиодите предлагат висока надеждност, висока яркост, висока устойчивост на удари и вибрации и тесен честотен (светлинен) спектър. Светодиодите позволяват плавно регулиране на яркостта в големи граници. Това води до икономия на енергия, повишена надеждност и по-добро възприемане на светлинните сигнали от участниците в движението. Светодиодите имат много добро фокусиране на излъчваната светлина. Ето защо понякога може да се вземат мерки за насочването на светлината в по-широк ъгъл, за да може сигналът да се вижда от всички необходими места.

Огромно предимство на светодиодите е, че във формирането на един светлинен сигнал участват множество светодиоди. Повреждането на част от светодиодите в един сигнал от една страна води само до намаляване на интензивността на светлината (а не до пълното й изчезване), а от друга страна може лесно да се открие от управляващия електронен блок, който да подаде сигнал, че е необходима проверка и евентуална подмяна на светлинния източник.

Светодиодните източници имат сравнително тесен спектър на излъчваната светлина. При светофарите това може да е както предимство, така и недостатък, защото част от хората може да имат далтонизъм за тази част от спектъра и да не разпознават сигналите, подавани от светофара. Ето защо е възможно да се наложи в червените светлини да се използва смес от червени и оранжеви или жълти светодиоди, а зеленият цвят да включва и малко количество сини светодиоди. Предполага се че това ще направи червения и зеления цвят да се разпознават и от хора с далтонизъм.

Видове светофари
Светофарите може да се класифицират по размери, форма, брой и параметри на светлините, технологията, използвана за получаване на светлината, мястото и начина на монтаж, наличие или не на допълнителни електромеханични сигнализиращи устройства, вида на участници в движението, за които се отнасят, поведение на светофара през деня и нощта, поведение при отпадане на централното захранване и много други параметри. Тук ще направим една опростена класификация на светофарите според участниците в движението, за които те се отнасят.

Светофарите, регулиращи нерелсовите превозни средства като мотоциклети, автомобили, автобуси, камиони и др., изглежда са най-масовите и най-познатите на широката публика. Тези светофари обикновено са с три секции и са разположени вертикално. Най-отгоре е разположена червената секция, в средата е жълтата или оранжевата секция и най-отдолу е зелената секция. Макар и по-рядко тези три светофара могат да се разположат и хоризонтално. В този случай разположението може да е различно при ляво и дясно движение. Обикновено червената светлина се разполага отляво, а зелената отдясно. Времето за светене на жълтия/оранжевия цвят често е най-малко, например от една до пет секунди.

Най-често при трицветните светофари всеки цвят свети самостоятелно и постоянно (не мига).

Светофарите за пешеходци обикновено имат само две секции: червена и зелена, но може да има и изключения. Понякога на червената секция има една или две фигурки на човек застанал мирно, а на зелената фигурка на човек в крачка. Има модели, при които на зелената секция има фигурка на движещ се човек, изписвана със светодиоди, управлявани по определен начин. Пешеходните светофари могат да имат светещи или подвижни надписи от типа на „Върви” (Walk) и „Спри” (Don’t walk). По-модерните пешеходни светофари се комбинират и с електрически или електронни часовници, показващи в секунди колко време остава до превключване на сигнала. Тези часовници обикновено показват времето до смяна на зеления цвят, но може да показват и времето за промяна на всеки цвят.

Светофарите на пешеходните пътеки може да се състоят от три хоризонтално разположени секции само с жълта или оранжева светлина и да изобразяват движещ се пешеходец, пресичащ пътя. Такива светофари може да имат и само две хоризонтални секции, които мигат редувайки се.

Съществуват и едноцветни светофари. Например, понякога се инсталират жълти или оранжеви мигащи светлини, за да се обърне внимание на участниците в движението, че има кръстовище или препятствие, което трябва да се заобиколи или премине с повишено внимание. Жълтата мигаща светлина изисква намаляване на скоростта на движение.

На някои светофари се монтира и секция със син цвят. Нейното тълкуване обаче е различно в различните държави. Например, в определени страни може да означава, че ще има дълго чакане на светофара и е добре да се изключи двигателят, за да не се замърсява атмосферата и да се прави икономия на гориво. В други страни синият сигнал може да се отнася само за велосипедисти и т.н.

Освен стационарните светофари съществуват и мобилни такива и то със собствено акумулаторно и дори фотоволтаично захранване. Тяхната поява се налага от няколко факта. Например, временно отклоняване на движението може да наложи използване на светофарни уредби, които след това да не са необходими. Или в резултат на природно бедствие стационарните светофарни системи да излязат от употреба и ремонтът им да се проточи, а възстановяването на движението трябва да стане максимално бързо. Мобилните светофарни системи са полезни и когато трябва да се експериментира, за да се установи дали монтирането на стационарна система ще бъде ефективно. Те могат да се използват и на места, където има оживен трафик през малка част от годината (например 1-3 месеца), при строителни работи, а също и там където поставянето на регулировчик е опасно, а наличието на стационарна система не е оправдано.

Масовият градски транспорт може да има собствена светофарна система със светофари, различни от тези за широката публика. Например, трамваите може да имат светофарна уредба, съставена от няколко бели светлини. Най-често те са четири и са във формата на буквата Т (може да се свърже с думата трамвай). В други страни се използва светофар с девет кръгли бели светлини, които се управляват индивидуално, произвеждайки голямо количество фигури и по този начин дават команди на водачите. Водачът на трамвая трябва да наблюдава само своя светофар, който е синхронизиран по подходящ начин с останалите светофари. Светофарите за градските транспортни средства не са регулирани с международни споразумения и може да се различават значително в отделните държави.

В градски условия светофарните инсталации може да показват едни и същи сигнали на три различни места с трицветен светофар, например в лентата за движение над превозните средства, встрани от уличното платно и долу ниско на около метър от уличното платно. Ниско долу разположените светофари са с много по-малки размери и са за велосипедисти, мотористи и за пешеходци, които са прекалено близо до светофара и не виждат останалите две групи от сигнали.