Mali podsjetnik da su ITS tehnologije lako kvarljiva roba, a to ponekad (ili često) zaboravljamo.

Svako spominjanje inteligentnih transportnih sustava, telematičkih ili općenito informacijskih tehnologija upućuje na korisno, učinkovito, po izgledu lijepo (futurističko), i … nepokvarljivo. Sve može, osim nepokvarljivog. Svako od nas se barem jednom susreo s nekim proizvodom popularne elektronike/informatike koji je kupljen ili neispravan, ili se pokvario odmah ili (najgore) odmah nakon isteka jamstva. Profesionalni informatički proizvodi i rješenja daleko su od amaterske jednostavnosti, a uz to su podložni atmosferskim utjecajima i (ne)prijateljskoj okolini i/ili rukovanju.

Zanemarit ću atmosferske utjecaje i posvetiti se isključivo pouzdanosti strukture nekog ITS rješenja. Prometni inženjeri imaju sreće jer postoji izvrsna temeljna literatura na hrvatskom jeziku, knjiga prof. Mladena Begovića: Održavanje tehničkih sustava u izdanju Fakulteta prometnih znanosti. Imam izdanje iz 2003. godine, ne znam postoje li kasnija, ali ovo me izvrsno služi jer sadrži temeljne teoretske postulate teorije održavanja. Pouzdanost nekog uređaja se najčešće definira kao vjerojatnost da će taj uređaj ispravno obavljati svoju zadaću unutar određenog vremena uz određene radne uvjete. Sada moramo definirati uređaj; određen broj sklopova koji čine cjelinu za određenu namjenu. Sklop (modul, dio) je grupa komponenti koja ima određenu funkciju. Komponenta je osnovna (tehnička) jedinica koja nešto radi; u informatici je najpoznatiji mikroprocesor/procesor (CPU – Central Processing Unit).

Svaki ITS uređaj (informatička i/ili tehnička tvorevina), tako mu i ime govori, mora imati sklopove (module):

• senzoriku; nešto što sustavu govori kakvo je stanje okoline; aktualna prometna potražnja: broj i karakter entiteta, odnosi između entiteta (prostorno i vremenski) i dr.; aktualna prometna ponuda: stanje prostora (infrastrukture), promjena raspoloživosti zbog (ne)planiranog poremećaja;
• procesni dio; obrađuju se informacije okoline i uspoređuju s predefiniranim i/ili mogućim stanjima (algoritmi, planovi, scenariji, prognostički modeli – strojno učenje) kako bi se donijeli određeni zaključci – aktivirale određene naredbe;
• izvršni dio; u obliku standardiziranih informacijskih naprava: prometni znakovi, znakovi poruka sa normiranim grafičkim i tekstualnim sadržajem;
• energetski dio (napajanje); jedinstveno za cijelo ITS rješenje, posebno za pojedini uređaj ili posebno za neki modul u uređaju.

Realna struktura neke HW tvorevine u cestovnom prometu (upravljački uređaj, cestovna stanica) prikazana je na sljedećoj slici. Upravljački dio (upravljačka ploča) služi za upravljanje opremom vanjskom (znakovima, rampama, displayima i dr. ) na licu mjesta izravno iz samog uređaja; taj modul nije primaran. Procesorski i memorijski modul brine se za obradu informacija i prosljeđivanje naredbi/informacija. Postojanje I/O sučelja je potrebno za povezivanje opreme kojom se prikupljaju informacije u okolini. Komunikacijskim modulom uređaj se povezuje u mrežu. Pomoćni sklopovi proširuju funkcije uređaja za specifične (konkretne) zadaće. Izlazni moduli su sveza između uređaja i vanjske opreme. Sve je to povezano sabirnicom na matičnoj ploči.

Osnovna struktura može se proširi s drugim (ne)potrebnim elementima. Zasigurno je najvažniji (i potreban) komunikacijski dio koji povezuje komponente u mreži. Unutarnja komunikacija (sabirnica) obično se aplicira kroz neki drugi modul; najčešće procesni dio. Puno poznatija i ranjivija je vanjska komunikacija. Neki senzor (npr. kamera) je na udaljenoj lokaciji pa se komunikacijskim kanalom (fizičkim, bežičnim) povezuje s procesnim dijelom, a procesni dio opet putem neke komunikacije šalje informaciju (naredbu) izvršnom dijelu. Mnoga konkretna rješenja komunikaciju imaju kao vanjsku uslugu pa o tome brine npr. telekom kompanija koja, slijedom svojeg core-businessa, pažnju isključivo poklanja tom dijelu. Zanimljiv je primjer Londona gdje o komunikacijama prometnih sustava (a ima ih jako puno i jako sofisticiranih) brinu komercijalni davatelji komunikacijskih usluga: BT Group i BAI Communications.

Promotrimo tunel kao primjer realnog objekta. Hrvatski Pravilnik o minimalnim sigurnosnim zahtjevima za tunele (ova tema ja nastala u vrijeme verzije NN 96/2013) propisuje puno toga za tunele dulje od 500 m na TEM cestama. TEM ceste u Hrvatskoj su sve autoceste (1.315,6 km) i nekoliko državnih cesta (280,5 km), sveukupno 1596,1 km. Postoji 34 tunela na TEM cestama, ukupne duljine svih tunelskih cijevi 82,3 km. Sustav tunela zbog brojnih redundancija ima visoku razinu pouzdanosti, ali do mnogih komponenti u uređajima je teško doći pa je održavljivost niža: komponente se mogu održavati, ali treba vremena dok se zamijene. Pri kraju teme ćemo definirati održavljivost. Popravljati kvar u tunelu “pod prometom” nije opcija. Zato se u svrhu pregleda i održavanja tuneli planski zatvaraju (najčešće noću), putem privremene regulacije prometa ograničava promet jednom trakom ili se kompletan promet odvija drugom tunelskom cijevi.

Da pitanje pouzdanosti nije jednostavno pokazuje banalan primjer. Uzmimo neki uređaj ili sustav koji ima 10 sklopova ili uređaja bitnih za ispravan (funkcionalan) i svi imaju visoku razinu pouzdanosti od 0,99. Takav uređaj ili sustav ima pouzdanost 0,90. Vjerojatnost nastanka kvara od 10 % nije više bezazlena, ne možemo govoriti o slučajnosti.

Na tržištu je puno prisutniji pojam MTBF (Mean Time Between Failure), puno je lakše doći do tog podatka. To je i logično iz komercijalnih razloga. Puno ljepše zvuči činjenica da je srednje vrijeme između pojave kvara 17 godina, nego činjenica (kako ćemo ubrzo vidjeti) da to znači pouzdanost od 0,9429. Današnje vrijeme i tehnologije izjednačavaju MTBF sa životnim vijekom pa pametna (i bogata) društva pristupaju agregatnim (modularnim) zamjenama prije isteka tog perioda. Pouzdanost R(t) i MTBF su povezani:

Jednadžba pokazuje (dokazuje) zašto pametni upravitelji prometnih sustava mijenjaju neki proizvod prije isteka MTBF. Ako se u brojnik eksponenta stavi t = MTBF onda je nakon isteka jednog perioda MTBF pouzdanost 1/e = 0,368; odnosno vjerojatnost kvara je 63,2 %.

Svatko “svoga konja hvali” pa postoje brojni različiti (kontradiktorni) podatci o MTBF. Malo istraživanja Interneta upućuje na znanstvenostručne izvore na koje se možemo (trebali bi) osloniti, a oni u osnovi nude podjednake brojeve. Najveće razlike (bar što sam ja nalazio) su za CPU gdje neki navode i tri puta dulje vrijednosti MTBF što upućuje na vječno trajanje (mikro)procesorskih jedinica. Tablica pokazuje vrijednosti koje su bile podjednake u barem tri različita izvora.

Ako složimo neku elementarnu ITS napravu s promjenjivim prometnim znakom, tijekom jedne godine rada dobivamo sljedeće:

• senzor je video kamera:                R(1) = 0,8465
• procesni dio:                                      R(1) = 0,9806
• energetski dio:                                  R(1) = 0,9429
• komunikacija:                                    R(1) = 0,9680
• sučelje prema izvršnom dijelu:  R(1) = 0,9575
• izvršni dio, promjenjivi znak:     R(1) = 0,8231

pa je vjerojatnost ispravnog rada ovakve naprave u jednoj godini 59,70 % ili možemo okrenuti priču: vjerojatnost kvara u jednoj godini je 40,30 %. Ako izbacimo komunikaciju pouzdanost je 61,68 %.

Jasno je da se pouzdanost serijske sveze (pouzdanost međusobno ovisnih elemenata) računa:

Povećanje pouzdanosti postiže se paralelnim svezama (redundancijom). U slučaju kvara jedne komponente, zamjenjuje je druga. Pouzdanost paralelne sveze se računa:

Što to znači za prethodno ITS rješenje pokazuje sljedeći izračun:

• postoje barem dvije kamere za nadzor procesa,
• uređaji imaju dvije nezavisne procesorske jedinice,
• vozače izvještava par promjenjivih prometnih znakova,
• postoji jedna komunikacijska infrastruktura,
• postoji jedno sučelje,
• postoji jedan izvor napajanje promjenjivih znakova.

Pojačali smo tri komponente paralelnim svezama. Redundantna komunikacija i izvori napajanja se rade u tunelima, a u uobičajenom cestovnom prostoru za to nema opravdanja. Sa tri pojačane komponente dobivamo pouzdanost od R(1) = 82,62 % pa smo vjerojatnost kvara sa 40,30 % spustili na 17,38 %. Desetak posto vjerojatnosti kvara je velika vjerojatnost, ali (na žalost) neizbježna. Kvarenje ICT proizvoda je neminovnost i zato mora postojati održavanje.

Koliko je pitanje pouzdanosti složeno pokazuje realan primjer manjeg semaforiziranog raskrižja. Promatrajmo niskonaponsku instalaciju (imamo pričuvno napajanje) na četverokrakom raskrižju koje ima šest vozačkih i četiri pješačke signalne grupe. Imamo dvije vozačke signalne grupe za ravno i desno na glavnom pravcu, dvije za lijeva skretanja na glavnom pravcu te dvije za sporedne privoze. Glede pješaka, sa četiri signalne grupe pokrivamo četiri jednostruka pješačka prijelaza preko svih privoza raskrižja. U svakom smislu radi se o manjem raskrižju. Semaforski uređaj ima:

• primarni i pričuvni izvor napajanja,
• procesni dio je redundantan (dva procesora),
• komunikacijski dio je jedinstven (jedan),
• izlazni sklopovi (sučelja) uređaja su jedinstveni za svaku signalnu grupu; svih deset izlaznih sklopova mora raditi,

pa je njegova pouzdanost:

Ovakva razina pouzdanosti je neprijeporna realnost. Semaforski uređaj kapaciteta 10 signalnih grupa je nešto tipično za hrvatske uvjete. Zašto nije moguća (dozvoljena) redundancija izlaznih sklopova na uređaju to je druga tema i priča; sve je opisano u normi HRN EN 12675 Upravljački uređaj prometnog signala – Zahtjevi za funkcionalnu sigurnost (EN 12675:2017).

Još su dvije komponente na raskrižju: kabelska kanalizacija od uređaja do semaforskih laterni i semaforske laterne.U Hrvatskoj propisi određuju postavljanje prometnog znaka opasnosti i izričite naredbe s desne strane, iznimno s lijeve strane. Ako se pokvari crveno svjetlo glavne laterne signalne grupe uređaj se mora isključiti – prijeći u režim žutog treptavog svjetla Ovaj problem su u SR Njemačkoj riješili na način da u slučaju konzolnog stupa na privozu raskrižja obje vozačke laterne (glavna na stupu i dopunska na konzoli) predstavljaju glavne laterne. Iznimka su pješačke laterne gdje kvar jednog crvenog svjetla ne znači isključenje signalne grupe; moraju se pokvariti oba crvena.

U našem slučaju imamo šest vozačkih laterni u serijskom spoju. Imamo četiri pješačke grupe u serijskom spoju sa redundantnim crvenim svjetlima. Pouzdanost sustava laterni je jako mala:

Kada bi primijenili njemački “recept” (redundantnost vozačkih laterni) povećali bi pouzdanost na 0,7206 ili 2,7 puta. Ovo je dokaz koliko je opravdana njemačka praksa iskazana u njihovim smjernicama za semafore RiLSA.

Moramo još povezati semaforski uređaj i laterne kabelskom kanalizacijom pa je pouzdanost manjeg semaforiziranog raskrižja na razini jedne godine:

odnosno razumno je očekivati barem jedan kvar u godini dana na semaforiziranom raskrižju prosječne veličine i opremljenosti. Redundancija vozačkih laterni diže pouzdanost rada na 44,25 %. U ovu analizu nisu uključeni senzori prometa jer nisu primarni za ispravan rad semaforskog uređaja – utječu na kvalitetu, ali ne i ispravnost rada.

Da li je ovaj izračun nerealan (pretjeran) pokazuje sljedeći podatak. U Zagrebu je u razdoblju siječanj 2013. – lipanj 2016. godine na semaforskom sustavu bilo prosječno dnevno 9,1 intervencija. U tom razdoblju je u Zagrebu prosječno bilo do 440 semaforiziranih raskrižja što znači da se na 2 % sustava svakodnevno interveniralo. Tko je bio aktivni sudionik zagrebačkog prometa 2013. – 2016. godine zna da semaforski sustav nije radio ništa bolje ili lošije. Većina tih intervencija bila je unaprijed planirana (u sklopu održavanja), a manjina zbog kvarova. Prosječno na razini cijelog sustava: u godini dana je bilo 3.321 intervencija ili 7,5 intervencija po raskrižju ili svakih 1,6 mjeseci se planski ili interventno radilo na svakom raskrižju ili svakih 48 dana. Netko će reći stari podatak (gotovo devet godina), stvari su se promijenile na bolje. Istina, ali rješenja su sve složenija s brojnijim (kompleksnijim) sklopovima (i komponentama) i potreba stalne brige o ICT rješenjima ne jenjava.

Zato se ITS servisi moraju trajno (24/7) nadzirati i svaka dojava sekundarnog kvara se odmah rješava da ne bi eskaliralo u ozbiljniji kvar. Zato se danas u tunelima maksimalno apliciraju redundantna rješenja za ICT dijelove kako bi se održali preduvjeti pouzdanog rada. Jedna od prvih primjena mobilne telefonije u ITS je upravo bila kod održavanja; dojava kvara prometnom centru uz istovremenu SMS poruku (lokacija i broj kvara) pa je servisna ekipa na terenu znala vrstu kvara, razinu hitnosti te imaju li pričuvni dio uz sebe za izravan odlazak na lokaciju. Zato danas u ICT/ITS tehnologijama imamo dva karakteristična tipa održavanja. Proaktivno održavanje brine se za zamjenu (reparaciju) komponenti koje su na isteku MTBF, bez obzira što taj dio možda nije amortiziran ili predviđen za zamjenu. Adaptivno održavanje uključuje prilagodbu i zamjenu pojedinih komponenti zbog uvođenja novih funkcionalnosti ili dolaska nove generacije tehnologija.

Ovdje dolazimo još do dva važna pojma. Prvi je održavljivost (Maintainability): sposobnost sustava da uz zadana radne zahtjeve (ispravno servisiranje) bude zadržan u ispravnom stanju ili obnovljen za ispravan rad. Drugi je uporabivost (Dependability): vjerojatnost da će sustav ispravno raditi tijekom korištenja. Uporabivost ovisi o dva elementa: (1) pouzdanosti sustava i (2) mogućnosti održavanja:

Svako ICT rješenje je održavljivo, jer se radi o svjetski normiranom području (tehnologijama) i održavanje se svodi na zamjenu novim ili agregatnim (tvornički repariranim) sklopom ili komponentom, što traje vrlo kratko vrijeme. Zato M(t) ima visoke vrijednosti: 0,95 – 0,99. U slučaju opisanog semaforiziranog raskrižja uporabivost raskrižja za M(t) = 0,99 je:

što je može opisati kao: semaforizirano raskrižje se može lako pokvariti (sklono je kvarovima – ispadima), ali se i vrlo lako (brzo) popravi. To je upravo ono što često svi doživljavamo prolazeći kroz semaforizirana raskrižja u kvaru; prolazimo par sati kasnije i sve je uredu.

Kao što semaforizirano raskrižje karakterizira pridjev lako, tako za sustave u tunelu možemo upotrijebiti pridjev teško: teško dolazi do kvara, ali ih je i teško popraviti.

Pitanje SW sam zanemario jer aplikacije danas ne pričinjavaju probleme. Zlonamjerni (hakerski) napadi se ne računaju, jer se ne radi o slučajnosti već o namjeri. Nitko danas ne testira radne (beta) verzije profesionalnih aplikacija u realnom okruženju, a nadogradnje i poboljšanja se događaju neometano na dnevnoj razini tijekom rada sustava.

Odgovor na pitanje teme je: vrlo brzo ako se propisno ne održavaju. Današnji ITS servisi puno su ranjiviji nego što mislimo, podložni su čestim i brojnim kvarovima. Nekima svjedočimo (vizualno ili osjetilno kroz slabiju kvalitetu usluge), a mnoge i ne doživimo jer se preveniraju različitim tipovima i vrstama održavanja.