9.6. Системы управления дорожным движением

Автоматизированная система управления дорожным движением (АСУДД) – это система автоматического и автоматизированного управления техническими средствами управления движением (светофорными объектами, динамическими дорожными знаками). Объектом управления являются транспортные и пешеходные потоки. Основная задача введения АСУДД заключается в снижении суммарных задержек транспортных средств на пересечениях во всей зоне действия этой системы (район, город) при обеспечении высокого уровня безопасности движения и уменьшения вредного воздействия транспортных потоков на окружающую среду. Для этого перекрестки оснащаются системами сбора информации (ССИ), включающими транспортные детекторы. ССИ регистрируют параметры транспортных потоков (интенсивность, скорость, задержки на пересекающихся направлениях, длину очереди перед светофором). Эта информация по каналам связи передается в Центральный управляющий вычислительный комплекс (ЦУВК), где происходят ее анализ и выбор программы светофорного регулирования для каждого перекрестка. Причем расчет осуществляется таким образом, чтобы суммарные задержки для всей системы были минимальны. Для расчетов используется программное обеспечение – это комплекс программ, необходимых для функционирования управляющего вычислительного комплекса АСУДД. На основании расчета ЦУВК вырабатывает соответствующую команду, которая по линии связи передается на исполнительные устройства ИУ (контроллеры, сервомеханизмы). ИУ меняют режим регулирования светофора или (и) символ знака. Изменение режимов регулирования приводит к изменению параметров транспортных потоков, что регистрируется ССИ и передается в ЦУВК и т. д. Надежность работы системы обеспечивается введением дублирующих устройств, применением ЭВМ с высоким быст­родействием, возможностью перехода на жесткое регулирование каждого светофорного объ­екта, наличием ручного управления и т. д.

АСУДД классифицируются:

а) по области применения:

- АСУДД первого уровня, когда управление движением осуществляется на отдельных перекрёстках;

- АСУДД второго уровня, когда управление движением осуществляется на участке дорожной сети;

- АСУДД третьего уровня, когда управление движением осуществляется в крупных городских районах (в городе) со сложными дорожно-транспортными условиями.

б) по сложности функционирования:

в системах первого уровня:

- с локальным жестким однопрограммным управлением;

- с локальным гибким управлением;

- с локальным многопрограммным управлением;

в системах второго уровня:

- с жестким координированным управлением;

- с контуром диспетчерского управления.

Управление транспортными и пешеходными потоками, учитывающее как суточное изме­нение интенсивности, так и ее колебания в один и тот же период времени (случайное прибытие транспортных средств к перекрест­ку), возможно при использовании адаптивного управления движением. Наблюдаемое в течение суток изменение интенсивности движения требует соответствующего изменения длительности цикла и разрешающих сигналов. В противном случае задержка транспортных средств неоправданно возрастает. Многопрограмм­ное жесткое управление способствует снижению задержки, однако не является оптимальным. Оно не способно учитывать кратковре­менные случайные колебания в числе автомобилей, подходящих к перекрестку. Это возможно при использовании адаптивного управления, имеющего обратную связь с транспортным потоком. Она реализу­ется с помощью детекторов транспорта, расположенных в зоне пе­рекрестка и обеспечивающих непрерывную информацию о пара­метрах потока.

По способу переработки этой информации алгоритмы адаптив­ного управления можно разделить на три группы:

- алгоритмы, предусматривающие переключение сигналов светофора по информации о состоянии перекрестка в данном цик­ле регулирования;

- алгоритмы статистической оптимизации, позволяющие по информации о состоянии перекрестка в данный момент опреде­лить параметры управления на следующий момент времени на ос­нове вероятностного прогнозирования этого состояния;

- алгоритмы случайного поиска. Параметры управления изме­няются случайно с одновременным анализом критерия эффектив­ности (например, задержки). Управление считается оптимальным при достижении максимума или минимума критерия эффективно­сти (минимума задержки).

Для локального управления получили распространение алго­ритмы

1-й группы, которые отличаются сравнительной простотой и простотой их технической реализации.

Для того, чтобы транспортные средства, следуя по магистрали (или какому-либо маршруту движения), прибы­вали к очередному перекрестку в тот момент, когда на нем в данном направлении движения включается зеленый сигнал, используется координированное управление движением. Координированным управлением называется согласо­ванная работа ряда светофорных объектов с целью сокращения за­держки транспортных средств.

Принцип координации заключается во включении на последую­щем перекрестке по отношению к предыдущему зеленого сигнала с некоторым сдвигом, длительность которого зависит от времени движения транспортных средств между этими перекрестками. Это обеспе­чивает уменьшение числа неоправданных остановок и торможе­ний в потоке, а также уровня транспортных задержек.

Возможность такой координации работы светофорных объек­тов позволила в свое время назвать этот способ управления «зеле­ной волной». Этот термин и в настоящее время достаточно широ­ко используется в отечественной и зарубежной практике.

Для организации координированного управления необходимо выполнение следующих условий: наличие не менее двух полос для движения в каждом направлении; одинаковый или кратный цикл регулирования на всех перекрестках, входящих в систему коорди­нации; транзитность потока должна быть не менее 70 %; расстоя­ние между соседними перекрестками не должно превышать 800 м.

Первое условие связано с необходимостью безостановочного движения транспортных средств с расчетной скоростью и своевре­менного их прибытия к очередному перекрестку. Их задержка в пути приведет к нарушению процесса координированного управ­ления, так как увеличение времени движения на перегонах спо­собствует прибытию автомобиля к перекрестку с опозданием (в период действия запрещающего сигнала). При узкой проезжей ча­сти вероятность задержки в пути повышается, так как затруднен объезд возможных препятствий на дороге (остановившихся у тро­туара автомобилей, остановочных пунктов общественного транс­порта и т.д.).

Одинаковый или кратный цикл на всех перекрестках обеспечи­вает необходимую периодичность смены сигналов, сохранение расчетного сдвига включения фаз, разрешающих движение вдоль маршрута координации.

Требование к транзитности потока означает преобладание на рассматриваемой магистрали потоков прямого направления. Ин­тенсивные поворотные потоки с магистрали и на нее ухудшают эффективность координированного управления.

Ограничение, накладываемое на длину перегона, связано с про­цессом группообразования в транспортном потоке. Группа авто­мобилей образуется при разъезде очереди, скопившейся в ожида­нии разрешающего сигнала светофора. В начале перегона непо­средственно за перекрестком интенсивность такой группы близка потоку насыщения. В процессе дальнейшего движения группы на­чинается ее распад из-за различных скоростей транспортных средств, составляющих эту группу. Разброс скоростей обусловлен разнородностью состава транспортного потока, а также влиянием индивидуальных особенностей водителей. Автомобили с более вы­сокими скоростями перемещаются в головную часть группы, мед­ленно движущиеся автомобили — в ее конец или отстают от груп­пы. Этот процесс прогрессирует по мере удаления группы от пре­дыдущего перекрестка, время проезда группы мимо неподвижного наблюдателя увеличивается, ее средняя интенсивность движения падает.

Для интеграции в единый аппаратно-программный комплекс различных информационных и управляющих систем на городском транспорте, автоматизации и централизации процессов сбора, передачи и обработки информации о функционировании и текущем состоянии всех составляющих транспортных систем, обмена этой информацией, её доведения как до участников транспортного процесса, так и до управляющих структур и использования в автоматическом и автоматизированном режимах при оптимизации всех транспортных процессов используется интеллектуальная транспортная система. Интеллектуальная транспортная система (ИТС) – это комплексная интегрированная система информационного обеспечения и управления наземным городским автомобильным транспортом, в том числе индивидуальным, и городским электротранспортом, основанная на применении современных информационных и телекоммуникационных технологий и методов управления. Основными задачами использования ИТС являются:

- снижение задержек и увеличение скоростей сообщения на всех видах наземного автотранспорта на основе создания общегородской системы управления транспортными потоками, действующей в реальном времени;

- повышение безопасности дорожного движения и снижение уровня вредных выбросов отработавших газов автотранспорта;

- организация оперативного контроля движения общественного транспорта на маршрутах и оперативного управления им;

- организация контроля движения грузового транспорта;

- улучшение информационного обеспечения центра управлением транспортным комплексом и участников движения;

- создание систем управления парком транспортных средств специальных, ремонтных и аварийных служб.

В общем случае ИТС должна обеспечивать реализацию следующих функций:

- обеспечение транспортной информацией потенциальных и действительных участников движения, как водителей автомобилей, так и пассажиров общественного транспорта, в объёме, необходимом для эффективного планирования передвижений;

- управление общественным транспортом, включая оперативный мониторинг движения транспортных единиц, учет пассажиропотоков и контроль движения, оперативное доведение до водителя указаний о дальнейшем движении по маршруту (изменение трассы маршрута, режима движения, интервала и т. д.);

- управление дорожным движением, включая управление светофорным регулированием, приоритетный пропуск общественного транспорта через регулируемые перекрёстки, управление транспортными потоками на скоростных магистралях, управление системой парковок, погодный мониторинг и управление службой содержания дорог;

- управление электронными платежами, включая платежи на городском пассажирском транспорте, платежи за пользование платными элементами дорог, платежи за парковки и за платный проезд в особые зоны;

- управление грузоперевозками, включая оперативное управление парком автотранспортных средств, оперативное управление перевозкой и автоматизацию логистических операций;

- управление в особых ситуациях и управление безопасностью, включая распознавание особых ситуаций, обеспечение информационной поддержки спецмероприятий, управление парком спецавтомобилей, выявление нарушений правил дорожного движения, мониторинг и управление специальными перевозками (опасных грузов, детей);

- транспортное планирование и контроль, включая контроль движения транспорта, контроль уровня безопасности дорожного движения, контроль дорожной инфраструктуры и средств организации дорожного движения, планирование спроса на передвижения, планирование в области развития улично-дорожной сети и организации движения;

- управление автомобилем, включая контроль состояния его технических систем, состояния водителя, автоматизацию функций управления автомобилем.

ИСТ образуют:

- автоматизированная система управления городским транспортом (АСУ Т);

- автоматизированная система управления дорожным движением на городской улично-дорожной сети (АСУ ДД);

- система обеспечения безопасности;

- система транспортной информации, включающая подсистему информации для контроля, планирования и управления и подсистему информации для участников движения;

- система электронных платежей на транспорте.