РиССРпоОДД Учебное пособие

631

взаимную связь данных параметров, целесообразно выбрать интенсивность и скорость. Выбор этих параметров обусловлен следующими причинами: вопервых, они наиболее полно отражают изменения свойств ТП [1], во-вторых, они могут быть измерены экономически выгодными методами и устройствами [9].

На втором этапе решения общей задачи необходимо изучение вероятностно-статистических характеристик выбранных параметров. Качественное выполнение этого этапа позволяет определить сложность математического аппарата для достоверного описания преобразований ТП, а также наметить состав основных алгоритмов управления процессом движения ТП.

Анализ статистических данных, полученных в результате эксплуатации систем первого и второго поколений, позволил сделать следующие выводы:

•суточный характер изменения интенсивности движения по каждому направлению на перекрестках практически не зависит от дня недели, кроме выходных дней. Колебания интенсивности движения в одни и те же периоды различных дней не превышают 3…5 %;

•изменение интенсивности движения на различных направлениях одного перекрестка имеет независимый характер и очень мало зависит от внешних условий (погоды, освещенности). В основном характер изменения интенсивности движения определяется режимом работы всего городского хозяйства и поэтому позволяет прогнозировать его в течение суток;

•интенсивность движения в течение суток изменяется от нуля до определенной величины и является независимым (локальным), детерминированным и прогнозируемым параметром;

•величина средней скорости движения зависит от погодных условий, уровня освещенности, интенсивности движения и изменяется в определенном

диапазоне [8] Vmin ≤ V ≤ Vmax, где Vmin – минимальное значение скорости, зависящее от технических характеристик автомобилей (как правило, Vmin > 30 км/ч); Vmax – максимальное значение скорости, зависящее от ограничений движения в городе (как правило, Vmax = 60 км/ч);

• скорость является параметром, общим для больших участков дорожнотранспортной сети (как правило, для подрайона управления) и ее изменения трудно поддаются прогнозированию, так как в основном они зависят от случайных обстоятельств.

632

Параметры управления. Регулирование каждого транспортного потока, движущегося в определенном направлении через перекресток, осуществляется тремя световыми сигналами – зеленым, желтым и красным. Но параметры управления транспортным потоком имеют достаточно сложную структуру, обусловленную спецификой объекта управления. Их можно представить в виде параметров цикла светофорного регулирования, компонентами которого являются:

•длительности основных тактов – комбинаций одновременного горения светофорных сигналов, разрешающих или запрещающих движение потоков по определенным направлениям;

•длительности промежуточных тактов (переходных интервалов), во время которых происходят закрытие и подготовка к открытию направлений движения;

•длительности фаз управления, каждая из которых объединяет основной

иследующий за ним промежуточный такты;

•длительность цикла – интервала времени, в течение которого происходит смена всех разрешающих тактов;

•состав фаз в цикле, определяющий перечень регулируемых направлений движения на перекрестке;

•последовательность фаз в цикле, определяющая очередность разрешающих сигналов для транспортных направлений на перекрестке;

•временные сдвиги между включениями фаз на соседних перекрестках, влияющие на возможность безостановочного движения транспортных средств по дорожной сети.

В дальнейшем под программой управления (программой координации) для сети перекрестков будем понимать многомерный вектор, компонентами которого являются перечисленные выше параметры, определяемые для каждого перекрестка.

Методы управления [9]:

1. Метод управления со сменой программ координации по времени (суток, недели, сезона). На основании периодических измерений параметров транспортных потоков производится анализ эффективности действующей программы и сравнение ее с контрольными значениями.

633

2.Метод управления со сменой программ координации по параметрам транспортных потоков. Смена программ координации происходит в результате анализа в контуре автоматического управления параметров транспортных потоков.

3.Метод управления с общей коррекцией программы координации. В данном варианте дополнительно появляется контур общей коррекции программы координации.

6.4.4. Основные функции и состав системы

Основные функции системы:

•координированное управление светофорной сигнализацией по параметрам транспортных потоков (при наличии детекторов транспорта) либо по времени суток;

•диспетчерское управление перекрёстками либо группой перекрёстков («зелёная улица») с дисплейного пульта оперативного управления;

•формирование статистики по работе технических средств;

•формирование статистики по параметрам транспортных потоков и выдача рекомендаций по изменению режимов управления.

Рассмотрим особенности АСУД, определяющие основные принципы их построения.

Современная АСУД создается как общегородская система, зоной действия которой является дорожно-транспортная сеть города. В этом находит выражение единый системный подход к управлению движением транспортных потоков, значительно возрастает взаимозависимость условий движения различных районов дорожно-транспортной сети между собой. Сеть и потоки в ней становятся единым организмом, требующим единого системного управления [4].

Общегородской характер АСУД имеет своим следствием повышение степени централизации управления. Это приводит, если учитывать значительные размеры территории современных крупных городов, к наличию в составе системы большого числа пунктов управления и контроля за движением, оборудованных аппаратурой автоматики и удалённых на десятки километров от управляющего центра.

634

Структурно АСУД представляет собой совокупность упорядоченных приёмов управления и взаимосвязанных элементов, реализующих эти приёмы. Основными компонентами, составляющими эффективно действующую АСУД, являются:

•комплекс технических средств;

•программное (математическое) обеспечение;

•организационное обеспечение.

Комплекс технических средств – детекторы транспорта, устройства передачи различных видов информации, образующие управляющий вычислительный комплекс системы, местные исполнительные устройства (дорожные контроллеры управления светофорной сигнализацией, знаками и указателями), средства диспетчерского контроля и управления движением.

Программное обеспечение (ПО) системы состоит из внешнего и внутреннего. В АСУД внешнее ПО образует набор программ (их часто называют технологическими программами), реализующих конкретные алгоритмы управления транспортными потоками. Внутреннее ПО – неотъемлемая часть средств вычислительной техники системы, поставляемая изготовителем вместе с этими средствами. ПО включает в себя программы (их называют служебными), обеспечивающие взаимодействие различных частей управляющего вычислительного комплекса системы между собой, ввод и реализацию алгоритмов управления объектом, вывод результатов выполнения технологических программ. Кроме того, в состав внутреннего ПО входят программы контроля и диагностики вычислительного комплекса, а также вспомогательные программы для его тестирования и наладки.

Организационное обеспечение – штат специалистов, осуществляющих функции управления движением, а также эксплуатацию и обслуживание технических средств, подготовку и корректировку программ, составляющих ПО системы. Таким образом, наряду с техническими и математическими средствами человек является неотъемлемым элементом АСУД.

В процессе создания АСУД нельзя допускать недооценки какого-либо из этих трёх перечисленных компонентов. К сожалению, на практике часто имеет место недооценка математического обеспечения и подготовки персонала, что приводит к затягиванию сроков ввода систем в эксплуатацию и их невысокой эффективности.

635

6.4.5. Расчёт режимов управления

При настройке режимов управления АСУД используются уже готовые параметры управления, которые рассчитываются вне реального масштаба времени на основе собранной информации об условиях движения на перекрёстках. К основным параметрам управления, которые наиболее часто используются при подготовке программ координации, относятся длительность цикла, длительности фаз и величины сдвигов фаз. Расчёт фаз не рассматривается, так как эта процедура выполняется гораздо раньше, при проектировании организации дорожного движения для локального режима.

Расчёт величин сдвигов фаз выполняется при подготовке программ координации. Сдвиг фаз обеспечивает согласованную работу смежных перекрёстков, при которой достигается безостановочный режим движения автомобилей.

При проектировании АСУД обязательным условием является количество охватываемых системой перекрёстков. Эта величина должна быть не менее 25ти перекрёстков. В противном случае система не оправдает вложенные в её создание средства.

Применение ручных методов подготовки ПК [1] на практике ограничено по причине большой трудоёмкости. Поэтому при подготовке библиотеки программ координации следует пользоваться программными средствами.

Программа «LENTA» позволяет рассчитывать программы координации для магистралей, а программа «Трасса» Tопт – для сетей со сложной структурой.

Графоаналитический метод расчёта ПК. Использование этого метода целесообразно для расчёта ПК на магистрали любой протяжённости с неравными перегонами и количеством полос не менее двух для движения в каждом направлении и при любых значениях интенсивности движения. Основным недостатком этого метода является большая трудоёмкость.

Для расчёта ПК графическим методом необходимы следующие данные:

-схемы движения на перекрёстках;

-длительности цикла ПК;

-интенсивность движения по направлениям;

-расстояние между перекрёстками района управления (длины перегонов);

636

- средние величины скорости движения и времени проезда по перегонам. Интенсивности движения должны быть в приведённых единицах на одну

полосу движения.

Длина перегона указывается от стоп-линии одного перекрёстка до стоплинии следующего (включая ширину зоны первого перекрёстка).

Важным вопросом при подготовке ПК является выбор средней скорости движения ТЕ. Учитывая опыт эксплуатации АСУД в нашей стране и за рубежом, можно отметить, что скорость движения групп ТЕ определяется рядом следующих условий: интенсивностью движения, числом полос, длиной перегона и др.

Введение координированного управления позволяет изменять среднюю скорость ТЕ на всей магистрали за счёт выравнивания её при движении ТЕ на перекрёстках. Поэтому искусственное навязывание определённой скорости движения ТЕ с помощью ПК эффекта не даёт.

Значения интенсивности и времени проезда должны соответствовать периоду времени, в течение которого будет функционировать рассчитываемая ПК. График координированного управления строится в системе прямоугольных координат «время – путь». График выполняется на миллиметровой бумаге, по горизонтальной оси (в масштабе в 1 мм – 1 с) откладывают значение времени, по вертикальной оси (в масштабе в 1 мм – 10 м) последовательно откладывают отрезки прямой, соответствующие стоп-линиям перекрёстков регулируемой магистрали (рис. 1.1 и 1.2).

На горизонтальной полосе, соответствующей максимально загруженному перекрёстку, наносят в масштабе слева направо рассчитанную последовательность сигналов, указывая основные и промежуточные такты (например, перекрёсток 2).

От начала зелёного сигнала на этой горизонтали откладываем отрезок, равный времени проезда до следующего перекрёстка, затем к следующей горизонтали проводим перпендикуляр. Полученная точка есть время подхода пачки к перекрёстку. Аналогично получаем времена подхода пачек по всей магистрали в прямом направлении. Соединяя полученные точки на смежных перекрёстках линией, получим траекторию движения лидеров пачек.

Для движения в обратном направлении выполняем такую же процедуру и получаем при этом времена подхода пачек в обратном направлении.

637

На линиях, соответствующих каждой поперечной магистрали, наносим последовательность сигналов светофорного регулирования с указанием номеров фаз таким образом, чтобы времена подхода пачек транспортных средств соответствовали зелёному сигналу. Взаимное расположение по горизонтали точек, соответствующих началу зелёных сигналов, определяет совокупность их сдвигов относительно принятой нулевой отметки (в нашем случае – относительно времени включения зелёного сигнала на втором перекрёстке).

В процессе подготовки графика «зелёной волны» могут возникать трудности, обусловленные различными длинами перегонов, временами проезда и другими причинами. В связи с этим предлагается ряд следующих рекомендаций, позволяющих решать возникающие проблемы:

а) если при небольшом расстоянии между перекрёстками при подходе пачки транспортных средств у стоп-линии уже образовалась очередь ТЕ, въехавших с пересекающих магистралей или же остановленных в предыдущем цикле, то необходимо давать опережение включения зелёного сигнала, чтобы к подходу пачки накопившиеся автомобили продвинулись за стоп-линию.

б) при большом расстоянии между перекрёстками (L > 700 м) рекомендуется давать запаздывание включения зелёного сигнала, чтобы уменьшить распадение пачек ТС на подходе к следующему перекрёстку.

Величина запаздывания зависит от длины перегона и составляет примерно 10 % от времени проезда;

в) при несовпадении времени прибытия встречных пачек на перекрёсток предпочтение отдаётся тому ТЕ, который прошёл более короткий перегон, можно также варьировать значениями времени проезда в пределах + 15 %, за исключением тех случаев, когда время проезда обусловлено не только скоростью движения ТС, но и особенностями перегона:

-пересечение с трамвайными путями;

-железнодорожный переезд;

-остановки общественного транспорта без специальных подъездных карманов;

-искусственное сужение проезжей части;

-изменение полосности магистрали;

638

г) при несовпадении времени прибытия встречных пачек можно также в целях расширения ленты времени, повышения эффективности управления изменять порядок следования фаз в цикле для данного плана координации;

д) необходимо учитывать особенности организации движения:

-движение в прямом и обратном направлениях организовано в разных

фазах;

-движение организовано в нескольких фазах;

-движение организовано в промежуточном такте;

-наличие вызывных фаз;

е) иногда при расчёте сдвигов целесообразно ввести дополнительные изменения схем движения с целью повышения эффективности координированного управления:

-организовать движение в прямом и обратном направлениях в разных

фазах;

-организовать поворотные движения, мешающие разгрузке основного потока, в промежуточном такте или других фазах;

-организовать координируемое направление в нескольких фазах.

В случае необходимости можно изменить длительность зелёного сигнала для координируемого направления за счёт второстепенных (пересекающих) направлений или же за счёт ликвидации одной-двух фаз;

ж) при небольших расстояниях управление на одном перекрёстке оказывает непосредственное влияние на транспортные процессы на соседнем перекрёстке, поэтому целесообразно до построения графика координированного управления на всей магистрали провести анализ взаимодействия на таких парах перекрёстков и рассчитать для них сдвиги включения сигналов друг относительно друга. Полученные результаты использовать при построении графика;

з) в ряде случаев, когда несколько перекрёстков на магистрали имеют длительность цикла T / 2 , а один или два перекрёстка (как правило, с трёхфазной схемой) имеют длительность цикла T, в целях повышения эффективности ПК на перекрёстках с длительностью цикла T целесообразно организовывать повторение координируемой фазы (например, 1-2-1-3). Таким образом, длительность первой фазы делится на два равных интервала (при

639

выполнении условия) и этим обеспечивается возможность прохождения «зелёной волны» в двух полуциклах;

и) в целях уменьшения задержки очередей ТЕ либо пешеходов без потерь эффективности ПК на трехфазных перекрёстках с циклами более 70 с целесообразно организовывать повторение включения этих фаз через другую фазу, например 1-2-3-2, где 2 – пешеходная фаза.

После нанесения на график последовательности сигналов для всех перекрёстков магистрали (с учётом вышеизложенных положений) график приобретает законченный вид.

Кроме того, на графике должны быть указаны времена проезда (от стоплинии предыдущего перекрёстка до стоп-линии следующего).

Если район управления представляет собой совокупность взаимосвязанных участков управления, ПК также состоит из соответствующих участков, имеющих одинаковые или кратные наименьшему циклу управления. В этом случае строятся графики ПК отдельно для каждого участка. При этом необходимо учитывать, что на перекрестке, являющемся пересечением двух участков управления (управляемых магистралей), сдвиг включения зеленого сигнала, рассчитанный в ПК для одного участка, является нулевой точкой отсчета при построении графика ПК для другого участка управления. Поэтому целесообразно вначале рассчитать сдвиги включения светофорных сигналов для магистрали, имеющей наибольшее количество пересечений с другими управляемыми магистралями, а затем последовательно рассчитывать ПК для каждого последующего участка.

Несмотря на то, что одним из критериев координированного управления является минимизация количества остановок, в ряде случаев на протяженной магистрали допускается вводить на одном из перекрестков запланированную остановку с целью формирования пачки, что дает больший эффект управления на всей магистрали по сравнению с пропуском пачки на конец зеленого сигнала. Такую остановку целесообразно планировать на длинном перегоне.

6.4.6. Классификация технических средств АСУД

Комплекс технических средств для построения АСУД имеет значительное многообразие по функциональным возможностям и по

640

назначению (рис. 6.8). В классификацию технических средств по функциональным возможностям входят следующие группы [5]:

•периферийные технические средства (дорожные контроллеры, детекторы транспорта, контроллер зонального центра);

•устройства центрального управляющего пункта (контроллер районного центра, дисплейный пульт оперативного управления, табло коллективного пользования);

•контрольно-проверочная аппаратура (имитатор центра, инженерный

пульт).

Рис. 6.8. Комплекс технических средств для построения АСУД

В настоящее время технические средства для управления дорожным движением выпускают около 15-ти фирм в Российской Федерации. Для удобства дальнейшего изложения в качестве примеров в основном будут приводиться изделия, выпускаемые ЗАО «Автоматика-Д» г. Омска.