Функциональные возможности навигационных систем различных классов

Класс системы	Конструктивное описание системы	Наличие линии связи	Функции системы
			указание маршрутов по постоянным данным	указание маршрутов по переменным данным	предупреждение об опасности	возможность вызова помощи	сбор данных о дорожном движении
1	Маршрутный компьютер	Нет	+	-	-	-	-
2	Региональное радиовещание	Односторонняя	+	+	+	-	-
3	Локальный дорожный радиопередатчик	Односторонняя	+	+	+	-	-
4	Автомобильный радиотелефон	Двустороння	+	+	+	+	-
5	Локальный дорожный радиомаяк	Двустороння	+	+	+	+	+

Современные автомобильные навигационные системы в отличие от маршрутных компьютеров, обеспечивающих водителя только исходной информацией и требующих выработки самим водителем управляющих решений, относятся к классу экспертно-советующих систем, призванных облегчить водителю управление автомобилем и вырабатывающих команды, следуя которым водитель достигает своей цели кратчайшим и безопаснейшим путем.

Исследования, направленные на создание таких систем, начали проводиться за рубежом в 60-е годы. Но лишь в настоящее время в связи с развитием микропроцессорной техники появилась возможность внедрения автомобильных навигационных систем в управление дорожным движением.

Ключевым аспектом такой системы является то, что информация передается внутрь автомобиля и содержит в себе совет по выбору наилучшего маршрута (с точки зрения различных критериев оптимальности). Преимущества от использования такой системы включают в себя экономию времени, затрачиваемого на поездку, сокращение протяженности самой поездки (что предопределяет сокращение затрат на топливо), а также снижение числа ДТП и уменьшение загрязнения окружающей среды.

Разработка навигационной системы возможна только на основе использования информационной техники, в которой можно выделить следующие основные компоненты:

Рис. 6. 4. Блок-схема автомобильной навигационной системы

средства получения, сбора и ввода информации (датчики, теминалы и т. д.);

средства хранения информации (машинная память, базы и банки данных и т. д.);

средства передачи информации (средства связи и передачи данных);

средства обработки и преобразования информации (процессор, интерфейсы и т. д.)

Исходя из этих сведений, концепция автомобильной навигационной системы представляется в виде следующей укрупненной блок-схемы (рис. 6. 4).

Работа этой блок-схемы выглядит следующим образом. Водитель (на схеме он условно обозначен блоком 5) перед началом поездки в диалоговом режиме вводит через блок отображения информации 4 код пункта назначения его поездки и координаты начального пункта маршрута (причем последняя процедура может выполняться и самой системой в автоматическом режиме). Эта информация поступает в процессор 2, который рассчитывает кратчайший путь проезда к конечному пункту маршрута, используя базу данных о параметрах дорожной сети, хранящуюся в виде электронной карты в блоке хранения информации 3. В дальнейшем процессор через блок отображения информации выдает водителю указания о направлениях следования в ключевых точках дорожной сети (чаще всего ими являются перекрестки дорог). В этих же ключевых точках блок системы определения местоположения автомобиля 1 сравнивает правильность следования по маршруту и в случае отклонения от рассчитанного пути проезда выдает команду процессору на корректировку маршрута (корректировка первого уровня) В некоторых системах через блок определения местоположения может передаваться информация о дорожных условиях на предстоящем маршруте и происходить корректировка второго уровня (в режиме реального времени) для исключения из маршрута улиц, перегруженных транспортом или совсем закрытых для движения по каким-либо причинам (затор, ремонтные работы и т. д.).

Исходя из описанной схемы работы навигационной системы можно сформулировать следующие свойства, которыми должна обладать такая система:

1) наличие базы данных на основе точной карты улично-дорожной сети;

2) способность точно определять местоположение транспортного средства на дорожной сети;

3) способность определения пути проезда от начальной точки маршрута до конечной средствами программного обеспечения и в реальном масштабе времени при возникновении потребностей в корректировке пути следования,

4) способность точно и своевременно предоставлять водителю четкие указания о выборе направления движения, однозначно воспринимаемые им

Из анализа зарубежных литературных источников видно, что автомобильные навигационные системы прошли следующие этапы своего развития, отражающие процесс совершенствования и развития различных методов навигации, описанных ранее (см рис 6. 5.).

Первый этап начинается с появления маршрутных компьютеров, обрабатывающих информацию, поступающую от датчиков пройденного пути (одометра), направления движения и расхода топлива (рис. 6. 5 а). Такие навигационные системы не обеспечивали выдачи прямых рекомендаций водителю типа: "Повернуть направо" или "Двигаться прямо". Как видно из рисунка, в дальнейшем произошло слияние систем двух разных типов - маршрутных компьютеров (автономных систем), работающих на счислительном методе навигации, и систем с односторонней и с двусторонней связью, основанных на методе навигации с использованием навигационных маяков. т. е. на автомобили, оборудованные только маршрутными компьютерами, стали дополнительно устанавливать приемники сообщений, передаваемых маяками, а на автомобили, снабженные системами связи с маяками, стали устанавливать автономные системы ориентирования для навигации в районах, не располагающих сетью навигационных маяков.

Следующим этапом в развитии навигационных систем стало появление систем с односторонней связью, основанных на методах радионавигации и спутниковой связи с использованием навигационных маяков в качестве радиоинформаторов (рис. 6. 5 б, в).

И, наконец, этап, начавшийся в последнее десятилетие, ознаменовал собой появление систем с двусторонней связью между навигационным устройством в автомобиле и центром управления движением (рис. 6..5 г) Такая система является наиболее перспективной, т к именно она способна выдавать водителю конкретные указания о выборе направления движения на перекрестке. Являясь наиболее простой и удобной в обращении (из-за отсутствия необходимости у водителя сообщать координаты начального пункта поездки и корректировать определенное самой системой местоположение автомобиля по сравнению с истинным, т к. это происходит автоматически), система обладает наименьшей стоимостью оборудования, устанавливаемого в автомобиле, из всех перечисленных выше систем. В этом состоит ее главное преимущество, т. к. любая навигационная система требует выбора компромиссного варианта сопоставления качества системы, ее стоимости с простотой и удобством работы с ней. Большую долю в стоимости всей системы составляют затраты на строительство и оборудование центра управления, основой которого являются компьютеры с высокой производительностью. Еще одно достоинство и преимущество системы состоит в том, что обмен информацией между центром управления и навигационными маяками предполагается осуществлять по телефонным линиям и установку маяков вести, используя существующие элементы технических средств регулирования движения (например, светофоры) Это говорит о том, что внедрение системы не потребует создания собственной инфраструктуры, а будет основываться на существующей системе коммуникаций и существующей инфраструктуре управления дорожным движением.

Рис. 6. 5. Этапы развития навигационных систем

В ряде зарубежных стран в качестве систем с односторонней связью нашли широкое применение дорожные радиоинформаторы и маяки Например, в Великобритании система радиоинформаторов "CARFAX" действует с 1969 г Система, разработанная Британской радиовещательной корпорацией (ВВС), представляет собой сеть маломощных радиовещательных станций, передающих водителям информацию, необходимую при выборе маршрута следования Прием передач ведется на обычные автомобильные радиоприемники, что гарантирует охват широкой аудитории водителей (в настоящее время число автомобилей, оснащенных тюнерами в различных комбинациях с магнитофонами и CD-проигрывателями, достигает 80% в Европе)

Радиоинформатор действует следующим образом настроившись на определенную волну, водитель получает через определенные промежутки времени на всем протяжении маршрута записанные на пленку сведения, когда автомобиль попадает в зону действия ближайшего передатчика. Причем настройка на частоту передачи и даже включение радиоприемника может осуществляться автоматически при помощи специального декодера при трансляции сообщений для водителей

Радиопередатчики системы "CARFAX" расположены таким образом, что каждый из них обслуживает определенные зоны в радиусе до 50 км. В сообщениях передается информация о ДТП, заторах погодных условиях и т. д.

Основные преимущества системы "CARFAX" заключаются в следующем:

своевременное информирование водителей происходит независимо от расписания радиопередач;

услугами системы водитель может пользоваться по своему усмотрению;

водитель постоянно получает необходимую информацию благодаря автоматической подстройке декодера системы

Радиоинформации свойственны большой объем и полнота, оперативность и высокая вероятность восприятия информации водителями, т к не происходит отвлечения их от процесса управления автомобилем. Но в такой системе передачи информации существуют и свои недостатки - радиопередачи принимаются одновременно всеми водителями, находящимися в пределах радиуса действия радиоинформатора. Эта специфическая особенность вынуждает передавать информацию наиболее общего характера и ограничивает возможность передачи выборочных данных для конкретных водителей. Существуют также проблемы, сдерживающие применение систем радиоинформаторов, такие как "жесткость" сети передатчиков, дороговизна системы вне города, беззащитность перед вандализмом.

Наиболее совершенным вариантом бортовой навигационной системы является система с двусторонней связью между управляющим комплексом и водителем, позволяющая водителю запрашивать информацию о своем местоположении и обеспечивающая водителя сведениями директивного характера о движении по оптимальному маршруту.

Такой принцип заложен в основу разработанной в ФРГ "Системы наведения и информирования водителей" (ALI) Обмен информацией между водителями и стационарными пунктами системы ALI осуществляется тремя группами приборов, устанавливаемых непосредственно в автомобиле, на дороге и в центральном пункте управления (рис. 6. 6)

На участке дороги устанавливаются индуктивные декодеры транспорта 1, шлейфовое устройство 2 с передатчиком 3, приемник 4, устройство управления шлейфами 5, микрокомпьютер 6 и устройство передачи данных 7 к центральной ЭВМ 8 В автомобиле устанавливается приемник-передатчик 9, блок управления, блок индикации и ввода данных 10, ферритовая приеме-передающая антенна 11, размещаемая в задней части автомобиля На центральном пункте устанавливается управляющая ЭВМ с необходимыми периферийными устройствами. Связь дорожных устройств с центральным пунктом осуществляется по линиям телефонной связи.

Рис. 6. 6. Структурная схема системы ALI

Обмен информацией с центральным пунктом происходит во время проезда автомобиля над индуктивным датчиком. По вызову шлейфового устройства автомобильный блок передает информацию о цели, к которой следует водитель Конечная цель поездки задается водителем в виде координат участка территории страны, в пределах которого расположена эта цель (или непосредственно в виде кода цели). Координаты цели вводятся вручную при помощи клавиатуры на блоке индикации.

Передаваемое на борт автомобиля дорожным устройством сообщение содержит информацию о направлении движения на данном перекрестке. Эта информация дешифруется и высвечивается на блоке индикации специальным указателем в виде стрелок, условно показывающих траекторию движения автомобиля по данному участку дорожной сети Блок памяти обеспечивает возможность приема и хранения информации о направлениях движения на нескольких, следующих друг за другом перекрестках Электронный счетчик пройденного пути обеспечивает последовательное предъявление информации.

Разработанная и успешно испытанная на практике система ALI как первая система управления движением была использована для разработки системы AL1-SCOUT (рис. 7. 7). В качестве канала связи используются инфракрасные (ИК) волны На перекрестке на опоре светофора крепятся навигационные маяки, состоящие из приемника 8 и излучателя 9 инфракрасных волн Здесь же установлен контроллер 12 навигационного маяка. На центральном пункте - ЭВМ 13.

Непосредственно в автомобиле устанавливаются приемник 6 и излучатель 4 инфракрасных волн, магнитный компас 1, таймер 3, датчик пройденного пути 10, навигационное устройство 5 и бортовой компьютер 7 с устройством ввода данных, указателем направления дальнейшего движения и запоминающим устройством, содержащим информацию о пункте назначения

Рис. 6. 7. Бортовая аппаратура и наземное оборудование, используемые в навигационной системе AL1-SCOUT (ФРГ): 1 - магнитный компас; 2 - прибор, определяющий местоположение автомобиля при помощи магнитного компаса и датчика пути; 3 - прибор определения времени поездки; 4 - излучатель инфракрасных волн; 5 - навигационное устройство; 6 - приемник инфракрасных волн; 7 - бортовой компьютер с клавиатурой указателем направления дальнейшего движения и запоминающим устройством, содержащим информацию о пункте назначения; 8 - приемник инфракрасных волн установленный на навигационном маяке; 9 - излучатель инфракрасных волн установленный на навигационном маяке; 10 - датчик пути; 11 - аппаратура установленная в контроллере навигационного маяка; 12 - контроллер навигационного маяка; 13 - управляющий навигационный комплекс.

Обмен информацией осуществляется во время попадания волны от излучателя автомобиля, устанавливаемого на внутреннем зеркале заднего вида, в приемник навигационного маяка

Современное развитие навигационных систем на автомобильном транспорте направлено на создание идеальной системы, обеспечивающей водителя информацией о координатах его местоположения и конечного пункта следования, автоматически прокладывающей кратчайший маршрут движения до конечного пункта либо обеспечивающей водителя возможностью анализа альтернативных маршрутов в диалоговом режиме. При этом вывод управляющей информации может осуществляться в различных формах речевой, визуальной, а также постоянно или по запросу водителя.

В целом автомобильные навигационные системы служат целям уменьшения психологической и физической нагрузки водителя, создания комфортной обстановки в автомобиле В то же время такие системы, имея ряд преимуществ, не находят пока широкого применения ввиду их относительно высокой стоимости.

Микроинформация. Рассматривая средства ОДД как фактор, оптимизирующий оперативный режим движения транспортных потоков, нельзя забывать, что эта оптимизация осуществляется при помощи непосредственного воздействия этих средств ОДД отдельно на каждого участника движения Согласно принятой классификации (см. рис. 7. 1) к микроинформации, т. е. источникам информации, формирующим знания водителя о выборе оперативного режима движения, могут быть отнесены дорожные знаки, разметка и светофоры, сигналы транспортных средств, это не противоречит логике целевой деятельности водителя Несмотря на то, что каждый источник информации несет свою функцию, в совокупности они призваны оптимизировать режим движения каждого из его участников и, следовательно, всего транспортного потока.

Существующие дорожные знаки по характеру и организации информации решают локальные задачи. Это, как правило, конкретная информация предупреждения, запрещения, предписания, не учитывающая оперативного изменения дорожных и метеорологических факторов, условий освещения, характеристик транспортного потока

Существуют два основных принципа кодирования информации в дорожных знаках - при помощи символов и надписей. Первый распространен в странах, в том числе в РФ, подписавших Конвенцию о дорожных знаках и сигналах в 1968 г. в г. Вене.

Второй принцип в основном используется в США, некоторых странах Латинской Америки, Африки, Азии

Дорожные знаки могут быть классифицированы по следующим признакам: информационному содержанию, способу освещения, методу управления, способу установки.

Рис. 7. 8. Классификация многопозиционных дорожных знаков

В РФ информационное содержание знаков определяется государственным стандартом, который устанавливает 7 групп знаков - предупреждающие, приоритета, запрещающие, предписывающие, информационно-указательные, сервиса, дополнительной информации (таблички).

Как правило, знаки одной и той же группы (за исключением знаков приоритета) имеют одну и ту же форму и цветовые характеристики. Это повышает своевременность и вероятность правильного опознания знака.

Из способов освещения дорожных знаков можно выделить следующие:

- освещенные внешним источником света (стационарный светильник, предназначенный только для освещения дорожного знака),

- освещенные внутренним источником света (источник света, помещенный внутри знака);

- неосвещенные (их видимость днем определяется общим уровнем освещенности, ночью - уровнем освещенности в свете фар автомобиля)

Кроме того, дорожные знаки могут быть:

- однопозиционными (смысловая информация заложена в этом знаке постоянно);

- многопозиционными (смысловая информация знака может быть изменена)

Эффективность многопозиционных знаков при оперативной организации дорожного движения бесспорна. Эти знаки являются основой введения автоматизированного управления дорожным движением. Существует большое разнообразие конструктивных решений многопозиционных знаков (рис. 6. 8) и способов их установки (рис. 6. 9).

Дорожные знаки могут располагаться:

- справа за проезжей частью (на тротуаре, обочине, за обочиной);

- слева за проезжей частью (на разделительной полосе или левой обочине, за обочиной) - дублирующие знаки;

- над проезжей частью (при помощи консолей и растяжек);

- непосредственно на проезжей части (рис. 6. 10). Расстояния установки знаков от начала зоны их действия регламентируются соответствующим ГОСТом в зависимости от группы, смыслового содержания, дорожных условий.

Дорожные знаки постоянно совершенствуются. Это относится к числу символов, к размерам, формам, параметрам освещения, цветографическим характеристикам, принципам формирования и управления информацией. Основные принципы формирования знаковой дорожной информации могут быть сформулированы следующим образом:

- логика и последовательность предъявления информации и смысловое содержание должны соответствовать изменению дорожных, метеорологических условий и характеристик транспортных потоков;

- информативность знака должна обеспечивать обязательность, своевременность и безошибочность его восприятия;

- сочетание смысловой информации знаков на маршруте (участке дороги, регионе) должно вызывать у водителя доверие к этой информации и уверенность в том, что соблюдение требований знаков минимизирует время достижения пункта назначения и обеспечивает безопасность движения.

Рис. 6. 9. Способы установки дорожных знаков а - на стойке, о - на растяжке, в - на столбе освещения, г-на стене дома, д - на пролете путепровода, е - на специальном устройстве

Оценочным критерием эффективности дорожных знаков является дальность восприятия, вероятность правильного опознания знака при ограниченном времени предъявления.

Дальность восприятия дорожных знаков зависит от многих факторов, среди которых важное место занимает яркостный и цветовой контраст фона и знака. Эти показатели зависят от спектральных и отражательных характеристик материалов, используемых при изготовлении знака. На правильность восприятия оказывает также влияние контраст символа и поля знака. Чем больше контраст, тем дальность видимости больше (при прочих равных условиях).

При восприятии дорожных знаков наблюдается следующая последовательность: обнаружение знака, опознавание формы, восприятие цвета, восприятие смыслового содержания.

Дальность видимости знаков увеличивается в случае применения рефлектирующих материалов (световозвращателей).

Эффективность восприятия знака зависит от взаимодействия многих факторов (рис. 6. 11).

К разметке относятся линии, надписи и иные обозначения на проезжей части, бордюрах и других элементах дорог и дорожных сооружений, устанавливающие порядок дорожного движения, показывающие габариты дорожных сооружений или указывающие направление дороги Разметка делится на горизонтальную и вертикальную и применяется самостоятельно, а также в сочетании с дорожными знаками или светофорами [18]

Горизонтальная разметка наносится непосредственно на проезжую часть и является одним из элементов информационного обеспечения участников движения, важным средством управления дорожным движением.

Рис. 6. 10. Дублирование дорожных знаков на проезжей части а - "Дети", б- пешеходный переход, в - движение без остановки запрещено, г - ограничение максимальной скорости

Основные задачи, решаемые при помощи разметки

- разделение транспортных потоков противоположных направлений;

- выделение полос движения,

- обозначение границ проезжей части,

- обозначение границ мест стоянки и мест запрещения стоянки;

- обозначение остановок транспортных средств общего пользования;

- указание разрешенных направлений движения по полосам и др. Кроме того, на проезжую часть могут наноситься надписи и обозначения, способствующие ориентированию водителя и не носящие характер ограничений Основное отличие горизонтальной разметки как средства информации от остальных средств информации водителя - возможность ее сосредоточения в центральном поле зрения водителя. Это в определенной степени позволяет уменьшить время ее восприятия. Вместе с тем высокая динамика предъявления этой информации может вызвать дискомфортные явления, снижение влияния которых можно обеспечить соответствующим подбором информативных параметров разметки (длиной, толщиной линий, соотношением размеров штриха и разрыва, цветом, наличием светоотражающих элементов и пр.)

Рис. 6. 11. Факторы, определяющие эффективность восприятия дорожных знаков

Вертикальная разметка выполняется в виде линий, наносимых краской и (или) световозвращающими материалами на элементы дорожных сооружений, бордюры. Основное назначение вертикальной разметки - информирование водителя о наличии искусственных сооружений, представляющих опасность при движении (опорах путепроводов, нижних краях пролетного строения и т. п.), опасных участков дороги (кривых малого радиуса, сужений проезжей части и пр), локальных искусственных препятствий или мест повреждения проезжей части (островков безопасности, разрывов разделительных полос и пр.), а также оптическое трассирование направления дороги (сигнальные столбики) Метод оптического трассирования преследует цель заблаговременного оповещения водителя о последующем изменении направления дороги. Средствами оптического трассирования, кроме элементов вертикальной разметки, могут служить: земляное полотно, растительность, отдельные возвышающиеся предметы.

Сигналы светофоров информируют участников движения о разрешении или запрещении движения на пересечении или участке дороги. Светофоры являются одним из эффективных средств регулирования движения на перекрестках, где имеет место взаимодействие конфликтующих транспортных и (или) пешеходных потоков.

Для регулирования движения транспортных потоков и пешеходных потоков на улично-дорожной сети города применяют 3 основных типа светофоров: транспортные для регулирования транспортных и пешеходных потоков; пешеходные для регулирования только пешеходных потоков; специальные для регулирования движения по реверсивной полосе, движения трамваев, троллейбусов и пр.

Рис. 6. 12 Конструкции транспортных светофоров

Применяемые в настоящее время транспортные светофоры имеют единое для всех стран расположение красного, желтого и зеленого сигналов (сверху вниз для светофоров с вертикальным расположением, слева направо - с горизонтальным).

Наиболее распространенным конструктивным решением транспортного светофора является трехзначный трехсекционный светофор (рис. 7. 12, а), дающий информацию участникам движения в виде поочередно зажигающихся разноцветных сигналов.

Для включения различных сигналов используют три фонаря по одному на каждый сигнал.

Кроме того, транспортный светофор может иметь дополнительные секции для регулирования право- и левоповоротных потоков (рис. 6. 12, б и в).

Светофоры по способу установки различаются на подвесные (рис. 7. 13, а) и устанавливаемые на мачтах (рис. 6. 13, б) городского освещения, опорах и специальных колоннах (рис.6. 13, в).

В зависимости от архитектурно - планировочных особенностей пересечения светофоры должны быть оборудованы одно-, дву-, трех-и четырехсторонними светофорами (рис. 6. 14).

Рис. 6. 13. Способы установки транспортных светофоров

В процессе движения водитель в зависимости от расстояния видит сигнал светофора под разными углами в вертикальной (рис. 6. 15, а) и горизонтальной (рис. 6. 15, б) плоскостях. Для улучшения условий видимости сигналов применяют светофоры, регулируемые в вертикальной и горизонтальной плоскостях в зависимости от продольного профиля улицы.

Пешеходные светофоры служат для регулирования пешеходных потоков. Как правило, они работают в сочетании с транспортными светофорами.

Рис. 6. 14. Транспортные светофоры а - односторонний, б - двусторонний, в - четырехсторонний

Пешеходные светофоры выполняются в виде коробки с прямоугольными цветными стеклами, на которых написаны слова "Стойте" и "Идите", или в виде круглых линз с изображенными на них красным символом стоящего пешехода и зеленым символом идущего пешехода.

Самым сложным вопросом организации цикла пешеходного светофора явилось выделение промежуточного такта - времени, в течение которого на переход вступать запрещено, но пешеходам, уже вступившим на него, движение разрешается. Для достижения этой цели применяли мигание зеленого сигнала, одновременное горение обоих сигналов, мигание обоих сигналов, изменение цвета разрешающего сигнала, дополнительную секцию с желтым светофильтром и др.

Однако, несмотря на разъяснения, пешеходы часто неправильно понимали смысл таких способов смены сигнала, что нередко приводило к трагическим ситуациям.

6. 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СВЕТОФОРНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Нормальная работа каждого светофорного объекта обеспечивается комплексом технических средств: контроллеров и детекторов.

Контроллерами (от английского controller - управитель) называют устройства управления каким-либо объектом.

По режиму работы контроллеры бывают трех видов:

с жестким программным регулированием;

вызывного действия;

адаптивного регулирования.

Контроллеры первого вида работают по заранее рассчитанной программе, в которой не меняются длительности отдельных тактов. Программ работы контроллера может быть несколько Изменение программ требует внешнего вмешательства Кроме программного, контроллеры оснащены устройством (пультом) ручного управления, позволяющим сотруднику ГАИ непосредственно управлять режимом работы светофорного объекта

Контроллеры вызывного действия могут работать по жесткой программе и по принципу вызывного действия, а также в режиме мигания желтого сигнала и в режиме ручного управления

Принцип вызывного действия заключается в обнаружении с помощью детектора транспортного средства, движущегося по малоинтенсивному направлению, и переключении разрешающего сигнала с главного на второстепенное направление. До появления этого транспортного средства по главной дороге осуществляется беспрепятственный пропуск движущегося потока транспортных средств на зеленый сигнал. Кроме того, подобный принцип используется для пропуска пешеходов. Нажимая на кнопку вызывного устройства, пешеходы переключают контроллер на "пешеходную" программу, и по истечении минимальной длительности горения зеленого сигнала на магистрали включается разрешающий сигнал для движения пешеходов.

Применение контроллеров этого вида наиболее эффективно или при незначительной интенсивности по второстепенному направлению, или при пульсирующем характере потока

Контроллеры адаптивного (гибкого) регулирования обеспечивают управление длительностью тактов и всем режимом регулирования в зависимости от интенсивностей движения транспортных потоков по всем направлениям на подходах к перекрестку. Информация о характере потоков вырабатывается при помощи детекторов.

Детекторы по принципу регистрации делят на:

динамические - сигнал формируется только тогда, когда транспортное средство пересекает определенное сечение (точку) в проезжей части;

ограниченного присутствия - сигнал формируется в течение ограниченного времени, фиксируя стоящее транспортное средство в определенной зоне, затем переключается для регистрации въезда в эту зону следующего транспортного средства;

постоянного присутствия - сигнал формируется в течение всего времени нахождения транспортного средства в зоне действия детектора;

скоростного режима - сигнал формируется только в случае превышения в определенной зоне транспортным средством скорости движения заранее заданного уровня;

скорости - сигнал формируется при движении транспортного средства и позволяет получать значение скорости движения на данном участке (детекторы проезда, соединенные с реле времени; детекторы, использующие эффект Доплера).

По принципу размещения детекторы расположены:

под проезжей частью, принцип их действия заключается в изменении электрического поля как результата действия металлической массы;

в поверхностном слое покрытия и действуют но принципу возникновения силы (давления) в зоне контакта шины с участком, на котором находится детектор;

на проезжей части и действуют также по принципу давления, на проезжей части, действуют по принципу отражения, прерывания или фиксации светового (акустического) потока.

6. 3. СВЕТОФОРНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ

Необходимость введения светофорного регулирования на конкретном пересечении определяется при помощи нескольких критериев, в основу которых заложены интенсивности пересекающихся транспортных потоков и (или) наличие на данном пересечении дорожно-транспортных происшествий Значение интенсивностей пересекающихся транспортных потоков регламентировано соответствующими нормативными документами. Кроме того, светофорное регулирование может быть осуществлено при больших интенсивных пешеходных потоках к местам их притяжения (кинотеатрам, стадионам, крупным торговым и промышленным объектам и т. д.) или при пересечении дороги школьниками в зоне расположения школ

Режим работы светофорной сигнализации характеризуется тактом, фазой и циклом

Такт - период, в течение которого не меняется сочетание включенных сигналов

Различают: основной такт - время горения разрешающих или запрещающих сочетаний сигналов, промежуточный такт - время горения сочетания сигналов, при которых происходит передача права.

Фаза - совокупность основного и промежуточного тактов.

Цикл - период, в течение которого происходит полная смена последовательности фаз.

Введение светофорного регулирования преследует две цели снижение задержек транспортных и пешеходных потоков и уменьшение числа конфликтных ситуаций на пересечении. Снижение задержек транспортных средств требует уменьшения числа фаз регулирования, напротив - уменьшение числа конфликтных точек требует увеличения числа фаз регулирования. В практике, как правило, находят компромиссное решение, зависящее от характера конфликтных ситуаций и соотношения объемов движения по направлениям.

Различают двух-, трех- и многофазное (4 фазы и более) светофорное регулирование (рис. 6. 16).

Многофазное регулирование приводит к увеличению задержек и, следовательно, к снижению пропускной способности пересечения.

Автономное регулирование осуществляется, как правило, на изолированных перекрестках.

Длительность цикла 7ц регулирования рассчитывают по формуле Вебстера.

Рис. 6. 16. Светофорное регулирование: а - двухфазное, б - трехфазное; в - четырехфазное; I - IV - фазы регулирования; З - зеленый сигнал светофора; К - красный сигнал.

Длительность промежуточного такта рассчитывают исходя из того что автомобиль, заканчивающий движение в предыдущей фазе, должен иметь возможность в течение промежуточного такта преодолеть расстояние, равное тормозному пути до стоп-линий на подходе к перекрестку, а затем в пределах перекрестка от стоп-линий до наиболее удаленной конфликтной точки с транспортным средством начинающим движение в следующей фазе. Для пешеходов промежуточный такт должен быть достаточным для преодоления 1/4 ширины проезжей части при двустороннем движении или 1/2 при одностороннем. Это объясняется соображениями безопасности. После выполнения разрешающего сигнала для пешеходов они должны успеть дойти до ближайшего тротуара или до разделительной полосы (середины проезжей части, островка безопасности) до начала движения конфликтующих транспортных потоков. Таким образом, длительность промежуточного такта должна обеспечивать "разгрузку" любого направления, разрешенного в предыдущей фазе, относительно направления, разрешенного в следующей.

Общие потери времени в цикле определяются из следующих соображений. При включении зеленого сигнала автомобили начинают движение с некоторой задержкой (называемой стартовой) т. е. интенсивность проезда перекрестка не сразу достигает своего максимального значения. После выключения зеленого сигнала интенсивность движения падает до нуля. Таким образом, не за весь период горения разрешающей фазы осуществляется движение, и это время называется потерянным.

Координированное регулирование обеспечивает по возможности безостановочный проезд транспортных средств с определенной скоростью по улице или магистрали и охватывает два и более светофорных объекта. Суть координированного регулирования заключается во взаимосвязанной работе группы светофорных объектов, обеспечивающих включение зеленого сигнала к моменту прибытия группы автомобилей, движущихся с расчетной скоростью. Все светофорные объекты должны работать с одинаковой длительностью цикла регулирования. На отдельных пересечениях допускается длительность цикла, кратная основному циклу. Сдвиг фаз (интервал между началами включения зеленого сигнала на смежных перекрестках) должен быть постоянным на соседних пересечениях. Основными преимуществами координированного регулирования являются:

увеличение средней скорости проезда магистрали;

снижение суммарного времени задержек транспортных средств;

выравнивание скоростного режима отдельных транспортных средств в потоке;

увеличение пропускной способности пересечений; снижение числа ДТП на пересечениях;

повышение самодисциплины водителей и пешеходов.

Координирование позволяет осуществлять безостановочный проезд автомобилей по магистрали при различных расстояниях между перекрестками. Координация может иметь несколько программ, рассчитанных на различные условия движения. Изменение программ регулирования может осуществляться операторами или автоматически. Координирование может быть жестким (с фиксированной длительностью цикла и фаз регулирования) и адаптивным (с изменяющимся режимом работы светофоров в зависимости от изменений условий движения).

Проектирование системы координирования требует учета следующих факторов: расстояния между перекрестками; скоростей движения автомобилей по направлениям; интенсивностей пересекающихся транспортных потоков и их изменения во времени и т. д.

Программы координирования рассчитывают в такой последовательности:

а) собирают необходимые данные по характеристикам транспортных и пешеходных потоков и условиям движения;

б) обосновывают число программ координации;

в) рассчитывают режим работы светофоров для каждой программы, причем длительность цикла определяют по перекрестку с наиболее интенсивным и сложным движением (называемым "ключевым").

В программах координации один и тот же перекресток не обязательно является ключевым для разного времени суток.

Регулирование движения пешеходов осуществляется при помощи дорожных знаков, транспортных и пешеходных светофоров, островков безопасности и ограждений. Передача информации пешеходам о наличии переходов и расстояние до них осуществляется соответствующими предупреждающими и информационными знаками и разметкой.

Островки безопасности предназначены для пешеходов, успевших пересечь на разрешенный сигнал только часть дороги. Они представляют собой зону проезжей части, свободную от движения транспортных средств, и выполняются, как правило, в одном уровне с дорогой. Запрещение движения транспортных средств в зоне островка безопасности осуществляется сплошной горизонтальной разметкой. Информация для водителей о месте пешеходного перехода сообщается при помощи знаков и ограждающих элементов с их освещением и (или) горизонтальной разметкой в виде чередующихся черных и белых полос

Ограждения предназначены для исключения возможности случайного выхода пешеходов на проезжую часть

Светофорное регулирование обеспечивает бесконфликтное или частично конфликтное движение транспортных и пешеходных потоков. Бесконфликтное движение пешеходных потоков может быть осуществлено при помощи пешеходных светофоров или транспортного светофора с многофазным циклом. При регулировании движения пешеходов через проезжую часть значительной ширины их движение может быть осуществлено поэтапно при помощи сдвига включения разрешающего сигнала Идеальным с позиции безопасности движения пешеходов является выделение специальной пешеходной фазы, в течение которой на перекрестке по всем направлениям запрещено движение транспортных средств. Недостатком этого метода регулирования является значительная задержка транспортных средств. В практике движения чаще наблюдается преобладание интенсивности пешеходных потоков по направлениям. В этих случаях более целесообразным является:

регулирование с выделением специальной лево- и правоповоротной фаз,

запрещение левых поворотов и перенос правых поворотов в следующую фазу;

поэтапный пропуск пешеходов через проезжую часть (рис 6. 17).

Рис. 6. 17. Трехфазный цикл регулирования (I-III) с выделенной пешеходной фазой

Выбор того или иного метода регулирования диктуется конкретными условиями пересечения, интенсивностью и направлениями транспортных и пешеходных потоков.

В практике регулирования движения пешеходов встречаются случаи, когда высокая интенсивность пешеходных потоков носит эпизодический характер в зависимости от начала работы (театров, учреждений, предприятий и пр.) Применение регулирования с выделением пешеходных фаз в данном случае неэффективно Целесообразнее использовать для подобных случаев вызывное устройство, включающее запрещающий сигнал для транспортного потока только при наличии команды, поступающей от пешеходов.

6. 4. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

Рис. 6. 18. Принципиальная схема действия АСУДД

Основная цель введения автоматизированных систем управления дорожным движением (АСУДД) заключается в снижении суммарных задержек транспортных средств на пересечениях во всей зоне действия этой системы (район, город). Принцип действия АСУДД может быть пояснен следующей схемой (рис 6. 18). Перекрестки оснащаются системами сбора информации (ССИ), включающими транспортные детекторы в телевизионные камеры 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. На основании расчета ЦУВК вырабатывает соответствующую команду, которая по линии связи передается в исполнительные устройства ИУ (контроллеры, сервомеханизмы) ИУ меняют режим регулирования светофора или (и) символ знака. Изменение режима 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.

Контроль работы системы, кроме того, осуществляется визуально оператором при помощи мнемосхемы. Мнемосхема представляет собой крупную карту города (района), на которой все регулируемые перекрестки обозначены небольшими лампами, последовательно соединенными с соответствующими устройствами ЦУВК. Они горят только тогда, когда светофорный объект находится под управлением ЦУВК. Отключение лампы свидетельствует о неисправности в системе управления или отключении светофорного объекта из системы по какой-либо причине (ремонта, дорожных работ и пр.).

Программа управления, на основе которой вырабатываются команды, определяющие режим работы светофорных объектов, составлена таким образом, что через определенный интервал процесс повторяется.

Рис. 6. 19 Автоматизированная информационная система регулирования дорожного движения

При реализации программы в случае необходимости принудительного освобождения перекрестка происходит срабатывание устройства специальных функций Это устройство выбирает необходимую фазу регулирования и включает ее сразу после завершения нормального цикла Фаза остается включенной до тех пор, пока поступает входной сигнал или не поступит соответствующая команда с печатающего устройства.

Во многих странах в последнее время высокоскоростные магистрали оборудуют автоматизированными информационными системами регулирования дорожного движения (АИСРДД). Принцип работы системы следующий (рис. 6. 19). Информация о параметрах транспортных потоков, состоянии дороги, метеоусловиях поступает в ЦУВК и обрабатывается ЭВМ в реальном масштабе времени Обработанная информация передается водителям при помощи устройств, управляющих работой светофоров, дорожных знаков и информационных табло со сменными сообщениями Дорожные предупреждающие знаки воспроизводят до нескольких десятков различных сообщений. При нормальных условиях движения знак не имеет сообщений, а его поле имеет зеленый цвет. При изменении условий на знаке может появиться сообщение "Осторожно! Впереди медленное движение'" и т. д. Кроме того, оператор может выдавать другие сообщения "Ограничение скорости", "Необходимость объезда участка", "Закрытие ближайшего съезда с магистрали" и пр. Поскольку основная цель подобных систем - обеспечение максимальной безопасности, водители автомобилей заблаговременно оповещаются о возможной опасности и возможной задержке Иначе говоря, работа системы направлена на предотвращение попадания транспортного средства, движущегося по этой магистрали, в опасную ситуацию.