УДК 517.977.56, 519.876.5

адаптивное управление дорожным движением на базе системы микроскопического моделирования транспортных потоков

A. С. Голубков,

инженер, младший научный сотрудник

B. А. Царев,

канд. техн. наук, доцент Институт менеджмента и информационных технологий Череповецкий филиал Санкт-Петербургского государственного политехнического университета

Описаны состав и особенности функционирования современных автоматизированных систем управления дорожным движением. Предложен способ адаптивного управления дорожным движением на основе предсказания транспортных потоков и быстрых моделей оптимизации перекрестков. Представлены характеристики системы микроскопического моделирования транспортных потоков, применяемой в системе адаптивного управления дорожным движением.

Ключевые слова - адаптивное управление дорожным движением, оптимизация управления дорожным движением, моделирование транспортных потоков, микроскопическое моделирование.

Введение

В настоящее время во многих крупных городах весьма остро стоит проблема транспортных заторов. При этом исследования показывают, что потенциал существующих улично-дорожных сетей (УДС) используется далеко не полностью. Повышение пропускной способности УДС может быть достигнуто за счет внедрения автоматизированных систем управления дорожным движением (АСУДД). При внедрении АСУДД достигается улучшение следующих показателей : время в пути транспортных средств (ТС) снижается на 10-15 %; количество общих транспортных остановок сокращается на 20-40 %; расход топлива снижается на 5-15 %, количество вредных выбросов в атмосферу сокращается на 5-15 %; повышается безопасность дорожного движения.

Современные АСУДД

Основными компонентами современных АСУДД помимо светофоров и светофорных контроллеров являются:

1) детекторы транспорта (ДТ), обеспечивающие обнаружение ТС и подсчет их числа при движении по полосам;

2) одна или несколько ЭВМ для обработки данных с ДТ и расчета оптимальных управляющих сигналов;

3) совокупность программных средств, реализующих алгоритмы детектирования транспорта и оптимизации управления транспортными потоками;

4) средства информирования водителей ТС (различные информационные табло);

5) средства связи и телекоммуникации, используемые для объединения программно-аппаратных средств АСУДД в единую систему.

В современных АСУДД применяются различные типы детекторов транспорта: петлевые (индукционные); инфракрасные активные и пассивные; магнитные; акустические; радарные; видеодетекторы; комбинированные (в различных комбинациях ультразвуковые, радарные, инфракрасные и видеодетекторы). Все ДТ обладают различной эффективностью в различных условиях эксплуатации . Однако в связи с достигнутым высоким уровнем развития вычислительной и телевизионной техники во многих случаях наиболее предпочтительными являются видеодетекторы на основе технологий обработки и анализа изображений, а также комбинации видеодетекторов с детекторами других типов.

В существующих АСУДД тех или иных производителей используются в различных комбинациях три основных способа адаптивного управления транспортными потоками .

1. Метод управления с использованием библиотек, характеризуемый предварительным расчетом множества планов координации и переключением их на основании текущих усредненных показаний стратегических ДТ путем выбора из библиотеки соответствующего подходящего плана.

2. Метод актуального управления, характеризуемый предварительным расчетом планов координации светофоров, переключением их по календарному графику и реализацией изменений в этих планах в соответствии с транспортными запросами, фиксируемыми локальными детекторами на отдельных направлениях.

3. Метод адаптивного управления, характеризуемый постоянным пересчетом планов координации и календарных режимов на основании информации, получаемой с локальных и стратегических (путевых) детекторов в режиме реального времени.

Оптимизация управления транспортными потоками в современных АСУДД производится различными методами. В системе Balance (Германия) применяются генетические алгоритмы оптимизации. В системе Utopia (Нидерланды) производится расчет на основе ценовой функции, учитывающей время задержки, число остановок, специфические приоритетные требования, взаимное расположение перекрестков. В системе «Спектр» (Санкт-Петербург, Россия) ис-

пользуются следующие алгоритмы: поиск разрывов потока транспорта; расчет по формуле Вебстера; переключение программ по интенсивностям. В АСУДД производства ОАО «Электромеханика» (Пенза, Россия) используется следующее алгоритмическое обеспечение: алгоритм поиска разрыва потоков транспорта; поиск разрыва с сохранением общей длительности цикла координации; алгоритм переключения заранее рассчитанных режимов по контрольным точкам интенсивности движения транспорта; алгоритм динамического перерасчета параметров цикла на основе формулы Вебстера. В АСУДД «Агат» (Минск, Белоруссия) используются следующие эвристические алгоритмы управления: выбор плана координации по карте времени; выбор фазы, режима по плану координации; выбор плана координации по параметрам движения в характерных точках и др.

Адаптивное управление транспортными потоками на основе моделей оптимизации перекрестков

Разрабатываемая система управления дорожным движением (рисунок) состоит из одного центрального пункта и множества локальных пун-

■ Схема системы адаптивного управления дорожным движением

ктов управления, число которых соответствует числу управляемых перекрестков в системе. Все локальные пункты имеют соединение по каналам связи с центральным пунктом управления.

Центральный пункт управления выполняет функции сбора и обработки информации об интенсивностях движения транспортных средств в УДС. Обработка информации представляет собой предсказание величин транспортных потоков на основе следующих данных:

Текущих интенсивностей транспортных потоков;

Скоростей движения ТС;

Расстояний между смежными управляемыми перекрестками в системе;

Предсказания маршрутов движения ТС на основе статистики для текущего дня недели и времени суток;

Текущих длин фаз светофорных объектов на перекрестках УДС.

Локальные пункты в системе выполняют непосредственно оптимизацию управления транспортными потоками на соответствующих перекрестках. В состав каждого локального пункта управления входят:

Детекторы транспорта;

ЭВМ, выполняющая предобработку данных с ДТ, если это необходимо, и оптимизацию управления транспортными потоками;

Контроллер светофоров, допускающий внешнее задание длин фаз светофорного объекта;

Светофоры.

В качестве ДТ предлагается использовать видеодетекторы. В этом случае сигнал с видеокамер поступает в ЭВМ локального пункта управления, где программный модуль предобработки выполняет анализ видеоизображений и оценку интенсивностей транспортных потоков на всех контролируемых полосах. Далее интенсивности транспортных потоков передаются в центральный пункт управления.

Оптимизация управления транспортными потоками производится следующим образом. В ЭВМ имеется точная программная микроскопическая модель перекрестка. При расчете оптимальных длин фаз для следующего фазового цикла управления светофорным объектом (длительность фазового цикла составляет, как правило, 2-5 мин) выполняются следующие действия.

В модели задаются входные интенсивности транспортных потоков на следующие 5 мин (прогноз интенсивностей от центрального пункта управления) с точностью до отдельного ТС.

Модуль оптимизации запускает прогоны модели перекрестка длительностью 5 мин модельного времени, для каждого прогона задает новые длины фаз модельного светофорного объекта

и рассчитывает по результатам каждого прогона значение целевой функции.

В результате цикла оптимизации, состоящего из нескольких прогонов модели, модуль оптимизации находит оптимальные длины фаз модельного светофорного объекта, соответствующие экстремуму целевой функции поиска.

Длины фаз светофорного объекта представляют собой вектор параметров оптимизации j = (фр ф2, ф3, ф4) (на крестообразном перекрестке обычно задается не более четырех фаз). В качестве целевой функции F(j) может служить среднее время ожидания проезда перекрестка ТС. Критерием оптимизации в этом случае будет минимум среднего времени ожидания проезда

min .Р(ф) = F(^*),

где Ф - допустимое множество значений координат вектора длин фаз; j* - вектор оптимальных значений длин фаз. Допустимое множество значений координат вектора длин фаз имеет следующий вид:

Ф = {ф|Tmin < Фi < Tmax.i = 1.-. 4} С r4.

где Т. и - соответственно минимальное

и максимальное значения длины фазы.

Расчет производных целевой функции на модели является невозможным, поэтому в качестве методов оптимизации могут быть использованы только прямые методы. Предложено применение поочередного циклического варьирования длин фаз светофорного объекта от прогона к прогону с постоянным шагом по длине фазы. Длина шага варьирования длин фаз может быть задана равной 2-3 с.

Необходимым условием возможности реализации описанной системы адаптивного управления дорожным движением является наличие системы микроскопического моделирования транспортных потоков, скорость работы которой была бы достаточной для выполнения оптимизации длин фаз светофорного объекта за время одного фазового цикла.

Система микроскопического моделирования транспортных потоков

Авторами статьи разработана система микроскопического моделирования транспортных потоков в УДС, которая может быть использована для оптимизации управления транспортными потоками в составе системы адаптивного управления дорожным движением. Главной особенностью системы моделирования является применение дискретно-событийного подхода в моделиро-

вании , благодаря чему система имеет высокое быстродействие.

Быстродействие системы оценено в серии экспериментов с моделями отдельных типовых перекрестков. Эксперименты выполнены на компьютере с процессором Intel Core 2 Quad Q6600 с частотой каждого ядра 2,4 ГГц (реально в экспериментах использовалось только одно ядро, так как моделирование выполняется в один программный поток). В результате моделирование транспортных потоков через единичный перекресток в течение 45 сут (3 888 000 с) заняло 2864 с процессорного времени. Таким образом, превышение скорости моделирования над скоростью течения реального времени составило 3 888 000/2864 « » 1358 раз, т. е. за время реального фазового цикла на перекрестке модуль оптимизации способен выполнить более 1300 прогонов оптимизационного эксперимента.

Особенностью дискретно-событийного подхода в моделировании является независимость результатов моделирования от скорости выполнения модели, т. е. даже в режиме полной загрузки процессора моделирование покажет совершенно идентичные результаты результатам выполнения, например, в режиме реального времени.

Напротив, в системно-динамическом подходе при ускорении моделирования посредством увеличения шага дискретизации по времени точность моделирования падает. Системно-динамический подход реализует подавляющее большинство современных систем микроскопического моделирования транспортных потоков: Aimsun (Испания) , Paramics Modeler (Шотландия) , DRACULA (Великобритания) , TransModeler (США) , VISSIM (Германия) . Во всех перечисленных системах моделирования используется шаг дискретизации по времени 0,1-1,0 с.

В системно-динамической дорожно-транспортной модели шаг моделирования по времени, равный 1 с, вполне способен лишить модель адекватности. Так, ТС на скорости 60 км/ч за 1 с преодолевает более 16 м пути, т. е. на типовых скоростях движения модельное ТС позиционируется лишь с точностью порядка 10 м.

В предложенной дискретно-событийной модели точность позиционирования модельных объектов остается постоянной практически при любой скорости и зависит от разрядности использу-

1. Бродский Г. С., Айвазов А. Р. Автоматизированное управление дорожным движением в городской среде // Мир дорог. 2007. № 26. С. 2-3.

емых переменных и типа выполняемых над ними арифметических операций. При использовании чисел с плавающей запятой двойной точности (64 бита, 15 значащих десятичных цифр мантиссы) точность позиционирования модельных ТС в дискретно-событийной модели в любой момент времени составит не более 1 см.

Заключение

Предложенная система адаптивного управления дорожным движением способна продемонстрировать высокую эффективность благодаря исчерпывающей оптимизации каждого отдельного перекрестка и учету транспортных потоков между соседними перекрестками с точностью до отдельных ТС. При наличии в УДС по какому-либо направлению транспортного потока высокой плотности происходит автоматическая подстройка управления на всех смежных перекрестках с организацией на данном направлении зеленой волны. При этом оптимизации подвергаются и все прочие направления с транспортными потоками меньшей плотности.

Оптимизация управления каждым отдельным перекрестком в реальном времени является возможной благодаря использованию системы микроскопического дискретно-событийного моделирования транспортных потоков в УДС, разработанной авторами статьи. Данная система моделирования вследствие применения дискретнособытийного подхода обладает высокой производительностью и точностью. В ближайшее время на сайте разработчиков будет доступна ознакомительная версия системы моделирования.

Качество оптимизации управления транспортными потоками в высокой степени зависит от точности предсказания плотности потоков транспорта. При этом точность предсказания тем выше, чем меньше временной интервал предсказания. При использовании на локальных перекрестках аппаратного обеспечения достаточной производительности пересчет оптимальных длин фаз цикла регулирования светофорного объекта может производиться с началом каждой следующей фазы. В этом случае реально используемый временной интервал предсказания сократится до длительности одной фазы, т. е. до 15-100 с, в результате чего повысится эффективность оптимизации.

2. Бродский Г. С., Рыкунов В. В. Поехали! АСУДД - мировой опыт и экономический смысл // Мир дорог. 2008. № 32. С.36-39.

3. ГНПО АГАТ. http://www.agat.by (дата обращения:

4. Crowdhury M. A., Sadek A. Fundamentals of Intelligent Transportation System planning. - Boston - London: Artech House, 2005. - 190 p.

5. Кременец Ю. А., Печерский М. П., Афанасьев М. Б. Технические средства организации дорожного движения. - М.: Академкнига, 2005. - 279 с.

6. GEVAS software: Traffic Control. http://www.gevas.eu/index.php?id=149&L=1 (дата обращения: 16.06.2010).

7. UTOPIA - Peek Traffic. http://www.peektraffic.nl/ page/484 (дата обращения: 16.06.2010).

8. ЗАО «РИПАС»: Разработка и производство автоматизированных систем. http://www.ripas.ru (дата обращения: 16.06.2010).

9. АСУДД - ОАО «Электромеханика». http://www. elmeh.ru/catalog/3/asud (дата обращения:

10. Карпов Ю. Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование с AnyLogic 5. - СПб.: БХВ-Петербург, 2006. - 400 с.

11. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем. - М.: Высш. шк., 2001. - 343 с.

12. Nagel K. High-speed microsimulations of traffic flow. Thesis: University Cologne, 1995. - 202 p.

13. Aimsun. The integrated transport modeling software. http://www.aimsun.com (дата обращения:

14. Quadstone Paramics. Traffic Simulation Solutions. http://www.paramics-online.com (дата обращения:

15. SATURN Software Web Site. https://saturnsoftware. co.uk (дата обращения: 20.05.2010).

16. TransModeler Traffic Simulation Software. http:// www.caliper.com/transmodeler/ (дата обращения:

17. PTV Vision - транспортное планирование. http:// www.ptv-vision.ru (дата обращения: 20.05.2010).

18. Компания «Малленом». http://www.mallenom.ru (дата обращения: 20.05.2010).

Каждому из Вас необходимо зарегистрироваться на сайте РУНЭБ (http://www.elibrary.ru) с тем, чтобы Вам присвоили индивидуальный цифровой код (при регистрации код присваивается автоматически), что обязательно для создания корректной базы данных РУНЭБ, объективно отражающей информацию о Вашей научной активности, а также для подсчета Вашего индекса цитирования (РИНЦ).

В общем случае под управлением понимают влияние на тот или иной объект с целью улучшения его функционирования. По дорожного движения объектом управления являются транспортные и пешеходные потоки. Дорожном движении является специфическим объектом управления, поскольку водители автомобилей, пешеходы обладают собственной волей и реализуют при движении свои личные цели. Таким образом, дорожное движение представляет собой техносоциальну систему, что и определяет его специфику как объекта управления .

Сущность управления заключается в том, чтобы обязывать водителей и пешеходов, запрещать или рекомендовать им те или иные действия в интересах обеспечения скорости и безопасности. Оно осуществляется путем включения соответствующих требований Правил дорожного движения, а также применением комплекса технических средств и распорядительных действий инспекторов дорожно-патрульной службы ГАИ и других лиц, которые имеют соответствующие полномочия .

На уровне служб дорожного движения, организация дорожного движения представляет собой комплекс инженерных и организационных мероприятий на существующей улично-дорожной сети, обеспечивающих безопасность и достаточную скорость транспортных и пешеходных потоков. К таким мерам относится управления дорожным движением, который, как правило, решает более узкие вопросы. Отдельным видом управления является регулирование, то есть поддержание параметров движения в заданных пределах.

Различают управления дорожным движением автоматическое, автоматизированное и ручное. Автоматическое управление осуществляется без участия человека по заранее заданной программе, автоматизированное - с участием человека-оператора. Оператор, используя комплекс технических средств для сбора необходимой информации и поиска оптимального решения, может корректировать программу работы автоматического оборудования. Как в первом, так и во втором случаях в процессе управления могут быть использованы ЭВМ. Контур автоматического управления может быть как замкнутым, так и разомкнутым . И наконец, существует ручное управление, когда оператор, оценивая транспортную ситуацию визуально, влияет на транспортный поток на основе имеющегося опыта и интуиции.

При замкнутом контуре существует обратная связь между средствами и объектом управления (транспортным потоком). Автоматически обратная связь может осуществляться специальным оборудованием сбора информации - детекторами транспорта. Информация вводится в оборудование автоматики и по результатам ее обработки эти устройства определяют режим работы светофорной сигнализации или дорожных знаков, способных по команде менять свое значение (управляемые знаки). Такой процесс получил название гибкого или адаптивного управления.

При разомкнутом контуре, когда обратная связь отсутствует, управляющие светофорами дорожные контроллеры (ДК) переключают сигналы по заранее заданной программе. В этом случае осуществляется постоянное программное управление.

При ручном управлении обратная связь существует всегда в силу визуальной оценки оператором условий движения .

В соответствии со степенью централизации можно рассматривать два вида управления: локальное и системное. Оба вида реализуются вышеупомянутыми способами. При локальном управлении переключение сигналов обеспечивает контроллер, расположенный непосредственно на перекрестке. При системном контроллеры перекрестков, как правило, выполняют функции трансляторов команд, поступающих по специальным каналам связи из управляющего пункта (КП). При временном отключении контроллеров от КП они могут обеспечивать локальное управление.

На практике применяют термины "локальные контроллеры" и "системные контроллеры". Первые не имеют связи с КП и работают самостоятельно, вторые такую связь имеют и способны реализовать локальное и системное управление.

Оборудование, расположенное вне управляющим пунктом, получило название периферийного (светофоры, контроллеры, детекторы транспорта), а то оборудование, на управляющем пункте - центрального (средства вычислительной техники, систем управления, оборудования телемеханики и т. Д.).

При системном управлении оператор системы располагается в управляющем пункте, то есть далеко от объекта управления, а для обеспечения его информацией об условиях движения могут быть использованы средства связи и специальные средства отображения информации (рис. 8.1).

Рисунок 8.1 - Общий вид управляющего пункта

Последние выполняются в виде светящихся карт города или районов - мнемосхем, которые имеют оборудование для визуального отображения с помощью ЭВМ графической и алфавитно-цифровой информации на дисплеях и телевизионных системах, позволяет непосредственно наблюдать за контролируемым районом.

Локальное управление применяется чаще всего на отдельном или, как говорят, изолированном перекрестке, который не имеет связи с соседними перекрестками ни за управлением, ни за потоком. Изменение сигналов светофора на таком перекрестке обеспечивается по индивидуальной программе независимо от условий движения на соседних перекрестках, а прибытие транспортных средств к этому перекрестку носит случайный характер.

Организация согласованной изменения сигналов на группе перекрестков, осуществляемая с целью уменьшения времени движения транспортных средств в заданном районе, называется координированным управлением (управление по принципу "зеленой волны"). В этом случае, как правило, используется системное координированное управление .

С пи с ок с о к р а щ е н и й и о б о з н а ч е н и й , в с т р еч а ю щ и х с я в т е к с т е

А Р М – автоматизированное рабочее место;

АС С У Д – агрегатная система средств управления дорожным движением;

АС У Д – автоматизированная система управления дорожным движением;

АС У Д - С – АСУД на базе ПЭВМ;

В П У – выносной пульт управления;

Г О Р О Д, Г О Р О Д - М , Г О Р О Д - М 1 – названия автоматизированных систем управления дорожным движением с применением ЭВМ;

ДК – дорожный контроллер;

Д ПО У – дисплейный пульт оперативного управления;

ДП – диспетчерский пункт;

Д Т П – дорожно-транспортное происшествие;

Д Т С – дорожно-транспортная сеть;

ДТ – детектор транспорта;

ДУ – диспетчерское управление;

И П – инженерный пульт; И Р – индуктивная рамка; И Ц – имитатор центра;

КДА – контрольно-диагностическая аппаратура;

К Р Ц – контроллер районного центра; К Т С – комплекс технических средств; КУ – координированное управление; М н С х – мнемосхема;

П К – программа координации;

П КУ – пульт контроля и управления;

ПЭ В М – персональная электронно-вычислительная машина;

Р У – ручное управление;

С М Э П – специализированное монтажно-эксплуатационное подразделение;

С О – светофорный объект;

ТВ П – табло вызова пешеходное;

Т Е – транспортная единица (автомобиль);

Т И – телеизмерение;

Т КП – табло коллективного пользования;

Т П – транспортный поток;

Т С – телесигнализация;

ТС КУ – телемеханическая система координированного управления;

Т У – телеуправление;

У В К – управляющий вычислительный комплекс;

У ДС – улично-дорожная сеть;

УЗ Н – управляемый дорожный знак;

У НИ Т П – устройство накопления информации по транспортным потокам;

У П – управляющий пункт;

У С К – указатель рекомендуемой скорости движения;

Ц У П – центральный управляющий пункт.

1. Основы управления дорожным движением

1.1. Транспортный поток как объект управления

Объектом управления АСУД является транспортный поток, описываемый совокупностью признаков, характеризующих процесс движения: интенсивностью, скоростью, составом потока, интервалами в потоке и некоторыми другими показателями.

Транспортному потоку присущи вполне определённые свойства, которые должны быть учтены при выборе управления в системе. Поэтому рассмотрим некоторые наиболее важные особенности транспортного потока.

1 . 1 . 1. С в ой ст в а т ра нс пор тн о г о по т о к а

Во-первых, натурные обследования движения транспортных средств в городах показывают, что характеристики транспортных потоков испытывают в течение суток значительные изменения, возникающие из-за неравномерности поступления автомобилей в транспортную сеть. В этом заключается динамический характер поведения объекта управления.

Во-вторых, ежедневное периодическое измерение одних и тех же параметров потока в фиксированные интервалы времени суток показывает статистический характер процесса движения транспортных средств. Вероятностное поведение объекта управления обусловлено тем, что транспортный поток формируется из индивидуальных участников движения, использующих различные типы транспортных средств и имеющих различные цели поездки (во времени и пространстве).

В-третьих, эти статистические закономерности движения носят устойчивый характер из-за наличия детерминированных тенденций в движении транспортных средств. Действительно, подавляющее большинство поездок носит периодический характер и часто

осуществляется по постоянным маршрутам (деловые поездки, работа общественного маршрутизированного транспорта, грузовые перевозки). Коллективное поведение потока, являющееся результатом взаимодействия участников с различными целями и различными психофизиологическими характеристиками, подчиняется закону больших чисел и делает стабильными вероятностные характеристики движения транспортных средств. Именно отсутствие хаоса в транспортной сети делает возможным функционирование АСУД, которая, в свою очередь, способствует ещё большей стабилизации процессов движения.

В-четвёртых, важнейшим свойством транспортных потоков, во многом определяющим принципы управления, является их инерционность. Под инерционностью понимается свойство объекта управления непрерывно

переходить из состояния в состояние во времени и пространстве. Действительно, параметры движения транспортных единиц, измерённые в некоторый момент времени, не могут существенно измениться за малый промежуток времени из-за того, что каждая единица имеет конечную, вполне определённую скорость и может быть обнаружена в этом промежутке в пределах ограниченного участка транспортной сети. Это свойство проявляется, прежде всего, в том, что средние параметры потоков (интенсивность, скорость, плотность, интервалы) изменяются во времени и пространстве непрерывно. Наличие «пачек» в потоках также является результатом малой изменчивости структуры потока при его прохождении смежных перекрёстков, т.е. следствием инерционности в изменении интервалов между последовательными автомобилями. Инерционность объекта управления говорит о возможностях прогнозирования изменений его характеристик в небольших интервалах.

В-пятых, все перечисленные свойства проявляются как результат взаимозависимого движения транспортных средств. Эта взаимозависимость выражается главным образом в том, что подчас малые изменения условий движения на отдельных магистралях и перекрёстках (сужение проезжей части, изменение погодных условий, нарушение режима светофорной сигнализации) приводят к резкому изменению характера движения не только на данном участке, но и на отдалённых магистралях и перекрёстках города. Особенно сильно связность регулируемых транспортных узлов сказывается в режимах насыщения сети, когда транспортный затор, возникший на отдельном перекрёстке, распространяется на значительный участок сети. Связность в сети носит сложный, подчас непредсказуемый характер. Чем сильнее свойство связности, тем большие участки сети необходимо рассматривать, решая задачу управления, и тем сложнее эта задача, поскольку под объектом управления приходится понимать не отдельные перекрёстки, а все связанные между собой транспортные узлы.

Фактор взаимозависимости проявляется также и в условиях стеснённого движения транспортных средств по перегонам и через перекрёстки сети. Для того чтобы обеспечить безопасное и быстрое движение автомобилей в транспортном потоке, водители вынуждены совершать различные манёвры, обусловленные реальной дорожной ситуацией. В результате этого закономерности движения отдельных транспортных средств можно рассматривать как следствие суммарных взаимодействий в потоке. Характеристики результирующего взаимодействия являются теми исходными для системы параметрами, по которым решается вопрос о назначении того или иного управления

движением.

1 . 1 . 2. С о ст оя ни я т ра нс пор тн о г о по т о к а

Остановимся несколько подробнее на типичных случаях дорожного движения. Экспериментальные и теоретические исследования дают основания выделить три качественно различных состояния, которые мы условимся называть с в о б о д н ы м , г р у ппо вы м и вы ну ж д ен н ы м .

При малой интенсивности потока, когда пропускная способность дороги не является фактором, ограничивающим беспрепятственное движение, скорость движения транспортных средств близка к скорости свободного движения. Взаимодействие между транспортными единицами в режиме свободного движения настолько мало, что им можно пренебречь. Состояние свободного транспортного потока характеризуется не только независимым движением отдельных транспортных единиц, но и тем, какие интервалы между единицами в потоке складываются при этом. Многочисленные экспериментальные работы, а также предельные теоремы

массового обслуживания говорят о том, что распределение интервалов в свободном потоке близко к экспоненциальному и, следовательно, число прибытий транспортных единиц потока в некотором интервале во времени или пространстве описывается законом Пуассона . Свободное состояние потока наблюдается в реальной транспортной сети на перегонах с редким движением в сечениях, удалённых более чем на 800 м от питающих перекрёстков.

Иная картина возникает, если рассматривать групповой режим движения. Групповое движение транспортных средств складывается при несколько больших интенсивностях движения, когда пропускная способность дороги и перекрёстка уже оказывает существенное влияние на условия движения. Для того чтобы сохранить скорость, водители быстроходных автомобилей вынуждены совершать обгоны, перестроения

и другие манёвры. В режиме свободного движения обгоны в потоке осуществляются практически без взаимодействия между транспортными единицами. Групповое движение характеризуется максимальным взаимодействием единиц при движении, максимальной интенсивностью вынужденных манёвров. В результате этого весь транспортный поток разделяется на совокупность очередей, имеющих скорость тихоходных головных автомобилей. Скорости быстроходных транспортных единиц при этом падают. Теперь уже движение транспортных средств не может быть описано законом Пуассона, поскольку расстояния между последовательными автомобилями в очередях близки к расстояниям безопасности, т.е. не подчиняются экспоненциальному распределению. Характерным примером группового потока является движение транспортных средств, наблюдаемое в сечении перегона, расположенного в 20 – 30 м за питающим его перекрёстком. Пачки в потоке, возникающие

после прохождения транспортных единиц через перекрёсток, по мере движения по перегону «разваливаются» сравнительно медленно, и поток в рассматриваемом сечении имеет ещё ярко выраженную групповую форму.

Когда интенсивность движения увеличивается и достигает пропускной способности дороги, условия обгонов быстроходными автомобилями тихоходных затрудняются, очереди, образованные при групповом режиме движения, удлиняются и практически сливаются в единую очередь. При этом скорости транспортных средств в потоке выравниваются и оказываются близкими к скоростям самых тихоходных автомобилей, интервалы между транспортными единицами в потоке становятся близки к детерминированным, равным расстояниям безопасного движения. Этот режим движения будем называть вынужденным.

Ещё одной особенностью объекта управления является наличие в нём тенденции развития. Количественные изменения объекта управления

связаны с естественным ростом автомобилизации, сооружением новых регулируемых перекрёстков, строительством развязок в разных уровнях, улучшением динамических характеристик транспортных средств, с пересмотром организации движения в регулируемом районе (введение и отмена поворотных движений, введение улиц с односторонним движением, запрещение проезда по некоторым улицам грузовому транспорту, запрещение и разрешение стоянок и др.). Эти количественные изменения приводят, как правило, к изменению структуры потоков, степени связанности отдельных перекрёстков сети, масштабов регулируемой сети, что может потребовать качественной перенастройки управляющего органа и привести к пересмотру вида алгоритмов управления для того или иного перекрёстка. Таким образом, система управления движением обязательно должна быть «гибкой» по отношению к объекту управления.

1 . 1 . 3. Р а с пр е д е л ен ие в р е м енн ы х и нте р в а л ов

Большинство исследователей , рассматривая транспортный поток на отрезке магистрали значительной длины, пользуются для описания временных интервалов составными распределениями вида

F (d t ) =

A L - b 1 S +

B L - b 2 S

+ C L - b 3 S

г д е к а ж д ое из т р ё х с л агаем ых опи с ы в ае т опр е д е л ё нную ч ас т ь п о т о к а:

ü A L - b 1 S

ü B L - b 2 S

– свободно движущаяся;

– ч ас т и ч но с в я з а нн а я;

ü C L - b 3 S – связанная часть ТП.

Каждый из трёх коэффициентов А , В , С означает долю интенсивности движения, находящуюся в одном из трёх состояний, поэтому их сумма

Распределение (1.1) достаточно хорошо описывает ТП на магистралях непрерывного движения. Рассматривая задачу описания ТП на городских

улицах, оснащённых светофорами, более целесообразно анализировать

распределение временных интервалов внутри пачек автомобилей по мере удаления регулируемого перекрёстка. Такой подход тесно связан с решением вопроса о постепенном распаде пачек, а следовательно, возможности организации координированного управления движением транспорта.

Эксперименты, поставленные некоторыми исследователями , показывают, что более подходящим для описания временных интервалов внутри пачек является нормированное распределение Эрланга.

F (d t ) =

l (K + 1)

L l (K + 1)d t . (1.2)

C ма т ема т и ч ес к им ожи д а ни е м:

С дисперсией:

M k

D k =

1 . (1 . 3)

1 . (1 . 4)

l 2 (K + 1)

В пользу данного распределения говорит тот факт, что, задаваясь различными K , можно получить любую степень последствия, следовательно, отразить степень связанности потока внутри пачки. Эффект распадения пачек обуславливает зависимость средней интенсивности движения внутри пачек l и порядка распределения K от расстояния пачки до выходного перекрёстка. Экспериментальные исследования показали, что уменьшение l и K по мере удаления пачки от перегона хорошо аппроксимируется экспоненциальной зависимостью

- H L

l n (L n ) = l + ( l н ас

L c ) L 1

n . (1.5)

K = [

K c + (K

на с

- K c

) L - H 2 L n

где l – средняя интенсивность движения по всему потоку;

l н а с –

интенсивность внутри пачки при выходе её с перекрёстка;

L n – р асс т о я н и е

пачки от перекрёстка;

K н а с – ма к с и ма л ь ный пор я д ок р ас п р е д е л е ния

Э рл а н г а д ля п а чк и, т о л ь к о чт о в ы ше д ше й с п е р е к р ёс тк а; K c

– порядок

р ас пр е д е л е ния Э рл а н г а по по т о к у п о с л е о к он ч а т е л ь но г о р ас пр е д е л е ния и

слияния пачек;

H 1 , H 2 – к о э фф ици е н т ы р ас п а д е ния п а ч е к д ля

l n (l n )

и K ;

в квадратных скобках – целая часть выражения.

Эксперименты показывают, что для пачки, только что вышедшей с перекрёстка, величина K =9.

Практические исследования с использованием АСУД в городах: Харькове, Минске, Красноярске, Нижнем Новгороде и др., проведённые в

80 – 90 гг., позволили получить представительные статистические данные о транспортном потоке .

Анализ распределения интервалов при различных интенсивностях, а также минимально допустимые интервалы между автомобилями указывают на существование трёх групп автомобилей в транспортном потоке:

üавтомобили, движущиеся свободно, не оказывающие влияния друг на друга при интервалах более 8 с;

üчастично связанные автомобили, движущиеся с интервалом 1,5 –

8,0 с; распределение интервалов таково, что водители отдельных автомобилей имеют возможность маневрировать внутри потока;

üсвязанная часть потока; в этом случае в течение всего времени

наблюдаются только малые интервалы порядка 1,0 – 1,3 с.

На практике автомобили, двигающиеся свободно, наблюдаются при интенсивности до 300 автомобилей в час на полосу. Частично связанные автомобили наблюдаются при интенсивности порядка 300 – 600 автомобилей в час на полосу. Связанный поток наблюдается при интенсивности более 600 автомобилей в час на полосу.

Современная автоматизированная система управления дорожным движением включает в себя комбинацию различных технических средств и программных методов, главной целью которых является обеспечение безопасного движения транспортных средств и пешеходов (участников дорожного движения). Комплексный профессиональный подход к организации дорожного трафика позволяет сократить количество ДТП, предотвратить заторы, что приводит к существенному улучшению экологической ситуации в больших городах. Тщательно разработанная система АСУДД, которая соответствует всем нормативам в сочетании с грамотно составленным проектом организации дорожного движения - залог безопасности на автомобильных дорогах с оживленным транспортным потоком.

Если разобраться в системе АСУДД глубже, то это искусственный интеллект, заточенный под управление транспортом учитывая различные факторы, определенного объекта и участка улично-дорожной сети. Система АСУДД является частью интеллектуальной транспортной системы (ИТС). Система АСУДД адаптируется под интенсивность движения транспорта, выполняет анализ и оценку ситуации после чего принимает меры по разгрузке проблемных узлов улично-дорожной сети.

Системой АСУДД происходит перераспределение транспортных потоков средствами периферийного оборудования, такими как табло отображения информации - ТОИ (информационные динамические табло), управляемые дорожные знаки (УДЗ).

Средствами управляемых дорожных знаков (УДЗ) система АСУДД перенаправляет транспортные потоки на съезды и транспортные узлы меньшей загруженности или уменьшает скорость движения потока для предотвращения затора на съезде. При дорожно-транспортном происшествии система АСУДД может запретить проезд на данный участок, тем самым предупреждая образование глухой пробки в которой пришлось бы находиться участникам дорожного движения до момента ликвидации последствий ДТП.

Табло отображения информации служит для информирования водителей транспортных средств о возможных пробках и заторах на определенных участках УДС. Учитываю информацию полученную с информационного табло, водитель выбирает пути объезда проблемного участка улично -дорожной сети (УДС).

Сбор информации для анализа дорожной ситуации происходит так же средствами периферийного оборудования, такими как детекторы транспорта и камеры наблюдения.

Система автоматизированного управления движением может включать в себя так же и светофорные объекты , как на перекрестках, примыканиях так и светофоры реверсивного исполнения. Взаимодействие всего перечисленного оборудования и системы аналитики и управления движением и есть система автоматизированного управления дорожным движением (АСУДД). Такие системы могут применяться как глобально (управление всем городом) так и локально (управление определенным транспортным узлом или участком УДС). В систему управления могут включаться метеостанции для оценки погодных условий и для предупреждения водителей о боковых ветрах, гололёде, снегопаде и прочих стихиях.

Очень часто реализация системы АСУДД не обходится без проектирования опорных конструкций под оборудование АСУДД (информационные табло, управляемые дорожные знаки), как правило это опорные металлоконструкции П-образного, Ш-образного и Г-образного исполнения.

Невозможна работа системы АСУДД без создания линии связи для взаимодействия периферийного оборудования и без создания кабельных линий для питания оборудования.

Так же при разработке систем АСУДД часто применяется транспортное моделирование , что позволяет проверить наглядно целесообразность установки системы еще на периоде зарождения, средствами компьютерных технологий.

Различные типы систем АСУДД применяются по всей России как в городской среде, так и на загородных - Федеральных трассах и на крупных промышленных территориях.

Необходимость создание системы АСУДД

В условиях современного быстрорастущего трафика автотранспорта, применение и создание системы АСУДД необходимо везде, где присутствуют транспортные потоки. Это необходимо как для регулирования транспортных потоков так и для сбора аналитических и статистических данных для создания в перспективе новых путей объезда проблемных участков (создание дорожно-транспортной инфраструктуры) - создание новых дорог и съездов , что позволяет предупредить образование заторов при постоянном росте количества автотранспорта.

Предоставляем следующие услуги по проектированию и строительству:

Новые автоматизированные системы управления дорожным движением (АСУДД);
Модернизация и реконструкция существующих систем АСУДД;
Временные системы АСУДД;
Системы АСУДД на промышленных территориях;
Автономные системы АСУДД;
Интеграция системы АСУДД в интеллектуальную транспортную систему (ИТС);
Строительство систем АСУДД любого типа и сложности.

Каждая автоматизированная система управления дорожным движением, спроектированная и реализованная нашими специалистами, являет собой уникальный объект, для воплощения в жизнь которого необходимо проведение предельно точных расчетов, анализа транспортной ситуации и поиска наиболее удачных технических решений. Какие цели достигаются во время активного внедрения подобной системы?

сводится к минимуму время задержки автомобильного транспорта на перекрестках, уменьшается количество вынужденных остановок в заторах, а также сокращаются затраты горючего;
увеличиваются средняя скорость дорожного потока и пропускная способность городской транспортной сети;
обеспечивается безопасность для всех участников дорожного движения.

Монтаж АСУДД - это современный метод борьбы с заторами, дорожно-транспортными происшествиями и прочими отрицательными последствиями роста количества машин на дорогах мегаполисов. Опыт и практические навыки специалистов компании PRIMECAD позволяют спроектировать и провести установку системы любого уровня сложности, а также осуществить ее обслуживание или модернизацию в полном соответствии с требованиями заказчика.

Преимущества наших АСУДД

Адаптивность к дорожной ситуации. Благодаря высокому уровню автоматизации, АСУДД способна подстраиваться под конкретную городскую обстановку - регулировать время работы светофоров, определять оптимальные направления движения и т.п.
Возможность оперативной модернизации. Система характеризуется достаточной гибкостью, что позволяет изменять набор ее компонентов в соответствии с текущими требованиями.
Соответствие современным требованиям безопасности. Оборудование контролируется дистанционно посредством высокопроизводительных программных комплексов, исключающих влияние человеческого фактора.

Управление дорожным движением комплекс мероприятий, направленных на формирование оптимальных режимов дорожного движения.

Строительный словарь .

Смотреть что такое "Управление дорожным движением" в других словарях:

центр управления дорожным движением - Оперативный центр, обеспечивающий единое управление Олимпийскими транспортными потоками и координацию работы ФНД «Транспорт», местных транспортных служб и правоохранительных органов. [Департамент лингвистических услуг Оргкомитета… … Справочник технического переводчика

Англ. Royal Bhutan Police Зона охвата … Википедия

ЦУДД - центр управления дорожным движением ЦУДД центральное управление дорожным движением Источник: http://www.logistic.ru/news/2008/4/4/17/108201.html …

Рабочий стол QNX 6 (Neutrino) по … Википедия

- (ДААТ) (до 2003 года Донецкий автомобильный колледж) частное высшее учебное заведение. Осуществляет обучение по следующим направлениям и специальностям: Направление «Автомобильный транспорт». Квалификация инженер механик.… … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Сидней (значения). Город Сидней Sydney … Википедия

Донецкая академия автомобильного транспорта (ДААТ) (до 2003 года Донецкий автомобильный колледж) частное высшее учебное заведение. Производит обучение по следующим направлениям и специальностям: Направление «Автомобильный транспорт».… … Википедия

- (произносится джи ди эф, рус. букв. Файлы географических данных) или GDF формат обмена географическими данными. В отличие от общих форматов ГИС, GDF предоставляет детальные правила для записи данных и их представления, а также исчерпывающий… … Википедия

Австралия - (Australia) История Австралии, государственная символика Австралии, культура Австралии Исполнительная и законодательная власть Австралии, климат Австралии, природные ресурсы и живая природа Австралии, крупнейшие экономические центры Австралии… … Энциклопедия инвестора

УДД - управление дорожным движением транспорт … Словарь сокращений и аббревиатур