АСУ. Рост автомобильного парка и объема перевозок ведет к увеличению интенсивности движения, что в условиях городов с исторически сложившейся застройкой приводит к возникновению транспортной проблемы
 Скачать 32.84 Kb.
|
|
Введение. Рост автомобильного парка и объема перевозок ведет к увеличению интенсивности движения, что в условиях городов с исторически сложившейся застройкой приводит к возникновению транспортной проблемы. Особенно остро она проявляется в узловых пунктах улично-дорожной сети. Здесь увеличиваются транспортные задержки, образуются очереди и заторы, что вызывает снижение скорости сообщения, неоправданный перерасход топлива и повышенный износ узлов и агрегатов транспортных средств. Переменный режим движения, частые остановки и скопления автомобилей на перекрестках являются причиной повышенного загрязнения воздушного бассейна города продуктами неполного сгорания топлива. Городское население постоянно подвержено воздействию транспортного шума и отработавших газов. Рост интенсивности транспортных и пешеходных потоков непосредственно сказывается также на безопасности дорожного движения. Свыше шестидесяти всех дорожно-транспортных происшествий приходится на города. При этом на перекрестках, занимающих незначительную часть территории города, концентрируется более тридцати процентов всех дорожно-транспортных происшествий. В комплексе мероприятий, направленных на решение задачи обеспечения быстрого и безопасного движения в современных городах в условиях повышенной автомобилизации, автоматизация управления дорожным движением занимает одно из ведущих мест. Работы по данной проблеме проводятся как в нашей стране, так и в ряде наиболее развитых зарубежных стран: США, Япония, Германия и др. В последние годы происходит процесс интенсивного внедрения автоматизированных систем координированного управления движением транспортных потоков. Накопленный опыт эксплуатации таких систем убедительно свидетельствуют о том, что они действительно являются эффективным средством сокращения задержек на перекрестках, повышение скоростей движения, увеличения пропускной способности городских магистралей и уровня безопасности движения. Актуальность темы исследования определяется наличием всесторонних проблем возникающих на дорожно-транспортных участках, а так же степенью их максимально эффективного устранения. Степень научной разработанности темы исследования данной аттестационной работы является рассмотрение системы и принципов координированного управления дорожного движения на дорожно-уличной сети. 1. Цели и критерии автоматизированной системы управления координации дорожного движения. Координированным управлением - называют согласованную работу ряда светофорных объектов, с целью сокращения задержки транспортных средств, сущность координации заключается во включении на последующем перекрестке, по отношению к предыдущему, зеленого сигнала с некоторыми сдвигами. Длительность сдвига зависит от времени движения транспортного средства между перекрестками. Транспортные средства следуют как бы по расписанию, они прибывают к очередному перекрестку в тот момент, когда на нем в данном направлении движения включается зеленый сигнал. С помощью координированного управления уменьшается число неоправданных остановок и торможений в потоке, и уменьшаются транспортные задержки. Такой способ управления называется “зеленой волной”. В нашей стране координированное управление впервые было реализовано в 1955 году на участке садового кольца с пятью светофорными объектами. Координированное управление может быть реализовано при выполнении ряда условий: - наличие не менее двух полос движения в каждом направлении; - одинаковый цикл регулирования на всех перекрестках входящих в систему координации; - расстояние между соседними перекрестками не должно превышать восемьсот метров. Первое условие связано с необходимостью безостановочного движения транспортного средства с рекомендуемой скоростью и своевременного прибытия их к очередному перекрестку, при узкой проезжей части вероятность задержки в пути увеличивается, так как затруднен объезд возможных препятствий на дороге. Второе условие – одинаковый цикл на всех перекрестках: - обеспечивает необходимую периодичность смены цикла; - сохранение расчетного сдвига включения фаз разрешающих движение вдоль маршрутов координации. Третье условие – ограничение длины перегона связанно с процессом групп образования в транспортном потоке. Прибытие автомобилей к перекрестку удаленному от предыдущего на большое расстояние будит носить случайных характер, взаимосвязь с соседним перекрестком по которому при большом расстоянии прерывается. Группообразный характер потоков играет большую роль при организации координированного управления, чем короче расстояние между перекрестками, тем меньше вероятность распада группы авто. Меньше потребляется времени для её пропуска на следующем перекрестке. При увеличении временного разрыва группа распадается, и длительность зеленого сигнала на последующем перекрестке необходимо увеличить. Это ущемляет интересы конфликтующего направления, можно лишь пропустить только часть группы, задерживая входящие в ее состав медленно движущиеся авто. Остановленные у стоп линии на запрещающий сигнал они пройдут данный перекресток лишь в следующем цикле вместе с очередной группой. При расстоянии между соседними перекрестками более восьмисот метров в связи с полным распадом группы её задержанная часть резко увеличится и координированное управление становиться малоэффективным. Основными целями управления в автоматизированной системе управления координации дорожного движения являются: - обеспечение высокого уровня безопасности дорожного движения; - предоставление участникам движения достаточный уровень обслуживания; повышение использования пропускной способности дорожно-уличной сети; - уменьшение вредного воздействия транспортных потоков на окружающую среду; - экономия топлива, сырья, материалов и других производственных ресурсов; - снижение численности работающих (занятых рутинным производством); Таким образом, функционирование автоматизированной системы управления должно быть ориентировано на достижение целого комплекса целей, что делает практически невозможным разработку единого универсального критерия эффективности управления. Поэтому в практике и эксплуатации автоматизированной системы управления координации дорожного движения может найти применение целое семейство частных критериев: - определение эффективности по безопасности движения; - минимальный уровень аварийности на дорожно-уличной сети; - по уровню обслуживания участников движения - время поездки, скорость движения, время задержки, число остановок, длина очереди у перекрестка, равномерность движения, расход топлива и изнашивание узлов и агрегатов транспортных средств; - по воздействию на окружающую среду - низкий уровень транспортного шума и минимальный уровень загрязнения воздушного бассейна отработавшими газами двигателей автомобилей; - по уровню использования пропускной способности дорожно-уличной сети; - по уровню затрат материальных ресурсов. Следует отметить, что как основные цели управления автоматизированной системы управления, так и соответствующие им критерии качества теснейшим образом взаимосвязаны. К сожалению, характер этих связей весьма сложен, что не дает возможности произвести их формализацию и объединить хотя бы часть критериев в некоторый обобщенный показатель. Однако практика эксплуатации действующих автоматизированных систем управления координации дорожного движения показала, что большинство рассматриваемых критериев зависит друг от друга таким образом, что оптимизация работы системы по одному из них приводит к повышению качества управления, вычисляемому с применением остальных критериев. Так, сокращение среднего времени задержки автомобилей у перекрестков приводит одновременно к повышению скорости движения, уменьшению числа остановок транспортных средств, длины очереди у перекрестков, затрат по эксплуатации автомобильного парка. При этом повышается использование пропускной способности дорожно-уличной сети и уровень безопасности движения, уменьшается вредное воздействие транспортных потоков на окружающую среду. 2. Способы и средства координации дорожного движения. Регулирование дорожного движения заключается в поддержании на определенном уровне показателей транспортных и пешеходных потоков, обеспечивающих эффективность и безопасность дорожного движения. Регулирование осуществляется применением систем технических средств, к которым относятся дорожные знаки, дорожная разметка, светофоры, направляющие островки, пешеходные ограждения. Регулирование дорожного движения также осуществляется с помощью сигналов регулировщика и предупредительных сигналов, подаваемых водителем. Сигналы светофора информируют участников движения о разрешенном направлении или о запрещении движения на пересечении или участке дороги. Светофоры являются одним из эффективных средств регулирования движения на перекрестках, где имеет место взаимодействие конфликтующих транспортных потоков между собой и с потоком пешеходов. Для регулирования движения транспортных и пешеходных потоков применяются три основных типа светофоров: - транспортные – для регулирования транспортных и пешеходных потоков; - пешеходные – для регулирования только движения пешеходов; - специальные – для регулирования движения на железнодорожном переезде, на полосе с реверсивным движением, движения маршрутных транспортных средств. 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 транспортных светофоров является трёх секционный светофор, который может иметь дополнительные секции слева, справа или слева и справа для регулирования правоповоротного или лево поворотного транспортных потоков. Сигналы регулировщика. При отказе светофора, а также в некоторых других случаях дорожным движением управляют регулировщики. Основными сигналами регулировщика являются положение его корпуса и жесты руками. Для лучшего восприятия, участниками движения подаваемые сигналы регулировщика в условиях плохой видимости для него предусмотрено специальное снаряжение (накидка-безрукавка из светоотражающего материала, белые ремни, перчатки и нарукавники). Жезлы и диски оборудуются электрической лампочкой или светоотражающим покрытием. Сигналы регулировщика имеют следующие значения: - сигнал свистком обозначает – внимание участников движения на себя. Все участники движения должны посмотреть на регулировщика; - сигнал жестом правой руки в сторону участника движения или с помощью громкоговорящего устройства. «Женщина с ребенком, остановитесь, в этом месте переход запрещен». Надо выполнить этот сигнал – жест его руки или требование по громкоговорителю – и остановиться; - правая рука поднята вверх – движение всех транспортных средств и пешеходов запрещено. Предупреждает о смене сигнала. Если сигнал застал на проезжей части, надо закончить переход или остановиться на линии, разделяющей транспортные потоки; - руки регулировщика вытянуты в сторону или опущены. Со стороны левого бока вдоль спины и со стороны правого бока вдоль груди – пешеходам разрешается переходить проезжую часть прямо. Они пользуются преимуществом перед водителями, поворачивающими направо, но должны убедиться, что им уступают дорогу. Со стороны спины и груди – всем движение запрещено; - правая рука вытянута вперед, а левая в сторону или опущена или может подавать любые понятные участникам движения сигналы. Пешеходам разрешается переходить проезжую часть только вдоль спины. Водители при повороте направо со стороны левого бока уступают им дорогу. С других направлений движение пешеходов запрещено. Дорожные знаки. Дорожные знаки предназначены для информации участников движения об условиях, режимах, разрешенных направлениях движения или направлениях, в которых движение запрещено, места расположения объектов сервиса и так далее. Предусмотрено семь групп дорожных знаков: предупреждающие, приоритета, запрещающие, предписывающие, информационно-указательные, сервиса и знаки дополнительной информации (таблички). В Положении о допуске транспортных средств к эксплуатации вводятся и опознавательные знаки для транспортных средств, представляющих опасность для участников движения. Все участники движения должны знать и эти знаки. Номера знаков, например, 5.19.1 и 5.19.2 «Пешеходный переход», состоят из 5 – номер группы (информационно-указательный); 19 – порядковый номер в соответствующей группе; 2 – разновидность знака «Пешеходный переход», который устанавливается только с правой стороны. Значение знаков определяется символами, цифрами, фигурами, надписями, характером опасности, направления, запрещения и так далее. Дорожные знаки размещаются над проезжей частью или зад тротуаром или обочиной таким образом, чтобы обеспечить их наилучший обзор всеми участниками движения, как в светлое время суток, так и в темное. Они могут иметь светоотражающую поверхность или внутреннее освещение. Временные знаки на подставках могут устанавливаться на проезжей части или в местах движения пешеходов, они главнее, чем знаки, которые висят над дорогой. Предупреждающие знаки. Они предназначены для информирования участников дорожного движения о приближении к опасному участку дороги, характере опасности о месте расположения опасного участка, при движении по которому участники движения должны принимать меры, соответствующие конкретной обстановке. Большинство знаков имеют форму равностороннего треугольника, обращенного вершиной вверх. В основном эти знаки устанавливаются заблаговременно и предупреждают об опасности впереди, а некоторые знаки вне населенного пункта устанавливаются дважды. Например, первый знак 1.23 «Дети» устанавливается за 150–300 метров, а второй не менее чем за 50 метров до детского учреждения. Знаки приоритета. Данные знаки устанавливают очередность проезда опасных мест, где одновременное движение в двух направлениях невозможно и на которых одним участникам движения дается приоритет в движении, а других обязывает уступать дорогу. К таким опасным местам относятся перекрестки, узкие участки и искусственные сооружения. Запрещающие знаки. Они предназначены для введения или отмены определенных ограничений в движении, имеют белый фон с красным окаймлением. Знаки устанавливаются непосредственно перед участками дорог, на которых вводятся определенные ограничения. Предписывающие знаки. Указывают направление движения транспортных средств, вводят ограничение скорости или движения отдельных транспортных средств. Информационно-указательные знаки. Знаки предназначены для введения или отмены определенных режимов движения, информируют участников движения о расположении на пути населенных пунктов и других объектов, а также расстояниях до них. За некоторым исключением они имеют форму прямоугольника на синем фоне. Знаки с зеленым фоном устанавливаются на автомагистралях, с синим – вне населенных пунктов, а с белым – в населенных пунктах. И т.д. -получение информации о состояние транспортного потока. -своевременное обнаружение сбоев в работе системы. выдача оператору рекомендаций по управлению процессом. -контроль возникновения предзаторовых и заторовых ситуаций в сети. формирование или выбор в зависимости от условий движения координирующей программы и доведения ее до перекрестков. Осуществление перечисленных функций предлагается в виде автоматизированного решения задач: -измерение выходных параметров транспортного потока. -оперативное управление средствами дорожной сигнализации (светофоры, многопозиционные дорожные знаки и указатели) и контроль за их состоянием. -сбор и обработка информации о транспортном потоке, и после этого выдача оператору рекомендаций по выбору наиболее оптимального режима координации движения. -сбор, обработка и выдача информации на верхний уровень управления для анализа. -перераспределение транспортных потоков с помощью многопозиционных дорожных знаков с целью предупреждения или ликвидации заторов. Глава III. Описание процесса функционирования предлагаемой АСУ координации дорожного движения Алгоритм процесса управления в АСУ координации дорожного движения, выходные параметры транспортного (интенсивность, скорость, плотность, длина очереди у перекрестка, наличие транспортных средств с правом приоритетного пропуска и т.д.) фиксируются с помощью детекторов транспорта. Полученная информация о состояние транспортного потока обрабатывается и используется для целей управления, а также служит основой для вычисления таких характеристик потока, которые не могут быть получены непосредственным измерением, например время задержки у перекрестка, время движения по участку сети и т.д. Информация о фактическом режиме движения транспортного потока используется для формирования управляющих воздействий, передаваемых на средства дорожной сигнализации, являющиеся исполнительными органами системы. С учетом выбранных для использования в АСУ координации дорожного движения критериев эффективности и анализа условий движения на контролируемой системой дорожно-уличной сети определяют задаваемые значения параметров транспортного потока, а также разрабатывают и вводят в систему алгоритмы управления дорожным движением. В работе АСУ координации дорожного движения наряду с техническими средствами обязательно участвуют операторы или диспетчеры, которые могут непосредственно управлять дорожной сигнализацией, корректируя воздействия, формируемые в контуре автоматического управления системы. Необходимость введения диспетчерского управления в АСУ координации дорожного движения с сохранением за человеком высшего приоритета в принятие решения диктуется сложностью процесса дорожного движения, а также большой тяжестью последствий для участников движения в случае нарушений и сбоев в работе системы. Данные о действительных параметрах транспортного потока накапливаются, систематизируются и обрабатываются с учетом потребностей системы. Наличие этих данных позволяет осуществлять постоянное слежение за устойчивыми тенденциями изменения свойств транспортного потока, что создает возможность производить соответствующую модификацию методов управления, уточнять используемые критерии эффективности, изменять диапазоны задаваемых параметров транспортного потока, совершенствовать управляющие алгоритмы. В этом находят реализацию элементы адаптивного управления дорожным движением в АСУ координации дорожного движения. Сущность процесса управления, реализуемого АСУ координации дорожного движения, сводится к получению транспортного потока с некоторыми заданными параметрами в условиях имеющейся городской дорожно-уличной сети. Городская дорожно-уличная сеть представляет собой совокупность перекрестков и перегонов улиц между соседними перекрестками. Управляющие воздействия на транспортный поток производится через средства светофорной сигнализации и дорожные знаки, расположенные в основном на регулируемых перекрестках. Поэтому перекресток и выступает обычно как пункт контроля и управления движением. АСУ координации дорожного движения является системой, работающей в реальном масштабе времени, то есть обработки информации, используемой для формирования управляющих воздействий, и передача соответствующих команд на средства регулирования должны производится в темпе, соизмеримом со скоростью изменений условий движения на дорожно-уличной сети, а и с опережением их. Поскольку длительность фаз и тактов светофорной сигнализации измеряется секундами, реализация этой особенности системы приводит к необходимости сбора и обработки информации о состоянии движения и формирования управляющих команд с дискретностью, соизмеримой с 1 секундой. Отсюда определяются требования к быстродействию вычислительного комплекса системы и устройств передачи информации. К АСУ координации дорожного движения предъявляются жесткие требования по обеспечению надежности. Необходимо, чтобы при любых отказах ее элементов полностью исключалась возможность включения такой комбинации сигналов светофоров, которая могла бы привести к возникновению дорожно-транспортных происшествий и росту транспортных задержек. В центре управления системы распологаются рабочие места диспетчеров и центральные полукомплекты устройств телемеханики, осуществляющие передачу командной и прием контрольной информации через линии связи, соединяющие центр управления системы с периферийным оборудованием системы установленным на дорожной сети. Основными видами периферийного оборудования являются: -светофорные контроллеры, управляющие переключением светофорной сигнализации на перекрестках; -детекторы транспорта, производящие сбор информации о параметрах транспортных потоков; -контроллеры дорожных знаков, управляющие положением многопозиционных дорожных знаков и указателей; -контроллеры реверсивной полосы, определяющие режим работы светофоров реверсивных полос; -детекторы приоритетного транспорта, выделяющие в потоке единицы подвижного состава - автобусы, трамваи и специальные автомобили, пользующиеся правом приоритетного проезда через перекрестки; Комплекс технических средств: -специальные детекторы, к которым относятся детекторы выявления транспортных средств с крупногабаритными грузами на подъездах к тоннелям и путепроводам, а также датчики метеообстановки (туман, гололед, ветер); -передающие видеокамеры, установленные на перекрестках. -Подключение каждой единицы периферийного оборудования к линиям связи происходит через блоки устройств телемеханики. Комплекс диспетчерского управления включает в себя рабочее место диспетчеров, мнемосхему дорожно-уличной сети, отображающую посредством световых индикаторов основные режимы работы периферийного оборудования, телефонные аппараты и радиостанцию для прямой связи со всеми наружными постами, патрульными автомобилями и городскими службами, имеющими отношение к обеспечению безопасности движения и ликвидации последствий дорожно-транспортных происшествий. Заключение Автоматизация управления дорожным движением дает ряд преимуществ: -внедрение АСУ сопровождается непременной оптимизацией режима регулирования, адаптацией их к реальным, изменяющимся во времени, условиям движения. -снижение уровня транспортных задержек у перекрестков и сокращение числа неоправданных остановок в процессе движения, что приводит к уменьшению износа материальной части транспортных средств, автомобильных шин, снижению расхода горючего, а также способствует замедлению износа дорожных покрытий в зоне перекрестков. -повышение уровня безопасности движения, что находит свое выражение в сокращении числа дорожно-транспортных происшествий и уменьшении тяжести их последствий. -снижение уровня транспортного шума и улучшение санитарного состояния воздушного бассейна города. увеличение эффективности работы городского наземного транспорта, обусловленное сокращением задержек транспортных средств у перекрестков и предоставлением приоритетных условий движения. -централизованное управление приводит к согласованности режимов работы соседних перекрестков |