Тематический обзор Ассоциации cистемы адаптивного управления дорожным движением
 Скачать 0.68 Mb.
|
|
ГЛАВА 2. Классификация методов, режимов и видов автоматизированного управления дорожным движением Методы автоматизированного управления дорожным движением можно классифи- цировать по пространственному и временному критериям. По пространственному критерию можно выделить: локальное управление; сетевое управление. Алгоритм светофорного регулирования является локальным, если для определения параметров регулирования на перекрестке используется только информация о транс- портных потоках на подходах к этому перекрестку и в зоне перекрестка. При этом локальный алгоритм может использовать информацию, полученную как непосред- ственно на стоп-линиях, так и на отдаленных подходах к перекрестку (200–400 м от стоп-линии). Локальные алгоритмы определяют цикл регулирования, последователь- ность фаз регулирования, их длительности или моменты переключения фаз, параме- тры промежуточных тактов. Особенностью сетевых алгоритмов является использование для определения пара- метров регулирования информации о транспортной ситуации на нескольких пере- крестках, обычно связанных в единую сеть, характеризующуюся значительной ин- тенсивностью движения транспорта между соседними перекрестками и небольшими (до 600–700 м) расстояниями между ними. Как правило, на сетевом уровне опреде- ляются циклы регулирования для группы перекрестков и сдвиги. В настоящее время все более широкое распространение получает сетевое управление, в рамках которого организация дорожного движения осуществляется на всей УДС в целом или в рамках выделенных зон. Тем не менее, локальное управление все еще используется, в том числе тогда, когда использование сетевого управления невозмож- но или нецелесообразно. В частности: при значительном удалении отдельных светофорных объектов от основного района регулирования; при слабой загрузке УДС; при выходе из строя или отсутствии связи с системой верхнего уровня. По временному критерию выделяются: прогнозное управление, адаптивное управление, ситуационное управление. Прогнозное управление (или жесткое управление) подразумевает изменение параме- тров регулирования, которые определяются исходя из прогноза транспортной ситуа- ции, основанного на выполненных заранее наблюдениях. Адаптивное регулирование подразумевает изменение параметров регулирования на основании краткосрочного прогноза транспортной ситуации (3–15 мин). 11 ГЛАВА 2. Классификация методов, режимов и видов АУДД Ситуационное управление подразумевает переключение между заранее рассчитан- ными и установленными типовыми режимами регулирования в зависимости от те- кущей транспортной ситуации. Общий классификатор методов управления дорожным движением выглядит следую- щим образом: Рис. 7. Классификация методов управления дорожным движением Методы управления Пространственный критерий Временной критерий Локальное управление Сетевое управление Прогнозное управление Адаптивное управление Ситуационное управление Исходя из транспортной ситуации, возможностей и целей может быть выбран метод управления с любым сочетанием пространственно-временных критериев, например, сетевое адаптивное управление или локальное ситуационное управление. Также в соответствии с ОДМ 218.6.003–2011 «Методические рекомендации по проек- тированию светофорных объектов на автомобильных дорогах» светофорное регули- рование может быть: Автоматическое — дорожный контроллер работает без участия человека по за- данной программе или в адаптивном режиме (также называется «программным управлением»). Автоматизированное — СО управляется удаленно диспетчером (также называ- ется «диспетчерским управлением»). Ручное — использование ВПУ, непосредственно подключенного к дорожному контроллеру. Принимая во внимание перечисленные способы классификации методов управления СО, можно определить следующие режимы управления: Ручной режим. Сотрудник специальной службы, обеспечивающей безопасность дорожного движения, находится непосредственно на СО и при помощи подклю- ченного к контроллеру ВПУ управляет фазами каждого светофора, принимая решение на основании визуального контроля транспортных потоков. Диспетчерский режим. Диспетчер удаленно выполняет переключение фаз СО на основании показателей детекторов транспорта или визуального контроля транс- портных потоков при помощи видеокамер. При этом диспетчер может либо пере- ключать фазы, либо изменять на дорожном контроллере исполняемые программы. Программный режим. Дорожный контроллер выполняет программу переключения фаз, которая была выбрана и установлена в качестве текущей из имеющегося в памяти контроллера набора программ. Обычно программа соответствует ста- 12 тистическим закономерностям, выявленным для заданного месяца, дня недели, времени суток, поэтому иногда этот режим называется «календарным». Координированный режим. В единый контур управления включены несколько СО, составляющих один маршрут движения, с целью обеспечения безостановочного проезда транзитного транспорта, а также сокращения времени ожидания при движении по рассматриваемой магистрали. Принцип координации светофорных объектов заключается в обеспечении на последующем светофорном объекте, по отношению к предыдущему, разрешающего сигнала с некоторым сдвигом по вре- мени в секундах. Адаптивный режим. Режим, позволяющий рассчитывать программы управления в реальном времени в зависимости от фактической ситуации, идентифицируемой детекторами транспортных потоков. Ситуационный режим. Режим, при котором выбор конкретной программы управ- ления на перекрестке, в зоне или на целой УДС осуществляется из заранее сфор- мированной «библиотеки» согласно текущей транспортной ситуации. Необходимо отметить, что здесь перечислены наиболее высокоуровневые режимы, при этом в рамках каждого режима также могут быть подрежимы управления более низкого уровня. Например, в рамках координированного режима управления часто используются такие режимы, как «Зеленая волна» или «Общий старт». Некоторые из таких подрежимов рассматриваются в следующих подразделах. 2.1. Программный режим управления Программный режим управления СО характеризуется тем, что информация о пара- метрах транспортных потоков, управление которыми осуществляется на перекрест- ке, собирается заранее и подвергается статистической обработке. Транспортный инженер при помощи специального программного обеспечения (а ранее — при по- мощи ручных расчетов) разрабатывает набор программ управления, которые пред- ставляют собой распределение фаз светофорного регулирования в рамках цикла. Такие программы зависят от времени суток, дня недели, сезона — чем больше про- грамм создаст транспортный инженер, тем более адекватно будет реагировать до- рожный контроллер, исполняющий эти программы. Более того, программы можно создавать не только по календарю, но и для реагирования на различные ситуации (например, проезд спецтранспорта). Впрочем специальные программы обычно вклю- чаются диспетчером при реакции на какие-либо возникающие ситуации. Таким образом, в дорожный контроллер загружаются заранее созданные программы регулирования, которые активируются в зависимости от возникновения каких-либо условий: либо наступления времени (календарное программирование), либо сигнала от диспетчера для включения специальных программ. При помощи все более и более частого дробления программ можно очень хорошо повысить точность регулирования, однако это, конечно же, связано с повышенными трудозатратами на сбор статистики по параметрам транспортных потоков и создание программ для каждого светофорного объекта. Учитывая то, что параметры транс- 13 ГЛАВА 2. Классификация методов, режимов и видов АУДД К тому же в случае разнообразных «всплесков» транспортной активности программ- ное управление становится неприменимым и может стать причиной существенного ухудшения условий движения, возникновения заторов. Со временем происходит изменение транспортных потоков и разработанные программы постепенно устаре- вают, их необходимо обновлять, что требует дополнительных трудовых и финансовых затрат. Однако именно программный режим управления является в настоящее время наи- более часто используемым даже при управлении дорожным движением в крупных мегаполисах. 2.2. Координированный режим управления Под координированным управлением понимается согласованная работа ряда свето- форных объектов, которая вводится с целью обеспечения безостановочного проезда транзитного транспорта, а также сокращения времени ожидания при движении по магистрали. Принцип координации светофорных объектов заключается в обеспечении на после- дующем светофорном объекте по отношению к предыдущему разрешающего сигна- ла с некоторым сдвигом по времени. Данный сдвиг зависит от средней скорости движения транспорта, осуществляющего проезд как в прямом, так и в обратном направлении по координируемой магистрали между перекрестками. Время сдвига также зависит от расстояния между стоп-линиями в прямом и в обратном направ- лениях. Таким образом, транспортные средства, движущиеся с определенной скоро- портных потоков часто собираются вручную, собранные данные обладают низкой точностью (вследствие аппроксимации и экстраполяции), а потому разработанные на их основе программы часто бывают не соотвествующими реальным условиям движения. Рис. 8. Пример программы светофорного регулирования Номер светофора График включения сигналов t o , с t ж , с t к , с t кж , с I фаза II фаза III фаза 8, 3 82 38 4, 10 39 81 12, 5 31 3 82 4 6, 11 74 3 39 4 2, 9, 7, 1 39 4 74 3 3п, 4п 39 81 7п, 8п 31 89 1п, 2п, 5п, 6п 39 81 14 стью по магистрали, на которой функционирует система координированного управ- ления светофорными объектами, достигнув очередного перекрестка, участвующего в координированном управлении, попадают на разрешающий сигнал светофора, формируется «зеленая волна». Вместе с тем в рамках координированного управления могут использоваться и дру- гие подрежимы: Зеленая волна, Красная волна, Общий старт (или единый старт). Подрежим «Красная волна» — алгоритм координированного управления, который предназначен для снижения средней скорости транспортного потока. Алгоритм реали- зуется за счет настройки сдвигов ленты координации таким образом, чтобы обеспечить необходимое количество остановок транспортных средств на перекрестках маршрута. Подрежим «Общий старт» — алгоритм координированного управления, который обеспечивает безостановочный проезд одновременно стартовавших с опорного пе- рекрестка транспортных средств нескольких последовательных перекрестков. Эффект достигается за счет нулевого сдвига на всех перекрестках. Плюсом этого алгоритма является одновременная координация прямого и обратного направлений. Чаще все- го применяется при слабо выраженном маятниковом эффекте. Наибольший интерес представляет подрежим «Зеленая волна», который предназна- чен для проводки транспортного потока по магистрали со средней скоростью таким образом, чтобы транспортные средства при подъезде к очередному перекрестку получали зеленый сигнал для безостановочного движения. Введение такого режима позволяет изменять среднюю скорость транспортных средств на всем отрезке коор- динации за счет выравнивания ее при движении автомобилей на перекрестках. Расчет фаз светофорных объектов для организации зеленой волны осуществляется по результатам замеров интенсивностей транспортных потоков с учетом многочис- ленных параметров: времени суток, длины перегонов между перекрестками, количества и ширины полос и др. Сегодня расчеты делаются в автоматизированном режиме с использованием специального программного обеспечения на автоматизированном рабочем месте (АРМ) транспортного инженера. Рис. 9. Пример диаграммы плана координации для подрежима «Зеленая волна» 15 ГЛАВА 2. Классификация методов, режимов и видов АУДД 2.3. Адаптивный режим управления Адаптивным называется такой режим управления светофорным объектом, при ко- тором длины фаз и некоторые другие характеристики светофорного цикла изменя- ются в зависимости от значений параметров транспортных потоков по конфликтным направлениям. Система верхнего уровня Дорожный контроллер Детектор Светофор Рис. 10. Общая схема адаптивного управления Адаптивное управление основано на получении информации о параметрах транс- портных потоков, которое может осуществляться как в режиме реального времени, так и на основании кратковременного прогноза, полученного путем анализа стати- стических данных по интенсивности движения. Характеристики светофорного цикла меняются в зависимости от уровня загрузки. Система анализирует соответствие фактической транспортной нагрузки потоку насыщения. В случае, если фактическая нагрузка превышает поток насыщения, адаптивное управление стремится к умень- шению задержек транспортных средств путем увеличения длительности разрешаю- щего сигнала, как с сохранением цикла регулирования, так и при его изменении. 2.4. Виды управления дорожным движением На УДС городов можно выделить следующие виды управления дорожным движением: Жестко-календарное локальное управление, использующее следующие методы: желтое мигание, ручное управление, управление по жесткой длительности фаз и цикла; выбор программы согласно календарному расписанию работы. Все пе- речисленные методы, кроме первых двух, основаны на предварительном расчете циклов и фаз регулирования на основании проведенных замеров транспортного потока. Дорожный контроллер выбирает одну из загруженных в него программ, в зависимости от транспортной ситуации и возможностей контроллера. Например, в случае управления по жесткой длительности фаз и цикла выбор вообще не производится, а в дорожном контроллере имеется лишь одна программа свето- форного регулирования. Жестко-календарное координированное управление в целом основано на том же самом принципе, что и жестко-календарное локальное управление, но при этом при разработке программ управления на светофорных объектах учитывается синхронизация ряда светофорных объектов для обеспечения безостановочного проезда по маршруту координированного управления. В этом случае может при- 16 меняться как общая программа координации для всех периодов времени, так и выбранная, из заранее заложенных в дорожный контроллер, программа управ- ления в зависимости от календарного графика. Локальное адаптивное управление. При таком управлении производится пред- варительный расчет планов координации на основании историко-статистических данных о параметрах транспортных потоков по всем направлениям. Перерасчет планов производится по мере накопления изменений в транспортной ситуации, и его необходимость определяется автоматически. Данные о параметрах транс- портных потоков накапливаются тактическими и стратегическими детекторами транспорта. Пакет планов координации загружается в дорожный контроллер по мере перерасчета. Дорожный контроллер переключает планы координации либо в соответствии с календарным графиком, имеющимся в пакете, либо на основе текущих критериев выбора конкретного плана. В рамках каждого цикла длительность всех фаз изменяется в разрешенных пределах в соответствии с те- кущими показаниями параметров транспортных потоков по конфликтующим направлениям. Эти изменения фиксируются тактическими детекторами на пе- рекрестке. Сетевое адаптивное управление. При таком виде управления учитывается как суточное изменение интенсивности, так и ее случайные колебания в различные периоды времени суток. Адаптивное управление реализуется с помощью детек- торов транспорта, расположенных в зоне перекрестка и передающих в непрерыв- ном режиме информацию о транспортных потоках. Хронология развития различных видов управления дорожным движением показана на рисунке 11. 2.5. Алгоритмы адаптивного управления Системы локального и сетевого управления функционируют на основании различных алгоритмов. По способу обработки информации с детекторов алгоритмы адаптивного управления можно разделить на следующие группы: Алгоритмы, предусматривающие переключение сигналов светофора в данном цикле регулирования исходя из полученной информации о состоянии транспорт- ного потока. Алгоритмы статистической оптимизации, которые на основании полученной информации формируют вероятностный прогноз параметров управления на сле- дующий момент времени. Алгоритмы случайного поиска. Параметры управления изменяются случайно с одновременным анализом критерия эффективности (например, задержки). Управление считается эффективным при достижении максимума или минимума критерия эффективности (например, минимальное значение задержки). 17 ГЛАВА 2. Классификация методов, режимов и видов АУДД Ри с.11. Хро но логия ра зви тия ра зл ич ных ви до в у правл ен ия д оро ж ным движен ие м Ло ка льн ое упр ав лени е бе з о бр атн ой св язи Обы чн о по ст ав ляе тс я пр оизв оди те лями об ор удо ва ния Обы чн о по ст ав ляе тс я пр оизв оди те лями сис те м и пр огр аммн ог о об есп еч ения Ад ап тивны е сис те мы SC O TT , SCA TS, U TO PIA и т . п. си ст емы С ет ев ое упр ав лени е бе з о бр атн ой св язи ◆ Вн едр ени е д ет ек тор ов ◆ Пр ос тейши е л ока льны е ада птивны е а лг ор ит мы ◆ За гру зка м ас тер- ко нт ро лл ер ом з ар ан ее рас счи та нных р ежим ов Си туа ци онн ое упр ав лени е с о бр атн ой св язью ◆ М они тор инг си ст ем на у ро вн е ц ен тр а ◆ За гру зка из ц ен тр а зар ан ее р ас счи та нных ПК Ра спр еде ленн ое упр ав лени е ◆ Ар хи тек ту ра «к ли ен т-с ер вер» ◆ Си туа ци онн ое упр ав лени е + л ока льны е ада птивны е а лг ор ит мы Ц ен тр ализ ов анн ое упр ав лени е ◆ Ц ен тр альный ко мпью тер ◆ Упр ав лени е пар ам ет рами св ет оф ор но го регу лир ов ания на у ро вн е ц ен тр а Си туа ци онн ое и а да птивн ое упр ав лени е ◆ Н али чи е ц ен тр а ◆ Упр ав лени е цик ло м, дли те льн ос тями ф аз и сдвиг ами ◆ Рас че т р ежим ов в р еа льн ом вр ем ени ◆ Вы со кая с то им ос ть ст ро ит ельс тв а и э ксп луа та ции С овр ем енны е си ст емы си туа ци онн ог о и а да птивн ог о упр ав ления ◆ Пр иор ит етный пр оп уск ◆ До по лни те льны е фу нкции ◆ Распр ед ел енн ая ар хи тек ту ра 1950 г . В к онце 1960 г . С с ер едины до к онц а 1980 г . С с ер едины 1990 г . 2000 г . 18 Системы локального управления функционируют на основе более «простых» алго- ритмов: Алгоритм поиска разрыва в транспортном потоке в направлении действия раз- решающего сигнала при фиксированных значениях управляющих параметров (время, определяющее разрыв в потоке; минимальная и максимальная длитель- ности разрешающего сигнала). Для светофорного объекта определяется мини- мальное и максимальное значение каждой фазы. По истечении минимального значения времени разрешающего сигнала его длительность может быть увеличена на добавочный интервал времени в случае регистрации нового автомобиля де- тектором транспорта на подходе к перекрестку. Каждое срабатывание детектора транспорта во время разрешающего сигнала увеличивает длительность фазы на добавочный интервал, но при этом общая длительность не может превысить максимальную величину. Если ни одного транспортного средства за время оче- редного удлинения разрешающего сигнала не зарегистрировано, то зеленый сиг- нал сменяется на красный. Добавочный интервал определяется временем, которое требуется транспортному средству после его регистрации детектором на преодо- ление расстояния от детектора до стоп-линии и последующего безопасного проез- да перекрестка. Метод отлично показывает себя на перекрестках с малыми значе- ниями транспортного спроса по направлениям. Алгоритм поиска разрыва при переменных управляющих параметрах, зависящих от условий движения. Такой способ управления является более гибким, так как при этом используется большая информация о параметрах потока. В частности, интервал времени, определяющий разрыв в потоке, задается в зависимости от скорости пребывающих к перекрестку автомобилей, минимальная и максималь- ная длительности разрешающего сигнала зависят от очереди автомобилей в рас- сматриваемом и конфликтующих направлениях. Алгоритм сравнения транспортной задержки на подходе к перекрестку в направ- лении разрешающего сигнала с транспортной задержкой в конфликтующем на- правлении. Разрешающие сигналы пропорциональны задержкам в прямом и кон- фликтующим направлениях. Данный метод преследует цель минимизации общей задержки на перекрестке. Алгоритм, предусматривающий лишь пропуск очередей, образовавшихся за время действия запрещающего сигнала. Сигналы переключаются сразу после проезда стоп-линии последним автомобилем очереди. Реализация алгоритма основана на информации о потоках насыщения на всех подходах к перекрестку. По потоку насыщения определяют временной интервал между автомобилями очереди, по- кидающей перекресток. Превышение этого интервала означает, что интенсивность движения стала меньше потока насыщения, следовательно, наступил момент смены сигналов. Алгоритм, предусматривающий перераспределение длительности фаз внутри цикла на основе анализа текущих фазовых коэффициентов в конфликтующих направлениях. Длительность разрешающих сигналов соответствует фактической загрузке направлений движения. Возможно применение этого алгоритма как с постоянным циклом регулирования, так и с переменным, который рассчиты- ватся заново на каждом шаге управления. |