Тематический обзор Ассоциации cистемы адаптивного управления дорожным движением
 Скачать 0.68 Mb.
|
|
Тематический обзор Ассоциации: cистемы адаптивного управления дорожным движением и дорожные контроллеры АССОЦИАЦИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ИНЖЕНЕРОВ санкт-петербург № 2/2017 © Ассоциация транспортных инженеров, 2017 Ассоциация транспортных инженеров www.traffic-ing.ru Тематический обзор Ассоциации: cистемы адаптивного управления дорожным движе нием и дорожные контроллеры. Вып. № 2/2017. — СПб.: ООО «Издательско-полиграфическая ком- пания «КОСТА», 2017. — 48 с. Автор идеи тематического обзора: Р. В. Душкин. В подготовке обзора участвовал авторский коллектив: Е. А. Андреева, Е. В. Белкова, Р. В. Душкин, А. Д. Жарков, Е. А. Курочкин, Н. В. Левин, к. э. н. В. П. Морозов. Ассоциация транспортных инженеров выражает благодарность: Компании A+S — за помощь в подготовке и печати выпуска. А. А. Власову— к. т. н., доценту кафедры «Организация и безопасность движения» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства» за предоставленные материалы. Н. Е. Подозерову, А. Э. Гореву, А. В. Белову — за конструктивные замечания. Ассоциацией транспортных инженеров подготовлен второй Тематический обзор, который представ- ляет собой сборник материалов по автоматизированным системам управления дорожным движением (АСУДД). В этом выпуске представлена историческая справка о развитии светофорного регулирова- ния, классификации методов и режимов управления дорожным движением. Основное внимание уделено системам управления верхнего уровня и применяемым дорожным контроллерам. Данный Тематический обзор рассчитан на широкий круг читателей, которые не являются специали- стами в области автоматизированных систем управления дорожным движением. Он призван расши- рить кругозор специалистов из смежных отраслей (транспортные инженеры, инженеры-проектиров- щики автомобильных дорог и пр.), студентов и просто интересующихся лиц. Также Тематический обзор является приглашением к дальнейшему обсуждению АСУДД, прежде всего возможностей со- временных систем управления и контроллеров, выпускаемых различными производителями. Мы приглашаем поставщиков таких систем к формированию на сайте Ассоциации площадки по представ- лению вашего оборудования и систем управления, обсуждению их характеристик, обмену мнениями и идеями по развитию. По нашему мнению, это будет полезно всем: поставщикам — как дополни- тельная реклама своей продукции; специалистам — как возможность ознакомления с современным оборудованием и системами в одном месте; потенциальным заказчикам (клиентам) эта площадка позволит быстро находить нужные решения и поставщиков, озвучивать свои проблемы перед про- фессиональным сообществом. Если вы увидели в данном Тематическом обзоре опечатки, несоответствия терминологии, или у вас есть чем его дополнить, просим всю информацию отправлять на электронный почтовый ящик Ассоциации с пометкой ТО № 2. Адрес: 190103, Санкт-Петербург, ул. Курляндская, д. 2/5 WEB: http://www.traffic-ing.ru/ e-mail: info@traffic-ing.ru 3 Оглавление Термины и определения ........................................................................................................................... 4 Введение ....................................................................................................................................................... 5 ГЛАВА 1. Историческая справка ....................................................................................................... 6 ГЛАВА 2. Классификация методов, режимов и видов автоматизированного управления дорожным движением .................................... 10 2.1. Программный режим управления ............................................................................... 12 2.2. Координированный режим управления ..................................................................... 13 2.3. Адаптивный режим управления ................................................................................... 15 2.4. Виды управления дорожным движением .................................................................. 15 2.5. Алгоритмы адаптивного управления .......................................................................... 16 ГЛАВА 3. Системы верхнего уровня .............................................................................................. 19 3.1. Система BALANCE ........................................................................................................... 19 3.2. Система ITACA .................................................................................................................. 20 3.3. Система MOTION ............................................................................................................. 20 3.4. Система OPAC ................................................................................................................... 21 3.5. Система RHODES.............................................................................................................. 22 3.6. Система SCATS .................................................................................................................. 22 3.7. Система SCOOT ................................................................................................................ 23 3.8. Система UTOPIA ............................................................................................................... 24 3.9. Сравнительный анализ систем верхнего уровня АСУДД...................................... 25 ГЛАВА 4. Дорожные контроллеры .................................................................................................. 30 4.1. Общие положения ............................................................................................................ 30 4.2. Построение короткого списка дорожных контроллеров ....................................... 30 4.3. Характеристика отечественных образцов.................................................................. 31 4.4. Характеристика зарубежных образцов ....................................................................... 41 Список литературы .................................................................................................................................. 43 ПРИЛОЖЕНИЕ. Опросник по дорожным контроллерам .......................................................... 44 4 Термины и определения Автоматизированная система управления дорожным движением (АСУДД) — си- стема, состоящая из персонала и комплекса программно-технических средств, которая предназначена для управления движением транспортных средств и пе- шеходных потоков на дорожной сети города или автомагистрали и направлена на обеспечение безопасности дорожного движения, снижение транспортных за- держек, улучшение параметров транспортных потоков, улучшение экологической обстановки. Выносной пульт управления (ВПУ) — устройство, непосредственно подключаемое к дорожному контроллеру и предназначенное для управления светофорным объ- ектом в ручном режиме сотрудником органов обеспечения безопасности дорож- ного движения. Дежурно-диспетчерский центр (ДДЦ) — орган управления, являющийся звеном ИТС (или АСУДД), в рамках которого в круглосуточном режиме осуществляются диспетчерский контроль и исполнение функций ИТС (АСУДД). Интеллектуальная транспортная система (ИТС) — это система управления, интегрирующая современные информационные и телематические технологии и предназначенная для автоматизированного поиска и принятия к реализации максимально эффективных сценариев управления транспортно-дорожным ком- плексом региона, конкретным транспортным средством или группой транспорт- ных средств с целью обеспечения заданной мобильности населения, максимизации показателей использования дорожной сети, повышения безопасности и эффек- тивности транспортного процесса, комфортности для водителей и пользователей транспорта. Контроллер дорожный — устройство для управления дорожным движением путем переключения сигналов светофоров и многопозиционных дорожных знаков, как на локальных пересечениях автомобильных дорог, так и входящих в систему ко- ординированного управления дорожным движением. Пофазный разъезд — организация дорожного движения, при которой группы транспортных потоков и пешеходов на пересечении автомобильных дорог про- пускаются поочередно (по фазам). Светофорный объект (СО) — группа светофоров, установленных на участке до- рожной сети, очередность движения по которому конфликтующих транспортных потоков или транспортных и пешеходных потоков регулируется светофорной сигнализацией. Система верхнего уровня (СВУ) — комплекс аппаратных и программных средств, выполняющих роль полуавтоматического диспетчерского узла АСУДД, ядром которого служит ПК или более мощный компьютер. Такт регулирования — период действия определенной комбинации светофорных сигналов. Такты делятся на основные и промежуточные. 5 Техническое средство организации дорожного движение (ТСОДД) — дорожный знак, дорожная разметка, светофор, дорожное ограждение, направляющее устройство. Улично-дорожная сеть (УДС) — комплекс объектов, включающий в себя маги- стральные улицы общегородского значения различных категорий, магистральные улицы районного значения, улицы, дороги и проезды в зонах жилого, производ- ственного и иного назначения, дороги и проезды на территориях природных комплексов, площади, мосты, эстакады, подземные переходы, разворотные пло- щадки городских маршрутных транспортных средств и иные объекты. Фаза регулирования — совокупность основного и следующего за ним промежу- точного такта в цикле светофорного регулирования. Центральная система управления (ЦСУ) — подсистема АСУДД, располагающая- ся в ЦОД на серверном оборудовании и выполняющая все алгоритмы и сценарии управления. Центр обработки данных (ЦОД) — специализированное помещение для разме- щения серверного и коммутационного оборудования, а также для подключения абонентов к сети передачи данных. Цикл регулирования — периодически повторяющаяся совокупность всех фаз све- тофорного регулирования. Введение В настоящем тематическом обзоре приводится краткая историческая справка о вехах развития технических средств организации и управления дорожным движением, описываются режимы, методы и алгоритмы светофорного регулирования в автома- тизированном режиме, а также приводятся описание и характеристики отдельных дорожных контроллеров зарубежного и отечественного производства. 6 ГЛАВА 1. Историческая справка До появления светофоров управление дорожным движением на перекрестках осу- ществлялось либо регулировщиком, либо по принципу самоорганизации. В первом случае сотрудник специализированного подразделения при помощи жезла указывал автомобильным потокам очередность движения. Во втором случае проезд через пе- рекресток сопряжен с опасностью и высокой аварийностью. Интересно, что до изобретения светофора во многих странах действовал неписаный закон: водители проезжали перекресток в порядке живой очереди. Таким образом, в основе этого правила лежали принципы взаимной вежливости водителей, и его соблюдение никак не регулировалось законом. Так начал формироваться водительский этикет. В то время во Франции впервые возникло правило, согласно которому сле- довало пропускать водителя справа, однако соблюдалось оно не всегда. Как можно было бы предположить, принципы ре- гулирования дорожного движения на автомобиль- ных дорогах были позаимствованы у железнодорож- ного транспорта, имевшего ко времени широкого распространения автомобиля уже серьезную исто- рию использования. Так, специалист по железнодо- рожным семафорам Джон Пик Найт стал первым изобретателем автомобильного светофора, и его изделие было установлено 10 декабря 1868 года в Лондоне возле здания Британского парламента. Светофор имел ручное управление и две семафорные стрелки, которые использовались для сигнализации: поднятые горизонтально означали «стоп»-сигнал, а опущенные под углом в 45° — движение с осто- рожностью. В темное время суток использовался вращающийся газовый фонарь, с помощью кото рого подавались, соответственно, сигналы красного и зе- леного цветов. Светофор использовался для облег- чения перехода пешеходов через улицу, а его сигна- лы предназначались для транспортных сред ств — пока пешеходы идут, транспортные средства должны стоять. Однажды ночью, когда полицейский зажег газовые лампы для подачи сигналов водителям и пе- шеходам, лампы взорвались, и полицейский получил многочисленные травмы и ожоги. После этого случая систему, разработанную Найтом, перестали исполь- зовать. Эрнст Сиррин разработал первую автоматическую систему светофорной сигнализации, которая была способна работать без непосредственного участия человека. В этой реализации использовались непод- Рис. 1. Первый светофор (семафор) Джона Пика Найта Рис. 2. Система автоматической светофорной сигнализации Эрнста Сиррина 7 ГЛАВА 1. Историческая справка свеченные надписи «Stop» и «Proceed». А изобретателем первого электрического светофора считается Лестер Вайр, который в 1912 году разработал светофор с двумя круглыми электрическими сигналами красного и зеленого цвета. Светофор Лестера Вайра по внешнему виду напо- минал скворечник, на каждой стороне которого были встроены две лампы: красного и зеленого цветов. Однако, поскольку Вайр не запатентовал свое изобретение, факт изобретения им первого электрического светофора оспаривается. В 1914 году в Кливленде Американская светофор- ная компания установила первые электрические светофоры конструкции Джеймса Хога, которые были за патентованы в 1918 году. Они имели крас- ный и зеленый сигнал и, переключаясь, издавали звуковой сигнал. Система управлялась полицей- ским, сидящим в стеклянной будке на перекрестке. Через три года в г. Солт-Лейк-Сити была создана система, объединяющая светофоры сразу на шести перекрестках. Управлял системой регулировщик. В 1920 го ду Уильям Поттс и Джон Ф. Харрис изоб- рели уже трехцветные светофоры с использованием желтого сигнала. И, фактически, это были именно те светофоры на автомобильных дорогах, форма и устройство которых используются до сих пор. В нашей стране первые светофоры были установлены в Ленинграде на перекрестке Невского и Литейного проспектов в начале 1930 года, через год первый светофор появился и в Москве. Стоит заметить, что до присоединения СССР к Международной конвенции о дорожном движении и к Протоколу о дорожных знаках и сигналах (50-е годы XX века) порядок цветов в светофорах был обратным нынешнему, а вме- сто зеленого сигнала использовался синий. Эволюция светофоров происходила несколькими путями. В рамках настоящего об- зора особо интересны два направления. Во-первых, сигнальный элемент. Как можно видеть на представленных ранее иллюстрациях, первые светофоры вообще обходи- лись без фонарей, они были семафорного типа. Затем стали использоваться газовые фонари, лампы накаливания и, наконец, сегодня в большинстве случаев используют- ся светодиоды. Это стало возможно после того, как в середине 1990-х были изобре- тены зеленые светодиоды с достаточной яркостью и чистотой цвета. Использование светодиодов также позволило снизить энергопотребление, что, естественно, сказалось на совокупной эффективности систем управления дорожным движением. Во-вторых, происходило постепенное изменение системы управления. Если все на- чиналось с механической системы, то при переходе на электрику в светофорной сигнализации начали использоваться реле. Управление осуществлялось при помощи так называемого «релейного шкафа», в котором строились рабочие и контрольные цепи управления сигналами светофоров на перекрестке. Затем, конечно же, произо- шел переход на микросхемы, и были разработаны дорожные контроллеры в том виде, в котором мы их знаем сегодня. Рис. 3. Реплика первого электрического светофора Лестера Вайра 8 Дорожный контроллер — это устройство, предназначенное для управления сигнала- ми светофоров с целью безопасного, поочередно-бесконфликтного разделения дви- жения транспортных, а также пешеходных потоков, пересекающихся в одном уровне проезжей части. Дорожные контроллеры могут работать как в автономном режиме, так и в составе АСУДД. При добавлении в состав имеющих такую возможность до- рожных контроллеров дополнительной платы адаптивного управления контроллер получает возможность регулирования дорожного движения на основе информации, полученной от детекторов транспорта, при этом реализуются разнообразные алго- ритмы динамического управления. Дорожный контроллер является основным типом периферийного оборудования городской АСУДД. Поскольку сегодня реализация АСУДД и ИТС очень востребова- на, особенно в крупных городах и мегаполисах развитых государств, многие компа- нии выпускают разнообразные модели дорожных контроллеров. Однако, несмотря на все разнообразие, можно указать обобщенную структурную схему дорожного контроллера. Рис. 5. Общий вид дорожного контроллера Рис. 4. Варианты технологий для сигнальных элементов: а) газовые фонари, б) лампы накаливания со светофильтрами, в) светодиоды а) б) в) 9 ГЛАВА 1. Историческая справка Имеет смысл кратко описать предназначение и функции каждого блока на представ- ленной структурной схеме: Блок питания — предназначается для обеспечения электропитанием с требуемы- ми характеристиками тока и напряжения всех элементов дорожного контроллера. Блок питания преобразует входное питание и распределяет его по элементам. Блок связи — предназначен для организации интерфейсов как на физическом, так и на логическом уровнях для связи с ЦСУ и иными поставщиками и потребите- лями информации. В частности, через блок связи осуществляется взаимосвязь с детекторами транспорта в случае, если дорожный контроллер имеет возможность осуществлять локальное адаптивное управление. Через этот блок дорожный кон- троллер взаимодействует с другими контроллерами в рамках сетевого адаптив- ного управления или децентрализованного координированного управления. Сюда же может подключаться выносной пульт управления для ручного управления дорожным движением на перекрестке. Блок управления — ядро дорожного контроллера, в котором располагаются ми- кропроцессор и память, а также записаны все программы и сценарии управле- ния. Блок управления может получать команды управления из ЦСУ, может взаимодействовать с другими контроллерами в сети, а может осуществлять локальное управление, работая автономно. Блок управления также осуществля- ет мониторинг работоспособности всех блоков контроллера и подключенных к нему устройств. Силовой блок — через этот блок осуществляется подача управляющих команд на исполнительные устройства, то есть в случае дорожного контроллера — на лампы светофорной колонки и, иногда, на иные устройства, вроде табло обратного от- счета времени. Блок имеет модульное строение, а потому дорожный контроллер можно дополнять необходимым количеством каналов для управления светофор- ными объектами различной конфигурации. В современных контроллерах добав- ление новых модулей в силовой блок не требует перепрограммирования блока управления. Рис. 6. Обобщенная структурная схема дорожного контроллера Блок питания Блок связи Блок управления Силовой блок 10 |