Технические науки/4. Транспорт

 

Павловская О.Н., Божко О.О..

Автомобильно-дорожный институт ГВУЗ «ДонНТУ»

Анализ методов локального адаптивного управления длительностью цикла и длительностями фаз

Локальное адаптивное управление длительностью цикла и длительностями фаз – наиболее часто использующийся класс методов адаптивного управления, нашедших применение как в зарубежной, так и в отечественной практике.

Класс методов довольно широк и включает в себя:

методы поиска разрыва и его модификации,

методы разъезда очереди,

методы расчетного определения длительностей цикла и фаз,

метод прогноза  прибытий.

Метод поиска разрыва при фиксированных значениях управляющих параметров нашел наиболее широкое применение в отечественной практике [1,2]. Именно его обычно имеют в виду, когда говорят о местном гибком регулировании (МГР). Метод предполагает контроль присутствия транспортных средств в сечениях, отстоящих от стоп-линий на расстоянии 30-50 м. Управляющими параметрами метода являются:

tkmin  - минимальное значение длительности основного такта фазы k,

tkmax  -   максимальное значение длительности основного такта фазы k,

tэк – экипажное время.

Минимальная длительность основного такта рассчитывается с учетом необходимости пропуска транспортных средств в количестве, определяемом расстоянием от стоп-линии до контролируемого сечения. Максимальная длительность основного такта должна обеспечивать допустимое время ожидания разрешающего сигнала на направлениях, движение которых запрещено в фазе k. Правильное задание этого параметра чрезвычайно важно для безопасности движения. Экипажное время определяется продолжительностью периода проезда транспорта от контролируемого сечения до стоп-линии.

Модификации алгоритма поиска разрыва связаны с определением в реальном времени его параметров. Все модификации алгоритма, очевидно, требуют детектирования дополнительных параметров: числа транспортных средств на направлениях, их типа, скорости, длин очередей.

Алгоритмы поиска разрыва ориентированы на учет изменения пространственной структуры потока. В то же время они  неэффективны в условиях, когда транспортный поток имеет пачкообразный и циклический характер. Например возможен случай, когда   в период от момента включения основного такта до истечения его минимальной длительности прохода транспорта через контролируемое сечение не происходит, но пачки подходят сразу после выключения разрешающего сигнала. В этом случае можно обеспечить беспрепятственный пропуск транспорта через перекресток  путем сдвига момента включения фазы на величину основного такта, но данный алгоритм не обеспечивает такого сдвига.

Даже в случае потока постоянной интенсивности описанный метод не позволяет минимизировать задержку транспорта на перекрестке.

Метод разъезда очереди требует детектирования длин очередей на направлениях проезда через перекресток. Определение длины очереди может осуществляться как непосредственно, так и расчетным методом, путем сравнения числа автомобилей, прошедших через два контролируемых сечения – у стоп-линии и на некотором расстоянии от нее.  Как и в предыдущем алгоритме, требуется задание граничных значений длительности основных тактов каждой фазы регулирования. Текущая длительность основного такта определяется временем разгрузки скопившейся за время горения запрещающего сигнала очереди, которое рассчитывается в реальном времени и зависит от состава потока, траектории его движения (прямо, поворот), необходимости просачивания через конфликтующий поток транспорта или пешеходов, наличия в зоне перекрестка трамвайных путей и их состояния.

Недостаток алгоритма при таком варианте реализации – необходимость задержки практически  всех автомобилей. Этого недостатка можно избежать, если увеличить длительность основного такта, обеспечив не только пропуск очереди, но и части свободно движущихся автомобилей с учетом текущей интенсивности и загрузки направления 60-70%. 

При высоких уровнях загрузки перекрестка, когда резерв увеличения длительности такта отсутствует, управление по алгоритму разгрузки очередей может быть близким к оптимальному.

Методы расчетного определения длительностей цикла и фаз основаны на использовании в реальном времени  с учетом текущих значений интенсивности транспортных потоков и интенсивности разгрузки очередей на направлениях проезда через перекресток алгоритмов. Расчет может выполняться раз в цикл с использованием сглаженных  данных, накопленных за несколько циклов, предшествующих расчету, или раз в несколько циклов. Частота пересчета, как  показывает мировой опыт, не должна превышать 15 мин. Для практического использования, как показали исследования, проведенные при разработке АСУ ДД «Сигнал», в условиях отсутствия заторов предпочтительнее метод минимизации задержки, а в условиях предзаторовой ситуации (загрузка перекрестка выше 80%) или наличия заторов на нескольких конфликтных направлениях -  метод выравнивания загрузок.

Применение расчетных методов требует расстановки детекторов, позволяющих определять текущие интенсивности движения и состав транспортных потоков на всех направлениях движения транспорта через перекресток, а в случае использования противозаторового управления – надежно идентифицировать наличие заторов исходя из плотности потоков, длин очередей или иным способом.

 Метод прогноза прибытий предполагает наличие информации о моментах

пересечения автомобилями  сечений, расположенных на значительном (200 – 300 м) удалении от стоп-линий перекрестка. Эта информация позволяет прогнозировать моменты прибытия транспорта к стоп-линиям, используя, например, модель растяжения пачки, применяемую в методе TRANSYT. В  методе прогноза прибытий процедура определения оптимальных параметров регулирования имеет двухэтапную структуру: на первом этапе  одним из расчетных методов определяются базовые длительности цикла и фаз, на втором на основании прогноза прибытий уточняется момент переключения фазы. Процедура уточнения выполняется за  несколько секунд до наступления каждого из моментов  переключения. Принятие решения о сдвиге планового момента переключения фаз принимается на основании прогноза суммарных величин задержек за период прогнозирования, определенных с учетом прогноза прибытия транспорта. 

Метод прогноза прибытий требует тщательного определения контролируемых сечений: они должны быть расположены достаточно далеко от стоп-линий, чтобы обеспечить прогноз на ближайшие несколько секунд, и в то же время достаточно близко к стоп-линии, чтобы при наличии, например, двух регулируемых направлений на одном подходе к перекрестку достоверно определить распределение интенсивности транспортных потоков между стоп-линиями различных направлений.

Все рассмотренные методы локального адаптивного управления длительностью цикла и длительностями фаз имеют ряд недостатков и требуют доработок, повышающих пропускную способность перекрёстка, а так же ведущих к минимизации задержек при движении через перекрёсток.

Література:

1.     Кременец Ю.А. Технические средства организации дорожного движения. Учебник для ВУЗов. М., Транспорт, 1990.

2.     Печерский М.П., Хорович Б.Г. Автоматизированные системы управления дорожным движением в городах. М., Транспорт, 1979.