CC BY
280
ТРАНСПОРТ
УДК 519.6: 656.13: 537.8
ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ СВЕТОФОРНОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕКРЕСТКА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРАХ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА
И.Е. Агуреев, А.Ю. Кретов, И.Ю. Мацур
Приведены результаты исследований, выполненных при помощи микромоделирования, основанного на теории транспортных клеточных автоматов (ТКА), по изучению влияния интенсивности движения автомобилей и загрузки пересекающихся дорог на длину очереди автомобилей при использовании различных алгоритмов светофорного регулирования. Для проведения исследований используется разработанная программа ТКА «Дорога».
Ключевые слова: микромоделирование, клеточный автомат, транспортный поток, дорожный контроллер, адаптивный светофор, детектор транспорта.
В работах [1] и [2] было приведено описание программы ТКА «Дорога» и экспериментов, проводимых с ее помощью. В данной работе используется модернизированная версия программы с целью выполнения серии вычислительных экспериментов для определению эффективности работы светофора, поддеривающего возможность подключения адаптивных алгоритмов, для перекрестков с изменяющейся
интенсивностью и загрузкой.
Алгоритмы работы светофора
Программа ТКА «Дорога» позволяет моделировать два типа светофорных алгоритмов: адаптивный алгоритм (АС) и светофор с фиксированным циклом (ФС). Рассмотрим более подробно их реализацию в программе.
Одним из АС является адаптивный алгоритм «Электронный городовой», используемый в АСУДД «ВЗГЛЯД» [5] (АС-1).
Рассмотрим более подробно работу алгоритма АС-1. На перекрест-
54
ке располагаются два типа детекторов: Э1 и Б2. Детекторы Э1 располагают на подъезде к перекрестку. Они считывают номера автомобилей в момент проезда через них и вносят номера в память. Детекторы Б2 необходимы для учета автомобилей, покидающих перекресток, и располагаются непосредственно на границе перекрестка.
Взаимодействие между детекторами и светофорами происходят следующим образом:
1) у всех автомобилей системы считывается идентификационный номер (например, номер государственной регистрации, идентификационный код ИБШ-метки и т.п.);
2) во время работы красной фазы светофора детекторы Б1 считывают номера проехавших через них автомобилей и фиксируют их в список по формулам (1), где ї1, ї2 - очередь горизонтальной и вертикальной дороги соответственно, ї'1, ї'3 и ї'2, ї'4 - очереди по каждому из направлений для
каждой из пересекающихся дорог;
— і і
ї1 = ї1 + ї3 ;
ї 2 = ї 2 + ї 4; (1)
3) в момент, когда загорается зеленый свет, детектор Б1 прекращает записывать номера в список, а детектор Э2 начинает удалять из списка номера автомобилей, проезжающих через него;
4) в момент, когда последний из автомобилей проезжает через детектор Б2 и список становится пустым, светофор переключается на красную фазу и переходит в начало цикла;
5) данное правило выполняется для обеих дорог.
О,
■■■■
П
■■
Рис. 1. Вид перекрестка с детекторами
ФС в программе является симмметричным, период зеленой фазы равен периоду красной фазы. Цикл фиксированного светофора составлет
55
32 шага (примерно 64 сек модельного времени), из которых 15 шагов (30 сек) приходится на зеленую фазу.
Проведение вычислительного эксперимента
Приведение характеристик ТКА-программы к реальными параметрам потока осуществляется следующим образом.
1) Длина дискретного участка дороги (клетки) определяется как средняя длина автомобиля в совокупности с минимальной дистанцией и составляет хС1 = 7,5 м.
2) Максимальная скорость автомобиля в программе составляет Va = 4 клетки за шаг, что примерно соответствует скорости 60 км/ч.
3) За одну итерацию автомобиль может переместиться на xш = 4 клетки = 30 м. Таким образом автомобиль при скорости 60 км/ч «проедет» данное расстояние за t = 1,7 с. T = 1 ч = 3600 с = 2118 шагов.
4) Клеточный автомат, являясь дискретной моделью, может сгенерировать за один шаг не более 8 автомобилей для перекрестка четырехполосных дорог.
5) Максимальная интенсивность движения будет составлять N = 16941 авт/ч или Nп = 2118 авт/ч на полосу. Примем максимальную пропускную способность равной Nп = 2100 авт/ч.
Таблица 1
Значения интенсивности движения для адаптивного (АС-1) и фискированного алгоритма (ФС)
АС-1. Количество вошедших в систему автомобилей (50%/50%)
№ задаваемая интенсивность 1 2 3 среднее значение
1 100 2045,9 2111,5 1996,7 2051,4
2 140 3345,6 3247,2 3431,7 3341,5
3 200 3862,2 4083,6 4083,6 4009,8
4 250 5674,4 5342,3 5403,8 5473,5
ФС. Количество вошедших в систему автомобилей (50%/50%)
№ задаваемая интенсивность 1 2 3 среднее значение
1 100 2103,3 2082,8 2095,1 2093,7
2 140 3202,1 3259,5 3152,9 3204,8
3 200 4173,8 4169,7 4182,0 4175,2
4 250 5473,5 5473,5 5473,5 5473,5
Эксперимент по сравнению влияния типа алгоритма светофорного регулирования на длину очереди на светофоре будет проводиться для 6 выбранных значений загрузки пересекающихся дорог: 50%/50%; 60%/40%; 70%/30%; 80%/20%; 90%/10%; 96%/4%. Время проведения эксперимента составляло T = 500 шагов. Для изменения плотности потоков для каждого варианта загрузки в программе изменялось значение параметра «Интенсивность потока» и принималось равным: 100, 140, 200, 250 автомобилей на направление. Для получения осредненных значений эксперимент проводился по три раза для каждого из значений интенсивности с одинаковым расположением детекторных ячеек и расчитывалось среднее значение. Для определения интенсивности движения автомобилей за один час определено значение приводного коэффициента к. 60 км/ч = 17 м/с = 4 кл/шаг; 30 м/шаг = 17 м/с; 1 шаг = =1,76 с; 1 ч = 2045 шагов; k = 2045/500 = 4,1.
Определение длины очереди на перекрестке
В процессе проведения вычислительного эксперимента определялись значения очередей на каждом цикле переключения светофора. Длина очереди определялась следующим образом: во время работы светофора на дороге с включенным запрещающим сигналом скапливается очередь автомобилей. Для каждого направления она определяется по формулам (1). Суммарная очередь складывается из суммы значений 11, 12 в последний момент работы красного сигнала светофора. Средние длины очередей за промежуток t находятся по формулам:
А =^; L2 =^, (2)
п п
где L1, L2 - среднее значение длины очереди за рассматриваемый промежуток времени (количество итераций); 11, 12 - значения длин очередей при каждом переключении светофора с красного на зеленый; п - количество переключений с красного на зеленый за рассматриваемый промежуток времени.
В процессе работы программы расчет значений L1, L2 выполняется по формуле (3) как среднее арифметическое между средним арифметическим Ьь 1, полученным на предыдущем шаге, и значением длины очереди
на текущем переключении 1Ь :
В табл. 2 представлено среднее значение очереди. По результатам табл. 1 и 2 было построено семейство кривых, отображающих зависимости длины очереди от интенсивности автомобильного движения для различных соотношений загрузки пересекающихся дорог и для каждого типа светофорного регулирования (рис.2, 3).
Таблица 2
Средняя длина очереди на светофоре по горизонтальной дороге для адаптивного (АС-1) и фискированного алгоритма (ФС)
АС-1. Длины очередей (50%/50%)
№ задаваемая интенсивность 1 2 3 среднее значение
1 100 0,13 0,15 0,10 0,13
2 140 0,38 0,50 0,46 0,45
3 200 0,55 0,91 0,91 0,79
4 250 2,48 1,40 1,83 1,90
ФС. Длины очередей (50%/50%)
№ задаваемая интенсивность 1 2 3 среднее значение
1 100 5,53 5,41 5,78 5,57
2 140 9,44 9,54 9,32 9,43
3 200 13,50 13,00 14,00 13,50
4 250 18,81 18,81 18,81 18,81
4,00
О 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Интенсивность, авт/ч
Рис. 2. Графики зависимости средней длины очереди от интенсивности движения автомобилей на перекрестке с адаптивным алгоритмом управления светофором (АС-1)
58
Рис. 3. Графики зависимости средней длины очереди от интенсивности движения автомобилей на перекрестке с фиксированным циклом светофора (ФС)
На рис.4 приведены сравнительные графики для двух типов регулирования при одинаковом распределении интенсивности по пересекающимся направлениям.
Рис.4. Графики сравнения зависимости средней длины очереди от интенсивности движения автомобилей на перекрестке с адаптивным алгоритмом (АС-1) и фиксированным циклом светофора (ФС) при распределении потоков в соотношении 50%/50%
Выводы
Как видно из графиков (см. рис.2, 3), длина очереди резко возрастает с увеличением интенсивности движения. При увеличении разницы загрузки пересекающихся дорог соответственно растет и длина очереди. Это объясняется тем, что светофор переходит в режим, при котором длина фазы зеленого увеличена до максимума, и переключение происходит преимущественно из-за ограничения максимальной длины фазы. При этом выдерживается минимальное время работы красной фазы, которая позволяет снизить время ожидания для водителей, находящихся на более загруженной дороге.
Из графика, представленного на рисунке 4, следует, что при равных параметрах адаптивный светофор дает существенное снижение длины очереди на перекрестке и времени ожидания по сравнению со светофором с фиксированным циклом. Внедрение светофоров с адаптивными алгоритмами наиболее целесообразно на перекрестках, на которых значительно изменяются интенсивности движения в поперечных направлениях в течение суток.
Список литературы
1. Кретов А. Ю. Исследование некоторых алгоритмов светофорного регулирования при помощи транспортных клеточных автоматов // V Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «БУДУЩЕЕ МАШИНОСТРОЕНИЯ РОССИИ (2012)». Электронный сборник трудов.
2. Кретов А. Ю. Исследование алгоритмов светофорного регулирования // VII региональная молодёжная научно-практическая конференция Тульского государственного университета «Молодёжные инновации»: сборник докладов / Под общ. ред. Е.А. Ядыкина: в 3ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. Часть I.
3. Кременец Ю. А. Технические средства организации дорожного движения. М.: Транспорт, 1990.
4. Агуреев И. Е., Мацур И. Ю., Минаков Е. И. Тульский «Взгляд» на соблюдение правил дорожного движения // Дороги. Инновации в строительстве. № 10. 2011. С. 24-27.
Агуреев Игорь Евгеньевич, доктор техн. наук, доц., декан, зав. кафедрой, agureev-igor@,yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
Кретов Алексей Юрьевич, аспирант, alex_yurich@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
Мацур Игорь Юрьевич, аспирант, matsuratula.net, Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESEARCH OF ALGORITHMS OF TRAFFIC LIGHTS AT VARIOUS PARAMETRES OF
TRAFFIC FLOWS
A.Yu. Kretov, I.E. Agureev, I.Yu. Matsur
A number of researches by means of the micromodelling based on the theory of transport cellular automata, on studying of influence various charging movements of cars and various charging crossed roads for length of turn of cars is spent at use of various algorithms of a traffic light. For carrying out of researches the special program Road TKA is used.
Key words: micromodelling, transport cellular automata, transport traffic flow, road controller, adaptive traffic light, transport detector
Agureev Igor, doctor of technical science, docent, dean, manager of department, agureev-igor@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
Kretov Alexey, postgraduate, alex_ yurich@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
Matsur Igor, postgraduate, matsuratula. net, Russia, Tula, Tula State University
УДК 519.6: 656.13: 537.8
ОБЗОР НЕКОТОРЫХ АДАПТИВНЫХ АЛГОРИТМОВ СВЕТОФОРНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕКРЕСТКОВ
А.Ю. Кретов
Приводится подробное описание наиболее распространенных алгоритмов адаптивного управления светофорным объектом, работы алгоритмов и их свойств.
Ключевые слова: микромоделирование, клеточный автомат, транспортный поток, дорожный контроллер, адаптивный светофор, детектор транспорта.
Алгоритмы работы светофора. Дорожные контроллеры
Объекты, рассматриваемые в настоящей работе, относятся к локальным контроллерам [1-4]. Они управляют светофорной сигнализацией только с учетом условий движения на конкретном перекрестке. Обмен информацией с контроллерами других перекрестков и управляющим пунктом не предусмотрен. К ним относятся следующие типы контроллеров.
1. Контроллеры жесткого управления с фиксированными длительностями фаз (ФС) (разрешающих сигналов) по отдельным направлениям перекрестка. Светофорные сигналы переключаются по одной или нескольким заранее заданным временным программам. Такие контроллеры
