CC BY
82
УДК 541.13;681
ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ НА ОСНОВЕ МЕЖАВТОМОБИЛЬНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
С.И. Корягин1, П.Н. Крайнов2, П.М. Клачек3 Балтийский федеральный университет им. И. Канта (БФУ им. И. Канта),
236041, г. Калининград, А. Невского ул. д. 14
Аннотация - Представлена инновационная (прорывная) концепция создания интеллектуальных транспортных систем будущего на основе меж автомобильных интерфейсов и адаптивных методов управления.
Ключевые слова: транспортная система; инфраструктура; магистраль; региональный уровень; функция; информационная взаимосвязь.
ORGANIZATION AND MANAGEMENT THE ROAD TRAFFIC ON THE BASIS
INTERAUTOMOBILE INTERACTION
S.I. Korjagin, P.N. Krajnov, P.M. Klachek 1I. Kant Baltic Federal University (I. Kant BFU), 236041, Kaliningrad, street A. Nevskogo, 14
Summary - The innovative conception of creating transport systems of the future on the basis of interautomobile interfaces and adaptive management methods has been presented.
Keywords: transport system; infrastructure; highway; regional level; function; information interrelation.
Приоритетным направлением развития интеллектуальных транспортных систем (ИТС) являются: транспортное обслуживание и организация дорожного движения, стратегическое и текущее планирование развития транспортной инфраструктуры городов и регионов России и т.д. [1]. К функциям ИТС этого вида относятся: управление транспортными
потоками, реализации управляющих воздействий в условиях заторов, транспортное планирование и т.д. [1].
В работе [2] приводится хорошо известная модель рассасывания очередей транспортных средств (ТС) на ^ перекрестке:
к 4 4 п
1ок = X ХХХ^О +2Ь-1 +-
к=у=у=ц=1 (Д)
... + Р(С-7о)]0/(1-0), где: (ок - время рассасывания ТС на ^ перекрестке; (г1 - время реакции водителя и автомобиля, т.е. временной интервал между включением зеленого сигнала и троганием с места; Г0 - суммарная длительность промежуточных тактов светофора; С - динамика длительности циклов
светофорного регулирования, рассчиты-
, (, 2/;./ + /()
вается по формуле С = —---------— \ q , г -
\-q-r
динамическая характеристика транспортного потока (ТП), движущихся по нечетным и четным направлениям равная:
3.3 , ,4,4 , <Ш + Цу+2>Г.
q = max
Х^j= Iх j=1 + ^3+ ^3Т3 +
k і
г - max
1^+вд+^ + (^+2)т;
3 3 ,з з (Щ + Ц; + 2)7
Х^ /=2х j=2+ ^3Т3 + ^3Х3 +
k;
к1
где: - Л^ интенсивность движения, ед./с; т7- -временной интервал между передними бамперами ТС, пересекающих стоп- линию , с/ед.; ] - направления движения на пересечении; г - маневры на пересечении, г = 1,2,3,4 (1 - движение прямо; 2- движение направо; 3- движение налево; 4- разворот).
Динамика длительности циклов светофорного регулирования С и динамическая характеристика транспортных
процессов ¿і на дорогах города имеют
26-/111 +%11 26-/112 + Т0П2
1-<7і12-;112
26-/121 + ^0121 26-/122 + ^0122
С = 1 “ <7121 “ П.21 1 “ <7122 “ ;122
26-/1М1 + %А/1 2^г/1Л/2 + Т()\А{2
1 _ Чип ~ Пап 1 _ с1\м\ ~ гш\
где, первая цифра (буква) обозначает номер направления, вторая - номер магистрали и третья - номер перекрестка,
Н 4 К 4
^ДАот^'А'/»/ •••
й=1 у=1^=1=1
К-к . .
— 2 ^]к)т{^]кЬт "*"•••
]=2,3,4; =2,3,4 А’=1
•••"*" X X ~^і^']кІтіх]кІтАі
у=2,3,4 /=2,3,4 А*=1
(3)
у=1,2,3,4 - направления ТП, і = 1,2,3,4 -маневры прямо, направо, налево, разворот соответственно, к = 1, 2, ... , K - номер полосы проезжей части, m -номер
автодороги, /'¡иш ~ интенсивность прибытия ТС к И - му перекрестку в ] - ом направлении, к - ой полосы, т- ой дороге, ТЕ/с; хд/;;7 - временной интервал
между бамперами ТС с/TE.
В настоящее время основными практически не управляемыми и трудно предсказуемыми переменными в моделях (1- 3) являются: время реакции, а также
синхронность старт-стоп движения, в соответствии с моделью (1- 3), водителя и автомобиля (^), и временной интервал
между бамперами ТС (т^/;;7)- Именно
данные факторы являются, по мнению ведущих отечественных и зарубежных специалистов, основой заторовых явлений, концентрируемых сначала в пределах малой зоны и далее, если интенсивность движения превышает пропускную способность, распространяемых все шире. Также большинство ведущих отечественных и зарубежных специалистов полагает, что пропуск пачкообразных потоков (являющейся функцией от т']к1т) че-
следующий вид [2]:
26-/11Я +?011Я 1~Япн ~Л\Н
2*г1\2Н +Т0\2Н
1 — С1\2Н ~Г\2Н
(2)
2*г1ШН + Т01АШ
1 - сШн ~ Паш
рез светофорный обьект, и это следует из моделей 1-3, несомненно, увеличивает эффективность управления дорожным движением, пропуск же несформирован-ных потоков увеличивает цикловое время, а значит и задержки перед перекрестком.
Таким образом, именно решение задач, формирования пачкообразных потоков через светофорный обьект и синхронизация старт-стоп движения (в том числе, ускорения в зависимости от геометрического и дорожного состояния перекрестка), и создание соответствующих систем управления ДД, несомненно, является прорывным направлением в области организации и управления ДД.
Впервые решение данных задач на основе систем активного воздействия на участников дорожного движения предложили компании Siemens и IBM несколько лет назад. В основе разработок данных компаний лежит концепция взаимодействия бортового компьютера автомобиля и светофора (рис. 1 ). В систему заложены контрольные функции и меры по предупреждению участников дорожного движения. В будущем как предполагают специалисты компаний светофор сможет передать бортовому компьютеру машины, приближающейся к перекрестку, рекомендуемую скорость движения согласно текущей дорожной ситуации, позволяя беспрепятственно проехать на зеленый сигнал или разумно выбрать скоростной режим, когда ожидается включение желтого сигнала. Таким образом, по сути, предлагаемые разработки носят информативный характер, и вряд ли смогут серьезно повлиять на эффективность управления ДД. Кроме того, из-за сложности и дороговизны (техническая реализация данных систем предполагается на основе специально спроектированных технических устройств и раз-
работке соответствующих алгоритмов и систем управления ими), предлагаемые решения носят до сих пор в большей степени концептуальный характер.
На рис. 2. представлена предлагаемая авторами инновационная схема интеллектуального взаимодействия автомобилей и светофоров на основе меж автомобильного интерфейса, включающая:
- сеть 1-го уровня - «Диспетчерский центр - Интеллектуальный светофор»;
- сеть 2-го уровня - «Интеллектуальный светофор - Интеллектуальное транспортное средство (ИАТС)»;
- сеть 3-го уровня - «ИАТС -ИАТС», включающие следующие автоматизированные подсистемы:
что, несомненно, является шагом вперед по сравнению с лучшими мировыми аналогами в данной области.
Рисунок 1 - Концептуальные системы компаний Siemens: IBM позволяющие взаимодействовать бортовому компьютеру автомобиля и светофору в информативном режиме
Предлагаемая авторами статьи концепция организация и управление дорожным движением на основе меж автомобильного взаимодействия предполагает:
- автоматическое формирования пачкообразных потоков через светофорный обьект и синхронизацию
старт-стоп движения (в том числе, ускорения в зависимости от геометрического и дорожного состояния перекрестка), согласно текущей дорожной ситуации,
- использование для реализации технических решений уже существующих достаточно дешевых и широко используемых технических устройств, -
Рис. 2. Инновационная схема интеллектуального взаимодействия автомобилей на основе меж автомобильного интерфейса.
1. Подсистема «Диспетчерский центр»
Функции:
• диагностика первичного оборудования, сбор и обработка информации [5];
• информационная взаимосвязь (прием-передача данных) с подсистемой «интеллектуальным светофором»;
• адаптивное управления транспортной системой на разных уровнях управления [3, 4].
2. Подсистема «Интеллектуальный светофор»
Функции:
• передача управляющей информации в подсистему «Интеллектуальное ТС»;
• информационная взаимосвязь (прием-передача данных) с подсистемой «интеллектуальным светофором»;
• адаптивное управление текущей дорожной ситуацией в различных режимах (автономный, аварийный, ручной и т.Д.) [3];
• экстренная информационная взаимосвязь (прием-передача экстренной информации (кража ТС, аварийные ситуа-
ции связанные с состоянием здоровья водителей, и т.д.)) с подсистемами «Интеллектуальное ТС» и «Диспетчерский центр», в случае необходимости активация экстренных режимов управления интеллектуальным ТС.
3. Подсистема «Интеллектуальное ТС»
Функции:
• информационная взаимосвязь (прием-передача данных) с подсистемой «интеллектуальным светофором»;
• адаптивное управление ТС на основе управляющей информации получаемой от подсистемы «интеллектуальный светофор» [3];
• организация меж автомобильного интерфейса.
Теперь представьте, какой информационный клондайк или прорыв предоставит предлагаемая авторами система, позволяющая не только эффективно управлять ДД, но и получать исходную (в том числе статистическую: перемещение, ускорения, остановки и т.д.) информацию от первоисточников, то есть автомобилей, для эффективного решения различных транспортных и инфраструктурных задач на разных уровнях управления, для примера:
• Федеральный уровень.
• ^ратегическое и текущее планирование развития транспортной инфраструктуры России,
• Построение интегрированных систем «люди - транспортные средства -транспортная инфраструктура» с применением современных ИТ,
• Создание региональных навигационно-информационных систем (РНИС),
1. Региональный уровень.
• Планирование транспортной инфраструктуры региона,
• Создание региональных ИТС.
2. Уровень города.
• Исследование закономерностей движения ТС на УДС города (локальный, линейный, зональный, и т.д. режимы), получение законов распределения характеристик ТП, моделирование УДС, разработка КСОДД,
• Управление ДД, развитие информационных систем управления ДД,
• Моделирование и анализ транспортных ситуаций в реальном масштабе времени,
• Обнаружение и предотвращение ДТП и т.д.
3. Зональный уровень.
• Предоставление водителю информации, помогающей оценить дорожную обстановку и обратить внимание на потенциальные риски, в том числе информации о возможных непредвиденных ситуациях на дороге, позволяющей улучшить обзорность и т. п.
• Автоматическое осуществление управляющих воздействий ТС в целях предотвращения ДТП либо снижения тяжести последствий ДТП, если водитель самостоятельно не выполнил эти действия или если у него недостаточно на это времени, а также снижение утомляемости водителя, т. е. принятие системой на себя части нагрузки водителя по управлению автомобилем, что позволяет водителю уделить больше внимания дорожной обстановке.
• Рекомендуемое в том числе автоматическое осуществление управляющих воздействий ТС для организации оптимального перемещения ТС в рамках заданного маршрута.
Особый интерес представляют собой такие стратегические задачи, как: транспортное обслуживание и организации дорожного движения, стратегическое и текущее планирование развития транспортной инфраструктуры России, - решаемые в настоящее время на основе специальных математических моделей и реализующих их компьютерных программных комплексов, наиболее известными в этой области являются: программный комплекс VISUM/VISSIM от немецкой компании PTV Vision, Traffic Analyst от компании Rapidis и др. [4]. Основная сложность при решении данных задач заключается в сборе первичной информации в отношении интенсивности транспортных потоков между транспортными зонами, которая собирается в настоящее время на основе опросов и натурных наблюдений, что не может не сказываться на точности последующего моделирования и принимаемых на его основе решений. Предлагаемая авторами система позволит разработать новую, прорывную методику сбора первичной
информации с максимальной точностью от первоисточников интенсивностей транспортных потоков - реальных передвижений автомобилей между транспортными зонами, и в принципе позволит не прибегать к сложному, дорогостоящему и в большинстве не достаточно точному математическому моделированию транспортных систем, открыв перспективы создания новых классов простых и точных компьютерных транспортных моделей.
Реализация системы возможна на основе широко используемых, относительно дешевых, типовых технических устройств, программных комплексов, средств связи и т.д. [5], включая:
1. Реализацию диспетчерского центра. Потребуется незначительная модернизация уже существующих систем, в основном в области программного обеспечения на основе интеллектуальных программных комплексов и классических компонент АСУ.
2. Интеллектуальный светофор, представляющий собой типовое решение на основе современных микроконтроллеров и интегрированных сред для создания интеллектуальных информационных систем.
Рисунок 3 - Типовая схема ИАТС: CAN
(шина) - современный внутренний интерфейс автомобиля; СИУ - система интеллектуального управления; РППУ - радио прие-мо-передающее устройство; ПО - программное обеспечение; ДК -координатный датчик, дополнительное оборудование к ПО
1. Схему ИАТС представленную на рис. 3., как показали наши исследования, могущей быть успешно реализованой на основе широко используемых технических устройств и программных систем.
2. Система связи и передачи данных на основе системы ГЛОНАСС.
Т. о., предлагаемая авторами концепция саморегулируемой транспортной системы (сети) позволит реализовать прорывной механизм эффективного управления ДД, и решения задач по модернизации транспортной инфраструктуры России, позволяя охватывать любую, даже сверхсложную и трудно управляемую транспортную систему (например, г. Москвы) в целом, видя «узкие» места транспортной инфраструктуры изнутри от первоисточника (автомобиля) и направления ее совершенствования, соответствующие потребностям, как народного хозяйства в целом, так и потребностям отдельных пассажиров и слоев населения.
Литература
1. Михеева Т.И., Рудаков И. А., Чугунов И. А. Управление транспортными потоками. Издание второе, дополненное, исправленное. - Самара.: D. S. Style, 2006. - 144 с.
2. Живоглядов В. Г. Теория транспортных и пешеходных потоков. - Ростов-на-Дону.: Известия Вузов. Сев. - Кавк. Регион. Техн. Науки, 2003. -412 с.
3. Клачек П. М., Корягин С. И., Колесников А. В., Минкова Е. С. Гибридные адаптивные интеллектуальные системы. Теория и технология разработки. Часть 1.: Монография. Калининград: Изд-во БФУ им. И. Канта, 2011. — 375 с.
4. Корягин С. И. Прикладные расчетные методы, модели и алгоритмы, применяемые при организации и управлении дорожным движением.: Монография. /Корягин С. И., Клачек П. М. - Калининград: Изд-во БГУ им. И. Канта, 2011. - 210 с.
5. Клачек П. М., Корягин С. И. Системы обработки информации и управления на автомобильном транспорте: Учебное пособие. / Клачек П. М., Корягин С. И. - Калининград: Изд-во РГУ им. И. Канта, 2008. - 236 с.
1 Корягин Сергей Иванович, доктор технических наук, профессор, декан факультета Сервиса БФУ им. И.канта, заведующий кафедрой «Автосервиса», тел.: (4012) 338284, E-mail: skorya-
gin@kantiana. ru;
2 Крайнов Павел Николаевич, ассистент кафедры «Автосервиса» БФУ им. И.Канта, тел.: (4012) 338284, E-mail: pafffff@mail.ni;
3 Клачек Павел Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Автосервиса» БФУ им. И.Канта, тел.: (4012) 338284, E-mail: pklachek@mail.ru.
