Повышение эффективности расчета параметров цикла светофорного регулирования Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 338.364; 656.056.4

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЦИКЛА СВЕТОФОРНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

О.В. Денисенко, доцент, ХНАДУ

Аннотация. Рассмотрен метод комплексной оценки режимов светофорного регулирования, который учитывает предложенные условия распределения транспортных потоков (ТП) на подходе к перекрестку, что обеспечивает усовершенствование технологии управления светофорной сигнализации. Приведена математическая модель предложенного варианта распределения ТП.

Ключевые слова: перекресток, цикл, задержки, полоса движения.

Введение

Определение элементов цикла светофорной сигнализации (ЭЦСС) и схемы организации дорожного движения (ОДД) на перекрестке является актуальной задачей управления ДД.

Автоматизированный расчет ЭЦСС является не только необходимой процедурой выбора оптимального варианта управления перекрестка, но составляющей компонентой для автоматизированных систем управления ДД.

В данной статье рассматривается предложение о возможности корректирования известной модели определения параметров светофорного цикла (СЦ) с целью снижения трудоемкости расчетов по оптимизации режима светофорного регулирования (СФР).

Анализ публикаций

В литературе [1-3] широко освещен вопрос расчета ЭЦСС изолированных пересечений.

При этом алгоритмом расчета предусматривается оценка качества ОД рассматриваемых вариантов такими показателями как средняя задержка транспортных средств Тз и степень

насыщения направления движения Х.

Как показывает практика решения подобных задач [1], редко возникают сложности в их реализации.

Задача значительно усложняется, если ведется поиск оптимальной схемы ОД [2].

Цель и постановка задачи

При решении таких задач особое внимание уделяется проблеме критериальности управления на перекрестке [1, 2]. В связи с этим целью исследования являлся выбор критерия, который позволял бы оценить уровень ОДД на перекрестке и давал возможность осуществить выбор принципа управления для оптимизации режимов СФР.

В практике регулирования ДД наибольшее распространение получила модель расчета ЭЦСС локального перекрестка, предположенная Вебстером [1]

Тц =

1,5 • Тп + 5 1 - У

(1)

где Тп - сумма продолжительностей промежуточных тактов, с; У - суммарный фазовый коэффициент.

Оптимальная продолжительность ЭЦСС может определиться по различным критериям, однако в литературе наиболее часто используется условие минимизации Т3

^^ ^3] )

г = ^

3

У N..

у

где Иу - интенсивность движения по у'-й полосе в 7-й фазе регулирования, а задержка отдельного автомобиля, движущегося в у'-м направлении, определяется

з 2• Т (M .. -Nj)

(3)

где MHij - поток насыщения j-й полосы в i-й фазе регулирования; toi - продолжительность основного такта i- й фазы.

Анализируя выражения (1) - (3), можно сделать следующие предложения по оптимизации режимов СФР на изолированном перекрестке:

1) необходимо оптимизировать значения Мщ и Уь что позволит частично оптимизировать Тц , toi, Xj и уменьшить Тз ;

2) необходимо минимизировать значения промежуточных тактов tni, что дает возможность уменьшить Тц и Тз .

По предлагаемой методике необходимо минимизировать суммарное время основных тактов Yt _ min, для чего минимизируют

/ ' oi i=1

У = min или обеспечивают общий минимум задержек при старте потоков. Степень сложности расчетов по второму варианту является достаточно высокой [4].

Для минимизации У необходимо минимизировать по возможности каждый из расчетных фазовых коэффициентов У] , что возможно за счет рационального распределения ТП на подходах к перекрестку.

Минимизация значений tni, как отмечается в [4], возможна за счет определения оптимальной последовательности чередования фаз и регулирования расстояния до дальней конфликтной точки, что приводит к уменьшению Тз и более эффективному режиму регулирования на перекрестке в целом.

Распределения транспортных потоков на подходе к перекрестку

При рассмотрении возможных вариантов усовершенствования модели расчетов ЭЦСС было отмечено, что необходимо миними-

зировать У = min за счет рационального распределения ТП на подходах к перекрестку.

Для этого предлагается рассмотреть ряд типичных условий распределения ТП на подходах к перекрестку (см. рис.1):

а) ТП N3 прямого направления распределяется поровну между полосами движения,

N = N5;

б) ТП N4 и N5 распределяется между полосами так, что Y1= Y2;

в) ТП N3 при распределении между полосами, выравнивает ТП этих полос, N1+ N4 =

=N2 + N5.

Наиболее интересным из перечисленных вариантов является условие б). Для проверки этой гипотезы было предложено методом математического моделирования различных вариантов распределения ТП осуществить оценку показателей качества ОДД на перекрестке такими параметрами как t3 и Хц..

Рис. 1. Схема распределения ТП на двухполосном подходе

Значения Yi соответствующих полос движения при указанном распределении направлений движения (см. рис. 1) имеют следующий вид:

Y _ N1 + N4

MH

Y, _ NMN5 . (4)

MH 2

Для условия б) Y1=Y2, значения 1о7 для обеих полос будут единым, поэтому Х1=Х2 и загрузка полос будет наиболее равномерной.

Для проверки этих предположений были проведены расчеты ЭЦСС, и Х^. по одинаковым исходным данным относительно всех трех условий распределения ТП. Для проведения расчетов был выбран Х-образный перекресток с двухфазным циклом разъезда ТС и двухполосными подходами к нему со всех направлений.

Для наглядности анализа полученных результатов на рис. 2 приведена зависимость изменения 1з для трех выбранных условий

распределения ТП. Проанализировав результаты расчетов, можно отметить следующее:

- при втором варианте распределения ТП значение 1з является минимальным;

- при этом выравниваются значения Х\ и наиболее эффективно используется пропускная способность подходов к перекресту.

Расчеты, приведенные на графике, проверялись для широкого диапазона исходных данных, и потому представляют общую картину зависимости 1з от рассмотренных условий.

Таким образом, при выборе схемы ОД, целесообразно рекомендовать такое распределение ТП прямого направления, при котором обеспечивается условие: У\= У2 =....

Сначала были определены условия распределения интенсивностей N и N прямого направления N3 (рис. 1) для двухполосного подхода к перекрестку.

Для этого проанализируем выражения (4), а также уравнения для определения М^:

- поток насыщения левой полосы

100

Мн 1 = 525 • БПЧ1

а1 +1.75 • Ь

(5)

где а1 и Ь - соответственно части интенсив-ностей прямого и левоповоротного направлений движения, %:

а =

N • 100

1 N + N4'

ь=N1100, (6)

N + N4

Впч1 - ширина левой полосы движения, - поток насыщения правой полосы

100

Мн2 = 525 • Впч2 •

а2 +1.25 • с

(7)

где а2 и Ь - соответственно части интенсив-ностей прямого и правоповоротного направлений движения, %:

Рис. 2. Зависимость изменения 1з от условий распределения ТП по полосам движения

В связи с этим возникла необходимость решения задачи определения аналитических условий распределения ТП для разных схем подходов к перекрестку. Это позволит уменьшить трудоемкость расчетов по оптимизации схем СФР и усовершенствовать проектирование ОДР на перекрестке.

N5 • 100 N2 • 100

а2 = —5- с = 2

N2 + N 5

N2 + N5

(8)

Впч 2 - ширина правой полосы движения, м.

В соответствии с условием У1 = У2 и выражениями (6) - (9) путем последовательных преобразований получаем значения N и Л^5:

N = Впч1 • (N3 +1,25 • N2) -Впч2 • 1,75 • N

4 В . + В 2 '

п 1 п 2

N5 =

Впч2 • (N3 +1,75 • N0 - Впч 1 -1,25 • N2

Вп,,, + Вп

. (10)

пч1 пч2

В частном случае, когда на подходе Впч1 = Впч2, выражения (10 и 11) упрощаются

м = N3 +1,25 • Н2 -1,75 • N

N5 =

Ыъ +1,75 • N -1,25 • N2 2

Подобным образом были определены аналитические условия распределения ТП для ряда других типичных схем подходов к перекрестку.

Выводы

Предложенные условия для распределения ТП на перекрестке дают возможность существенно уменьшить объем расчетов при выборе оптимальной схемы СФР.

Проведенные исследования позволили разработать алгоритмы и программное обеспечение, которые могут применяться для проектирования схем ОДД на перекрестках УДС. Литература

1. Кременец Ю.А. Технические средства ор-

ганизации дорожного движения. - М.: Транспорт, 1990. - 255 с.

2. Капитанов В.Т., Хилажев Е.Б. Управление

транспортными потоками в городах. -М.: Транспорт, 1985. - 144 с.

3. Капитанов В.Т., Шауро С.В. Методичка

расчета светофорного цикла. - М: МВД СССР ВНИИБД, 1989. - 50 с.

4. Важник Ю.П. Разработка и применение не-

линейной модели убытия автомобилей из очереди при светофорном регулировании: Автореф. дис... канд. техн. наук. - Минск, 1998. - 20 с.

Рецензент: В.В. Филиппов, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 28 апреля 2009 г.

2