CC BY
127
в в ПЕТРОВ УПРАВЛЕНИЕ
ЗАО «Автоматика-Д» ТРАНСПОРТНЫМИ
удк 656.1 ПОТОКАМИ В ГОРОДАХ
В РАБОТЕ РАССМАТРИВАЕТСЯ КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД ПРИ УПРАВЛЕНИИ ТРАНСПОРТНЫМИ ПОТОКАМИ В ГОРОДАХ. ОСНОВНОЕ ВНИМАНИЕ УДЕЛЕНО ПОДБОРУ МЕТОДА УПРАВЛЕНИЯ В СООТВЕТСТВИИ С ВЕЛИЧИНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ДВИЖЕНИЯ И СВОЙСТВАМИ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА. ТАКЖЕ ДАНЫ ГРАНИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ МЕТОДОВ.
Быстрая автомобилизация городов страны поставила перед обществом крупные проблемы.
Это ухудшение экологической обстановки, рост аварийности и снижение скорости движения до 9 -12 км/ч в городе в часы пик. Расход топлива из-за неустойчивого режима движения и задержек в городах на 15 - 30% больше, чем на внегородских магистралях.
Основной причиной подобного состояния является то, что темпы автомобилизации в несколько раз превышают темпы развития дорожной сети.
Внедрение прогрессивных методов управления транспортными потоками обеспечивает в сложившихся условиях получение наибольшего эффекта в сжатые сроки и позволяет максимально использовать возможности городских дорожных сетей.
Данная задача носит комплексный общегосударственный характер. Решение ее осуществляется по постановлениям Правительства РФ и региональных законодательных собраний.
Экспериментальные проверки в ряде городов страны неоднократно подтвердили, что внедрение автоматизированных систем управления дорожным движением (АСУД) с прогрессивными методами управления транспортными потоками позволяет в короткие сроки (1-2 года) получать высокую отдачу - общий годовой экономический эффект по одному городу с населением около 1 млн. человек составляет порядка 150 тыс. руб. в год за счет сокращения задержек транспортных средств расхода топлива и повышения скорости.
В настоящее время работают более 150 магистральных (различного типа) и 20 общегородских АСУД. В перспективе к 2010 году в соответствии с решениями директивных органов во всех городах с численностью населения свыше 300 тыс. человек планируется ввод в строй АСУД, построенных на основе типовых комплексов, разработанных по программам согласованным с ГИБДД МВД РФ.
Большое социальное значение имеет также подтвержденное сокращение загазованности воздуха на 15-30% и количества ДТП на 10-15 %.
При этом наибольший эффект реализуется при координированном управлении, когда воздействия на транспортные потоки (ТП) рассчитываются и формируются с учетом изменения интенсивности движения.
По мере расширения масштабов и перехода к промышленным объемам внедрения методов и средств координированного управления транспортными потоками очевидной становится необходимость разработки комплексного теоретического и методического обеспечения по данным методам и средствам.
Применяемые на практике методы управления ТП можно сгруппировать следующим образом:
• Гибкое управление [1];
• Формирующее управление [2];
• Жесткое координированное управление [1].
Методы гибкого управления в основном оказывают
воздействие на отдельные автомобили и требуют хорошую оснащенность АСУД детекторами транспорта.
Формирующее управление влияет на часть ТП и не требует применения большого числа детекторов транспорта.
Жесткое координированное управление обеспечивает безостановочный проезд ТП, но воздействия на ТП не оказывает и не требует применения детекторов транспорта.
Анализ АСУД, действующих в России в течение двадцати лет, показал, что выбор метода управления ТП всегда зависит от выделяемых финансов на создание системы. При этом следует отметить, что результаты комплексной оценки систем, проводившейся на 15 АСУД, показали слабую связь методов управления и их качества. Гибкое управление, как правило, малоэффективно при высоких интенсивностях движения, а жесткое координированное управление не всегда эффективно при малых интенсивностях движения.
Для удобства дальнейшего рассмотрения обратимся к основной транспортной диаграмме [1]:
Я = р* V,
где Я - интенсивность движения; р - плотность ТП; V -скорость движения ТП.
Анализ зависимости показывает, что при действующем в городах ограничении скорости движения (60 км/ч), при увеличении интенсивности движения увеличивается только плотность движения. Если принять во внимание наличие на городских магистралях перекрестков, то очевидным будет увеличение плотности движения ориентировочно на 50%).
Таким образом, при увеличении интенсивности движения ТП очень быстро принимает колонный характер, при котором обгоны невозможны, так как интервалы между последовательными автомобилями - минимально допустимые.
При изменении интенсивности движения ТП разделяют на три состояния:
• Свободный;
• Групповой;
• Связанный (вынужденный).
При изменении интенсивности движения, в течение суток ТП переходит из одного состояния в другое. Переход происходит плавно - за периоды, измеряемые десятками минут, так как изменение интенсивности - процесс инерционный.
Различные распределения временных интервалов, соответствующие каждому состоянию ТП, указывают на существование различных свойств ТП при различных величинах средней интенсивности движения.
Поэтому важной задачей является установление соответствия методов управления в зависимости от свойств ТП каждого состояния.
При малых значениях интенсивности движения ТП наблюдается свойство независимости движения транспортных средств (ТС). Свойство независимости движения характеризуется тем, что каждый водитель может принимать и обеспечивать решения по скоростному режиму
движения на участке сети в большом диапазоне изменения скорости за практически любые периоды времени.
При групповом состоянии движения ТП имеет свойство адаптивности к условиям движения, включая светофорное регулирование. Свойство адаптивности выражается в способности групп ТС к распаду и формированию. Распад и формирование групп во время движения по перегону обусловлены существованием временных интервалов больших, чем интервалов безопасности, но меньших, чем при свободном движении. Водители ТС могут изменять скорость движения в ограниченном диапазоне с учетом движения последующих автомобилей в течение периодов времени, гарантирующих их безопасность.
И при связанном состоянии ТП имеет свойство неделимого твердого тела. При этом состоянии распад и формирование практически невозможны и скорость движения всех участников группы одинакова.
Таким образом, каждому состоянию ТП, в соответствии с присущими ему свойствами , можно назначить следующий наиболее приемлемый метод управления:
• Свободное состояние со свойствами независимости - гибкое управление;
• Групповое состояние со свойствами адаптивности -формирующее управление;
• Связанное состояние со свойствами неделимости -жесткое координированное управление.
Далее рассмотрим более подробно связь методов управления с различными состояниями ТП:
Свободное движение. Выделим на транспортной сети участки (периоды времени), на перегонах которых транспортные средства движутся в свободном режиме. Исследования и практика показывают, что для малоинтенсивных потоков оказывается возможным и эффективным светофорное управление, фиксирующее моменты прибытия транспортных средств на перекрестки и изменяющее режимы работы светофора по найденной реализации случайного процесса движения. Такое управление получило название управления с обратной связью по потоку. По существу, это управление - самое оперативное в системе (время задержки обратной связи измеряется в секундах), поскольку оно реагирует на появление каждой отдельной транспортной единицы.
Свободное движение потока в зоне регулируемого перекрестка хорошо аппроксимируется пуассоновским распределением, что является следствием малой зависимости структуры потоков от режимов работы светофорной сигнализации смежных с данным перекрестком. Это положение очень важно для практики регулирования, поскольку из него следует, что при свободном движений перекрестки оказываются независимыми по управлению. В этом случае перекрестки могут рассматриваться как изолированные объекты. Поэтому управление в условиях свободного движения будем называть гибким (локальным) управлением. Исходя из выбранного критерия, задачей локального управления считаем нахождение режимов работы светофорной сигнализации, обеспечивающих минимальную суммарную задержку транспортных средств при обслуживании их на перекрестке.
Дорожно-транспортная сеть крупного города в утренние и вечерние периоды времени всегда имеет интенсивность со свободным состоянием движения. Групповой режим движения. Рассмотрим участок сети, на перегонах
которого транспортный поток движется в групповом режиме. Существенным ограничением на управление в этом случае является пропускная способность сети.
Учитывая тот факт, что при возросшей интенсивности на перегонах, естественно, складывается групповой режим движения, смысл управления светофорной сигнализацией должен сводиться к обслуживанию групп («пачек» автомобилей), а не отдельных транспортных средств (как в системах массового обслуживания). Постоянное чередование длительностей горения зеленого и красного сигналов светофора приводит к тому, что после обслуживания на перекрестках групповой транспортный поток преобразуется к более компактному виду. В режиме группового движения перекрестки в сети становятся взаимозависимыми по управлению, так как вид «пачки», прошедшей через перекресток, определяет режим работы следующего по ходу движения перекрестка. Учитывая это, управление групповым потоком будем называть координированным, или сетевым управлением. Поскольку координированное управление реагирует на появление «пачек», а не единичных автомобилей, его шаг дискретности измеряется в минутах. Оптимальным координированным управлением будем называть такое, при котором набор параметров управления для всех перекрестков рассматриваемой сети обеспечивает минимальное значение суммарной по всем направлениям движения перекрестков задержки транспортных средств.
Поскольку важнейшие магистрали города, характеризующиеся большими объемами движения, входят в координированную сеть, такое управление является центральным звеном любой системы управления дорожным движением.
Связанный режим движения. Теперь рассмотрим такую дорожную ситуацию, когда потоки на отдельных перегонах сети близки к потокам насыщения (вынужденный режим движения). По известным интенсивностям движения транспортных средств выбираем такие значения параметров управления, которые соответствуют минимальному значению суммарной средней задержки потоков на перекрестках сети (режим координации). Очевидно, что единственным способом ликвидации проблемы является опережающее включение разрешающего сигнала. Такое управление является более «жестким» по отношению к водителям транспортных средств, чем изолированное или координированное. Эта жесткость определяется тем, что система управления должна исключать возможность торможения колонны ТС.
Изложенные принципы управления ТП позволяют добиваться максимальной эффективности функционирования АСУД.
Литература
1. Методические рекомендации по координированному регулированию движения. Под общей редакцией Ю.Д. Шелкова. -М.:ВНИИБДД МВД СССР, 1977.
2. Формирование транспортных потоков в условиях координированного управления. В.В. Петров; Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н., 1989.
ПЕТРОВ Валерий Васильевич, кандидат технических наук, главный конструктор ЗАО «Автоматика-Д».
