Управление дорожным движением. Автоматизированные системы управления дорожным движением

В общем случае под управлением понимают влияние на тот или иной объект с целью улучшения его функционирования. По дорожного движения объектом управления являются транспортные и пешеходные потоки. Дорожном движении является специфическим объектом управления, поскольку водители автомобилей, пешеходы обладают собственной волей и реализуют при движении свои личные цели. Таким образом, дорожное движение представляет собой техносоциальну систему, что и определяет его специфику как объекта управления .

Сущность управления заключается в том, чтобы обязывать водителей и пешеходов, запрещать или рекомендовать им те или иные действия в интересах обеспечения скорости и безопасности. Оно осуществляется путем включения соответствующих требований Правил дорожного движения, а также применением комплекса технических средств и распорядительных действий инспекторов дорожно-патрульной службы ГАИ и других лиц, которые имеют соответствующие полномочия .

На уровне служб дорожного движения, организация дорожного движения представляет собой комплекс инженерных и организационных мероприятий на существующей улично-дорожной сети, обеспечивающих безопасность и достаточную скорость транспортных и пешеходных потоков. К таким мерам относится управления дорожным движением, который, как правило, решает более узкие вопросы. Отдельным видом управления является регулирование, то есть поддержание параметров движения в заданных пределах.

Различают управления дорожным движением автоматическое, автоматизированное и ручное. Автоматическое управление осуществляется без участия человека по заранее заданной программе, автоматизированное - с участием человека-оператора. Оператор, используя комплекс технических средств для сбора необходимой информации и поиска оптимального решения, может корректировать программу работы автоматического оборудования. Как в первом, так и во втором случаях в процессе управления могут быть использованы ЭВМ. Контур автоматического управления может быть как замкнутым, так и разомкнутым . И наконец, существует ручное управление, когда оператор, оценивая транспортную ситуацию визуально, влияет на транспортный поток на основе имеющегося опыта и интуиции.

При замкнутом контуре существует обратная связь между средствами и объектом управления (транспортным потоком). Автоматически обратная связь может осуществляться специальным оборудованием сбора информации - детекторами транспорта. Информация вводится в оборудование автоматики и по результатам ее обработки эти устройства определяют режим работы светофорной сигнализации или дорожных знаков, способных по команде менять свое значение (управляемые знаки). Такой процесс получил название гибкого или адаптивного управления.

При разомкнутом контуре, когда обратная связь отсутствует, управляющие светофорами дорожные контроллеры (ДК) переключают сигналы по заранее заданной программе. В этом случае осуществляется постоянное программное управление.

При ручном управлении обратная связь существует всегда в силу визуальной оценки оператором условий движения .

В соответствии со степенью централизации можно рассматривать два вида управления: локальное и системное. Оба вида реализуются вышеупомянутыми способами. При локальном управлении переключение сигналов обеспечивает контроллер, расположенный непосредственно на перекрестке. При системном контроллеры перекрестков, как правило, выполняют функции трансляторов команд, поступающих по специальным каналам связи из управляющего пункта (КП). При временном отключении контроллеров от КП они могут обеспечивать локальное управление.

На практике применяют термины "локальные контроллеры" и "системные контроллеры". Первые не имеют связи с КП и работают самостоятельно, вторые такую связь имеют и способны реализовать локальное и системное управление.

Оборудование, расположенное вне управляющим пунктом, получило название периферийного (светофоры, контроллеры, детекторы транспорта), а то оборудование, на управляющем пункте - центрального (средства вычислительной техники, систем управления, оборудования телемеханики и т. Д.).

При системном управлении оператор системы располагается в управляющем пункте, то есть далеко от объекта управления, а для обеспечения его информацией об условиях движения могут быть использованы средства связи и специальные средства отображения информации (рис. 8.1).

Рисунок 8.1 - Общий вид управляющего пункта

Последние выполняются в виде светящихся карт города или районов - мнемосхем, которые имеют оборудование для визуального отображения с помощью ЭВМ графической и алфавитно-цифровой информации на дисплеях и телевизионных системах, позволяет непосредственно наблюдать за контролируемым районом.

Локальное управление применяется чаще всего на отдельном или, как говорят, изолированном перекрестке, который не имеет связи с соседними перекрестками ни за управлением, ни за потоком. Изменение сигналов светофора на таком перекрестке обеспечивается по индивидуальной программе независимо от условий движения на соседних перекрестках, а прибытие транспортных средств к этому перекрестку носит случайный характер.

Организация согласованной изменения сигналов на группе перекрестков, осуществляемая с целью уменьшения времени движения транспортных средств в заданном районе, называется координированным управлением (управление по принципу "зеленой волны"). В этом случае, как правило, используется системное координированное управление .

Автоматизированные системы управления дорожным движением (АСУДД) - это взаимосвязанный комплекс технических, программных и организационных мер, собирающих и обрабатывающих информацию о данных транспортных потоков и на основе этого оптимизирующих управление движением. Задачей автоматизированных систем управления дорожным движением (АСУДД) является обеспечение организации безопасности дорожного движения на дорогах.

АСУДД подразделяются на несколько видов:

Магистральные автоматизированные системы управления дорожным движением (АСУДД) координированного управления - бесцентровые, централизованные и централизованные интеллектуальные.

• · бесцентровые АСУДД - нет необходимости создания управляющего пункта. Существует 2 модификации бесцентровых АСУДД. В одной из них работу синхронизирует главный контроллер, к которому идет связь от остальных контроллеров (линия одна для всех). В следующей модификации бесцентровых АСУДД от всех контроллеров идет своя линия связи.
• · централизованные АСУДД - имеют центр управления, со связанными с ним контроллерами их собственными линиями связи. Зачастую, АСУДД могут осуществлять многопрограммное КУ со сменой программ в течение дня.
• · централизированные интеллектуальные АСУДД - они оснащены определителями транспорта, и в зависимости от загруженности потока могут менять планы координации движения.

Общегородские автоматизированные системы управления дорожным движением (АСУДД) - упрощенные, интеллектуальные, с управлением движением на городских дорогах непрерывного движения и с реверсивным движением.

· интеллектуальные АСУДД - содержат мощные управляющие вычислительные комплексы (УВК), и сеть изменяющихся информационных дисплеев. Эти АСУДД могут проводить непрерывный контроль потока транспорта и могут управлять автоматическое адаптивное управление ДД и позволяю перераспределить транспортные потоки по сети.

АСУ ДД, как часть ИТС, выполняет управляющие и информационные функции, основными из которых являются:

• · управление транспортными потоками;
• · обеспечение транспортной информацией;
• · организация электронных платежей;
• · управление безопасностью и управление в особых ситуациях.

В общем виде подсистемы АСУ ДД могут быть представлены как совокупность устройств дорожной телематики, контроллеров и автоматизированных рабочих мест (АРМ), включенных в сеть обмена данными, с организацией центрального и местных центров управления -- в зависимости от плотности и интенсивности дорожного движения.

В качестве устройств дорожной телематики применяются знаки переменной информации (ЗПИ), многопозиционные дорожные указатели, табло переменной информации (ТПИ), детекторы транспорта, автоматические дорожные метеостанции (АДМС), видеокамеры и т. д.

Телекоммуникационную часть АСУ ДД составляет дорожная интегрированная система связи. Устойчивое функционирование систем связи на автомобильных дорогах позволяет повысить уровень безопасности дорожного движения и обеспечить эффективную работу служб содержания дороги, а также оперативных и спасательных служб при возникновении чрезвычайных ситуаций.

В составе ДИСС могут быть организованы следующие функциональные подсистемы:

• · информационного обмена АСУ ДД;
• · связи с подвижными объектами (включает подсистемы оперативно-технологической радиосвязи и радиодоступа);
• · управления и технической эксплуатации;
• · обеспечения информационной безопасности ДИСС;
• · предоставления инфокоммуникационных услуг на возмездной основе.

Повышение эффективности управления дорожным движением связано с созданием автоматизированных систем управления дорожным движением (АСУ ДД), которые являются неотъемлемыми компонентами интеллектуальных транспортных систем (ИТС). ИТС -- это комплексная система информационного обеспечения и управления на наземном автомобильном транспорте, основанная на применении современных информационных и телекоммуникационных технологий и методов управления.

Для обеспечения функционирования АСУ ДД и предоставления инфокоммуникационных услуг участникам дорожного движения создаются ДИСС, к которым в настоящее время предъявляются следующие обобщенные требования:

• · многофункциональность;
• · устойчивость;
• · экономичность.

АСУ «ГОРОД-ДД» - предназначена для обеспечения эффективного управления движением транспортных и пешеходных потоков в городах при помощи средств, светофорной сигнализации, видеоконтроля и регистрации нарушений на дорогах, оперативного анализа экологической обстановки в городе, контроля движения маршрутного транспорта и др.

Основные достоинства и преимущества АСУ «ГОРОД-ДД»

• - значительное повышение эффективности управления дорожным движением и контроля состояния дел на дорогах, что позволяет ежегодно экономить около 5-8 миллионов долларов в год в масштабах областного центра (экономия складывается из снижения расхода горючего, сокращения времени проезда автотранспорта, времени пребывания пассажиров в пути и т.д.);
• - более эффективное использование организационно-профилактических мероприятий по нормализации движения на дорогах;
• - комплексный подход к организации дорожного движения;
• - использование отечественных технических и программных средств, ориентированные на современные технологии и современные методы управления дорожным движением в соответствии с требованиями ISO 9001;
• - новые возможности по контролю состояния дел на дорогах: визуальный контроль городских перекрестков, видеорегистрация дорожно-транспортных происшествий, видеорегистрация нарушений скоростного режима и правил проезда перекрестков, оперативный анализ экологической обстановки и др.;
• - возможность поэтапного ввода в действие, путем постепенной замены существующих систем управления дорожным движением с истекшим сроком эксплуатации и полная совместимость любой из частей предлагаемой системы (контроллеров, ЦУП, МЗЦ) со всеми типами существующего оборудования.

Автоматизированная система «Город-ДД»:

• · Центрального управляющего пункта;
• · Модулей зональных центров (при необходимости);
• · Контроллеров (в трех вариантах исполнения - С, СМ, СЛ);
• · Дополнительного оборудования;
• · Комплекта программного обеспечения.

Классификация и назначение

Управление движением в условиях предельного насыщения дорог транспортными и пешеходными потоками требует все более совершенных методов регулирования движения. В последнее время все большую актуальность приобретает применение автоматизированных систем управления дорожным движением (АСУДД), представляющих собой комплекс технических средств, реализующий определенные технологические алгоритмы управления транспортными потоками.

Основная цель введения АСУДД заключается в снижении суммарных задержек транспортных средств на пересечениях в зоне действия этой системы - на перекрестке, в районе или городе. Общие требования к АСУДД определены ГОСТ 24.501 - 82 «Автоматизированные системы управления дорожным движением. Общие требования».

Классификация АСУДД с разделением по методам управления приведена на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Классификация АСУДД

(автоматизированной системы управления дорожным движением)

Локальной является АСУДД, если для определения параметров регулирования на перекрестке используется только информация о транспортных потоках на подходах к этому перекрестку и в зоне перекрестка. С помощью локальных алгоритмов определяют цикл регулирования, последовательность фаз регулирования, их длительности или моменты переключения фаз, параметры промежуточных тактов.

Особенностью сетевых АСУДД является их использование для определения параметров регулирования информации о транспортной ситуации на нескольких перекрестках, обычно связанных в единую сеть, характеризующуюся значительной интенсивностью движения транспортных средств между соседними перекрестками и небольшими (до 600...700 м) расстояниями между ними.

Как правило, на сетевом уровне определяются циклы регулирования для группы перекрестков и временные сдвиги для отдельных светофорных объектов. Для определения этих параметров помимо данных, необходимых для локального управления, используется информация о топологии сети, взаимосвязях транспортных потоков на соседних стоп-линиях и (или) геометрических направлениях проезда через перекрестки, временах проезда между соседними стоп-линиями.

По временному критерию все алгоритмы светофорного регулирования подразделяют на алгоритмы, реализующие управление дорожным движением по прогнозу (программные, жесткие ), и алгоритмы, действующие в реальном времени (адаптивные ).

Управление по прогнозу не исключает достаточно частого (до 3 - 5 раз в суточном цикле) изменения параметров регулирования, однако эти параметры определяются не исходя из текущей транспортной ситуации, а ее прогнозированием, основанным на выполненных ранее наблюдениях.

Промежуточное положение между адаптивными и неадаптивными алгоритмами занимают алгоритмы, основанные на ситуационном управлении . Алгоритмы этой группы предполагают предварительный расчет параметров регулирования для различных классов транспортных ситуаций и создание библиотеки типовых режимов регулирования. Выбор конкретного режима из библиотеки производится в реальном времени на основании текущей информации о транспортной ситуации и отнесении ее к одному из классов транспортных ситуаций.

Таким образом, методы автоматизированного управления транспортными потоками в АСУДД можно отнести к одному из четырех классов, как это показано на рис. 5.4 (для каждого класса указаны наиболее распространенные алгоритмы управления).

В настоящее время в России наиболее распространенным является метод локального жесткого однопрограммного управления светофорной сигнализацией.

Данный метод основан на предварительном расчете длительности цикла регулирования и фаз регулирования.

Рис. 5.4. Методы автоматизированного управления

Одной из важных задач транспортной системы является обеспечение максимальной эффективности управления транспортно-дорожным комплексом. Для этого необходимо использовать современные решения, к которым относятся и средства отображения информации. В статье приведено описание нескольких проектов, где для демонстрации сведений о дорожном движении были применены устройства от компании Mitsubishi Electric.

Срок полезной эксплуатации центра управления дорожным движением в среднем составляет не менее 10 лет. Очевидно, за это время разработчики ITS неизбежно столкнутся с проблемой модернизации компонентов, выработавших свой ресурс. А ведь существующую инфраструктуру не так легко перестроить. Создание универсальных устройств - это ключевой подход, который позволяет приспособиться к изменяющимся правилам игры и развитию технологий.

Каким образом можно реализовать принцип универсальности в системах отображения информации, используемых в центрах управления? Одним из решений этой задачи является модульный подход к оборудованию: дисплей рассматривается не как единое целое, а как подсистема, состоящая из взаимозаменяемых компонентов.

В настоящее время в большинстве современных центров управления используются DLP-кубы обратной проекции, которые построены на основе технологии DMD (разработана компанией Texas Instruments).

Следуя принципу универсальности, компания Mitsubishi создала модельный ряд дисплеев и сопутствующего оборудования, в котором используются новейшие технологии, основанные на общей архитектуре и одинаковом наборе компонентов. В частности, системы 70-й и 120-й серий состоят из DLP-кубов и ЖК-дисплеев с тонкой лицевой панелью различных размеров и конфигурации. Как и в случае с определением конфигурации персонального компьютера, пользователь при заказе оборудования может указать компоненты, из которых должна состоять система, - с возможностью ее модернизации по мере изменения потребностей. В качестве примера можно привести проекционный блок. Два года назад Mitsubishi Electric запустила новую линейку DLP-проекторов, которые дают возможность заменить находящиеся в эксплуатации видеостены с ртутными лампами на новейшие светодиодные системы повышенной яркости. Данная технология позволяет улучшить качество изображения, существенно продлить срок службы действующих систем и минимизировать затраты на техническое обслуживание.

Срок службы ртутных ламп составляет в среднем 6000 часов, т. е. менее одного года работы в круглосуточном режиме. При средней стоимости лампы в €1000 это влечет за собой значительные эксплуатационные расходы. Напротив, ожидаемый срок службы светодиодных кубов модели 50PE78 производства Mitsubishi Electric составляет 100 000 часов, т. е. более 10 лет непрерывной работы в круглосуточном режиме. Применение светодиодных кубов в сочетании с малошумными вентиляторами воздушного охлаждения, также рассчитанными на 100 000 часов работы, практически устраняет необходимость текущего техобслуживания дисплея в течение большей части эксплуатационного срока. Кроме того, DLP-кубы со светодиодной подсветкой обладают более широкой цветовой гаммой и сохраняют постоянную цветовую температуру на протяжении всего срока службы. Это, в свою очередь, означает улучшение цветопередачи и повышенную стабильность.

Реализованный в Италии проект дает хороший пример того, как инженеры используют универсальные компоненты системы отображения информации, чтобы обойти инфраструктурные ограничения.

Компания Autostrada del Brennero является оператором автомагистрали A22, проходящей от г. Модена до перевала Бреннер (на границе Италии и Австрии). Посчитав действующую аналоговую систему отображения информации в центре управления устаревшей и слишком дорогой в обслуживании, компания решила ее модернизировать с использованием новейших цифровых технологий. Существовавшая на тот момент система контроля с 200 аналоговыми камерами и предназначенная для управления ею программная платформа были вполне работоспособны. Кроме того, компания стремилась избежать дополнительных расходов и отрыва операторов от работы с целью их переподготовки. 3P Technologies, компания по комплексированию технических и программных средств, разработала решение, соединившее в себе новейшие технологии отображения с имеющимися системой контроля и программной платформой.

Пункт управления автомагистрали A22 (рис. 1) находится в самом центре сложной и высокотехнологичной системы управления дорожным движением, включающей в себя около 200 камер видеонаблюдения, мониторов и точек экстренной связи, связанных волоконно-оптическим кабелем, радиоканалами, а также линиями проводной связи. Управление системой осуществляется с помощью специально разработанной программной платформы, которая в случае аварии позволяет операторам контролировать входные данные или любую информацию, загружаемую с камер. Также в систему встроена инновационная функция автоматической фиксации событий дорожного движения (AID), которая дает возможность анализировать поступающие с камер и датчиков данные и в автоматическом режиме реагировать на нештатные ситуации. Помимо подачи звукового сигнала, система осуществляет запись происшествия и регистрирует события, случившиеся незадолго до него. Это позволяет операторам восстановить произошедший инцидент в динамике.

Рис. 1. Диспетчерский пункт управления автомагистралью А22

При разработке проекта модернизации основная проблема заключалась в дисплее, используемом для контроля системы. Состоящий из аналоговых ЖК-экранов дисплей был не в состоянии обрабатывать информацию требуемого типа и объема, а также был дорог в эксплуатации. Действующая система была заменена видеостеной из светодиодных кубов Mitsubishi Electric 70-й серии, что позволило повысить качество и эффективность управления, а также снизить расходы на техническое обслуживание.

Используемый для управления дисплеями процессор X-Omnium компании Bilfinger-Mauell обеспечил универсальность в отношении способов и места отображения контента. Если раньше операторы были ограничены в плане выбора размеров отображения, то теперь они могут организовать вывод контента в виде окон в любом месте экрана. При этом контроллер с сенсорным экраном Crestron позволяет операторам вызывать готовые сценарии с помощью простого сенсорного интерфейса, разработанного компанией 3P Technologies.

Пять декодеров Bilfinger-Mauell предоставляют интерфейс для существующей системы аналоговых видеокамер, что дает операторам возможность использовать привычные элементы управления приводом наклона/поворота и масштабирования. Важно отметить, что контроллер X-Omnium позволяет управлять самим дисплеем с помощью имеющегося пакета программ контроля дорожного движения.

Еще один пример проекта - центр мониторинга дорожного движения «Сенатра» (рис. 2), расположенный в Андорре, в районе восточных Пиренеев на границе с Испанией и Францией.

Рис. 2. Центр мониторинга дорожного движения «Сенатра»

Княжество Андорра - одно из самых популярных зимних туристических мест в Европе благодаря многочисленным горнолыжным склонам. Высокий транспортный поток (до 27 000 машин в день) и необходимость особой бдительности, обусловленной зимними условиями, сделали дисплейную систему центра и 60 сетевых видеокамер жизненно важным условием надежного контроля за безопасностью на 100 км основной дороги и 150 км второстепенных дорог, находящихся под юрисдикцией этого центра. Для этого также были использованы DLP-кубы от Mitsubishi Electric.

Обратимся к другому проекту. В 2015 г. Highways England расширила возможности Восточного регионального центра управления, расположенного в Южном Миммсе. Среди семи региональных центров компании восточный является одним из самых крупных. Он отвечает за управление движением на дорогах, относящихся к числу самых оживленных в Европе, включая южный участок трассы М25 и ряд участков трасс M40, M1 и M4.

Центральное место в диспетчерском зале (рис. 3), вмещающем 20 оборудованных рабочих мест операторов, занимает большая видеостена. На ней операторы могут видеть изображение с любой из 870 камер наблюдения за дорожной сетью, а также просматривать видео и потоки данных, получаемые от других дорожных агентств, и принимать трансляции непосредственно из эфира временно установленных камер.

Рис. 3. Диспетчерский зал Восточного регионального центра управления движением

Восточный региональный центр управления работает в режиме 24/7. В рамках расширения центра было принято решение о модернизации видеостены, и для реализации проекта была выбрана фирма Electrosonic. Основной целью проекта, наряду с установкой более высокопроизводительного дисплея, было внедрение новейших технологий с целью существенного снижения расходов на эксплуатацию видеостены.

Реализованная система построена на основе DLP-видеокубов Mitsubishi Electric модели VS-67PE78 с диагональю 67″ в конфигурации 8×3. Она позволяет повысить разрешение главной видеостены с XGA до SXGA+, улучшить яркость и значительно увеличить срок службы - до 100 000 часов для светодиодных источников света и остальных компонентов.

Описанные проекты показывают, что любой проектирующий систему инженер должен ставить во главу угла принцип универсальности - особенно с учетом грядущей революции межмашинного взаимодействия.

Введение

Понятие адаптивного управления дорожным движением в узле транспортной сети

Сравнение временно-зависимой и транспортно-зависимой стратегии управления дорожным движением

Постановка и анализ моделирования

Разработка базы нечетких правил, определения параметров управления движение транспортных потоков в узле транспортной сети

1 Построение функции принадлежности

2 Построение правил соответствия конкретному классу параметра управления

3 База нечетких правил

Заключение

Список литературы

Введение

Изменившиеся условия мобильности, характеризующиеся увеличением в течение последних лет количества автомобилей, привели к повышению нагрузки на транспортную инфраструктуру и окружающую среду. Растущую потребность в улучшении условий передвижения нельзя полностью удовлетворить (ни внутри населенных пунктов, ни за их пределами) только лишь созданием новых путей транспортного сообщения или проведением иных строительных мероприятий. Для выхода из сложившейся ситуации необходимо внедрение целого комплекса мер по организации и управлению дорожным движением. Адаптивные системы управления дорожным движением (АСУД) представляют новый подход к организации управления дорожным движением и совместно с управляемыми ими высокопроизводительными транспортными компьютерами реализуют соответствующие технологии управления.

Постоянное увеличение количества транспортных средств в условиях недостаточной пропускной способности дорог ведёт к затруднениям движения транспортных потоков. Интеллектуальные транспортные системы (ИТС) позволяют минимизировать образование заторных ситуаций и увеличивать пропускную способность транспортной сети. Наработки в области ИТС примеряются для организации дорожного движения населённых пунктов и магистралей. Оптимизация управления дорожным движением достигается за счет взаимодействия управляющих, классифицирующих, прогнозирующих, экспертных, принимающих решения или поддерживающих эти процессы подсистем ИТС. В связи с этим стоит задача поиска методов обработки информации о нештатных ситуациях на улично-дорожной сети (УДС).

В данной работе будут рассмотрены следующие вопросы: понятие адаптивного управления дорожным движением в узле транспортной сети, на сети, а так же сравнение временно-зависимой и транспортно-зависимой стратегии управления дорожным движением.

1. Понятие адаптивного управления дорожным движением в узле транспортной сети

Возможности улучшения условий движения транспорта за счет оптимальной организации движения во многом недооценены, и развитие транспортной инфраструктуры понимается в основном как мероприятия, связанные со строительством новых дорог и магистралей, реконструкцией существующих путепроводов и развязок. Вместе с тем значительно улучшить транспортную ситуацию позволяет внедрение современных инновационных технологий, получивших название «Интеллектуальные Транспортные Системы» (ИТС). Внедрение ИТС-технологий в России позволяет лучше управлять транспортными потоками, повысить уровень пропускной способности улично-дорожной сети и снизить загрузку отдельных ее элементов.

Рост автомобильного парка и объема перевозок ведет к увеличению интенсивности движения, что в условиях городов с исторически сложившейся застройкой приводит к возникновению транспортной проблемы. Особенно остро она проявляется в узловых пунктах улично-дорожной сети. Здесь увеличиваются транспортные задержки, образуются очереди и заторы, что вызывает снижение скорости сообщения, неоправданный перерасход топлива и повышенное изнашивание узлов и агрегатов транспортных средств. Изменившиеся условия мобильности, характеризующиеся увеличением в течение последних лет количества автомобилей, привели к повышению нагрузки на транспортную инфраструктуру и окружающую среду. Растущую потребность в улучшении условий передвижения нельзя полностью удовлетворить (ни внутри населенных пунктов, ни за их пределами) только лишь созданием новых путей транспортного сообщения или проведением иных строительных мероприятий. Для выхода из сложившейся ситуации необходимо внедрение целого комплекса мер по организации и управлению дорожным движением.

Адаптивные системы управления дорожным движением (АСУД) представляют новый подход к организации управления дорожным движением и совместно с управляемыми ими высокопроизводительными транспортными компьютерами реализуют соответствующие технологии управления. В настоящее время в мировой практике в составе АСУД наиболее распространены следующие технологии управления транспортными потоками:

Технология управления по фиксированным планам (координированное управление);

Технология сетевого адаптивного управления;

Технология ситуационного управления.

САУДД-это система управления дорожным движением с центрально-распределенным интеллектом, состоящая из:

центрального пункта управления (ЦПУ);

точек адаптивного управления дорожным движением, оборудованных интеллектуальными контроллерами и детекторами транспорта, обеспечивающих:

локальное адаптивное управление наиболее сложными и важными пересечениями и участками УДС;

информационное взаимодействие с ЦПУ;

системных детекторов, сообщающих в ЦПУ сведения о транспортных потоках;

системных контроллеров, управляемых из ЦПУ постоянно или периодически.

Организация дорожного движения на уровне служб дорожного движения представляет комплекс инженерных и организационных мероприятии на существующей улично-дорожной сети, обеспечивающих безопасность и достаточную скорость транспортных и пешеходных потоков. К числу таких мероприятий относится управление дорожным движением, которое, являясь составной частью организации движения, как правило, решает более узкие задачи. В общем случае под управлением понимается воздействие на тот или иной объект с целью улучшения его функционирования. Применительно к дорожному движению объектом управления являются транспортные и пешеходные потоки.

Сущность управления движением заключается в том, чтобы обязывать водителей и пешеходов, запрещать или рекомендовать им те или иные действия в интересах обеспечения скорости и безопасности. Оно осуществляется путем включения соответствующих требований в Правила дорожного движения, а также применением комплекса технических средств и распорядительными действиями инспекторов дорожно-патрульной службы и других лиц, имеющих соответствующие полномочия.

2. Сравнение временно-зависимой и транспортно-зависимой стратегии управления дорожным движением

Современное состояние управления транспортными потоками в большинстве городов можно вообще характеризовать так, что устройства управления (узлы) управляются по фиксированному графику или по состоянию транспортного потока. Существенная разница заключается в том, что для управления по графику времени не нужны детекторы и система неспособна реагировать на какие-либо изменения транспортного потока. В случае транспортно-зависимого управления пере стоп-линиями имеются детекторы, которые фиксируют моментальное присутствие транспортных средств, и устройство управления, таким образом, реагирует на мгновенные условия в узле, увеличением длительности зеленого сигнала. Следовательно, речь идет об управлении в секундной сетке времени.

Временно-зависимое (автономное) управление - транспортные состояния определяются на основании статистического анализа исторических значений характеристик движения транспортных потоков (интенсивность движения) и на их основании определяются выходные значения процесса регулирования.

Транспортно-зависимое (режим текущего времени - онлайн) управление, в англосаксонской литературе, называемое также Traffic Responsive, заключается в том, что вмешательство системы управления рассчитывается по мгновенной транспортной ситуации. Методы режима онлайн обеспечивают работу в реальном времени и на основании переменных входных данных о движении транспортных потоков каждую секунду изменяют и оптимизируют параметры управления, т.е. продолжительность зеленого сигнала в соответствующем направлении. Устройства управления в данном режиме работают независимо или, в крайнем случае, расположены в линии и линейно координированы.

Управление осуществляется на локальном уровне. Если используется центр управления, то потом часто осуществляется мониторинг состояния устройств управления или мониторинг состояния транспортных потоков. Управление светофорами в реальном времени является достаточно известным и стандартно используется под наименованием транспортно-зависимое управление или динамическое управление. Его принцип заключается в том, что транспортный узел оснащен обычно двумя видами датчиков: датчиками интервалов и вызова, которыми являются в большинстве случаев индуктивные петли. Транспортное устройство управления управляет по программе, которая непрерывно тестирует состояние транспортного потока над отдельными датчиками и на основании заранее заданных алгоритмов увеличивает длительность сигналов, модифицирует последовательность фаз или вкладывает фазу по вызову. Данные изменения обычно осуществляются в рамках заранее определенного времени цикла и заранее определенных максимальных значений длительности зеленых сигналов. Датчик интервалов, расположенный приблизительно на 30-50 м перед стоп-линией, получил свое название в результате того, что он непрерывно измеряет интервалы времени между транспортными средствами и если они меньше данного значения (обычно 3-5 секунд), то он увеличивает продолжительность зеленых сигналов вплоть до заранее заданного максимума. Такой способ измерения называется «Управление измерением интервала времени». Вторая возможность заключается в том, что отдельные узлы соединены с центром управления движением транспортных потоков, который на уровне района координирует и управляет работой узлов. Для управления областью используются следующие режимы:

Временно-зависимое (автономное) управление - информация о характеристиках состояния транспортных потоков в районе получают путем статистического анализа, данные о характеристиках движения транспортных потоков (интенсивности и состава движение) за прошлые годы, измеренных в главных точках транспортной сети, и на их основании определяется режим работы транспортных устройств управления. Затем они вводятся в устройства управления в зависимости от времени суток или дня года. При расчетах оптимизируется длительность зеленых сигналов, продолжительность цикла и временной сдвиг. В качестве примера метода, основанного на автономном режиме, можно привести метод TRANSYT, когда фиктивные транспортные средства «выпускаются» в соответствии с заранее заданными правилами в область, и через данную область проходят на основании и в соответствии с моделью движения транспортного потока. На их движение оказывает влияние изменение управляемых параметров узла. С помощью числовых математических методов для разных параметров, как например, длительность цикла, длительность зеленых сигналов и временной сдвиг, находится минимум определенной целевой функции (оптимизация параметров).

Транспортно-зависимое (режим онлайн) управление характеризуется тем, что для различных состояний транспортных потоков на сети заранее рассчитываются системы сигнальных планов, которые хранятся в устройствах управления или в центре управления движением транспортных потоков. Для расчета максимальных значений длительности зеленого сигнала, длительности цикла и временного сдвига, как правило, используется метод TRANSYT. Одновременно в области выбраны стратегические датчики и составлены логические уравнения, описывающие разные комбинации состояний всех или выбранных датчиков. В зависимости от мгновенной транспортной ситуации посредством соответствующего уравнения выбирается программа, которая лучше всех соответствует данной ситуации. Примером может служить описание состояния транспортного потока по стратегическим датчикам SDV1 и SDV5, которое означает: если в точке SDV1 существует степень 2 и одновременно в точке SDV5 - степень 4, то следует выбрать сигнальную программы номер 6.=2 &SDV5=4 THENSP6

Если в сети не классифицируется состояние транспортного потока, то для описания используется только один параметр, которым является интенсивность движения. Транспортно-зависимое управление используется в реальной шкале времени и каждую секунду принимает сигналы выбранных датчиков. Однако переключение сигнальных программ осуществляется с определенным гистерезисом для обеспечения стабильности в транспортной сети. На практике это означает изменение программы устройства управления в сетке нескольких десятков минут.

Оптимизация в автономном режиме дает возможность рассчитать основные регулируемые величины: длительность цикла, последовательность фаз, временной сдвиг и длительность зеленых сигналов для базы исторических данных (данных прошлых лет). Эти данные получаются путем длительного измерения с помощью транспортных детекторов. На основании длительно записываемых данных обычно разрабатывается статистическая модель, которая для интенсивности движения обычно дает возможность определить типичные рабочие дни и особенно субботу и воскресенье, в результате чего сильно ограничиваются изменения переменных. Существенной чертой является, то, что речь идет о макроскопическом управлении в автономном режиме, основанном на детерминистическом моделировании потоков и алгоритмах оптимизации, когда рассчитываются системы сигнальных планов по пространственно-временному вектору данных об интенсивности за предыдущие годы. Модели оптимизации использованы для расчетов в автономном режиме сигнальных временных планов транспортных устройств управления в транспортной сети или линии.

В таком случае процесс управления выбирает в зависимости от времени самый выгодный из множества заранее подготовленных сигнальных планов. Такой способ называется временно-зависимым управлением.

Преимущества временно-зависимого управления:

возможность простого контроля;

простота модификации сигнальных программ;

относительно низкие расходы на оборудование и установку.

Недостатки временно-зависимого управления:

нельзя повысить эффективность использования времени сигналов (разрешение движения для отдельных направлений);

нельзя покрыть пики интенсивности (необходим определенный резерв интенсивности);

нельзя вступать в процесс управления со стороны отдельных транспортных средств или пешеходов;

нельзя устранить возникшие транспортные заторы.

3. Постановка и анализ моделирования

Задача моделирования стратегий управления дорожным движением в узле транспортной сети, как и на сети состоит в разработке классического модуля нечеткого управления. Его составляющие:

Блок фуззификации: система управления с нечеткой логикой оперирует нечеткими множествами, поэтому конкретное значение входного сигнала модуля нечеткого управления подлежит операции фуззификации, в результате которой ему будет сопоставлено нечеткое множество.

База правил представляет собой множество нечетких правил определения нечеткого множества, которому принадлежат выходной сигнал системы.

Блок выработки решения: непосредственное определение множества принадлежности выходного сигнала при конкретно заданных множествах входных сигналов.

Блок дефуззификации представляет процедуру отображения нечеткого множества, получаемого на выходе блока выработки решения в конкретное значение, представляет собой управление воздействия.

Для построения стратегий управления предлагают использовать программный комплекс «TRANSYT», основанный на оценке поведения транспортного потока с помощью моделирования дорожного движения и позволяющего выбирать оптимальные параметры режима работы светофорной сигнализации. По результатам моделирования дорожного движения в программе для различных комбинаций интенсивности движения определенно оптимальное время горения зеленного сигнала светофора.

4. Разработка базы нечетких правил определения параметров управления движением транспортных потоков в узле транспортной сети

Построение базы нечетких правил определения оптимального времени горения зеленого сигнала светофора на перекрестке, характеризуемом максимальными интенсивностями движения на пересекающихся дорогах. Необходимые данные были получены при помощи транспортного детектора.

Базу правил классификации стратегий управления создаем для системы с двумя входами и одним выходом:

1. Необходимы данные в виде множества . Далее находим области определения элементов множества , которые разбиваем на областей (отрезков), причем значение N подбираем индивидуально, а отрезки могут иметь одинаковую или различную длину. Отдельные области можно обозначить следующим образом: …, S,,…,.

Строим функции принадлежности определенному классу элементов заданного множества обучающих данных. Предлагаем использовать функции треугольной формы по принципу: вершина графика расположена в центре области разбиения, ветви графика лежат в центрах соседних областей. Степень принадлежности данных определенным классом будет выражаться значение функций принадлежности .

Затем для каждой пары определяем правило соответствия классу стратегии управления. Окончательное для каждой пары обучения данных можно записать 1 правило, то есть

Поскольку в наличии имеется большое количество пар существует высокая вероятность того, что некоторые из правил окажутся противоречивыми. Это относится к правилам с одной и той же посылкой (условием), но с разными средствами (выводами).

Одним из методов решения этой проблемы заключается в приписывании каждому правилу так называемые степени истинности с последующим выбором противоречащих друг другу правил того, у кого эта степень окажется наибольшей. После чего база правил заполняется качественной информацией.

Например, согласно выше описанным правилам степени истинности имеют вид

4. Для определения количественных значений параметра оптимизации стратегии управлении необходимо выполнить операцию дефуззификации. Для расчета выходного значения управления воздействия можно и рекомендуется воспользоваться способом дефуззификации по методу центра тяжести.

1 Построение функции принадлежности

Для элементов множества обучающих систему данных обозначим следующую область определения

Разбив Х 1 Х 2 и G на 2n+1 отрезков и строим функции принадлежности вида

Рисунок 4.1 Общий вид графика функций принадлежности

Имеем в итоге:

Рисунок 4.2 Графики функций принадлежности интенсивности х 1 к классам разбиения множества Х 1.

Определяем функции принадлежности µ(x 1) на отрезках разбиения области Х 1 методом отнесения µ(x 1) к определенному классу.

Таблица 4.1. Функции принадлежности µ(x 1) на отрезках разбиения области Х 1 (n=4)

Рисунок 4.3 Графики функций принадлежности интенсивности х 2 к классам разбиения множества Х 2 .

Определяем функции принадлежности µ(x 2) на отрезках разбиения области Х 2 методом отнесения µ(x 2) к определенному классу по рисунку 4.3.

Таблица 4.2 Функции принадлежности µ(x 2) на отрезках разбиения области Х 2 (n=5)

Рисунок 4.4 Графики функций принадлежности интенсивности gк классам разбиения множества Q.

Определяем функции принадлежности µ(g) на отрезках разбиения области Gметодом отнесения µ(g) к определенному классу

Таблица 4.3 Функции принадлежности µ(g) на отрезках разбиения области G(n=6)

2 Построение правил соответствия конкретному классу параметра управления

Определяем правило соответствия классу стратегий управления и приписываем каждому правилу степень истинности.

Таблица 4.4 Значения функций принадлежности данных определенным классам

Получаем таблицу с присвоенными степенями истинности и степень истинности для каждой из пар x 1 , x 2 .

транспорт управление дорожный пассажирский

Таблица 4.5 Нечеткие правила, сгенерированные по обучающимся данным и степень истинности этих правил

3 База нечетких правил

Согласно определенным в таблице 4.7 правилам составляем базу нечетких правил, определяющую оптимальное значение зеленого сигнала светофора.

Таблица 4.6 База нечетких правил

Заключение

В данной работе были рассмотрены следующие вопросы: понятие адаптивного управления дорожным движением в узле транспортной сети, на сети, а так же сравнение временно-зависимой и транспортно-зависимой стратегии управления дорожным движением.

Основные концепции адаптивного управления, реализуемые в различных странах и преимущества такие как: обеспечение высокую работоспособность в условиях изменения свойств управляемого объекта, окружающей среды и целей, за счет разработки новых алгоритмов функционирования.

Организация движения городского пассажирского общественного транспорта при работе адаптивной системы управления дорожным движением, реализация данного условия происходит за счет установки радиометок на транспортные средства и считывающих устройств на светофорные объекты. Распознавание транспортного средства позволит «растягивать» время горения зеленого сигнала и обеспечить беспрепятственный проезд общественного транспорта. А так жеможно использовать принцип обмена данными непосредственно между контроллерами соседних перекрестков. Данные детекторов, подключенные к дорожному контроллеру, дополняются данными тех детекторов, которые установлены на соседних перекрестках. Этот позволяет директивно задавать состояние сигнальных групп, а также обеспечивает приоритет общественного транспорта

Так как адаптивное управление очень затратно был предложен альтернативный метод для определения оптимального времени горения зеленого сигнала светофора на пересечение. А именно метод разработки классического модуля нечеткого управления, исходными данными для которого служили множества данных об интенсивности двух пересекающихся дорог. В данной работе были рассмотрены первые три блока данного метода и были проведены расчеты.

Список литературы

1. П. Пржибыл, М. Свитек "Телематика на транспорте", 2004 г;

Коноплянко, В.И., Гуджоян О.П., Зырянов В.В., Березин А.С. Безопасность движения.

Кузин М.В. Имитационное моделирование транспортных потоков при координированном режиме управления Омск - 2011;

В.Г. Кочерга, Е.Е. Шаталова Технические средства современных автоматизированных систем управления дорожным движением. Ростов-на-Дону 2011;

Е.А. Петров статья «Адаптивная система управления дорожным движением в составе городской ИТС»;

Абрамова Л.С. Журнал Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета.