РАЗМЕЩЕНИЕ ДЕТЕКТОРОВ

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Контрольные вопросы

1. Для чего предназначены дорожные контроллеры?

2. Назовите основные типы контроллеров.

3. Какие основные устройства входят в состав контроллера?

4. Как работают программно-логическое и исполнительное устройства?

5. Каковы особенности программно-логического устройства контроллера, работающего по принципу поиска разрывов в транспортном потоке?

6. Назовите конструктивные элементы, из которых компонуется контроллер.

7. Каково назначение выносного пульта управления?

8. Каковы принципы коммутации ламп светофоров?

9. Как осуществляется автоматический контроль перегорания ламп?

10. Каковы особенности контроллеров первого поколения?

11. Дайте характеристику контроллеров АСС УД.

12. Каковы особенности устройства и работы контроллера с микропроцессором?

Глава 5

Детекторы транспорта

Детекторы транспорта предназначены для обнаружения транс­портных средств и определения параметров транспортных потоков. Эти данные необходимы для реализации алгоритмов гибкого ре­гулирования, расчета или автоматического выбора программы управления дорожным движением.

Любой детектор (рис. 5.1) включает в себя чувствительный элемент (ЧЭ), усилитель-преобразователь и выходное устрой­ство (ВУ).

Чувствительный элемент непосредственно воспринимает факт прохождения или присутствия транспортного средства в контро­лируемой детектором зоне в виде изменения какой-либо физи­ческой характеристики и вырабатывает первичный сигнал.

Усилитель-преобразователь усиливает, обрабатывает и преоб­разовывает первичные сигналы к виду, удобному для регистрации измеряемого параметра транспортного потока. Он может состоять из двух узлов: первичного и вторичного преобразователей. Пер­вичный преобразователь усиливает и преобразует первичный сиг­нал к виду, удобному для дальнейшей обработки. Вторичный преобразователь обрабатывает сигналы для определения измеряе­мых параметров потока, представления их в той или иной физи­ческой форме. В отдельных детекторах вторичный преобразова­тель может отсутствовать или совмещаться с первичным в едином функциональном узле.

Выходное устройство предназначено для хранения и передачи по специально выделенным каналам связи в УП или контроллер сформированной детектором транспорта информации.

Детекторы транспорта можно классифицировать по назначе­нию, принципу действия чувствительного элемента и специали­зации (измеряемому ими пара­метру).

По назначению детекторы делятся на проходные и присутствия.

Проходные детекторы выдают нормированные по длительности сигналы при появлении транспорт­ного средства в контролируемой детектором зоне. Параметры сигнала не зависят от времени на­хождения в этой зоне транспортного средства. Таким образом, этот тип детекторов фиксирует только факт появления автомо­биля, что необходимо для реализации алгоритма поиска разрыва в потоке. В силу этого проходные детекторы нашли наибольшее распространение.

Детекторы присутствия выдают сигналы в течение всего вре­мени нахождения транспортного средства в зоне, контролируемой детектором. Эти типы детекторов по сравнению с проходными применяются реже, так как они предназначены в основном для обнаружения предзаторовых и заторовых состояний потока, опре­деления длины очередей, транспортных задержек.

По принципу действия чувствительные элементы детекторов транспорта можно разделить на три группы: контактного типа, излучения, измерения параметров электромагнитных систем.

Чувствительные элементы контактного типа бывают электро­механические, пневмо- и пьезоэлектрические. Их объединяет то, что сигнал о появлении автомобиля возникает от непосредствен­ного его соприкасания с ЧЭ (в электромеханическом — с электри­ческим контактором, в пневматическом — с шлангом, в пьезоэлектрическом — с пьезоэлементом).

Электромеханический ЧЭ состоит из двух стальных полос, завулканизированных герметически резиной. Его устанавливают перпендикулярно к направлению движения транспортных средств на уровне дорожного покрытия. При наезде колес автомобиля на ЧЭ контакты замыкаются, и формируется электрический им­пульс.

Пневмоэлектрический ЧЭ представляет собой резиновую труб­ку, заключенную в стальной лоток. Лоток состоит из секций, эла­стично соединенных между собой, что позволяет устанавливать ЧЭ поперек проезжей части в соответствии с профилем дороги. Один конец резиновой трубки заглушён, а другой связан с пневмореле. При наезде автомобиля на трубку давление воздуха в ней повышается, действуя на мембрану пневмореле и замыкая его электрические контакты. Стальной лоток устанавливают в бетонномосновании таким образом, чтобы усилия от колес автомобиля воспринимались лотком и окружающим его бетоном. Это гаран­тирует определенный зазор между стенками трубки в момент сжа­тия, что позволяет в случае остановки автомобиля на трубке детек­тора не перекрывать ее полностью и таким образом регистрировать другие проходящие автомобили.

Пьезоэлектрический ЧЭ представляет собой полимерную пленку, обладающую способностью поляризовать на поверхности электри­ческий заряд при механической деформации. Для предохранения от механических повреждений пленку оборачивают резиновой лен­той, а ленту, в свою очередь, латунной сеткой, являющейся одно­временно электростатическим экраном. Чувствительный элемент¹ крепят на поверхности дорожного покрытия металлическими ско­бами.

Чувствительные элементы контактного типа сравнительно просты по конструкции и монтажу. Однако им присущ общий не­достаток — счет числа осей, а не числа автомобилей. Для устра­нения этого недостатка в схеме детектора необходимо применять специальный временной селектор. Кроме этого, их работоспособ­ность зависит от климатических условий (обледенение дорожного покрытия, снежные заносы и т. п.). Поэтому такие детекторы транспорта не получили широкого распространения.

К ЧЭ излучения можно отнести фотоэлектрические, радарные, ультразвуковые.

Фотоэлектрический ЧЭ включает в себя источник светового луча и приемник с фотоэлементом. При прерывании луча транс­портным средством изменяется освещенность фотоэлемента, что вызывает изменение его электрических параметров. Луч света должен быть направлен поперек проезжей части. Поэтому излу­чатель и фотоприемник располагают по разные стороны дороги напротив друг друга. Они могут размещаться и в одном корпусе. В этом случае луч света отражается от установленного на про­тивоположной стороне дороги зеркала. В качестве источников из­лучения могут применяться лампы накаливания, источники инфра­красного излучения и т. п. Недостатком фотоэлектрических ЧЭ является погрешность измерений, возникающая при многорядном интенсивном движении автомобилей. Кроме этого, подобные ЧЭ не обладают необходимой надежностью: на их работу оказывают большое влияние пыль, грязь, дождь, снег. Это обусловливает необходимость постоянного надзора за их работой. Вместе с тем благодаря сравнительно простой установке чувствительных эле­ментов фотоэлектрические детекторы нашли применение для научно-исследовательских целей при кратковременных обследованиях до­рожного движения.

Радарный ЧЭ представляет собой направленную антенну, уста­навливаемую сбоку от проезжей части или над ней. Излучение направляется вдоль дороги и, отражаясь от движущегося автомо­биля, принимается антенной. Радарный детектор не только фикси­рует факт проезда автомобилем контролируемой зоны, но и его скорость по разности частот колебаний излученной и отраженной радиоволн (эффект Доплера).

Ультразвуковой ЧЭ представляет собой приемоизлучатель им­пульсного направленного луча. Он выполнен в виде параболи­ческого рефлектора с помещенным внутри пьезоэлектрическим преобразователем, генерирующим ультразвуковые импульсы. Приемоизлучатель устанавливают над проезжей частью на высоте 7—1U м. В работе этого детектора используется принцип отраже­ния ультразвуковых импульсов от поверхности проходящего авто­мобиля. Автомобиль регистрируется при обнаружении разницы в интервалах времени от момента посылки до приема импульсов, отраженных от автомобиля или дорожного покрытия. Недостат­ками ультразвуковых ЧЭ являются его чувствительность к акусти­ческим и механическим помехам и необходимость жесткого фиксирования в пространстве для того, чтобы приемоизлучатель проти­востоял действию ветровой на­грузки.

К ЧЭ измерения параметров электромагнитных систем можно отнести магнитные и индуктив­ные ЧЭ.

Магнитный ЧЭ состоит из ка­тушки с магнитным сердечником. Катушку помещают в трубу для защиты от повреждений и за­кладывают под дорожное покры­тие на глубину 15—30 см. Авто­мобиль регистрируется благодаря искажению магнитного поля в момент его прохождения над ЧЭ. Недостатками этого детектора являются низкие помехоустойчивость и чувствительность. 1'ранс-портные средства, движущиеся с малыми скоростями (менее 10 км/ч), он не регистрирует.

Индуктивный ЧЭ представляет собой рамку, состоящую из одного-двух витков изолированного и защищенного от механи­ческих воздействий провода (рис. 5.2). Рамку закладывают под дорожное покрытие на глубину 5—8 см. При прохождении над рамкой автомобиля, обладающего металлической массой, ее индук­тивность изменяется и автомобиль регистрируется.

Специализация детектора зависит от параметра транспортного потока, для определения которого он предназначен (интенсивность, плотность, состав, скорость и т. д.). Принципы построения детек­торов основаны на методах прямого и косвенного определения этих параметров.

Прямыми методами определяют момент прохождения автомо­билем контролируемой зоны t_ПР и время присутствия автомобиля в этой зоне τ_ПР. Остальные параметры определяют косвенно через эти показатели.

Среднюю скорость автомобиля V_а, м/с, определяют по времени прохождения им базового расстояния 1 между сечениями дороги i и j:

где l_ij— расстояние между сечениями i и j, м; t_ПРi и t_ПРj — моменты прохождения автомобилем соответственно сечений дороги i и j, с.

Временной интервал между п-ми (п— 1)-м автомобилями Δt в одном и том же сечении дороги Δt= t_ПР(n) - t_ПР(n-1)

Число автомобилей между сечениями i и j в момент времени с.

n_ij (t) = n_i (t) — n_j (t) + n_ij (0),

где n_i (t), n_j (t) — число автомобилей, прошедших за время t соответственно через сечения i и j; n_ij (0)— начальное число автомобилей между этими сечениями.

Длина автомобиля

L_a = τ_ПРV_a - b_ДТ (5.1)

где b_ДТ — длина контролируемой детектором зоны, м.

Естественно, в случае остановки автомобиля в контролируемой детектором зоне формула (5.1) теряет смысл.

5.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕТЕКТОРОВ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Наибольшее распространение в нашей стране и во многих дру­гих странах получили индуктивные детекторы транспорта. Это объясняется простотой исполнения чувствительного элемента и расположением детектора в дорожном покрытии, что упрощает его эксплуатацию и повышает надежность. Кроме этого, опреде­ленное время выпускался серийно ультразвуковой детектор, пред­назначавшийся в основном для работы с контроллером СПРУТ-1М.

Таким образом, в рамках первого поколения технических средств было налажено производство детекторов: индуктивного ДТИ-М и ультразвукового ДТУ-2,в рамках технических средств второго поколения — индуктивных детекторов ДТ1 — ДТ6.

ДТИ-М определяет момент прохождения или время присут­ствия транспортного средства по четырем каналам. Действие де­тектора основано на появлении фазового сдвига между входными сигналами фазового преобразователя в момент прохождения авто­мобиля над индуктивной рамкой.

Блок управления (усилитель-преобразователь) ДТИ-М распо­лагается в навесном шкафу, который устанавливают на специаль­ной опоре или крепят к стене здания. В дне шкафа предусмотрен ввод кабеля, соединяющего детектор с рамкой. Для связи исполь­зуется тот же провод, что и для индуктивной рамки (сечение не менее 1,5 мм²), или любой коаксиальный кабель.

Технические данные ДТИ-М:

Работа ДТУ-2 основана на принципе ультразвуковой локации (рис. 5.3). Импульсы, ультразвуковые частоты, излучаемые пере­датчиком ПД, установленным на высоте h над проезжей частью, отражаются от дорожного покрытия либо от крыши автомобиля и поступают в приемник ПР детектора. В первом случае время прохождения импульса от ПД к ПР детектора

где V_ЗВ — скорость распространения звуковых колебаний в воздухе (V_ЗВ = 330м/с).

Во втором случае

где h_A — высота автомобиля, м.

Очевидно, что t₂<t₁.

Приемник детектора содержит электронный ключ, связанный с усилительно-преобразовательным каскадом (УПК). Эта связь существует, пока электронный ключ включен. Время включенного состояния t_вк выбрано таким об­разом, что t₁> t_вк> t₂ . Поэтому в УПК поступают лишь импульсы, отраженные от автомобиля.

Технические данные ДТУ-2:

Приемоизлучатель располагается над каждой полосой движе­ния, обозначенной сплошной линией разметки, и связан с электрон­ным блоком управления детектора коаксиальным кабелем. Блок управления расположен в навесном шкафу, который устанавли­вают на специальных опорах, мачтах уличного освещения или стенах зданий.

В настоящее время в нашей стране освоен серийный выпуск только индуктивных ДТ следующих модификаций:

ДТ1 — формирует сигналы прохождения или присутствия транс­портных средств с учетом или без учета направления движения при грубом измерении времени присутствия;

ДТ2 — формирует сигналы присутствия транспортного сред­ства без учета направления движения при точном измерении вре­мени присутствия;

ДТЗ — формирует сигналы присутствия транспортного сред­ства с учетом направления движения при точном измерении вре­мени присутствия;

ДТ4 — формирует сигналы, соответствующие времени про­хождения транспортным средством базового участка пути;

ДТ5 — формирует сигналы прохождения транспортных средств с разделением транспортных единиц на грузовые и легковые;

ДТ6 — формирует сигналы, соответствующие числу транспорт­ных средств, находящихся на контролируемом участке дороги.

Таким образом, ДТ1 предназначен в основном для установ­ления факта прохождения автомобилем контролируемой зоны (измерения интенсивности движения), ДТ2 и ДТ3 — для определения длины очереди, задержки, затора в движении, ДТ4 — для измерения скорости движения, ДТ5 — состава потока, ДТ6 —плотности потока.

ДТ1—ДТ6 отличаются друг от друга вторичным преобразова­телем, вид которого определяется измеряемой детектором харак­теристикой. Первичный преобразователь в этих детекторах унифи­цирован и в отличие от ДТИ-М фиксирует проходящий автомобиль не по фазовому сдвигу, а по изменению амплитуды коле­баний.

Из первичного и вторичных преобразователей формируются функциональные блоки, соответствующие определенному типу де­тектора.

Так как для реализации алгоритма поиска разрыва в потоке достаточным является использование детектора ДП, то блок обеспечивающий его работу, ДТП1 располагается непосредствен­но в контроллере (см. табл. 4.3). В остальных случаях, когда информация от детектора передается непосредственно в УП си­стемы (например, интенсивность движения, скорость, состав потока), его функциональные блоки устанавливают в специ­альных напольных контейнерах (рис. 5.4), состоящих из двух секций. В верхней секции нахо­дятся блок питания и функцио­нальный блок детектора, в ниж­ней — коммутационные элемен­ты, предохранители, сетевой фильтр. Расстояние от контей­нера (контроллера) до индук­тивной рамки не должно превы­шать 250 мм. Потребляемая де­тектором мощность не более 60 Вт.

Детектор ДТ1 может иметь индуктивную рамку, предназна­ченную для одной или несколь­ких полос движения (до четы­рех). Это зависит от принятой схемы организации движения на перекрестке. Остальные де­текторы с учетом характера со­бираемой ими информации в ка­честве чувствительного элемен­та имеют только однополосные рамки.

Индуктивным детектором, несмотря на ряд их преиму­ществ, присущи и некоторые не­достатки. В частности, располо­жение индуктивной рамки в дорожном покрытии предъявляет к нему достаточно высокие требования. Волнообразование и смещение верхнего слоя асфальто­бетона, образование трещин и выбоин ведут к деформации, а порой и к разрушению рамок, обрыву каналов связи. Периодический ремонт дорожных покрытий вызывает, как правило, необходимость демонтажа старых и укладки новых индуктивных рамок.

В нашей стране ведутся работы по повышению надежности, помехоустойчивости и чувствительности индуктивных детекторов. Одновременно с этим идут поиски детекторов с другими ЧЭ. Пер­спективным является использование магнитоэлектрических и теле­визионных детекторов транспорта. В первых чувствительным эле­ментом является феррозонд, ориентированный относительно магнитного поля Земли. Проходящий над ним автомобиль искажает в контролируемой детектором зоне магнитное поле, что и фикси­руется электронной схемой. Феррозонд более прост с точки зрения его установки по сравнению с индуктивной рамкой. Однако устрой­ство блока управления усложняется с целью повышения помехоустойчивости детектора. Чувствительным элементом телевизионных детекторов является передающая камера. Использование микро­процессоров позволяет с помощью специальной программы ана­лизировать полученное изображение: выделить движущиеся авто­мобили; определить интенсивность, скорость и другие необходи­мые параметры транспортного потока.

Эффективность адаптивного управления во многом опреде­ляется местом установки ЧЭ детектора транспорта. Оно опреде­ляется характером задач, решаемых в рамках локального и систем­ного управления. В первом случае ЧЭ детектора устанавливают на подходе к перекрестку, обеспечивая реализацию алгоритма МГР, во втором — детекторы необходимы для автоматического выбора необходимой программы координации по транспортной ситуации в районе, определения скорости движения, включения ЗУ, обна­ружения заторов.

Для реализации алгоритма МГР необходимо ЧЭ установить на таком расстоянии от перекрестка, чтобы автомобиль после об­наружения разрыва, пройдя контролируемую детектором зону, смог своевременно остановиться перед стоп-линией. Самым небла­гоприятным случаем является тот, когда в момент прохождений автомобилем контролируемой зоны включается желтый сигнал. Поэтому расстояние от ЧЭ детектора до стоп-линий S_ДТ , опреде­ляется по остановочному пути:

где t_рк — время реакции водителя на смену сигналов светофора, с (в расчетах может быть принято t_рк = l с); а_Т — замедление автомобиля при торможении на запрещающий сигнал, м/с².

По расстоянию S_ДТ определяют остальные параметры МГР, в частности t_ЭК и t_3min (см. подразд. 3.9). Подобный подход практически исключает проезд ав­томобилем перекрестка на желтый сигнал и повышает безопасность движения. При такой установке ЧЭ «про­рыв» автомобиля на желтый сигнал возможен лишь при длительном отсутствии раз­рыва в потоке, когда конт­роллер отрабатывает время t_3mах. Этот случай соответст­вует жесткому регулирова­нию, и длительность проме­жуточного такта, рассчитан­ная по формуле (3.9), обес­печивает необходимую без­опасность движения.

Для автоматического вы­бора программы координа­ции по транспортной ситуа­ции в районе необходимо определить характерные сечения на улично-дорожной сети с уста­новкой в этих местах детекторов транспорта. Информация от них должна дать объективную оценку изменения транспортной ситуации во всем районе управления. При этом рассматриваются два типа се­чений. К первому типу относятся сечения в тех местах, где парамет­ры потоков близки по значению параметрам в близлежащей окрест­ности. Сечения второго типа определяют в местах, где, наоборот, эти параметры резко изменяются: потоки ответвляются или сливаются.

Для выбора сечений первого типа определяют маршруты по­токов без существенных ответвлений с примерно одинаковыми условиями движения. Таким маршрутам на рис. 5.5 соответствуют а—b; с—d; k—b. На них устанавливают детекторы 1—5. Кроме интенсивности, на этих маршрутах определяется скорость. К ме­стам, где устанавливаются детекторы скорости, предъявляются особые требования: ЧЭ должны располагаться на второй полосе движения на среднем участке длины перегона; расстояние от ЧЭ до перекрестка должно быть таковым, чтобы исключались изме­нения скорости за счет торможения или разгона автомобилей. Скорость определяется по времени проезда автомобилем расстоя­ния между двумя последовательно установленными ЧЭ. Обычно это расстояние принимают равным 5 м.

На сечении второго типа устанавливают детекторы для изме­рения только интенсивности движения. Так как в этом случае имеются ответвления потоков, ЧЭ устанавливают на каждом на­правлении движения (детекторы 6 и 7 на рис. 5.5).

Если не нарушаются названные требования, детекторы интен­сивности обоих типов могут совмещаться с детекторами, предна­значенными для реализации алгоритма МГР.

При автоматическом включении участка ЗУ длина участка и место установки детектора, фиксирующего специальный автомо­биль, определяют из следующих соображений.

В момент появления спецавтомобиля в контролируемой детек­тором зоне на перекрестках участка в направлениях, конфлик­тующих с маршрутом его движения, включается минимальный зеленый сигнал на время t_3min (обычно 10—12 с), что обеспечи­вает предварительную разгрузку этого направления. Учитывая, что до t_3min и после него должны быть промежуточные такты (красный с желтым и желтый сигналы), расстояние от ЧЭ детек­тора до первого перекрестка участка должно быть, м,

где V_са — скорость спецавтомобиля, км/ч.

По мере движения спецавтомобиля через перекрестки участ­ка «зеленой улицы» длительность красного сигнала в конфликтую­щем направлении возрастает. Для снижения задержки в этом направлении и исключения случаев проезда на красный сигнал длительность ограничивается до t_{k mах} (последний перекресток участка). Таким образом, интервал времени, разделяющий момент фиксации спецавтомобиля и момент выключения ЗУ на участке, должен соответствовать , а длина участка «зелёной улицы», м, . Для обнаружения заторов расстояние от ЧЭ детектора до стоп-линий L_ЗАТ определяется требованием зафиксировать конец очереди автомобилей, длина которой такова, что она не разгружается за один цикл регулирования. Исходя из этого

где l_а — средняя длина автомобиля в направлении затора, м; t₀ — длительность зеленого сигнала в рассматриваемом направлении, с.

Во всех случаях, когда информацию собирают с одной из по­лос движения, или для определения параметра потока необходима последовательная установка двух ЧЭ (например, для определения скорости или плотности потока); для обозначения границ полос движения применяют сплошную линию разметки.

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 902; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!