МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПРОГРАММ КООРДИНАЦИИ

Графоаналитический метод. Благодаря своей простоте этот метод получил широкое распространение. Однако он связан с большой трудоемкостью расчетно-графических операций и поэто­му эффективен при сравнительно небольшом числе светофорных объектов.

Сущность метода заключается в построении графика путь— время, который выполняют в системе прямоугольных координат желательно на миллиметровой бумаге. В масштабе, который вы­бирают произвольно и который зависит от длины магистрали и числа светофорных объектов, по горизонтальной оси откладывают значения времени в секундах, по вертикальной оси — значения пути в метрах.

Исходными данными для расчета являются: выполненный в масштабе план магистрали с обозначением расстояний между пере­крестками; схема существующей организации движения, на кото­рой показаны светофоры, дорожные знаки и разметка, организация движения на перекрестках; картограммы интенсивности движения транспортных средств и пешеходов на каждом перекрестке в ха­рактерные часы суток; данные о расчетных скоростях движения для магистрали в целом или для отдельных ее участков.

На основе исходных данных для рассматриваемого периода суток рассчитывают режимы регулирования для всех светофорных объектов как для изолированных перекрестков (в том числе и для вновь создаваемых на длинных перегонах) в соответствии с мето­дикой, изложенной в гл. 3. Перекресток, для которого получена максимальная длительность цикла, является наиболее загружен­ным и носит название ключевого. Учитывая, что при координи­рованном управлении длительность цикла на всех перекрестках должна быть одинаковой, в качестве расчетного принимают цикл ключевого перекрестка. Таким образом, оптимальным цикл регу­лирования будет только на ключевом перекрестке, на остальных перекрестках он будет избыточным.

При средней и высокой интенсивности движения на магистрали (свыше 500 ед/ч на полосу) расчетный цикл может быть избыточ­ным и для ключевого перекрестка, так как усиливается процесс группообразования в потоке: для пропуска компактной группы автомобилей через перекресток требуется меньшая длительность зеленого сигнала, чем при их случайном прибытии. В этих случаях расчетный цикл может быть уменьшен на 15—20% с обязательной проверкой длительности основных тактов по условиям движения пешеходов и трамвая (особенно для ключевого перекрестка).

Следует отметить, что при многопрограммном координирован­ном управлении в разное время суток ключевыми могут быть раз­личные перекрестки. При этом и расчетная длительность цикла для разных программ, как и расчетная скорость, могут быть различ­ными.

После определения единого расчетного цикла для магистрали по формуле (3.15) определяют соответствующие ему длительности основных тактов для каждого перекрестка (включая и ключевой перекресток, если его цикл был уменьшен в силу указанных ранее соображений).

График координации строят в следующем порядке. Слева от вертикальной оси графика путь—время с соблюдением его верти­кального масштаба наносят выпрямленный схематический план магистрали с указанием расстояний между перекрестками А — Е и режимов регулирования на них, соответствующих расчетному циклу (рис. 6.2). Вправо через границы перекрестков проводят линии, параллельные горизонтальной оси. На горизонтальной оси, соответствующей ключевому перекрестку А, наносят слева направо с соблюдением горизонтального масштаба повторяющуюся после­довательность сигналов вдоль магистрали.

От начала зеленых сигналов и точек, отстоящих вправо на t_Л = (0,4 ÷ 0,5)·Т_Ц, проводят наклонные к горизонтали линии. Тангенс угла наклона этих линий соответствует расчетной скорости

(6.2)

где V_р — расчетная скорость движения, км/ч; М_Г — горизонтальный масштаб (число секунд в 1 см); М_в — вертикальный масштаб (число метров в 1 см).

Показатель t_Л определяет ширину так называемой ленты вре­мени. Если график движения автомобиля находится внутри этой ленты, то ему гарантируется безостановочное движение.

Лента времени для встречного направления берется той же ширины, но имеет обратный наклон, определяемый по форму­ле (6.2), соответственно расчетной скорости этого направления. Из плотной бумаги вырезают полоску шириной, равной ширине этой ленты, и, расположив ее под расчетным углом, передвигают по горизонтали в границах зеленого сигнала на ключевом перекрестке. При этом добиваются по возможности такого положения, чтобы на линиях остальных перекрестков расстояние t₃ (см. рис. 6.2), отсе­каемое двумя лентами времени (лентой и полоской), было не больше длительности зеленого сигнала для каждого перекрестка.

После этого на все горизонтальные полосы, соответствующие остальным перекресткам, наносят повторяющиеся последователь­ности сигналов таким образом, чтобы зеленые сигналы охватывали участки t₃, занятые обеими лентами времени. Если при этом имеется избыток зеленого сигнала, то он должен быть расположен по возможности слева от участка t₃. Взаимное расположение на го­ризонтали точек, соответствующих началу зеленых сигналов, опре­деляет их сдвиги относительно друг друга и принятой нулевой отметки времени.

Если участок t₃ оказался больше зелёного сигнала на каком-либо перекрёстке, т. е. одна из лент времени попадает частично на запрещающий сигнал, необходима коррекция графика. Она осуществляется следующими путями: уменьшением ширины ленты времени; изменением расчётной скорости ( угла наклона ленты времени); увеличением длительности зелёного сигнала по магистрали на некоторых перекрёстках. Перечисленные способы коррекции должны быть ограничены разумными пределами, так как могут привести к обратному результату — снижению эффективности управления. Ширину ленты времени не рекомендуется делать ме­нее 0,3·Т_Ц, ибо с ее сужением уменьшается вероятность безоста­новочного проезда по магистрали транспортных средств. Допусти­мыми границами изменения расчетной скорости являются ±10%. В противном случае расчетная скорость будет существенно отли­чаться от реальной, что приведет к увеличению числа задержан­ных автомобилей. Длительность зеленого сигнала по магистрали увеличивают за счет пересекающей улицы, вследствие чего на этой улице на подходах к магистрали могут возрасти транспортные задержки.

После коррекции графика на него наносят все ленты времени для потоков прямого и встречного направлений. В результате он приобретает законченный вид (рис. 6.3).

При организации координированного управления следует учитывать транспортные средства, поворачивающие с примыкающих улиц на магистраль. Часть из них подъезжает к перекрестку при красном сигнале на магистрали и поэтому останавливается. Кроме этого, медленно движущиеся автомобили группы, следующей по магистрали, также могут быть остановлены, прибывая к перекрёстку с опозданием на красный сигнал светофора. Такие автомобили носят название внегрупповых.

Очередь внегрупповых автомобилей является препятствием для безостановочного движения последующей группы, подходящей к перекрестку к моменту начала зеленого сигнала. Поэтому зелёный сигнал по магистрали должен включаться с некоторым опережением. Длительность опережения определяют по среднему числу внегрупповых автомобилей, стоящих на одной из полос перед перекрестком в ожидании разрешающего сигнала, из расчета 2 с на один внегрупповой автомобиль. Очереди внегрупповых автомобилей определяют для каждого перекрестка методом натурных наблюде­ний после внедрения системы координированного управления. Таким образом, в процессе эксплуатации этой системы программа координации требует своей дальнейшей доработки. Опережение включения зеленого сигнала обеспечивается за счет разницы между его расчетным значением и длительностью t₃. Если эти значения равны или t₃ превышает расчетную длительность зеленого сигнала по магистрали, то опережение может быть получено только за счет уменьшения зеленого сигнала во второстепенном направлении. Учитывая, что интенсивность в этом направлении, как правило, значительно меньше, чем на магистрали, суммарная задержка в районе координации существенно не возрастает.

Известные трудности возникают при организации левых пово­ротов с магистрали при координированном управлении. Пропуск достаточно плотных групп автомобилей через перекрестки прак­тически исключает использование метода «просачивания» лево-поворотных потоков через потоки встречного направления. Поэтому целесообразней левые повороты выносить в отдельную фазу при условии, что перед перекрестком имеется для этих целей специаль­ное уширение (например, за счет центральной разделительной полосы). Если потоки встречных направлений подходят к пере­крестку в разное время (перекрестки А, Б, Г и Д на рис. 6.3), то такое уширение не требуется. Пока не подошел встречный поток, левый поворот пропускается беспрепятственно с потоком, движущимся в прямом направлении. Для встречного потока в это время включен запрещающий сигнал. Пример такой организации движения показан на рис. 6.4.

Эффективность координированного управления определяется обычно после внедрения системы. Показателем является степень снижения времени проезда автомобиля от начального до конечного пункта магистрали, на которой внедрена система координации. По данным многочисленных наблюдений время движения обычно снижается на 15—20%.

Показателями эффективности могут быть также относительная ширина ленты времени (напомним, что ее минимальная ширина не должна быть меньше 0,3Т_Ц) и коэффициент безостановочной проходимости

где N — интенсивность движения через перекресток в данном направлении магистрали, ед/ч; Z – число остановившихся транспортных средств на этом перекрестке в этом же направлении, ед/ч.

Коэффициент определяют методом натурных наблюдений на каждом перекрестке для попутного и встречного направлений. Может быть определено среднее значение коэффициента β для всей магистрали в целом. Координированное управление считается эффективным, если β ≥ 0,8. Это означает, что 80% транспортных средств проходит перекресток безостановочно.

Графоаналитический метод может быть использован и для рас­чета программ координированного управления на сети улиц. В этом случае длительность цикла должна быть единой для всей сети и равняться наибольшей из полученных расчетом для всех пере­крестков. График координации строят сначала для одной из маги­стралей, затем для другой, ее пересекающей. Причем в качестве ключевого выбирают перекресток, где эти магистрали пересекаются. Сдвиги фаз отсчитывают от единой для всей системы нулевой отметки времени, на общем перекрестке начало зеленого сигнала по второй магистрали сдвинуто относительно начала зеленого сиг­нала по первой магистрали на полную длительность первой фазы.

В случае замкнутой сети, когда улицы, входящие в систему координации, ограничивают со всех сторон какую-либо часть город­ской территории, использование графоаналитического метода свя­зано с определенными трудностями и алоэффективно. Подобные задачи возникают, как правило, при подготовке программ коор­динации, реализуемых в рамках АСУД, и решаются на ЭВМ.

Методы расчета программ координации на ЭВМ. Описанные графоаналитические методы получили в свое время самое широкое распространение благодаря их сравнительной простоте и нагляд­ности. Однако в настоящее время при повсеместном внедрении АСУД, предусматривающих использование большого числа про­грамм координации, эти методы стали малоэффективными в силу их высокой трудоемкости. Кроме этого, основой графоаналитиче­ского метода является максимизация ширины ленты времени. При этом игнорируются разброс скоростей в транспортном потоке, трансформация группы автомобилей по мере ее движения по пере­гону, не оптимизируется процесс управления по такому ведущему критерию эффективности, как транспортная задержка.

Начиная с 60-х годов получают распространение методы расче­та программ координации на ЭВМ. Подобные расчеты выполняют целенаправленно с поиском каких-либо оптимальных условий. При этом были разработаны методы расчета, позволяющие строить программы координации не только для отдельных магистралей, но и для сетей пересекающихся улиц. Применение ЭВМ позволило проводить процедуру расчёта более качественно с учётом сравнительно большого числа факторов, формирующих транспортный поток.

Сущность расчёта заключается в направленном переборе вариантов, в результате чего находят управляющие параметры (сдвиг включения зелёных сигналов, цикл регулирования) принятого в расчёте критерия эффективности. В качестве последнего, как правило, выбирают транспортную задержку. В некоторых случаях в качестве критериев оптимизации применяют также число остановок транспортных средств, расход топлива, экологические показатели, потери вре­мени пассажирами средств общественного транспорта. В основу методов расчета положены математические модели, приближенно отражающие процесс движения групп автомобилей при координи­рованном управлении.

Подобные методы расчета были разработаны как в СССР (НИИСТ МВД СССР, Омское НПО «Автоматика», Мосгортрансниипроект), так и за рубежом. Из зарубежных методов широкую известность получили: комбинационный метод (Великобритания), СИГОП (США), ДАСАМ (Швеция), ТРАНЗИТ (Великобри­тания) .

Сущность комбинационного метода заключается в нахождении сдвигов фаз регулирования, минимизирующих общую задержку в транспортной сети. Предполагаются известными длительность цикла, фазы регулирования на всех перекрестках, потоки на­сыщения. Вид транспортного потока, прибывающего к каждому перекрестку, предполагается независимым от соседних перекрест­ков. Таким образом, задержка транспортных средств зависит только от режимов работы светофоров. Основным достоинством метода является простота процесса оптимизации. Однако допу­щения о непрерывности потока с постоянной во времени интен­сивностью, равной потоку насыщения на генерирующем пере­крестке, ограничивает применение этого метода областью высоко­интенсивного движения.

Методы СИГОП и ДАСАМ позволяют находить оптималь­ные сдвиги, длительности циклов и основных тактов также по критерию задержки. Первый метод предусматривает использова­ние более простои математической модели, требует меньше машин­ного времени при расчете программ координации, однако задержка при этом получается больше на 5—7% по сравнению со вторым методом.

Наибольшее распространение (в том числе и в СССР) получил метод ТРАНЗИТ, который базируется на детерминированной мо­дели транспортного потока. Метод позволяет прогнозировать па­раметры группы автомобилей в процессе ее движения по магистрали при заданных режимах светофорного регулирования на перекрест­ках. Оптимизация сдвигов фаз и режимов регулирования ведется по интегральному критерию качества управления

где t_Δi — средняя задержка автомобиля на i-м направлении дороги, измеряемая в долях цикла; r_i — среднее число остановок автомобилей на i-м направлении в течение цикла; k— весовой коэффициент (относительная стоимость остановки); n — число направлений движения.

Оптимизацию программы координации начинают с задания исходного режима регулирования, при котором на всех перекрестках выбирают одинаковую длительность цикла. Затем путем по­следовательного изменения сдвигов фаз находят минимальный интегральный критерий качества управления. После оптимизации по сдвигам возможно изменение распределения фаз внутри цикла для каждого перекрестка, способствующее также минимизации критерия М. Оптимальный цикл находят путем нескольких по­следовательных расчетов по данной программе при различных значениях цикла.

Существуют модернизированные версии метода ТРАНЗИТ, которые предусматривают оптимизацию параметров управления по потерям времени пассажирами, расходу топлива, экологическим показателям. В частности, ТРАНЗИТ-6 предназначен для миними­зации затраченного в поездке времени пассажиров. 1ем самым рассчитывается программа координации, которая обеспечивает приоритет средствам общественного транспорта, например авто­бусу, движущемуся как в потоке, так и по обособленным полосам. При этом сокращается время движения автобусов до 10%. В этом случае транспортный поток делится как минимум на два подпотока, представленные двумя связями (одна из них — для автобусов). Транспортные задержки в каждом подпотоке рассчитывают раз­дельно, причем принято, что обгоны запрещены с момента, когда автомобили присоединяются к очереди, ожидающей разрешаю­щего сигнала светофора. Общественные и обычные транспортные средства разделены на две связи с соответствующими весовыми коэффициентами. Последние учитывают относительную занятость приведенного автомобиля. Например, если автобус представляет собой 2,5 приведенного автомобиля и перевозит в среднем 35 пас­сажиров (14 пассажиров на приведенный автомобиль), а легковой автомобиль имеет наполнение в среднем 1,4 пассажира, то задержки на автобусной связи «весят» в 10 раз больше.

К недостаткам метода ТРАНЗИТ следует отнести длительный процесс оптимизации (большую потребность в машинном времени) даже при использовании высокопроизводительных ЭВМ.

Методы расчета на ЭВМ программ координации, разработан­ные в СССР, как правило, также обеспечивают направленный поиск оптимальных сдвигов, соответствующих минимальной транс­портной задержке. Например, расчет по методу, предложенному НИИСТ МВД СССР и МАДИ, предусматривает ряд операций, результатом которых является оптимальный сдвиг цикла для сосед­них перекрестков.

Исходными данными для расчета являются: число перекрест­ков и расстояния между ними; интенсивность транспортных по­токов, прибывающих к каждому перекрестку; потоки насыщения для прямого и пересекающего направлений; расчетная скорость для каждого перегона; ширина проезжих частей, пересекаемых пешеходами на каждом перекрестке.

На основе исходных данных рассчитывают для каждого пере­крестка циклы регулирования с проверкой основных тактов на пропуск пешеходов. Находят максимальный цикл, который принимают в качестве расчетного для всей магистрали. Для прямого и обратного направлений определяют временную длину группы автомобилей /_г, выходящей с предыдущего перекрестка на перегон магистрали:

Где М_Н — поток насыщения, ед/ч; Т_Ц — расчетный цикл регулирования, с.

По формуле (6.1) определяют временную длину группы при ее подходе к следующему перекрестку. При этом время движе­ния по перегону t_д определяют исходя из его длины и расчетной скорости движения. По времени t_д находят и момент прибытия лидирующего автомобиля группы к следующему перекрестку.

Суммарная задержка на перекрестке в данном направлении движения в течение цикла определяется суммированием произве­дений текущей очереди на шаг расчета задержки, который для получения необходимой точности результатов принимается рав­ным 1 с. Число автомобилей в очереди зависит от момента, когда происходит их подсчет, т. е. от момента прибытия лидирующего автомобиля группы и времени действия запрещающего сигнала.

Поиск оптимального сдвига осуществляется путём минимизации суммарной задержки для двух соседних перекрёстков. Это делается путём наращивания сдвига с шагом, равным 1 с, в пределах от 0 до Т_Ц. минимальное значение суммарной задержки для двух соседних перекрёстков соответствует оптимальному сдвигу. Аналогичные расчёты ведут для каждого перегона, расположенного между двумя соседними перекрёстками. Однако метод отличается сравнительной простотой и наглядностью и позволяет вести расчет на микроЭВМ.

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 1419; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!