Алгоритм управления транспортными потоками

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И ПРОСВЕЩЕНИЯ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО В СФЕРЕ ОБРАЗОВАНИЯ

ГОУ ВПО  «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ  МАТЕМАТИКИ, ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ

КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ БЕЗОПАСНОСТИ 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ

на  тему:

«Алгоритм управления транспортными  потоками» 
 
 

                                                               Выполнил:

                                                               студент IV курса

                                                               гр. 389

                                                               Е.И. Буторина 

                                                               Проверил:

                                                               И.М.Фролов 
 
 

     Тюмень, 2012 

Содержание

1. Введение 3

2. Классификация методов автоматизированного управления транспортными потоками 4

2.1. Локальные жесткие алгоритмы управления 6

2.1.1. Локальное жесткое управление длительностью цикла и длительностями фаз 6

2.1.2. Жесткое управление структурой промежуточных тактов 9

3. Сервисов для предотвращения образования автомобильных “пробок” 12

3.1. Описание сервисов 12

3.1.1. Сервисы моделирования и управления движением транспорта в транспортной сети 12

3.1.2. Сервис информационной поддержки участников дорожного движения. 13

3.2. Математическая модель управления транспортной сетью 14

4. Заключение 19

5. Список литературы 21 

 

1. Введение

     Резкий  рост автомобилизации, наблюдающийся  в последнее десятилетие во всех городах России и в частности  в  Санкт-Петербурге, ведет к обострению всего комплекса транспортных проблем: снижению скоростей движения транспорта, заторам,  росту аварийности, ухудшению  экологических показателей, характеризующих  качество городской среды.

     Радикального  улучшения условий движения транспорта в городе на длительную перспективу  можно достичь при осуществлении  мер градостроительного характера: строительстве мостов, тоннелей, пробивке новых магистралей. Осуществление  таких проектов требует значительных финансовых вложений и затрат времени.  Анализ показывает, что значительно  смягчить ситуацию позволит комплекс мероприятий, связанных  в основном с  совершенствованием управления транспортными  потоками в городе. Эти мероприятия  могут быть реализованы в кратчайшее время  с минимальными затратами  и по предварительной оценке позволят сократить задержки транспорта на 15-40%, сократить объем эмиссии выхлопных  газов на 10-28%, повысить безопасность движения и снизить вероятность  возникновения заторов.

     Развитие  систем автоматизированного управления дорожным движением (АСУ ДД), наряду с разработкой комплексной схемы  организации движения транспорта в  пределах большого Санкт-Петербурга и  оптимизацией системы парковки автотранспортных средств, относится к комплексу  первоочередных работ по этому направлению.

 

      

2. Классификация методов автоматизированного  управления транспортными  потоками

 

     АСУ ДД представляет собой комплекс технических  средств, реализующий определенные технологические алгоритмы управления транспортными потоками.

     В настоящей работе рассматриваются  методы автоматизированного управления транспортными потоками посредством  светофорной сигнализации (светофорного регулирования) на городских улично-дорожных сетях (УДС). В задачу не входит вопрос рассмотрения нашедших широкое применение в мировой практике систем и методов  автоматизированного управления скоростными  городскими  и загородными магистралями (в настоящее время скоростные магистрали в Санкт-Петербурге отсутствуют), реверсивными полосами, сигнализацией  на железнодорожных переездах, а  также навигационных систем типа route guidance, предполагающих массовое оснащение транспортных средств специальным оборудованием. Таким образом, в рамках настоящего отчета будут рассмотрены только АСУ ДД, относящиеся к классу городских систем управления транспортными потоками. В англоязычной литературе для таких систем обычно используется термин UTCS – urban traffic control system.

       Методы автоматизированного управления   светофорной сигнализацией допускают  классификацию по пространственному  и временному критериям (рис. 4.1.1).

     По  пространственному  критерию все алгоритмы светофорного регулирования делятся на локальные и сетевые.

     Алгоритм  светофорного регулирования является локальным, если для определения  параметров регулирования на перекрестке  используется только информация  о  транспортных потоках на подходах к  этому перекрестку и в зоне перекрестка.  При этом локальный  алгоритм может использовать  информацию, полученную как непосредственно  на стоп-линиях, так и   на отдаленных подходах к перекрестку (200 – 400 м от стоп-линии). Локальные алгоритмы определяют цикл регулирования, последовательность фаз регулирования, их длительности или моменты переключения фаз, параметры промежуточных тактов. Для определения перечисленных параметров используется информация о геометрических характеристиках перекрестка, интенсивности и составе транспортных потоков на подходах к нему и/или на геометрических направлениях проезда через перекресток, наличии и/или отсутствии транспорта и пешеходов в различных зонах перекрестка (на стоп-линиях, в конфликтных точках).

     Особенностью  сетевых алгоритмов является использование  для определения параметров регулирования  информации о транспортной ситуации на нескольких перекрестках, обычно связанных  в единую сеть, характеризующуюся  значительной интенсивностью движения транспорта между соседними перекрестками  и   небольшими (до 600-700 м)  расстояниями  между ними. Как правило, на сетевом  уровне  определяются циклы регулирования  для группы перекрестков и сдвиги. Для определения этих параметров, помимо данных, необходимых для локального управления, используется информация о топологии сети, взаимосвязях  транспортных потоков на  соседних стоп-линиях и/или на геометрических направлениях проезда через перекрестки, временах проезда между соседними стоп-линиями. В состав исходной информации, используемой  для сетевого управления, может входить матрица корреспонденций и данные о маршрутах их реализации.

     По  временному  критерию все алгоритмы светофорного регулирования делятся на методы, реализующие управление дорожным движением по прогнозу  и методы, действующие в реальном времени (адаптивные алгоритмы). При   этом к адаптивным методам традиционно относятся и алгоритмы, использующие краткосрочный прогноз транспортной ситуации на ближайшие 3 – 15 мин. Управление по прогнозу (или жесткое управление) 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 методом ее прогноза, основанного на выполненных ранее (за сутки, неделю или более длительный период) наблюдениях. Промежуточное положение между адаптивными и неадаптивными алгоритмами занимают методы, основанные на ситуационном управлении. Методы 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, в зависимости от сочетания  перечисленных критериев, каждый метод  автоматизированного управления транспортными  потоками в АСУ ДД можно отнести  к одному из следующих классов:

     - локальные жесткие алгоритмы  управления,

     - сетевые жесткие алгоритмы управления,

     - локальные адаптивные  алгоритмы  управления,

     - сетевые адаптивные  алгоритмы  управления.

1. Локальные жесткие алгоритмы управления

1. Локальное жесткое управление длительностью цикла  и длительностями фаз

     В настоящее время в Санкт-Петербурге наиболее распространенным является метод  локального жесткого однопрограммного управления светофорной сигнализацией. Этот метод используется на всех светофорных постах, не входящих в системы ТСКУ, АСУ ДД «Сигнал» или «Siemens», то есть более, чем на  500-х регулируемых перекрестках.

     Данный  метод основан на предварительном  расчете длительности цикла регулирования  и фаз регулирования. Существуют три подхода к расчету  этих параметров:

     расчет  по эвристическим формулам,

     метод, основанный на минимизации суммарной  задержки транспортных средств при проезде перекрестка,

     метод, основанный на выравнивании загрузки на всех транспортных регулируемых направлениях  на перекрестке.

     В качестве исходных данных для расчета  используется информация о интенсивности и составе транспортного потока по направлениям проезда через перекресток, информация о количестве полос движения на подходах к перекрестку и их специализации, а также данные о схеме пофазного регулирования и структуре промежуточных тактов. При расчете также должны учитываться технологические ограничения, связанные с минимальной и максимальной длительностью фаз. Учет ограничений на минимальные длительности фаз позволяет обеспечить длительность горения разрешающего сигнала, достаточную для перехода пешеходами проезжей части, проезда зоны перекрестка трамваями. Учет ограничений на максимальные длительности фаз позволяет избежать продолжительного горения запрещающего сигнала, ведущего к нарушению правил дорожного движения и снижению безопасности движения. При локальном жестком однопрограммном регулировании исходные данные, как правило,  соответствуют периоду максимальной загрузки перекрестка.

     Во  всех методах  расчета параметров регулирования для локального жесткого  управления считаются заданными:

     I – количество направлений движения транспорта через перекресток,

     K – количество фаз регулирования,

     q_i -  интенсивность транспортного потока на направлении i, физических единиц в час,