Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.ru

ЮжноРоссийский государственный университет экономики и сервиса ФГБОУ ВПО ЮРГУЭС УТ

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2015-07-10


МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса»

(ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»)

          УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой ОБД

___________(Б.Ю.Калмыков)

            (подпись)

«      » ____________2012 г.

На правах рукописи

Технические средства организации

дорожного движения

Учебное пособие

Электронный образовательный ресурс

Для студентов всех форм обучения специальности 190702 «Организация и безопасность движения»

Автор        ст. преп. Юршин Ю.Г.

Рассмотрен и рекомендован для использования в учебном процессе на 2012/2013 – 2015/2016 уч. г. на заседании кафедры ОБД.

Протокол № 1 от  30 08 2012 г.

ШАХТЫ 2012


СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

АСКУ — автоматизированная система координированного управления

АССУД     — агрегатная система средств управления дорожным движением

АСУД — автоматизированная система управления дорожным движением

БВСП — блок выбора и синхронизации программ

БДКУ — блок диспетчерского контроля и управления

БКТ           — бесконтактный контроллер телемеханический

БМГР — блок местного гибкого регулирования

БМЗУ — блок маршрутных зеленых улиц

БНПП — блок накопителя постоянной памяти

БОИП — блок обмена информацией периферийный

БОИЦ — блок обмена информацией центральный

БПКУ — блок программного координированного управления

БПСС — блок переключения светофорных сигналов

БПУ           — блок питания унифицированный

БСТ           — блок связи с телемеханикой

БУ           — блок управления

БУЗ           — блок управления знаком

БУСО — блок управления светофорным объектом

ВКУ           — видеоконтрольное устройство

ВПУ           — выносной пульт управления

ВУ           — выходное устройство

ДК           — дорожный контроллер

ДКЛ           — дорожный контроллер локальный

ДКМ           — дорожный контроллер модифицируемый

ДКМП — дорожный контроллер с микропроцессором

ДТ           — детектор транспорта

ДТП 1         — блок детектора транспорта

ДУ           — диспетчерское управление

ЖМ           — желтое мигание

ЗВ           — зеленая волна

ЗИП           — запасные части, инструменты и принадлежности

ЗУ           — зеленая улица

ИП           — инженерная панель

ИР           — индуктивная рамка

КДА           — контрольно-диагностическая аппаратура

КДУ           — комплекс средств диспетчерского управления

КЗЦ           — контроллер зонального центра

КЗЦ 1 — контроллер районного центра

КИП           — контрольно-испытательный пункт

КР           — координатор

КУ           — координированное управление

МГР          — местное гибкое регулирование

МнСх        — мнемосхема

МП          — микропроцессор

ОЗУ          — оперативное запоминающее устройство

ОС          — отключение светофоров

ПВУ          — пешеходное вызывное устройство

ПЗУ          — постоянное запоминающее устройство

ПКА          — передвижной комплект аппаратуры приоритетного пропуска

ПКУ          — пульт контроля и управления

ППЗУ        — полупостоянное запоминающее устройство

ПУ         — пульт управления

РКУ         — резервная программа координированного управления

РП         — резервная программа

РПУ         — резервное программное устройство

РУ             — ручное управление

СКА         — стационарный комплект аппаратуры приоритетного пропуска

СМЭ         — специализированное монтажно-эксплуатационное подразделение

СО         — светофорный объект

СПРУГ     — счетно-программное решающее устройство транспорта

СУ         — синхронизирующее устройство

ТВП         — табло вызова пешеходом

ТО         — техническое обслуживание

ТСКУ       — телемеханическая система координированного управления

УВВ         — устройство ввода-вывода данных

УВК         — управляющий вычислительный комплекс

УВО         — устройство выборочного опроса периферийное

УВУ         — универсальное вызывное устройство

УЗН         — управляемый дорожный знак

УК         — упрощенный контроллер

УОИП       — устройство обмена информацией периферийное

УП         — управляющий пункт

УС         — устройство связи

УСК         — указатель скорости

УТ         — устройство телемеханики

ЦП         — центральный процессор

ЧЭ         — чувствительный элемент

ШКТУП   — шкаф управляющего пункта

Введение

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.

Переменный режим движения, частые остановки и скопления автомобилей на перекрестках являются причинами повышенного загрязнения воздушного бассейна города продуктами неполного сгорания топлива. Городское население постоянно подвержено воздействию транспортного шума и отработавших газов.

Рост интенсивности транспортных и пешеходных потоков непосредственно сказывается также на безопасности дорожного движения. Свыше 60% всех дорожно-транспортных происшествий (ДТП) приходится на города и другие населенные пункты. При этом на перекрестках, занимающих незначительную часть территории города, концентрируется более 30% всех ДТП.

Обеспечение быстрого и безопасного движения в современных городах требует применения комплекса мероприятий архитектурно-планировочного и организационного характера.

К числу архитектурно-планировочных мероприятий относятся строительство новых и реконструкция существующих улиц, проездов и магистралей, строительство транспортных пересечений в разных уровнях, пешеходных тоннелей, объездных дорог вокруг городов для отвода транзитных транспортных потоков и т. д.

Организационные мероприятия способствуют упорядочению движения на уже существующей (сложившейся) улично-дорожной сети. К числу таких мероприятий относятся введение одностороннего движения, кругового движения на перекрестках, организация пешеходных переходов и пешеходных зон, автомобильных стоянок, остановок общественного транспорта и др.

В то время как реализация мероприятий архитектурно-планировочного характера требует, помимо значительных капиталовложений, довольно большого периода времени, организационные мероприятия способны привести  хотя  и к временному, но сравнительно быстрому эффекту. В ряде случаев организационные мероприятия выступают в роли единственного средства для решения транспортной проблемы. Речь идет об организации движения в исторически сложившихся кварталах старых городов, которые часто являются памятниками архитектуры и не подлежат реконструкции. Кроме того, развитие улично-дорожной сети нередко связано с ликвидацией зеленых насаждений, что не всегда является целесообразным.

При реализации мероприятий по организации движения особая роль принадлежит внедрению технических средств: дорожных знаков и дорожной разметки, средств светофорного регулирования, дорожных ограждений и направляющих устройств. При этом светофорное регулирование является одним из основных средств обеспечения безопасности движения на перекрестках. Количество перекрестков, оборудованных светофорами, в крупнейших городах мира с высоким уровнем автомобилизации непрерывно возрастает и достигает в некоторых случаях соотношения: один светофорный объект на   1,5—2 тыс. жителей города.

За последние годы в нашей стране и за рубежом интенсивно ведутся работы по созданию сложных автоматизированных систем с применением управляющих ЭВМ, средств автоматики, телемеханики, диспетчерской связи и телевидения для управления движением в масштабах крупного района или целого города. Опыт эксплуатации таких систем убедительно свидетельствует об их эффективности в решении транспортной проблемы.

Первая установка для регулирования дорожного движения была разработана английской фирмой, выпускавшей железнодорожные семафоры, и установлена в центре Лондона в 1868 г. Она представляла собой устройство семафорного типа, управляемое при помощи системы приводных ремней. Через короткое время установка вышла из строя и в течение последующих 50 лет практически не было предпринято никаких попыток повторения такого опыта.

Лишь в 1914 г. в г. Кливленде (США), а затем в Нью-Йорке и Чикаго появились первые электрические светофоры. Сначала они имели только два сигнала — красный и зеленый; желтый сигнал заменялся предупредительным свистком полицейского. К 1930 г. относится появление в Нью-Йорке трехцветных светофоров. В Москве и Ленинграде первые светофоры появились в 1930 г. Примерно в это же время в ряде стран была предпринята попытка использования стрелочных светофоров. Их единственная секция была оснащена цветными стеклами — секторами, на которые попеременно указывала стрелка, движущаяся с постоянной угловой скоростью. При подобной системе было трудно распознать сигналы из-за плохой различимости стрелки и одновременного свечения в одном направлении всех трех разноименных сигналов. Такие светофоры в силу несовершенства их конструкции были вытеснены трехцветными светофорами современного типа, которые в практике организации дорожного движения быстро получили повсеместное распространение.

Применение электрических светофоров позволило вынести пульт управления сигналами за пределы проезжей части и значительно облегчить труд регулировщиков. Однако управление работой этих светофоров по-прежнему осуществлялось вручную. Рост интенсивности движения привел к быстрому увеличению числа перекрестков улично-дорожной сети, нуждающихся в оснащении светофорами. Это, в свою очередь, привело к увеличению штата регулировщиков, занятых ранее контролированием соблюдения установленных правил движения. Поэтому естественным был дальнейший переход процесса механизации труда регулировщиков в процесс его автоматизации.

В начале 20-X годов появились устройства автоматического переключения сигналов светофоров — контроллеры, применение которых в настоящее время практически вытеснило ручное регулирование. Контроллеры работали по жесткой временной программе, характеризуемой постоянной длительностью сигналов светофора и не зависящей от интенсивности движения транспортных средств. Таким образом, программа являлась оптимальной лишь для относительно небольшого промежутка времени в течение суток (обычно для часа пик). В остальное же время сигнализация вызывала необоснованные задержки участников движения.

Увеличение гибкости регулирования шло по двум направлениям: создание многопрограммных контроллеров и разработка систем адаптивного регулирования, способных изменять длительность сигналов в зависимости от колебаний интенсивности движения.

Первые попытки создания систем адаптивного регулирования относятся к концу второго десятилетия. В 1928 г. в Нью-Йорке вводится в действие первое автоматическое устройство регулирования дорожного движения, оборудованное датчиками педального типа для регистрации транспортных средств. Длительность сигналов светофора распределялась в соответствии с фактической интенсивностью движения на подходах к перекрестку. В 1929 г. в г. Лос-Анджелесе были установлены первые светофоры с вызывным устройством для пешеходов. В Москве подобные светофоры также испытывались в довоенные годы: на ул. Петровке — для регулирования транспортных потоков, на ул. Солянке и в других местах—для пропуска пешеходов.

60-е годы положили начало использованию электронных контроллеров и счетно-решающих устройств для управления работой светофоров. В эти же годы начались разработка и внедрение магистральных и общегородских систем управления дорожным движением с использованием ЭВМ, получивших в настоящее время самое широкое распространение.

Наряду с развитием средств светофорного регулирования совершенствовались дорожные знаки и дорожная разметка. С ростом интенсивности движения увеличивалось число знаков и видов разметки, изменялись условия их применения, конструкция, технология производства и используемые материалы. В последнее время получили распространение знаки с внутренним освещением и с световозвращающей поверхностью. Наряду с традиционной белой эмалью, используемой в течение длительного времени для дорожной разметки, в настоящее время широко применяются различные виды термопластиков, которые позволили значительно увеличить ее долговечность.

В 1926 г. в СССР были разработаны первые технические условия на дорожные знаки (только предупреждающие), а с 1935 г, на дорогах нашей страны стала применяться разметка проезжей части.

Рост междугородных перевозок и туризма привел к необходимости упорядочения правил движения, дорожных знаков и разметки в международном масштабе. В 1909 г. на 1-й Международной конференции по дорожному движению в Париже было решено запрещать обозначение опасных мест щитами, по форме соответствующими указателям; рекомендовано устанавливать знаки за 250 м от опасного участка под прямым углом к направлению дороги, а не параллельно ей, как это было принято раньше во многих странах. На конференции были утверждены всего четыре предупреждающих знака: «Извилистая дорога», «Неровная дорога», «Пересечение с железной дорогой» и «Пересечение дорог». Вопросы о форме и цвете знаков остались нерешенными. В 1926 г. на Международной конференции, созванной под эгидой Лиги Наций, были утверждены еще два знака: «Неохраняемый железнодорожный переезд» и «Остановка обязательна». В последующие годы число унифицированных в международном масштабе знаков увеличилось. В 1931 г. на конференции в Женеве (при участии представителей СССР) число утвержденных знаков было увеличено до 26.

Протоколом о дорожных знаках и сигналах, принятым на Женевской конференции в 1949 г., дорожные знаки были разделены на три категории: предупреждающие об опасности; ограничивающие водителя в определенных действиях (запрещающие и предписывающие); дающие указания. В Протоколе содержались рекомендации о размещении дорожных знаков, об их размерах, о форме, цвете фона.

Несмотря на стремление к унификации знаков в международном масштабе, многообразие местных условий привело к отличию дорожных знаков разных стран. Так, к началу 50-х годов существовало несколько систем знаков.

  1.  Система, основанная  на рекомендациях Конвенции о дорожном движении и
    Протокола о дорожных знаках и сигналах  (1949 г.). В ее основе — символические
    знаки, информирующие водителя о дорожных условиях или предписывающие водителю определенные действия  (СССР и большинство стран Европы).
  2.  Система, основанная на использовании знаков с текстовым содержанием (США, Австралия, Новая Зеландия).
  3.  Смешанная  система, основанная на сочетании символических и текстовых знаков (некоторые страны Азии и Южной Америки).

Наличие различных систем, разнообразие, а иногда и прямое противоречие в знаках и сигналах в значительной мере затруднило все более развивающиеся международные перевозки. В этой связи принятые на Венской конференции 1968 г. Конвенция о дорожных знаках и сигналах и в последующем на Женевском совещании 1971 г. дополнительное Европейское соглашение явились основой для национального законодательства по дорожному движению в странах, подписавших эти документы, и способствовали дальнейшей унификации дорожных знаков и разметки.

Советский Союз присоединился как к Конвенциям 1949 г. и 1968 г., так и к Европейскому соглашению. Поэтому действующие на территории нашей страны нормативные положения, касающиеся технических средств организации дорожного движения, учитывают основные предписания этих документов.

Учитывая рост интенсивности и связанные с этим изменения условий движения, а также непрерывное развитие технических средств организации движения, в последние годы в СССР выполнена большая работа по совершенствованию соответствующих нормативных положений. Внесены изменения и дополнения в ГОСТ «Знаки дорожные» и «Разметка дорожная», переработан и выпущен в новой редакции ГОСТ «Технические средства организации движения. Правила применения». Вместо ранее действующих технических условий утвержден ГОСТ «Светофоры дорожные. Общие технические условия», выпущены государственные стандарты, касающиеся структуры и требований к автоматизированным системам управления дорожным движением  (АСУД).

Материалы, изложенные в настоящем учебнике, содержат необходимые сведения по устройству и тактике применения технических средств, методам инженерных расчетов, связанных с их внедрением. Курс основан на исследованиях и разработках, проводимых в течение ряда лет в МАДИ, ВНИЦБД МВД СССР, НИИСТ МВД СССР, Омском НПО «Автоматика», Мосгортрансниипроекте, Гипродорнии и других организациях, и учитывает зарубежный опыт, а также существующие нормативные положения по дорожному движению. В учебнике применяются сокращения и обозначения, широко используемые разработчиками технических средств и систем управления дорожным движением и нашедшие отражение в специальной литературе.

Глава 1

Основные понятия об управлении дорожным движением

1.1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Из курса «Организация дорожного движения» известно, что на уровне служб дорожного движения она представляет комплекс инженерных и организационных мероприятий 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. Частным видом управления движением является регулирование (от латинского слова regulare — подчинить определенному порядку, правилу, упорядочивать), т. е. поддержание параметров движения в заданных пределах.

С учетом того, что регулирование является лишь частным случаем как управления, так и организации движения, а целью применения технических средств является реализация ее схемы, в учебнике используется термин технические средства организации движения или технические средства управления движением. Это соответствует принятой в настоящее время терминологии, зафиксированной в нормативных документах (ГОСТ 23457—86), и названию учебной дисциплины «Организация дорожного движения», логическим продолжением которой являются изложенные в данном учебнике материалы.

Вместе с тем термин регулирование в силу сложившейся традиции получил распространение. Например, в Правилах дорожного движения перекрестки и пешеходные переходы, оборудованные светофорами, называются регулируемыми в отличие от нерегулируемых, где светофоры отсутствуют. Существуют также термины цикл регулирования, регулируемое направление и т. п. В специальной литературе нередко перекресток, оборудованный светофором, называется светофорным объектом. С учетом этого обстоятельства в учебнике применительно к каждому конкретному случаю использованы термины, получившие наибольшее распространение, и поэтому наиболее понятные читателю.

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 ГАИ и других лиц, имеющих соответствующие полномочия.

Объект управления, комплекс технических средств и коллективы людей, вовлеченные в технологический процесс управления движением, образуют контур управления (рис. 1.1).

Поскольку часть функций в контуре управления часто выполняется автоматическим оборудованием, сложилось употребление терминов автоматическое управление или системы управления.

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 автоматических устройств. Как в первом, так и во втором случае в процессе управления могут быть использованы ЭВМ. И, наконец, существует ручное управление, когда оператор, оценивая транспортную ситуацию визуально, оказывает управляющее воздействие на основе имеющегося опыта и интуиции. Контур автоматического управления может быть как замкнутым, так и разомкнутым.

При замкнутом контуре существует обратная связь между средствами и объектом управления (транспортным потоком). Автоматически она может осуществляться специальными устройствами сбора информации — детекторами транспорта. Информация вводится в устройства 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 устройства — дорожные контроллеры (ДК) переключают сигналы по заранее заданной программе. В  этом  случае осуществляется  жесткое  программное  управление.

На рис.1.1. цепь обратной связи, замыкающая контур автоматического  управления, показана штриховой   линией с учетом, что эта связь может существовать или отсутствовать. При ручном управлении обратная связь существует всегда (в силу визуальной оценки оператором условий движения), поэтому ее цепь на рис.1.1 показана сплошной линией.

В соответствии со степенью централизации можно рассматривать два вида управления: локальное и системное. Оба вида реализуются вышеописанными 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 (УП). При временном отключении контроллеров от УП они могут обеспечивать и локальное управление. Оборудование, расположенное вне управляющего пункта, получило название периферийного (светофоры, контроллеры, детекторы транспорта), на управляющем пункте — центрального (средства вычислительной техники, диспетчерского управления, устройства телемеханики и т. д.).

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

При локальном ручном управлении оператор находится непосредственно на перекрестке, наблюдая за движением транспортных средств и пешеходов. При системном он располагается в управляющем пункте, т. е. вдали от объекта управления, и для обеспечения его информацией об условиях движения могут быть использованы средства связи и специальные средства отображения информации. Последние выполняют в виде светящихся карт города или его районов — мнемосхем, устройств вывода с помощью ЭВМ графической и алфавитно-цифровой информации на электроннолучевую трубку — дисплеев и телевизионных систем, позволяющих непосредственно наблюдать за контролируемым районом.

Локальное управление чаще всего применяется на отдельном или, как говорят, изолированном перекрестке, который не имеет связи с соседними перекрестками ни по управлению, ни по потоку, имена сигналов светофоров 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 смены сигналов на группе перекрестков, осуществляемая в целях уменьшения времени движения транспортных средств в заданном районе, называется координированным управлением (управлением по принципу «зеленой волны» — ЗВ). В этом случае, как правило, используется системное управление.

Любое устройство автоматического управления функционирует в соответствии с определенным алгоритмом, который представляет собой описание процессов переработки информации и  выработки необходимого управляющего воздействия. Применительно к дорожному движению перерабатывается информация о параметрах движения и определяется характер управления светофорами, воздействующими на транспортный поток. Алгоритм управления технически реализуется контроллерами, переключающими сигналы светофоров по предусмотренной программе. В автоматизированных системах управления с использованием ЭВМ алгоритм решения задач управления реализуется также в виде набора программ ее работы.

  1.  КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Технические средства организации движения по их назначению можно разделить на две большие группы. К первой относятся технические средства, непосредственно воздействующие на транспортные и пешеходные потоки с целью формирования их необходимых параметров. Это — дорожные знаки, дорожная разметка, светофоры и направляющие устройства.

Ко второй группе относятся средства, обеспечивающие работу средств первой группы по заданному алгоритму. Это — дорожные контроллеры, детекторы транспорта, средства обработки и передачи информации, оборудование управляющих пунктов АСУД, средства диспетчерской связи и т. д.

Характер воздействия технических средств первой группы на объект управления может быть двояким. Неуправляемые дорожные знаки, разметка проезжей части, и направляющие устройства обеспечивают постоянный порядок движения, изменить который можно лишь соответствующей заменой этих средств (например, установкой другого знака или применением другого вида разметки). Напротив, светофоры и управляемые дорожные знаки способны обеспечить переменный порядок движения (поочередный пропуск транспортных потоков через перекресток с помощью сигналов светофора или, например, временное запрещение движения в каком-то направлении путем смены символа управляемого знака). Работа последних связана с использованием технических средств второй группы.

На рис. 1.2 приведена структурная схема, повторяющая в более развернутом виде контур управления и поясняющая указанный принцип общей классификации.

Дорожные контроллеры имеют различное исполнение в зависимости от характера выполняемых ими задач и подразделяются (как было указано выше) на контроллеры локального и системного управления. И те, и другие могут обеспечивать жесткое программное управление, а при наличии обратной связи с транспортным потоком — адаптивное.

При автоматическом управлении обратная связь осуществляется с помощью детекторов транспорта. Так как эта связь применяется не во всех случаях, на рис.  1.2 она показана пунктирной линией. При ручном управлении (если оператор не находится на перекрестке) для обратной связи могут быть использованы средства телевизионного обзора, телефонной связи или средства отображения информации управляющего пункта. Последние используют информацию, поступающую от детекторов транспорта.

Технические средства обеих групп имеют свою классификацию. Например, деление знаков на группы, разметки на виды, светофоров и детекторов на типы и т. д. Подобная классификация приведена в соответствующих разделах учебника.

В последние годы средства и методы организации дорожного движения интенсивно развиваются, поэтому приведенная в учебнике классификация не может считаться исчерпывающей, а терминология — установившейся. Здесь сформулирован лишь ряд общих принципиальных положений, позволяющих определить назначение различных видов технических средств.

1.3.  ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Технические средства организации движения воздействуют на транспортные и пешеходные потоки. При этом параметры потоков меняются. Эти изменения могут быть положены в основу показателей, используемых для оценки эффективности применения как отдельного технического средства, так и их совокупности.

В общем виде, принимая во внимание задачи управления движением, показатели эффективности должны отражать производительность транспортного процесса и безопасность движения. Вместе с тем поиски единого показателя, который был бы универсальным, измеримым в реальных условиях движения и имел бы стоимостное   выражение,   связаны  с   определенными   трудностями.

Для разных «потребителей» систем управления на первый план могут   быть   выдвинуты   различные   показатели:   число   и   тяжесть ДТП, пропускная способность улично-дорожной сети, транспортные задержки, число остановок транспортных средств, длина очередей перед перекрестками, время выполнения поездки, скорость сообщения, степень загазованности окружающей среды и уровень шума, создаваемого транспортными средствами. Между перечисленными показателями существует взаимозависимость, однако явный вид этих зависимостей пока неизвестен. Кроме этого, некоторые показатели не могут быть определены сразу. Например, для определения числа и тяжести ДТП необходимо время для сбора статистических данных.

В зависимости от цели оценки (например, оценка уровня безопасности движения или загазованности воздуха) используются те или иные показатели или их совокупность. Для расчетов экономической эффективности внедрения технических средств организации движения целесообразно учитывать множество показателей в их стоимостном выражении. Для целей оптимизации работы технических средств можно ограничиться использованием одного - двух показателей, поскольку практика показывает, что минимизация одного из ведущих показателей эффективности приводит к снижению (или увеличению) других. Так, снижение задержки транспортных средств приводит к увеличению скорости сообщения, уменьшению времени движения, расхода топлива, загазованности и шума.

При выборе ведущего показателя необходимо учитывать, что в наиболее явном виде об эффективности управления можно судить по характеру работы перекрестков, пропускная способность которых во многом определяет производительность всей транспортной системы.

Для перекрестка таким показателем является среднее время обслуживания или средняя задержка автомобиля. Этот показатель чаще всего используется как характеристика эффективности различных систем массового обслуживания. Задержка может быть сравнительно просто определена в реальных условиях движения и имеет стоимостное выражение.

К сожалению, средняя задержка непосредственно не отражает степень безопасности движения. Известно, что снижение задержек уменьшает раздраженность и психологическую утомляемость водителей, что в конечном счете уменьшает и вероятность возникновения ДТП. Тем не менее только путем уменьшения средних задержек транспортных средств добиться снижения числа ДТП невозможно. Поэтому, принимая указанный критерий в качестве основного, следует учитывать и другие показатели, соответствующие характеру и направленности анализа систем управления. В ряде случаев параметры систем, рассчитанные по критерию средней задержки, могут быть ограничены с учетом интересов безопасности движения, например длительность минимального разрешающего, максимального запрещающего и промежуточного сигналов светофоров, расчетная скорость движения и т. д. Кроме этого, показатель   безопасности   предъявляет   определенные   требования и к техническим средствам организации движения с точки зрения их безотказности в работе и информативности.

С учетом роста уровня автомобилизации особое значение приобретают экологические показатели. Частые торможения и остановки транспортных средств повышают вероятность использования водителями понижающих передач и работы двигателя на не экономичных режимах. Это способствует загрязнению атмосферы продуктами неполного сгорания топлива и увеличению транспортного шума. Поэтому параметры управления движением должны обеспечивать стабильность скоростного режима и снижение числа и продолжительности остановок транспортных средств.

Контрольные вопросы

  1.  Какое  устройство  позволяет осуществить  автоматический  сбор  информации
    о параметрах транспортных потоков?
  2.  Чем отличается жесткое управление от адаптивного?
  3.  Чем отличается локальное управление от системного?
  4.  Что означает термин «изолированный перекресток»?
  5.  Что такое координированное управление?
  6.  С помощью какого устройства осуществляется переключение сигналов светофора?
  7.  Каковы   основные   принципы   классификации   технических   средств   организации движения?
  8.  Какие  существуют  показатели  для  оценки  эффективности  применения  технических средств и какие из них можно использовать в качестве ведущих?

Глава 2

Светофоры

2.1. ЗНАЧЕНИЕ И ЧЕРЕДОВАНИЕ СИГНАЛОВ

Светофоры предназначены для поочередного пропуска участников движения через определенный участок улично-дорожной сети, а также для обозначения опасных участков дорог. В зависимости от условий светофоры применяются для управления движением в определенных направлениях или по отдельным полосам данного направления:

  •  в местах, где встречаются конфликтующие транспортные, а также транспортные и пешеходные потоки (перекрестки, пешеходные переходы);
  •  по полосам, где направление движения может меняться на противоположное;
  •  на железнодорожных переездах, разводных мостах, причалах, паромах, переправах;
  •  при выездах автомобилей спецслужб на дороги с интенсивным движением;
  •  для управления движением транспортных средств общего пользования.

Порядок чередования сигналов, их вид и значение, принятые в СССР, соответствуют международной Конвенции о дорожных знаках и сигналах. Сигналы чередуются в такой последовательности: красный — красный с желтым — зеленый — желтый — красный...

При отсутствии дополнительных секций красный немигающий сигнал запрещает движение по всей ширине проезжей части. Остальные разновидности красного сигнала имеют специальное назначение:

  •  контурная черная стрелка на красном фоне круглой формы запрещает движение в сторону, указанную стрелкой;
  •  косой красный крест на черном фоне квадратной формы запрещает въезд на полосу движения, над которой он расположен;
  •  красный силуэт стоящего человека запрещает движение пешеходам;
  •  красный мигающий сигнал или два красных попеременно мигающих сигнала запрещают выезжать на железнодорожный переезд, разводной мост, причал паромной переправы и в другие места, представляющие особую опасность для движения.

Желтый немигающий сигнал обязывает к остановке перед стоп-линией всех водителей, за исключением тех, которые уже не могли бы остановиться с учетом требований безопасности движения. Желтый сигнал, подключенный к красному, предупреждает о незамедлительном включении зеленого сигнала. Желтый мигающий сигнал не запрещает движение и применяется для обозначения перекрестков, которые могут быть не замечены водителями на расстоянии,  достаточном  для   остановки  транспортного  средства.

Зеленый немигающий сигнал при отсутствии каких-либо дополнительных ограничений, а также дополнительных секций светофора разрешает движение но всей ширине проезжей части во всех направлениях. Зеленый мигающий сигнал предупреждает о конце разрешающего такта.

Разновидности  зеленого! сигнала  и  их  назначение следующие:

  •  контурная черная стрелка на зеленом фоне круглой формы, а также зеленая стрелка на черном фоне круглой формы — разрешают движение в сторону стрелки;
  •  зеленая стрелка, на черном фоне квадратной формы направленная вниз, разрешает движение по полосе, над которой расположен светофор;
  •  сигнал в виде зеленого силуэта идущего человека разрешает движение пешеходов.

Зеленая стрелка дополнительной секции светофора разрешает движение в сторону, указываемую стрелкой, независимо от сигнала основного светофора. При этом красный сигнал основного светофора лишает водителей, движущихся в сторону включенной зеленой стрелки дополнительной секции, преимущественного права проезда. Выключенная секция запрещает движение в направлении стрелки этой секции даже при зеленом сигнале основного светофора.

Разрешенное направление движения для транспортных средств общего пользования зависит от сочетания включенных сигналов верхнего и нижнего ряда специального светофора (в случае его применения). При выключенном нижнем сигнале движение запрещено во всех направлениях.

2.2.  ТИПЫ СВЕТОФОРОВ

Светофоры можно классифицировать по их функциональному назначению (транспортные, пешеходные); по конструктивному исполнению (одно-, двух- или трёхсекционные, трехсекционные с дополнительными секциями); по их роли, выполняемой в процессе управления движением  (основные, дублеры и повторители).

На цветной вклейке показаны некоторые светофоры, применяемые в нашей стране для управления дорожным движением. В соответствии с ГОСТ 25695—83 «Светофоры дорожные. Общие технические условия» они делятся на две группы: транспортные и пешеходные. Светофоры каждой группы, в свою очередь, подразделяются на типы и разновидности исполнения. Имеются семь типов транспортных светофоров и два типа пешеходных. Каждый светофор имеет свой номер. Первая цифра номера означает группу (1 —транспортный светофор, 2— пешеходный), вторая цифра — тип светофора, третья цифра (или число) — разновидность его исполнения.

Транспортные светофоры типа 1 (без учета сигналов дополнительных секций) и типа 2 имеют три сигнала круглой формы диаметром 200 или 300 мм, расположенных вертикально. Как исключение, допускается для светофоров типа 1 горизонтальное расположение сигналов. Последовательность расположения сверху вниз (слева направо): красный, желтый, зеленый.

Дополнительные секции применяются только со светофорами типа 1 с вертикальным расположением сигналов и имеют сигнал в виде стрелки на черном фоне круглой формы.

Для лучшего распознавания водителем дополнительной секции (особенно в темное время суток) на линзе основного зеленого сигнала светофора наносят контуры стрел, указывающих разрешенные этим сигналом направления движения. С этой же целью при наличии дополнительных секций светофор оборудуется белым прямоугольным экраном, выступающим за габариты светофора. Расположение секций зависит от направления стрелки.

Для транспортных светофоров типа 2 контуры стрелок, указывающих разрешенное (запрещенное) направление движения, наносят на всех линзах. При этом в отличие от красного и желтого сигналов зеленый сигнал светофоров этого типа представляет собой зеленую стрелку на черном фоне. Под светофорами или над ними располагают таблички белого цвета с изображением стрелок, указывающих то же направление, что и контуры стрелок на линзах.

Светофоры типа 1 применяют для регулирования всех направлений движения на перекрестке. Допускается их использование и перед железнодорожными переездами, пересечениями с трамвайными и троллейбусными линиями, сужениями проезжей части и т. д. Светофоры типа 2 применяют для регулирования движения в определенных направлениях (указанных на линзах стрелками) и только в тех случаях, когда транспортный поток в этих направлениях не имеет пересечений или слияний с другими транспортными или пешеходными потоками (бесконфликтное регулирование). При достаточно широкой проезжей части с числом полос на подходе к перекрестку более четырех целесообразно светофоры этого типа использовать для регулирования движения по полосам.

Специфика использования светофоров типа 2, связанная с бесконфликтным регулированием, не позволяет их совместную установку со светофорами типа 1 на одном подходе к перекрестку. Исключение составляет случай, когда транспортные потоки отделены друг от друга приподнятыми островками или разделительными полосами. Таким образом, в пределах одной проезжей части водитель должен видеть светофоры только одного типа.

Транспортные светофоры типа 3 применяют в качестве повторителей сигналов светофоров типа 1. По своему внешнему виду они  напоминают светофоры этого типа, однако  в отличие  от  них имеют меньшие габаритные размеры и диаметры сигналов 100 мм. Если основной светофор (типа 1) имеет дополнительную секцию, то светофор-повторитель также оборудуется дополнительной секцией естественно уменьшенного размера.

Светофор типа 3 размещают под основным светофором на высоте 1,5—2 м от проезжей части, если затруднена видимость сигналов основного светофора для водителя, остановившегося у стоп-линий. Светофоры этого типа могут применяться также для управления велосипедным движением в местах пересечения дороги с велосипедной дорожкой. В этом случае под ними укрепляют табличку белого цвета с изображением символа велосипеда.

Транспортные светофоры типа 4 применяют для управления въездами на отдельные полосы движения. Такая необходимость возникает, например, при организации реверсивного движения. Светофоры этого типа устанавливают над каждой полосой в ее начале. Они имеют горизонтальное расположение сигналов: слева — в виде косого красного креста; справа — в виде зеленой стрелки, направленной острием вниз. Оба сигнала выполняются на черном фоне прямоугольной формы. Габаритные размеры каждого символа 450X500 мм.

Светофоры типа 4 могут применяться вместе со светофорами типа 1, если реверсивное движение организовано не, по всей ширине проезжей части. В этом случае действие светофоров типа 1 не распространяется на полосы с реверсивным движением. Запрещается въезд на полосу, ограниченную с обеих сторон двойной прерывистой линией (разметка 1.9), при отключенном светофоре типа 4, расположенном над этой полосой. В противном случае возникает возможность выезда навстречу движению (например, при перегорании ламп красного сигнала одного из светофоров полосы).

Транспортный светофор типа 5 имеет четыре сигнала бело-лунного цвета круглой формы диаметром 100 мм. Подобный светофор применяют в случаях бесконфликтного регулирования движения транспортных средств общего пользования (трамваев, маршрутных автобусов, троллейбусов), движущихся по специально выделенной полосе. Однако даже в этих случаях необходимость в установке светофоров типа 5 нередко отпадает: схема организации движения на перекрестке обеспечивает бесконфликтный пропуск транспортных средств указанных видов вместе с общим потоком, и светофоры типа 5 лишь повторяют значения сигналов светофоров типа  1  или 2.

При отсутствии специально выделенных полос для транспортных средств общего пользования или возможности их бесконфликтного пропуска применение светофоров типа 5 становится бессмысленным. Управление движением осуществляется только светофорами тина 1 или 2.

Транспортные светофоры типа б имеют два (реже один) красных сигнала круглой формы диаметром 200 или 300 мм, расположенных горизонтально и работающих в режиме попеременного мигания.   При  разрешении  движения   транспортных  средств   сигналы выключаются. Светофоры этого типа устанавливают перед железнодорожными переездами, разводными мостами, причалами паромных переправ, в местах выезда на дорогу транспортных средств спецслужб.

Светофор типа 7 имеет один сигнал желтого цвета, постоянно работающий в режиме мигания. Его применяют на нерегулируемых перекрестках повышенной опасности.

Транспортные светофоры типа 8 имеют два расположенных вертикально сигнала красного и зеленого цветов круглой формы диаметром 200 или 300 мм. Их применяют при временном сужении проезжей части, когда организуют попеременное движение по одной полосе, а использование для этих целей знаков приоритета затруднено в силу ограниченной видимости на этом участке дороги. Кроме этого, светофоры типа 8 применяют также для управления малоинтенсивным движением на внутренних территориях гаражей, предприятий и организаций, где, как правило, введены ограничения скорости. В перечисленных случаях допускается и использование наиболее распространенных светофоров типа 1, однако светофоры типа 8, отличающиеся от них отсутствием желтого сигнала, указывают на специфику условий движения.

Пешеходные светофоры имеют два вертикально расположенных сигнала круглой или квадратной формы с диаметром круга или стороной квадрата 200 или 300 мм. Верхний сигнал — красный силуэт стоящего пешехода, нижний — силуэт идущего пешехода. Оба силуэта выполняются на черном фоне.

Согласно ГОСТ 23457—86, пешеходными светофорами оборудуют все пешеходные переходы на управляемом светофорами перекрестке. При этом, если не обеспечен бесконфликтный пропуск пешеходов, зеленый сигнал должен работать в мигающем режиме, предупреждая пешеходов и водителей о возможности просачивания транспортных средств через пешеходные потоки.

Для всех типов светофоров при наличии двух вариантов сигнала (200 или 300 мм) светофоры с большим размером сигнала устанавливают на магистральных улицах и площадях, на дорогах с максимально допустимой скоростью движения более 60 км/ч, а также при неблагоприятных условиях видимости. Таким образом обеспечивается лучшее восприятие сигналов участниками движения. Кроме этого, увеличенные размеры сигналов подчеркивают характер дороги, на которой находится водитель. С этой же целью перед пересечениями с указанными дорогами со стороны, где были светофоры с диаметром сигнала 200 мм, устанавливают светофор с  увеличенным  диаметром   (300  мм)   красного  сигнала.

2.3.  СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

Дальность видимости светофора определяется из условии своевременной остановки транспортных средств на запрещающий сигнал. При этом остановочный   путь рассчитывают исходя не из аварийного, а из служебного торможения (замедление 2—4 м/с2). Он должен учитывать время, необходимое водителю на поиск сигнала, и его восприятие. Принятое в настоящее время в качестве нормативного минимальное расстояние видимости сигнала — 100 м. Расстояние видимости определяет светотехнические параметры светофора. Сила света его оптической системы и указанное расстояние связаны зависимостью

                                                      (2.1)

где Lс — расстояние видимости сигнала, м; I, — сила света оптической системы под углом а к ее оси, кд; τ — коэффициент прозрачности атмосферы; Еn — пороговая освещенность на зрачке глаза водителя, при которой он уверенно опознает сигнал, лк (в зависимости от цвета сигнала. Еn = 6·10-4÷12·10-4  в дневное время и Еn = 0,8·10-6 ÷2·10-6 в сумерки); kппоправочный коэффициент, зависящий от углового размера светового сигнала.

При расчете силы света, необходимой для обеспечения нормативного расстояния видимости, можно принять коэффициенты kп ≈1 и , учитывая, что для наиболее типичных условий τ = 0,5 ÷ 0,8, а kп существенно возрастает лишь при больших угловых размерах сигнала (близком расстоянии от светофора). Таким образом, применительно к рассматриваемому случаю формулу  (2.1)  можно упростить

На практике расчетное значение силы света увеличивают, принимая во внимание колебания напряжения в сети, возможность загрязнения линзы и отражателя света, а также условия адаптации при ярком фоне. Кроме этого, показатель Iа представляет собой силу света под заданным углом к оптической оси. Осевая сила света, являющаяся одной из основных светотехнических характеристик светофора, должна быть больше (рис. 2.1). Исходя из высоты установки светофора, ширины проезжей части и особенности бокового зрения водителя считается достаточным иметь ширину светового пучка сигнала ±100 в горизонтальной плоскости и 80 в вертикальной (вниз от нулевого значения).

Осевая сила света современных светофоров в среднем составляет 200 кд. Рассматриваются конструктивные решения, позволяющие уменьшить силу света сигналов в ночное время до 60 кд, учитывая, что в этих условиях меняются пороговая освещенность и характер адаптации. Вариантом таких решений может быть понижение напряжения в сети или применение двухнитевых ламп.

2.4.  КОНСТРУКЦИЯ СВЕТОФОРОВ

Светофор состоит из отдельных секций, каждая из которых предназначена для определенного сигнала. В зависимости от типа светофора секции могут иметь различные конструктивные особенности (форма и размеры сигнала, особенности символа, источника света, светофильтра и т. д.). Общим для всех секций является наличие оптического устройства.

Светофор (рис. 2.2) состоит из секций, соединенных между собой резьбовыми пустотелыми втулками 1, через которые пропущены провода. Секция представляет собой корпус 8 с крышкой 6 и противосолнечным козырьком 4 из листовой стали или ударопрочной пластмассы (например, полистирола). Имеется опыт изготовления корпуса из легких сплавов. В крышке смонтировано оптическое устройство, состоящее из отражателя 7, цветного светофильтра 3, резинового кольца-уплотнителя 5 и подвижного стакана 10 с электролампой. При перемещении стакана нить лампы устанавливается в фокусе отражателя. Оптическое устройство крепится к крышке четырьмя лапками 2. В закрытом положении крышка удерживается двумя пружинными замками. В нижней секции установлена распределительная колодка 9 для подключения питания и электромонтажа внутри светофора. Отражатели должны иметь заземление.

Тенденция развития современных конструкций светофоров заключается в совершенствовании основных элементов светооптической системы: источника света, светофильтра, отражателя, а также надежности конструкции в целом.

Источники света. В качестве источников света применяют лампы накаливания общего и специального назначения. Известны конструкции, где в качестве источника света используют газосветные трубки или излучающие диоды. Основными недостатками ламп накаливания общего назначения являются большая протяженность нити, которая плохо поддается фокусировке, и низкая виброустойчивость ламп. Кроме того, они имеют сравнительно малый срок службы (500—800 ч), обусловленный специфическим режимом работы.

Специальные исследования показали, что перегорание нити чаще всего связано с неоднородностью по диаметру проволоки, шагу спирали, электрическому сопротивлению  и  скорости   испарения. Повышение срока службы ламп идет по пути применения специальных наполнителей (криптон), усложнения технологии изготовления нити накаливания, увеличения числа держателей нити (в некоторых случаях до 9—11). Существенно повышается долговечность ламп при подкалке нити для ее подогрева в период выключения сигнала. Очень важным с точки зрения фокусировки является выдерживание постоянного размера между нитью лампы и ее цоколем. Практика эксплуатации светофоров показала, что не во всех случаях выполняется операция по правильной установке лампы в отражателе, что приводит к резкому снижению силы света оптического устройства.

В некоторых конструкциях светофоров в качестве источника света используют низковольтные галогенные лампы. Обладая при малых размерах повышенной удельной светоотдачей и компактной нитью, эти лампы хорошо фокусируются. Однако широкого распространения они не получили вследствие их сравнительно высокой стоимости и необходимости применения понижающих трансформаторов.

Иногда в целях повышения надежности светофора для одного сигнала используют две одновременно работающие лампы (рис.2.3,а). Это требует установки специального отражателя и бифокальной линзы. Подобное решение связано также с усложнением и удорожанием конструкции.

На рис. 2.3, б показана изогнутая газосветная трубка, применяемая в качестве источника света в светофорах французской фирмы «Силек». В трубках содержится наполнитель красного, желтого или зеленого цвета, что исключает необходимость использования цветного светофильтра. Для свечения трубки требуется напряжение свыше 2000 В, поэтому необходимо использование трансформатора. Несмотря на сравнительно большой срок службы, светофоры с газосветными трубками уступают в 5—б раз по силе света сигналов современным светофорам с лампами накаливания. Кроме того, надежно эксплуатировать их можно лишь в районах с умеренным климатом.

Светофильтры. Применяются светофильтры-рассеиватели и светофильтры-линзы. Первые обеспечивают необходимое перераспределение светового потока в пространстве. Для этих целей на их внутренней стороне формируется узорчатый, ромбический, призматический или каплевидный рисунок. Важной характеристикой является угол светорассеяния — наибольший угол, в пределах которого сила света уменьшается вдвое по сравнению с ее осевым значением.

Для современных светофильтров этот угол находится в пределах 5... 15°, что обеспечивает нормативную дальность видимости сигнала на многополосных дорогах 100 м.

Светофильтры-линзы способствуют концентрации светового потока. Их использование позволяет отказаться от отражателя и уменьшить диаметр сигнала до 100 мм (транспортные светофоры типов 3 и 5). Светофоры с такими светофильтрами применяют, когда видимость сигнала должна быть обеспечена в достаточно узких пределах — на 1—2 полосах движения.

В последние годы все большее распространение получают пластмассовые светофильтры. Их преимущества перед стеклянными заключаются в простоте изготовления, более высокой прочности при воздействии ударных и вибрационных нагрузок, а также в меньшем весе (примерно в 3 раза). В большинстве случаев материалом для производства служит поликарбонат, обладающий необходимой прозрачностью (светопропускание 90%) и долговечностью.

Отражатели. Конструкция отражателя (рис. 2.4) характеризуется двумя основными внутренними поверхностями: параболоидной 1, обеспечивающей концентрацию светового потока, и конической (или цилиндрической) 2, предназначенной для увеличения глубины отражателя и тем самым уменьшения выгорания красителя светофильтра. При коротком фокусном расстоянии f появляется опасность возникновения ложного сигнала светофора (фантомный эффект), когда луч от постороннего источника света, попадая на отражатель, вновь возвращается к наблюдателю. Уменьшение расстояния i от линзы до фокуса К за счет ликвидации конической части отражателя способствует снижению фантомного эффекта, но требует применения специальных малогабаритных ламп, например галогенных.

В конструкциях современных отражателей фокальную плоскость АА максимально приближают к плоскости светового отверстия, за которой начинается балластная (нерабочая) коническая поверхность. При этом, как правило, выдерживаются следующие соотношения:

где D —диаметр светового отверстия отражателя, мм.

Все большее распространение получают пластмассовые отражатели с рабочей поверхностью, полученной методом напыления в вакууме. В этом случае отражатель получается с более гладкой поверхностью и не подвержен коррозии.

Антифантомные устройства. В известной мере роль антифантомного устройства выполняет противосолнечный козырек. Однако при низком положении солнца (в направлениях восток—запад, запад — восток) может возникнуть одновременно свечение всех сигналов светофора. Известно несколько методов, позволяющих устранить фантомный эффект и получивших распространение в практике регулирования. Как правило, они связаны с некоторыми изменениями конструкции отражателя или светофильтра.

Отражатель с так называемым антифантомным крестом (рис.2.5, а) представляет собой взаимно перпендикулярные сегментные пластины с прорезями для размещения галогенной лампы. Луч света, попадающий от постороннего источника на отражатель, отклоняется и поглощается зачерненной поверхностью пластин. В то же время пластины практически полностью пропускают лучи от лампы светофора.

Другим решением (рис.2.5,б) является установка перед светофильтром-рассеивателем 1 специальной антифантомной линзы, состоящей из двух частей 2 и 3, каждая из которых имеет пилообразный профиль. Луч солнца, попадая на наклонную поверхность 4, отбрасывается на горизонтальную зачерненную ступеньку 5 и поглощается.

Известны также методы устранения фантомного эффекта путем установки перед внутренней поверхностью светофильтра перегородки сотовой конструкции, которая пропускает горизонтальный световой поток оптического устройства светофора, однако задерживает солнечные лучи, если они имеют хотя бы небольшое отклонение от горизонтали.

2.5. РАЗМЕЩЕНИЕ И УСТАНОВКА СВЕТОФОРОВ

Светофоры устанавливают на колонках, кронштейнах, прикрепляемых к существующим опорам или стенам зданий, на специальных консольных опорах и тросах-растяжках. Для предотвращения наезда на опоры их располагают вне проезжей части или защищают ограждениями.

Светофоры располагают таким образом, чтобы обеспечить наилучшую видимость их сигналов участниками движения. С этой же целью применяют, помимо основных, светофоры-дублеры и светофоры-повторители. Дублируют, как правило, транспортные светофоры типов 1, 2 и 8, если управляемое ими движение осуществляется по двум полосам и более.

Наилучшая видимость сигналов достигается при установке светофоров над проезжей частью на высоте 5—6 м или сбоку от нее на высоте 2—3 м (для пешеходных светофоров 2—2,5 м). При этом транспортные светофоры типа 1 с горизонтальным расположением сигналов и типа 4 располагают только над проезжей частью в силу их конструктивных особенностей или назначения. Но тем же соображениям пешеходные светофоры, светофоры-повторители, а также транспортные светофоры типа 1 с дополнительными секциями над проезжей частью не устанавливают.

В плане транспортные светофоры устанавливают за стоп-линией. Расстояние от нее до светофора не должно быть менее 10 м, если светофор расположен над проезжей частью, и 3 м при его установке сбоку. В противном случае водитель, остановившийся непосредственно у стоп-линий, может не увидеть их сигналов. Уменьшить эти расстояния соответственно до 5 и 1 м можно, используя светофоры-повторители. Пешеходные светофоры не должны отстоять от ближайшей границы пешеходного перехода более чем на 1 м.

Основной светофор, если он не имеет левоповоротной секции, устанавливают справа перед перекрестком. При наличии этой секции необходимо дополнительно к расположенному справа светофору установить светофор с левоповоротной секцией перед перекрестком на центральной разделительной полосе или островке безопасности. При их отсутствии светофор типа 1 с левой дополнительной секцией может быть установлен за перекрестком на разделительной полосе или там же за перекрестком слева от проезжей части. При наличии разделительной полосы слева на пересекающей дороге он может быть установлен на ней. Что же касается светофора типа 2, то для рассматриваемого случая при отсутствии перед перекрестком центральной разделительной полосы или островка безопасности его располагают над проезжей частью. На дорогах с односторонним движением светофоры с левоповоротной секцией могут быть установлены перед перекрестком слева от дороги.

Таким образом, достигается наилучшая видимость основного разрешающего сигнала: при движении прямо или направо води гель видит его справа, при движении налево — перед собой или слева.

Этот же принцип положен в основу установки дублирующих светофоров типа 1. Для движения в прямом направлении или налево дублирующий светофор устанавливают перед водителем или слева от него, для движения направо, как правило, справа от водителя. При этом светофор может располагаться перед перекрестком, на его территории или за ним в зависимости от наличия или отсутствия центральных разделительных полос или островков безопасности. Примеры установки основных и дублирующих светофоров этого типа показаны на рис. 2.6. В соответствии с общепринятыми обозначениями транспортный светофор показан в виде полукруга, дополнительная секция снабжена стрелкой, указывающей направление ее действия, пешеходный светофор обозначен прямоугольником.

Дублирующие светофоры типа 2 размещают перед перекрестком над проезжей частью. При управлении движением по полосам, когда режим работы светофорного объекта предусматривает различную длительность и последовательность сигналов для этих полос, светофоры этого типа размещают соответственно над каждой полосой. Необходимость в дублирующих светофорах в этом случае отпадает.

Способы размещения светофоров в особых условиях: железнодорожные переезды, места производства работ на проезжей части, управление движением транспортных средств общего пользования описаны в главе 11.

Контрольные вопросы

  1.  Для чего предназначены и где применяются светофоры?
  2.  Что означают сигналы светофоров?
  3.  Какие типы светофоров применяются в CCCP?
  4.  Как обеспечивается  необходимая  дальность  видимости  сигнала  светофора?
  5.  Назовите основные элементы оптического устройства светофора.
  6.  Что такое фантомный эффект и какие устройства существуют для его предотвращения?
  7.  В чем назначение светофильтра-рассеивателя и светофильтра-линзы?
  8.  Перечислите способы установки светофоров на перекрестке.
  9.  Для чего необходимы светофоры-дублеры и светофоры-повторители?

Глава 3

Режимы работы светофорной сигнализации на перекрёстке

3.1. КРИТЕРИИ ВВОДА СВЕТОФОРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Введение светофорного регулирования ликвидирует наиболее опасные конфликтные точки, что способствует повышению безопасности движения. Вместе с тем появление светофора на перекрестке вызывает транспортные задержки даже на главной дороге, порой весьма значительные из-за характерной для этой дороги высокой интенсивности движения и господствующего в настоящее время жесткого программного регулирования. Таким образом, введение светофорного регулирования является не всегда оправданным и зависит, прежде всего, от интенсивности конфликтующих потоков и от числа и тяжести ДТП.

В соответствии с ГОСТ 23457—86 «Технические средства организации дорожного движения. Правила применения» транспортные светофоры типов 1 и 2, а также пешеходные светофоры следует устанавливать на перекрестках и пешеходных переходах при наличии хотя бы одного из следующих условий.

Условие 1 задано в виде сочетаний критических интенсивностей движения на главной и второстепенной дорогах (табл. 3.1). Введение светофорного регулирования считается оправданным, если наблюдаемая на перекрестке интенсивность конфликтующих транспортных потоков в течение каждого из любых 8 ч обычного рабочего дня не менее заданных сочетаний.

Условие 2 задано в виде сочетания критических интенсивностей конфликтующих транспортного и пешеходного потоков. Введение светофорного регулирования считается оправданным, если в течение каждого из любых 8 ч обычного рабочего дня по дороге в двух направлениях движется не менее 600 ед/ч (для дорог с разделительной полосой 1000 ед/ч) транспортных средств (В отличие от размерности интенсивности в физических единицах — автомобилей в час (авт/ч) через размерность ед/ч обозначается интенсивность, подсчитанная в приведенных транспортных единицах путем использования коэффициентов приведения к условному легковому автомобилю) и в то же время эту улицу переходят в одном, наиболее загруженном направлении не менее 150 чел/ч.

Для населенных пунктов с населением менее 10 тыс. чел. снижаются на 30% значения критических интенсивностей движения, оговоренные условиями  1 и 2.

Таблица 3.1

Число полос движения в одном направлении

Интенсивность движения по главной дороге в двух направлениях, ед/ч

Интенсивность движения по второстепенной дороге в одном наиболее загруженном направлении, ед/ч

Главная (более загруженная) дорога

Второстепенная (менее загруженная) дорога

1

1

750

670

580

500

410

380

75

100

125

150

175

190

2 или более

1

900

800

700

600

500

400

75

100

125

150

175

200

2 или более

2 или более

900

825

750

675

600

525

480

100

125

150

175

200

225

240

Условие 3 заключается в том, что светофорное регулирование вводится, когда условия 1 и 2 целиком не выполняются, но оба выполняются не менее чем на 80%.

Условие 4 задано определенным числом ДТП. Введение светофорного регулирования считается оправданным, если за последние 12 месяцев на перекрестке произошло не менее 3 ДТП (которые могли бы быть предотвращены при наличии светофорной сигнализации) и хотя бы одно из условий 1 и 2 выполняется не менее чем на 80%.

Перевод светофоров на режим желтого мигающего сигнала (или применение для этих целей специального транспортного светофора типа 7) осуществляют при снижении интенсивности движения до 50% от норм, оговоренных условиями 1 и 2. Кроме этого, светофоры типа 7 могут применяться и при более низкой интенсивности на опасных участках, где не обеспечена видимость на расстоянии, достаточном для остановки транспортного средства в случае необходимости.

Перечисленные положения разработаны с учетом зарубежного опыта и специфики наших условий. Соблюдение этих положений в принципе должно обеспечить экономическую целесообразность введения светофорного регулирования. Вместе с тем, в каком бы виде не были представлены указанные нормативы, они не смогут охватить всего многообразия случаев, встречающихся на практике. Поэтому, рассматривая условия 1—4 в качестве критериев введения светофора, необходимо в каждом конкретном случае проводить технико-экономический анализ. При соответствующем обосновании светофоры могут быть установлены на перекрестке и при невыполнении условий 1—4.

Сущность технико-экономического анализа заключается в сравнении годовых суммарных приведенных затрат, связанных с движением через перекресток конфликтующих транспортных потоков для случаев отсутствия и наличия на том же перекрестке светофорного регулирования.

На нерегулируемом перекрестке суммарные, приведенные к году затраты (ПЗН) складываются из потерь народного хозяйства, связанных с транспортными задержками на второстепенной дороге, и ущерба от ДТП. При наличии светофорной сигнализации суммарные затраты (ПЗР) складываются из потерь от транспортных задержек на главной и второстепенной дорогах, ущерба от ДТП, а также из затрат, связанных со стоимостью, установкой и эксплуатацией технических средств.

Введение светофорного регулирования на перекрестке является целесообразным, если отношение ПЗН / ПЗР>1.

3.2. ОСНОВЫ ЖЕСТКОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Структура светофорного цикла. Поочередное предоставление права на движение предполагает периодичность или цикличность работы светофорного объекта. Для количественной и качественной характеристики его работы существуют понятия такта, фазы и цикла регулирования.

Тактом регулирования называется период действия определенной комбинации светофорных сигналов. Такты бывают основные и промежуточные. В период основного такта разрешено (а в конфликтующем направлении запрещено) движение определенной группы транспортных и пешеходных потоков. Во время промежуточного такта выезд на перекресток запрещен, за исключением транспортных средств, водители которых не смогли своевременно остановиться у стоп-лини. Идет подготовка перекрестка к передаче права на движение следующей группе потоков. Указанная подготовка означает освобождение перекрестка от транспортных средств и пешеходов, имевших право на движение во время предыдущего такта. Целью применения промежуточного такта является обеспечение безопасности движения в переходный период, когда движение предыдущей группы потоков уже запрещено, а последующая группа разрешение на движение через перекресток еще не получила.

Фазой регулирования называется совокупность основного и следующего за ним промежуточного такта. Минимальное число фаз равно двум (в противном случае отсутствуют конфликтующие потоки, и необходимость в применении светофоров отпадает).

Обычно число фаз регулирования соответствует числу наиболее загруженных конфликтных направлений движения на перекрестке.

Циклом регулирования называется периодически повторяющаяся совокупность всех фаз.

Под режимом светофорного регулирования (светофорной сигнализации) понимаются длительность цикла, а также число, порядок чередования и длительность составляющих цикл тактов и фаз. В аналитическом виде режим светофорного регулирования можно представить в виде выражения:

                                     (3.1)

где   Тц — длительность цикла регулирования, с; — длительности  основного такта, с; — длительности промежуточного такта, с; п — число фаз.

Обычно промежуточный такт обозначается желтым сигналом в направлении, где ранее (во время основного такта) осуществлялось движение (рис. 3.1, а). Учитывая, что в период его действия возможно движение транспортных средств, водители которых, находясь в непосредственной близости от стоп-линий, не смогли своевременно остановиться в момент его включения, длительность желтого сигнала iЖ не должна быть менее 3 с. С другой стороны, с позиций безопасности движения (для предотвращения злоупотреблений водителями правом проезда на желтый сигнал) его длительность не делают более 4 с.  Таким образом,

Вместе с тем встречаются случаи, когда транспортному средству, проехавшему стоп-линию в момент выключения разрешающего сигнала, требуется для освобождения зоны перекрестка более 4 с. Это может быть связано с широкой проезжей частью в зоне перекрестка или сравнительно низкой скоростью транспортных средств. В таких случаях после основного такта, как правило, включаются последовательно два промежуточных: по истечении 4 с желтый сигнал в рассматриваемом направлении заменяется на красный. В поперечном (конфликтующем) направлении продолжает действовать красный сигнал, который заменяется на красный с желтым непосредственно перед включением зеленого сигнала   (за   3—4   с).   Таким   образом,   на   перекрестке   в   течение определенного времени  может  по всем  направлениям действовать красный сигнал  (рис. 3.1,6).

Промежуточные такты, образованные вышеописанными методами, получили название переходных интервалов. Структура переходного интервала может быть и более сложной. Это зависит от конфигурации перекрестка, параметров транспортных и пешеходных потоков и от принятой схемы организации движения. В целях снижения транспортной задержки длительность переходных интервалов не назначают более 8 с. При больших значениях переходных интервалов следует рассматривать возможность устройства промежуточных стоп-линий.

Потерянное время в цикле регулирования. В течение фазы регулирования транспортные средства движутся в направлении, в котором включен разрешающий сигнал, в период основного такта t0. В период промежуточного такта  tП интенсивность движения в сечении стоп-линий постепенно падает до нуля. Вместе с тем в начале основного такта ожидающие разрешающего сигнала транспортные средства начинают движение с некоторой задержкой, которая связана с реакцией водителя на разрешающий сигнал и с разгоном транспортных средств. При этом интенсивность движения N в сечении стоп-линий  постепенно нарастает и достигает через некоторое время приблизительно постоянного значения Мн, равного пропускной способности данного направления. Задержка в движении в начале такта  t0 называется  стартовой задержкой (tст). Это потерянное время в фазе, так как практически движение в этот период отсутствует. К потерянному времени следует отнести и промежуточный такт за вычетом времени tр — «прорыва» на желтый сигнал транспортных средств, которые не смогли своевременно остановиться у стоп-линий.

Таким образом, движение начинается позже момента включения разрешающего сигнала и заканчивается позже момента его окончания. Время, в течение которого фактически осуществляется движение, называется эффективной длительностью фазы tэф.

На рис. 3.2 показан процесс разъезда очереди бесконечной длины в течение фазы регулирования (полностью насыщенная фаза). Число транспортных средств, покинувших перекресток в среднем в течение tэф, равно их числу, покинувшему перекресток за время фазы. Тогда интенсивность движения в сечении стоп-линий в данном направлении может быть представлена прямоугольником с высотой Мн, основанием которого является Тэф.

Потерянное время в фазе , а длительность фазы (to+ tП) будет равна сумме эффективной ее длительности и потерянного времени  (tэф + tПТ).

Показатель Мн является максимальной интенсивностью разъезда очереди при полностью насыщенной фазе. В специальной литературе он получил название потока насыщения. Полностью насыщенные фазы наблюдаются при высокой интенсивности движения обычно в часы пик. В большинстве случаев при включении зеленого сигнала очередь вначале разъезжается, а затем транспортные средства движутся свободно. Поэтому поток насыщения обычно определяется как интенсивность разъезда очереди транспортных средств, ранее остановленных запрещающим сигналом.

Потерянное время в цикле регулирования ТПТ складывается из потерянных времен в каждой его фазе

где i — номер фазы.

Экспериментальные исследования показывают, что tp в среднем больше tсг на 1 с, т. е. эффективная деятельность фазы несколько больше длительности разрешающего сигнала. Однако для практических расчетов обычно принимают tСТtp и, таким образом, tПТ tП. Поэтому потерянное время в цикле можно приближенно считать равным сумме промежуточных тактов (переходных интервалов), входящих в состав цикла.

3.3. ПОФАЗНЫИ РАЗЪЕЗД ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Пофазный разъезд обеспечивает разделение конфликтующих потоков по времени. Число фаз, а следовательно, и выделенных групп транспортных и пешеходных потоков в соответствующих фазах зависит от характера конфликтных точек на перекрестке и интенсивности движения в каждом направлении. С точки зрения безопасности движения число фаз должно быть таким, чтобы не было ни одной конфликтной точки. Вместе с тем увеличение числа фаз ведет к увеличению длительности цикла и, что особенно важно, к увеличению его непроизводительных составляющих — числа и суммарной длительности промежуточных тактов.

В процессе пофазного разъезда каждый участник движения получает право на пересечение стоп-линий, как правило, лишь в одной фазе. С ростом их числа время ожидания права проезда каждого участника движения увеличивается, следовательно, увеличивается суммарная задержка на перекрестке. Кроме того, каждой фазе должна соответствовать минимум одна своя полоса движения на подходах к перекрестку. В противном случае реализовать пофазный разъезд не удается. Типичной ошибкой, нередко встречающейся в практике организации движения, является попытка обеспечить выезд транспортных средств, получающих право на движение в различных фазах, из одной полосы. В конечном результате такая полоса оказывается выключенной в течение всего цикла из работы перекрестка. Первое же транспортное средство, остановившееся у стоп-линий в ожидании своей фазы, лишит возможности остальных участников движения, находящихся на этой полосе и обладающих в данный момент правом проезда, воспользоваться этим правом.

Выделение для каждой фазы своей полосы (или полос) движения в свою очередь приводит к недоиспользованию пропускной способности полосы. Следствием этого является уменьшение с ростом числа фаз пропускной способности перекрестка.

Таким образом, определение оптимального числа фаз регулирования является решением компромиссным. В интересах высокой пропускной способности следует всегда стремиться к минимальному числу фаз настолько, насколько позволяют условия безопасности движения.

В простейшем  случае,  когда  преобладает движение в  прямых направлениях, разъезд транспортных средств может быть организован по двухфазному циклу  (рис. 3.3). Все участники движения делятся на две группы. Очередность их движения ликвидирует на перекрестке наиболее опасные конфликтные точки. Правые и левые повороты, а также движение пешеходов осуществляются при наличии конфликтов в соответствии с порядком, предусмотренным Правилами дорожного движения. Так  как   непременным условием применения двухфазного регулирования является сравнительно небольшая интенсивность в этих направлениях, интересы безопасности движения соблюдаются.

На рис. 3.3 так же, как и на последующих рисунках, связанных с организацией движения на перекрестках, в целях упрощения схем светофоры условно расположены только на ближайшей стороне перекрестка справа (по ходу движения) и показаны односторонними. Черный цвет светофора на рисунке обозначает красный сигнал или выключенную стрелку дополнительной секции, отсутствие окраски — зеленый сигнал или включенную стрелку. Не показаны пешеходные светофоры, зеленый сигнал которых работает в мигающем режиме (существует конфликт между пешеходными и транспортными потоками). В целях упрощения на рисунках показаны только основные такты каждой фазы регулирования. Номера фаз обозначены цифрами.

Применение трех и более фаз связано, как правило, с высокой интенсивностью левоповоротных потоков или пешеходного движения. Транспортное средство, поворачивающее налево при двухфазном регулировании и интенсивном встречном потоке, вынуждено находиться в центре перекрестка до конца разрешающей фазы. Завершить поворот удается лишь в период промежуточного такта, когда желтый сигнал прерывает движение во встречном направлении. В этот сравнительно короткий момент времени успевают повернуть налево лишь одно- два транспортных средства. Учитывая среднюю длительность существующих двухфазных циклов, избежать третьей фазы можно лишь при интенсивности левоповоротного потока не более 120 авт/ч.

Естественно, если встречный поток прямого направления является малоинтенсивным, то предельная интенсивность левоповоротного потока может быть увеличена пропорционально соотношению интенсивностей встречного и попутного потоков в прямом направлении. В данном случае длительность фазы будет определяться интенсивностью потока попутного направления. Во встречном направлении появляется избыток зеленого сигнала, позволяющий некоторым транспортным средствам завершить левый поворот до окончания фазы.

Появление третьей фазы открывает возможность для различных вариантов организации движения. Выбор варианта зависит от интенсивности конфликтующих потоков и числа полос движения перед стоп-линией. В одном из типичных вариантов (рис.3.4) специальная фаза может обслуживать два встречных левоповоротных потока. Другим вариантом является объединение левоповоротного потока с потоком в прямом попутном направлении, если последний отличается высокой интенсивностью и пропустить его полностью в первой фазе не удается. Часто с целью повышения безопасности пешеходов третья фаза используется для пропуска правоповоротных потоков. Такой прием возможен при наличии достаточного числа полос на подходе к перекрестку и редко рассматривается в качестве главной задачи (правые повороты объединяются с каким-то главным направлением, которое обслуживается данной фазой). Естественно, возможны и другие варианты. В каждом конкретном случае характер пофазного разъезда определяют местные условия.

   

Многофазное регулирование (4 фазы и более) является весьма нежелательным, учитывая связанные с этим рост транспортной задержки и снижение пропускной способности перекрестка. Обычно во избежание 4 фаз и более прибегают к запрещению отдельных маневров, сокращению числа пешеходных переходов или устройству подземных пешеходных тоннелей.

Полная безопасность движения пешеходов может быть обеспечена лишь путем ликвидации всех конфликтных точек между транспортными и пешеходными потоками. Однако в целях повышения пропускной способности перекрестка часто такие конфликты допускаются, если суммарная интенсивность пешеходных потоков на одном переходе не превышает 900 чел/ч, а интенсивность транспортных лево- и правоповоротного потоков, конфликтующих с пешеходами, не более 120 авт/ч.

Превышение указанной предельной интенсивности пешеходных потоков приводит к резкому увеличению числа ДТП, связанных с пешеходами. При интенсивности пешеходного движения на одном переходе более 1000 чел/ч, целесообразно обеспечить их бесконфликтный пропуск. На перекрестке это достигается различными организационными методами (рис. 3.5). В идеальном случае в цикле регулирования выделяется специальная (пешеходная) фаза, в течение которой на перекрестке по всем направлениям включается красный сигнал в транспортных светофорах, в то время как пешеходные светофоры разрешают движение (рис. 3.6). К сожалению, указанный прием применяется редко, так как приводит к увеличению транспортной задержки. Такой метод регулирования является целесообразным при интенсивных пешеходных потоках на всех переходах перекрестка.

Подводя итоги, можно сформулировать основные принципы пофазного разъезда.

  1.  Стремиться   к  минимальному  числу  фаз  в  цикле  регулирования.
  2.  Учитывать, что допускается совмещать в одной фазе:
  •  левоповоротный поток, конфликтующий с определяющим длительность фазы встречным потоком  прямого направления, если левоповоротный поток не превышает 120 авт/ч;
  •  пешеходный и конфликтующие с ним поворотные транспортные потоки, если пешеходный поток не превышает 900 чел/ч, а поворотные транспортные потоки не превышают 120 авт/ч.
  1.  Не выпускать из одной и той же полосы транспортные средства, движение которых предусмотрено в разных фазах, т. е. полосы движения закрепляют за определенными фазами.
  2.  Стремиться к равномерной загрузке полос. Интенсивность движения, в среднем приходящаяся на одну полосу, не должна превышать диапазон 600—700 ед/ч.
  3.  При широкой проезжей части (3 полосы движения и более в одном  направлении) следует рассматривать возможность поэтапного перехода пешеходами улицы в течение двух следующих друг за другом фаз регулирования.

3.4. УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПО ОТДЕЛЬНЫМ НАПРАВЛЕНИЯМ ПЕРЕКРЕСТКА

Пофазный разъезд транспортных средств является сравнительно простым методом организации движения на перекрестке. В течение фазы длительность основных тактов по всем направлениям перекрестка одинакова, что существенно упрощает конструкцию контроллера и коммутацию ламп светофоров.

Вместе с тем длительность основного такта в каждом направлении зависит от интенсивности движения. Фазу (основной такт), как правило, определяет наиболее загруженное направление. В остальных, менее загруженных направлениях фаза ненасыщенная, т. е. существует избыток зеленого сигнала. Это приводит к некоторому увеличению длительности цикла и к снижению пропускной способности перекрестка. Появление контроллеров с программным обеспечением отдельных направлений позволяет ликвидировать этот недостаток и повысить гибкость процесса управления движением на перекрестке. В этом случае обеспечивается соответствие загрузки направлений и длительности зеленых сигналов. Для менее загруженного направления разрешающий движение сигнал может быть выключен раньше и, следовательно, раньше может начаться движение в направлении, конфликтующем с предыдущим.

Для случаев управления движением по направлениям перекрестка основные принципы пофазного разъезда, сформулированные в подразд. 3.3, сохраняются.

На рис. 3.7 показаны два варианта организации движения на перекрестке, где интенсивность движения в направлении юг — север значительно превышает интенсивность в направлении север — юг. Этот случай является характерным для утренних и вечерних часов пик, когда высокая интенсивность движения наблюдается в одном из направлений (например, с периферии в центр города, или наоборот).

Первый вариант (см. рис.3.7,а) реализован на основе пофазного разъезда. Учитывая высокую интенсивность лево- и право-поворотного потоков с южного направления, повороты вынесены в специальную фазу. Малая интенсивность движения во встречном направлении приводит к неэффективному использованию в этом направлении проезжей части (к ненасыщенным первой и второй фазам). Поэтому первый вариант следует признать нерациональным.

Второй вариант (рис. 3.7,б) позволяет выпустить интенсивные лево- и правоповоротные потоки раньше, после пропуска малоинтенсивного встречного потока прямого направления. В этот же момент могут начинать движение транспортные средства правоповоротного потока встречного направления. Левоповоротный поток встречного направления выпускается позже, по истечении времени, необходимого для пропуска через перекресток интенсивного потока прямого направления. Таким образом, вторая фаза как бы внедряется в первую, что приводит к уменьшению длительности зеленого сигнала в малозагруженных направлениях, к рациональной загрузке полос движения и в конечном итоге к снижению длительности цикла регулирования.

В рассматриваемом случае для реализации, как первого, так и второго вариантов необходимо иметь в каждом направлении (север — юг и юг — север) минимум по три полосы движения. При отсутствии такой возможности, например при наличии на каждом подходе к перекрестку лишь по одной полосе движения, может быть применен метод пропуска интенсивного левоповоротного потока с частичным конфликтом  (рис. 3.8).

Для реализации управления движением по отдельным направлениям важно располагать данными о необходимой длительности зеленых сигналов в каждом направлении и о возможностях применяемого контроллера.

3.5. РАСЧЕТ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЦИКЛА И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ

Последовательность расчета. Определение длительности цикла и основных тактов регулирования основано на сопоставлении фактической интенсивности движения на подходах к перекрестку и пропускной способности (потокам насыщения) этих подходов. Поэтому эти параметры следует рассматривать в качестве основных исходных данных расчета  (рис. 3.9).

Как интенсивность, так и потоки насыщения рассматриваются для каждого направления движения данной фазы. Следовательно, расчету режима регулирования должно предшествовать формирование схемы организации движения на перекрестке (проект пофазного разъезда транспортных средств).

Число фаз регулирования определяет количество основных и промежуточных тактов. Основной такт является частью цикла регулирования, пропорциональной фазовому коэффициенту, расчетное значение которого соответствует максимальному отношению интенсивности к потоку насыщения для различных подходов к перекрестку в данной фазе. Промежуточный такт, учитывая его назначение (см. подразд. 3.2), мало зависит от интенсивности движения, а определяется планировочной характеристикой перекрестка и скоростью движения транспортных средств в его зоне. Данные о промежуточных тактах (потерянном времени) и расчетных фазовых коэффициентах лежат в основе расчета длительности цикла регулирования, которая может быть скорректирована с учетом требований пешеходного или трамвайного движения. Завершающим этапом работы является построение графика режима работы светофорной сигнализации, на котором отражаются длительность и порядок чередования сигналов.

Исходные данные. Исходными данными для расчета являются планировочные и транспортные характеристики перекрестка: ширина проезжих частей, число и ширина полос в каждом направлении движения; ширина разделительных полос; ширина тротуаров и радиусы их закругления; продольный уклон на подходах к перекрестку; состав транспортных потоков; картограмма интенсивности транспортных и пешеходных потоков для рассматриваемых периодов суток (транспортная интенсивность выражается в приведенных единицах); средняя скорость движения транспортных средств на подходе и в зоне перекрестка (без торможения).

Потоки насыщения. Ноток насыщения для каждого направления данной фазы регулирования определяют путем натурных наблюдений в периоды, когда на подходе к перекрестку формируются достаточно большие очереди транспортных средств. Порядок  определения   потока   насыщения  должен  быть  следующим:

  1.  Одновременно с включением зеленого сигнала (при отсутствии светофоров на перекрестке руководствоваться сигналами регулировщика) включить секундомер и регистрировать по видам транспортные средства, пересекающие стоп-линию и движущиеся по одной из полос.
  2.  Выключить секундомер в момент пересечения стоп-линий последним автомобилем очереди.
  3.  Записать показание секундомера и подсчитать число прошедших за это время приведенных транспортных единиц.
  4.  Повторить замеры 10 раз. (При достаточно длинной очереди на полосе, состоящей из 10—15 автомобилей и более, можно ограничиться 3—5 замерами.)
  5.  Определить поток насыщения для данной полосы движения

                                (3.2)

где — поток насыщения для данной полосы в данной фазе и данном направлении движения, ед/ч; п — число замеров; т — число приведенных транспортных единиц, прошедших через стоп-линию за время t; t1, ..., tn — показания секундомера, с; j — номер направления движения; k — номер полосы.

  1.  Повторить операции, перечисленные в пп. 1—5, для каждой из оставшихся полос рассматриваемого направления данной фазы. Просуммировав полученные результаты, получить показатель — поток насыщения для одного из направлений данной фазы.
  2.  Определить поток насыщения . в соответствии с методикой, изложенной в пп. 1—6, для других направлений рассматриваемой фазы, а также для всех направлений движения других фаз регулирования.

Поток насыщения является показателем, зависящим от многих факторов: ширины проезжей части (полосы движения), продольного уклона на подходах к перекрестку, состояния дорожного покрытия, видимости перекрестка водителем, наличия в зоне перекрестка пешеходов и стоящих автомобилей и т. п. Поэтому для каждого перекрестка (и даже для каждого характерного часа суток и периода года, для которых рассчитывается программа регулирования) он должен определяться экспериментально по приведенной методике.

Вместе с тем методика экспериментального определения потока насыщения  требует существенных затрат времени. Кроме этого, она неприменима для вновь проектируемых перекрестков. Для ориентировочных расчетов (до проведения натурных наблюдений) может быть использован приближенный эмпирический метод определения потоков насыщения, сущность которого заключается в следующем.

Для случая движения в прямом направлении по дороге без продольных уклонов поток насыщения рассчитывают по эмпирической формуле, которая связывает этот показатель с шириной проезжей части, используемой для движения транспортных средств в данном направлении рассматриваемой фазы регулирования:

                                             (3.3)

где — поток насыщения, ед/ч; ВПЧ — ширина проезжей части в данном направлении данной фазы, м.

Формула (3.3) применима при 5,4 м ≤ ВПЧ ≤ 18,0 м. Если ширина проезжей части меньше 5,4 м, для расчета можно использовать следующие данные:

1850

1875

1950

2075

2475

2700

ВПЧ

3,0

3,3

3,6

4,2

4,8

5,1

Если перед перекрестком полосы обозначены дорожной разметкой, поток насыщения можно определить в соответствии с приведенными данными отдельно для каждой полосы движения.

В зависимости от продольного уклона дороги на подходе к перекрестку изменяется расчетное значение потока насыщения. Каждый процент уклона на подъеме снижает (на спуске — увеличивает) поток насыщения  на 3%. При этом расчетным уклоном считают средний уклон дороги на участке от стоп-линий до точки, расположенной от нее на расстоянии 60 м на подходе к перекрестку.

Для случая движения транспортных средств прямо, а также налево и (или) направо по одним и тем же полосам движения, если интенсивность лево- и правоповоротного потоков составляет более 10% от общей интенсивности движения в рассматриваемом направлении данной фазы, поток насыщения, полученный по формуле  (3.3)  или из приведенных данных, корректируют:

                                      (3.4)

где а, b и с — интенсивность движения транспортных средств соответственно прямо, налево и направо в процентах от общей интенсивности в рассматриваемом направлении данной фазы регулирования.

Необходимость коррекции связана с уменьшением потока насыщения, так как автомобили, поворачивающие налево или направо из общей полосы движения, задерживают основной поток прямого направления.

Таблица 3.2

Условия движения

Описание условия

Поправочный коэффициент

Хорошее

Отсутствует влияние пешеходов и стоящих автомобилей. Хороший обзор, достаточная   ширина проезжей части на выходе с перекрестка. В темное время суток освещение перекрестка в пределах норм

1,2

Среднее

Наличие характеристик из групп «хорошие» и «плохие» условия

1,0

Плохое

Низкая средняя скорость движения. Неудовлетворительные ровность и сцепные качества покрытия. Имеется влияние стоящих автомобилей, конфликтов с транспортными потоками при поворотном движении, пешеходов. Плохой обзор перекрестка, слабая освещенность проезжей части

0,85

Для право- и левоповоротных потоков, движущихся по специально выделенным полосам, поток насыщения  определяется в зависимости от радиуса поворота R:

  •  для однорядного движения

                                       (3.5)

  •  для двухрядного движения

                                        (3.6)

Радиус поворота может быть определен по плану перекрестка, вычерченного в масштабе. При двухрядном движении в формулу (3.6)  подставляют среднее значение радиуса.

Остальные перечисленные факторы, влияющие на поток насыщения, учитывают с помощью поправочных коэффициентов. Эти коэффициенты отражают условия движения на перекрестке (табл. 3.2), которые можно подразделить на три группы: хорошие, средние и плохие. Отнесение условий на данном направлении движения через перекресток к одной из групп влечет за собой изменение потока насыщения. Его значение, определенное по формулам (3.3) — (3.6) или по вышеприведенным данным (см. с. 42), должно быть умножено на соответствующий поправочный коэффициент.

Фазовые коэффициенты. Фазовые коэффициенты определяют для каждого из направлений движения на перекрестке в данной фазе регулирования

(3.7)

где уij — фазовый коэффициент данного направления; Nij и Mij — соответственно интенсивность движения для рассматриваемого периода суток и поток насыщения в данном направлении данной фазы регулирования, ед/ч.

За расчетный (определяющий длительность основного такта) фазовый коэффициент у, принимается наибольшее значение уij в данной фазе. Меньшие значения могут быть использованы в дальнейшем для определения минимально необходимой длительности разрешающего сигнала в соответствующих этим коэффициентам направлениях движения.

При пофазном регулировании и пропуске какого-либо транспортного потока в течение 2 фаз и более для него отдельно рассчитывают фазовый коэффициент, который независимо от значения не принимают в качестве расчетного. Однако этот фазовый коэффициент должен быть не более суммы расчетных фазовых коэффициентов тех фаз, в течение которых этот поток пропускается. Бели это условие не соблюдается, то один из расчетных фазовых коэффициентов, входящих в эту сумму, должен быть искусственно увеличен.

Например, если на перекрестке организовано трехфазное регулирование (расчетные фазовые коэффициенты соответственно равны у1, у2 и у3), а один из потоков пропускается во 2-й и 3-й фазах (фазовый коэффициент y2-3), то должно соблюдаться соотношение y2-3 ≤ у2+ у3 . В противном случае у2 или уз необходимо увеличить. Указанное требование связано с тем, что расчетные фазовые коэффициенты определяют длительность основных тактов, а следовательно, и длительность разрешающего сигнала для потока, пропускаемого в две фазы и более.

Промежуточные такты. В соответствии с назначением промежуточного такта (см. подразд. 3.2) его длительность должна быть такой, чтобы автомобиль, подходящий к перекрестку на зеленый сигнал со скоростью свободного движения, при смене сигнала с зеленого на желтый смог либо остановиться у стоп-линий, либо успеть освободить перекресток (миновать конфликтные точки пересечения с автомобилями, начинающими движение в следующей фазе).

Остановиться у стоп-линий автомобиль сможет только в том случае, если расстояние от него до стоп-линий на проезжей части будет равно или больше остановочного пути.

Таким образом, если рассматривать крайний случай, когда автомобиль в момент смены сигналов находился от стоп-линий на расстоянии остановочного пути, то  длительность  промежуточного такта должна включать в себя не только время, необходимое для освобождения автомобилем перекрестка, но и время его движения в пределах расстояния, равного остановочному пути. С другой стороны, автомобилю, начинающему движение в следующей фазе, также необходимо определенное время, чтобы достигнуть точки конфликта с автомобилем предыдущей фазы. Это способствует уменьшению длительности промежуточного такта. Учитывая, что время проезда расстояния, равного остановочному пути, состоит из времени реакции водителя на смену сигналов светофора и времени торможения, можно в общем виде представить формулу промежуточного такта  (рис. 3.10).

       (3.8)

где — длительность промежуточного такта в данной фазе регулирования, с;  — время реакции водителя на смену сигналов светофора, с;  — время, необходимое автомобилю для проезда расстояния, равного тормозному пути, с;  — время движения автомобиля до самой дальней конфликтной точки, ДКТ, с;  — время, необходимое для проезда от стоп-линий до ДКТ автомобилю, начинающему движение в следующей фазе.

Так как составляющие формулы (3.8)  и  в большинстве случаев по значению близки друг к другу, на практике обычно их исключают из расчета. С учетом этого обстоятельства, а также предположения о постоянном замедлении при торможении автомобиля перед стоп-линией формулу для определения длительности промежуточного такта можно представить в следующем виде:

         (3.9)

где Vа—средняя скорость транспортных средств при движении на подходе к перекрестку и в зоне перекрестка без торможения (с ходу), км/ч; аT—среднее замедление транспортного средства при включении запрещающего сигнала (для практических расчетов аT = 3 ÷ 4 m/c2); li, — расстояние от стоп-линий до самой ДКТ, м; la — длина транспортного средства, наиболее часто встречающегося в потоке, м.

В период промежуточного такта заканчивают движение и пешеходы, ранее переходившие улицу на разрешающий сигнал светофора. За время  пешеход должен или вернуться на тротуар, откуда он начал движение, или дойти до середины проезжей части (островка безопасности, центральной разделительной полосы, линии, разделяющей потоки встречных направлений). Максимальное время, которое потребуется для этого пешеходу,

                                                   (3.10)

где ВПШ — ширина проезжей части, пересекаемой пешеходами в i-фазе регулирования, м; VПШ — расчетная скорость движения пешеходов (обычно принимается 1,3 м/с).

В качестве промежуточного такта выбирают наибольшее значение из и  

Цикл регулирования. В простейшем случае при равномерном прибытии транспортных средств к перекрестку (через равные интервалы времени) минимальная длительность цикла может быть определена из следующих соображений. Транспортные средства, которые прибывают к перекрестку в j-м направлении за период, равный циклу регулирования ТЦ, покидают перекресток в течение основного такта i-й фазы с интенсивностью,  равной потоку насыщения . Тогда справедливо соотношение . Отсюда длительность основного такта

                                           (3.11)

Так как в данном случае фаза будет полностью насыщенной, . С учетом этого замечания, подставляя в формулу (3.1) значение , определенное по формуле (3.11), получаем:

                   (3.12)

Обозначив  и , после преобразования выражения (3.12) получим

                                                       (3.13)

На практике равномерное прибытие транспортных средств к перекрестку является весьма редким случаем. Чаще для изолированного перекрестка характерным является случайное прибытие (интервалы между последовательно прибывающими транспортными средствами не одинаковы).

Случайному прибытию транспортных средств соответствует формула цикла

                                                     (3.14)

предложенная английским исследователем Ф. Вебстером на основе минимизации транспортной задержки (см. подразд. 3.7). Методика Ф. Вебстера получила достаточную практическую проверку в реальных условиях движения, поэтому формула (3.14) широко используется для инженерных расчетов во многих странах мира, в том числе и в СССР.

При высокой интенсивности движения и недостаточной пропускной способности перекрестка (низкие значения Мн) сумма расчетных фазовых коэффициентов У стремится к единице, а длительность цикла к бесконечности.

По соображениям безопасности движения длительность цикла больше 120 с считается недопустимой, так как водители при продолжительном ожидании разрешающего сигнала могут посчитать светофор неисправным и начать движение на запрещающий сигнал. Если расчетное значение ТЦ превышает 120 с, необходимо добиться снижения длительности цикла путем увеличения числа полос движения на подходе к перекрестку, запрещения отдельных маневров, снижения числа фаз регулирования, организации пропуска интенсивных потоков в течение двух и более фаз. По тем же соображениям нецелесообразно принимать длительность цикла менее 25 с.

Основные такты. Длительность основного такта  в i-й фазе регулирования пропорциональна расчетному фазовому коэффициенту этой фазы. Поэтому, если сумма основных тактов равна ТЦ  - ТП, то

                                                      (3.15)

По соображениям безопасности движения  обычно принимают не менее 7 с. В противном случае повышается вероятность цепных ДТП при разъезде очереди на разрешающий сигнал светофора. Поэтому, если длительность основного такта, рассчитанная по формуле (3.15), получается менее 7 с, ее следует увеличить до минимально допустимой. Расчетную длительность основных тактов необходимо проверить на обеспечение ими пропуска в соответствующих направлениях пешеходов и трамвая.

Время, необходимое для пропуска пешеходов по какому-то определенному направлению tПШ, рассчитывают по эмпирической формуле, получившей широкое распространение в мировой практике и учитывающей суммарные затраты времени на пропуск пешеходов,

                                                     (3.16)

Время, необходимое для пропуска трамвая через перекресток, зависит от пути, проходимого трамваем от стоп-линий до самой ДКТ перекрестка, и его скорости

                                                       (3.17)

где tТР — длительность такта регулирования, обеспечивающего Пропуск трамвая, с; li — путь движения трамвая от стоп-линий до самой ДКТ с транспортными средствами, начинающими движение в следующей фазе, м; lТР —длина трамвайного поезда, м; VТР —скорость движения трамвая в зоне перекрестка (в расчетах может быть принята равной 20 км/ч).

Если какие-либо значения tПШ и (или) tТР оказались больше рассчитанной по формуле (3.15) длительности соответствующих основных тактов, то окончательно принимают новую уточненную длительность этих тактов, равную наибольшим значениям tПШ или tТР . При этом не будет оптимального соотношения фаз в цикле регулирования, так как нарушается условие пропорциональности между  и уi. При большем значении  в конфликтующем направлении накапливается в ожидании разрешающего сигнала большее число транспортных средств, которые получают право на движение в других фазах, где основные такты могли остаться без изменения.

Такое нарушение пропорциональности не приводит к существенному возрастанию транспортной задержки, если и  (или ) незначительно отличаются друг от друга (на 4—5 с). В этом случае можно  увеличить до  (или ) и соответственно увеличить длительность цикла.

При существенном отличии указанных параметров требуется восстановить оптимальное соотношение длительности фаз в цикле. Для этого необходимо изменить также и длительность основных тактов, не уточнявшихся по условиям пешеходного или трамвайного движения, т. е. скорректировать структуру цикла.

Существуют два способа коррекции.

  1.  Фазовые коэффициенты, положенные в основу расчета цикла, сохраняются. Указанные основные такты увеличиваются пропорционально этим фазовым коэффициентам.
  2.  В формулу цикла вводятся новые фазовые коэффициенты для тех фаз, основные такты которых уточняются по условиям пешеходного или трамвайного движения.

Использование первого способа при всей его простоте приводит, как правило, к неоправданно увеличенному циклу регулирования. Поэтому ниже приводится второй способ корректировки структуры цикла, получивший распространение в практических расчётах.

В связи с отсутствием методики определению потоков насыщения для пешеходного и трамвайного движения непосредственный расчёт фазовых коэффициентов для указанных случаев затруднителен. Поэтому для определения новой, скорректированной длительности цикла составим систему управлений с использованием выражений (3.14) и (3.15):

                                               (3.18)

где - новая, скорректированная длительность цикла регулирования, с;   и  - суммы фазовых коэффициентов, основные такты которых соответственно не уточнялись и уточнялись (получили новое значение) по условиям пешеходного и трамвайного движения;  - суммарная длительность основных тактов, уточнённая по условиям пешеходного и трамвайного движения, с.

В системе уравнений (3.18) два неизвестных члена  и . Решая систему уравнений относительно , получаем квадратное уравнение:

,

где

,

откуда

                                           (3.19)

Зная скорректированное значение цикла регулирования , можно определить новую длительность основных тактов , не уточнявшихся по пешеходному или трамвайному движению. Для этого в формулу (3.15)надо подставить скорректированное значение Y, полученное после преобразования фрмулы (3.14):

                                                 (3.20)

Коррекция цикла приводит к его увеличению и, следовательно, к росту транспортной задержки. Избежать коррекции можно путём организации поэтапного пропуска пешеходов через проезжую часть (см. рис. 3,5, в). Это позволяет уменьшить длину перехода ВПШ и, таким образом, снизить время tПШ. Однако в этом случае необходимо устройство на проезжей части островков безопасности.

При управлении движением по отдельным направлениям перекрёстка длительность ТЦ, как правило, уменьшается. Необходимые для её расчёта по формуле (3.14) значения Y и ТЦ могут быть получены с помощью графика фазовых коэффициентов, отражающего последовательность пропуска транспортных потоков в соответствии с разработанной с учётом этого метода схемой организации движения. В состав Y включают только фазовые коэффициенты так называемых определяющих потоков, в период движения которых пропускаются потоки всех остальных направлений. Определяющие потоки являются конфликтующими, поэтому они отделяются друг от друга промежуточными тактами. По числу и длительности этих тактов рассчитывается длительность ТП. основные такты для каждого направления рассчитывают по формуле (3.15), куда подставляют полученные таким образом значения ТЦ, ТП и Y, а также фазовый коэффициент рассматриваемого направления.

Качество различных вариантов схем организации движения на перекрёстке оценивают средней задержкой транспортных средств (см. подразд. 3.7). С этим показателем непосредственно связана степень насыщения направления движения х, представляющая собой отношение среднего числа прибывающих в данном направлении к перекрёстку в течение цикла транспортных средств к максимальному числу покинувших перекрёсток в том же направлении в течение разрешающего сигнала:

                                                          (3.21)

где   и  - соответственно интенсивность движения и поток насыщения в данном

направлении, ед/ч;  - длительность основного такта в том же направлении, с; j – номер направления.

Заторовое состояние в рассматриваемом направлении возникает при х > 1. Для обеспечения некоторого резерва пропускной способности следует стремится к значению х, не превышающему 0,85-0,90. Немаловажным с точки зрения максимального использования пропускной способности перекрёстка является отсутствие малонасыщенных направлений и их равномерная загрузка.

График режима светофорной сигнализации. Порядок чередования и длительность сигналов для каждого светофора, установленного на перекрёстке, отражают график режима светофорной сигнализации. Это позволяет использовать его для коммутации ламп светофоров в период монтажных работ. Каждая строка графика соответствует одному или нескольким светофорам с одинаковым режимом работы. В левой части графика указывают номера светофоров и дополнительных секций, присваиваемых им в процессе проектирования светофорного объекта. В средней части графика соответствующими цветами показано чередование сигналов светофоров. Эту часть графика выполняют в масштабе, который отражает длительность сигналов, записанных в правой части графика. Масштаб выбирают произвольно. Перед выполнением графика вычерчивают генплан перекрёстка  с нанесёнными на нём техническими средствами организации движения.

Необходимое число программ жёсткого управления. Из-за суточных колебаний интенсивности движения меняются фазовые коэффициенты, а следовательно, и цикл (программа управления). С точки зрения оптимальности управления каждому значению интенсивности должна соответствовать своя программа. На практике обычно ограничиваются использованием в течение активного периода суток (например, с 7 до 21 ч) двух-трех программ. При этом исходят из того, что отклонение фактической длительности цикла от оптимальной на 25% в любую сторону допустимо, так как это не приводит к значительному увеличению задержек.

Первую программу рассчитывают по интенсивности, соответствующей пиковому периоду. Для определения момента перехода ко второй программе необходимо уменьшить длительность ТЦ первой на 25% и по формуле (3.14,) рассчитать новое значение Y. Пропорционально уменьшению Y следует уменьшить фазовый коэффициент для наиболее загруженного направления. По этому направлению, используя формулу (3.7), определяют интенсивность движения, которая является ориентировочно нижней границей применения первой программы. Аналогично определяют моменты перехода к следующим программам.

При однопрограммном управлении нецелесообразно рассчитывать цикл исходя из пиковой интенсивности, так как он будет избыточным в период ее спада. Цикл уменьшают на 20—25% по сравнению с расчетным значением, соответствующим максимальному значению интенсивности. Естественно, искусственное уменьшение цикла вызовет увеличение степени насыщения х в пиковые периоды суток. Поэтому для наиболее загруженных направлений перекрестка необходима проверка по условию возникновения затора. В формулу (3.21) подставляется значение нового (уменьшенного) цикла и соответствующего ему основного такта, а интенсивность Nj принимают равной максимально наблюдаемой.

Пример расчета. Расчет режима работы светофорной сигнализации приведен для пересечения двух улиц, условно названных Горизонтальной и Вертикальной (рис. 3.11). Ширина проезжих часки позволяет организовать движение на Горизонтальной ул. в 4 ряда и на Вертикальной в б рядов при ширине полосы движения 3,75 м. Перекресток расположен на горизонтальном участке дороги. Условия движения средние (см. табл. 3.2). В потоке преобладают легковые автомобили.

Анализ картограммы интенсивности движения (рис. 3.12) указывает на необходимость бесконфликтного пропуска пешеходных потоков 5 и 13, учитывая их высокую интенсивность, а также интенсивность право- и левоповоротного потоков 14 и 16. Право- и левоповоротные потоки 1, 3, 9 и 11 малоинтенсивные. С учетом этого и принимая во внимание интенсивность транспортных 2, 10 и пешеходных 4, 12 потоков, указанные правые и левые повороты могут быть организованы методом «просачивания» (в соответствии с правилами пофазного разъезда конфликтные точки считаются допустимыми).

Таким образом, движение на перекрестке может быть организовано в три фазы с пропуском: в 1-й фазе по Вертикальной ул. транспортных потоков прямого направления и пешеходов; во 2-й фазе поворотных потоков, выходящих с Вертикальной ул.; в 3-й фазе транспортных и пешеходных потоков, следующих по Горизонтальной ул. Так как на Вертикальной ул. поворотные потоки и потоки прямого направления организованы в разных фазах, полосы на подходах к перекрестку необходимо специализировать: левая полоса предназначена для движения только налево, средняя — прямо, правая — только направо.

После определения числа фаз и порядка разъезда транспортных средств рассчитывают потоки насыщения и фазовые коэффициенты для каждого направления в каждой фазе регулирования. Номера фаз и направлений движения обозначены соответствующими индексами (см. рис. 3.7 и 3.12). В расчетах для отличия индексов фаз от индексов направлений последние заключены в скобки.

Для движения в прямом направлении и при ширине полосы 3,75 м поток насыщения может быть принят равным 1970 ед/ч (см. с. 42). Потоки насыщения для лево- и правоповоротных направлений рассчитаны по формуле (3.5). При этом радиус поворота R определяют по плану перекрестка, вычерченного в масштабе. Для правого поворота R=7 м, для левого R = 15 м. В 3-й фазе потоки в прямом направлении и поворачивающие пропускают вместе. Так как интенсивность последних составляет более 10% от общей интенсивности движения на соответствующем подходе к перекрестку, то применена коррекция потоков насыщения по формуле (3.4).

В расчетах потоки насыщения, длительности циклов и тактов регулирования округлены до целых значений, фазовые коэффициенты и степени насыщения направлений — до второго знака после запятой.

*Интенсивность составляет в прямом направлении 70%, левоповоротного потока 12% и правоповоротного 18% от общей интенсивности движения 570 ед/ч (см. рис. 3.12).

**Интенсивность составляет в прямом направлении 79%, левоповоротного потока 12% и правоповоротного 9% от общей интенсивности 680 ед/ч.

В качестве расчетных для каждой фазы выбраны наибольшие фазовые коэффициенты, т. е. y1 = 0,32; у2 = 0,24; у3 = 0,19. Их сумма Y = 0,32 + 0,24 + 0,19 = =0,75.

Промежуточные такты рассчитаны по формуле (3.9) при скорости движения в прямом направлении 50 км/ч и в поворотном 25 км/ч. С учетом преимущественно легкового движения принято, что длина lа = 5 м и среднее замедление ат = 4 м/с2. При определении длины li, учитывалось, что стоп-линия расположена на расстоянии 10 м от пересекаемой проезжей части (пешеходный переход в 5 м от проезжей части у начала закругления тротуара, его ширина в соответствии с требованиями ГОСТ 23457—86 принята равной 4 м и расстояние от него до стоп-линий 1 м). По плану перекрестка определено местоположение дальних конфликтных точек пересечения с транспортными средствами, начинающими движение в следующих фазах. Приблизительно они удалены от стоп-линий для 1-й, 2-й и 3-й фаз соответственно на 17,  16 и 27 м.

Таким образом,

Длительности цикла  и основных  тактов регулирования рассчитаны по формулам  (3.14)  и  (3.15):

Структура цикла регулирования: 92 = 34 + 4 + 26 + 4 + 20 + 4.

В  1-й фазе пешеходы переходят проезжую часть шириной 15 м, в 3-й — 23 м. Время, необходимое для их движения, рассчитано по формуле (3.16):

          

В 3-й фазе пешеходы не успевают закончить переход проезжей части, так как . Поэтому необходимо либо скорректировать цикл, приняв j, либо организовать их поэтапный переход Вертикальной ул. в период 2-й и 3-й фаз с устройством на этой улице островков безопасности. Такая возможность имеется. На Вертикальной ул. для движения в прямом направлении используется только по одной полосе (потоки 7 и 15 на рис. 3.12), и островки безопасности могут быть устроены за счет крайней левой полосы на выходе с перекрестка так, как это показано на рис. 3.13. При этом во 2-й фазе пешеходы будут переходить проезжую часть шириной 7,5 м, а в 3-й фазе 11,25 м. Соответственно

и

Полученные значения меньше  и , поэтому приведенная выше структура цикла может быть оставлена без изменений и положена в основу окончательной схемы организации движения и графика режима работы светофорной сигнализации (см. рис. 3.7, а и 3.14, а).

а)

Номера светофоров

График включения сигналов

Длительность, с

t3

tЖ

tК

tКЖ

7,11,14,22,25,28

34

4

50

4

6,9,12,21,23,26

26

-

-

-

2,3,16,17

20

4

64

4

4,5,18,20

34

-

54

-

1,13,15,24

26

-

62

-

8,10,19,27

20

-

68

-

б)

Номера потоков

Фазовые коэффициенты

           

0,18

7

0,32

15

0,24

16

0,22

14

0,9

6

0,12

8

0,19

9 – 11

0,16

1 - 3

в)

Номера светофоров

График включения сигналов

Длительность, с

t3

tЖ

tК

tКЖ

7,11,25

17

4

39

4

14,22,28

26

4

30

4

6,9,21,23

20

-

-

-

12,26

11

-

-

-

2,3,16,17

15

4

41

4

4,5,18,20

17

-

43

-

1,13,15,24

11

-

49

-

8,10,19,27

15

-

45

-

При использовании контроллера, обеспечивающего управление движением по отдельным направлениям перекрестка, возможно уменьшение длительности цикла за счет раннего выпуска интенсивного левоповоротного потока 16 после пропуска малоинтенсивного потока прямого направления 7 (см. рис. 3.7,6 и 3.12). Для этого строят график фазовых коэффициентов, отражающий последовательность пропуска через перекресток потоков различных направлений (рис. 3.14,б). Определяющими будут потоки 15, 8 и 911 (на рис. 3.14,б их фазовые коэффициенты отделены прерывистыми линиями), поэтому Y = 0,32 + 0,12 + 0,19 = 0,63.

Так как число определяющих потоков равно трем и длительность промежуточного такта равна 4 с, то ТП = 12 с, а

ТЦ = (1,5·12+5)/(1-0,63)=62 с

Длительности основных тактов для каждого направления, рассчитанные по формуле (3.15), следующие:

Номер потока

1-3

6

7

8

9-11

14

15

16

Расчетная длительность такта, с

13

7

15

10

15

18

26

19

В такте (см. рис. 3.7,б) пропускаются поток 7, частично поток 15 и пешеходные потоки 5 и 13. Для пропуска пешеходных потоков требуется 17 с, что больше , равного 15 с. Поэтому длительность такта принимается равной 17 с.

После такта в течение 4 с транспортный поток 7 и пешеходные 5 и 13 освобождают перекресток, а поток 15 продолжает движение.

В такте 16 могут быть выпущены левоповоротный поток 16 и правоповоротные 6 и 14. Одновременно продолжается пропуск потока 15. Гак как он уже находился в движении 21 с (17 с + 4 с), а с, то длительность такта 16 составит 5 с.

Далее через 4 с, необходимые для освобождения перекрестка потоком 15, в такте может быть совместно с потоками 6, 14 и 16 выпущен поток 8. Длительность этого такта определяют по максимальному времени, необходимому для пропуска этих потоков:  Так как потоки 6, 14 и 16 уже находились в движении 9 с (5 с + 4 с), то длительность такта определяется более интенсивным потоком 9-11 и должна быть принята равной 15 с.

Пешеходы (потоки 4 и 12) переходят Вертикальную ул. поэтапно (см. рис. 3.7, б). В такте им требуется для этого 11 с, поэтому его длительность необходимо увеличить на 1 с. В такте 2 пешеходам необходимо 14 с, что меньше 15 с, в силу чего его длительность остается без изменений.

После такта 2 спустя 4 с, необходимые для освобождения перекрестка потоками 13 и 911, выпускаются транспортные 7 и 15 и пешеходные 5 и 13 потоки, т. е. процесс повторяется.

Просуммировав длительности всех основных и промежуточных тактов (с учетом увеличения такта на 1 с), можно получить окончательную длительность цикла, которая составит 64 с. Последовательность и длительность сигналов светофоров для этого случая показаны на рис. 3.14, в. Использование в данном примере метода управления движением по отдельным направлениям позволяет уменьшить длительность цикла по сравнению с пофазной организацией движения на 28 с.

Данные о степени насыщения х направлений движения, рассчитанной по формуле (3.21), следующие:

Номер потока

1-3

6

7

8

9-11

14

15

16

х при пофазном разъезде  

0,74

0,32

0,49

0,42

0,87

0,78

0,87

0,85

х при регулировании по направлениям

0,68

0,29

0,68

0,70

0,81

0,70

0,79

0,77

Таким образом, при управлении движением по отдельным направлениям степень насыщения направлений выравнивается, что способствует повышению пропускной способности перекрестка.

3.6. СВЕТОФОРНЫЙ ЦИКЛ С ПОЛНОСТЬЮ ПЕШЕХОДНОЙ ФАЗОЙ

В практике организации движения нередко встречаются случаи, когда на всех переходах перекрестка наблюдаются интенсивные пешеходные потоки, требующие бесконфликтного пропуска. При этом отсутствуют возможности устроить подземные пешеходные переходы и запретить левые и правые повороты транспортных средств. Такая ситуация, как правило, является характерной для центральных районов городов со старой сложившейся застройкой.

Типичным приемом в указанных случаях является применение трех фаз регулирования, из которых две фазы предназначены для движения транспортных средств и одна — для бесконфликтного пропуска пешеходов (см. рис. 3.6). При интенсивных левоповоротных потоках число транспортных фаз может быть больше.

В связи с наличием полностью пешеходной фазы, для которой определение фазового коэффициента связано с определенными трудностями, для расчета цикла регулирования применяют формулу (3.19). При этом используемое в расчетах значение ун определяется как сумма расчетных фазовых коэффициентов для фаз, предназначенных для пропуска транспортных потоков, а .Значение tПШ рассчитывают по формуле (3.16) для всех направлений движения пешеходов. В качестве расчетной принимают наибольшее из полученных значений. Это будет основной такт пешеходной фазы.

Длительности промежуточных тактов для транспортных фаз определяют по формуле  (3.9), а для пешеходной фазы — по формуле (3.9). Основные такты, предназначенные для пропуска транспортных потоков, определяют по формуле (3.20).

Частным случаем описанного метода организации движения является режим светофорного регулирования на пешеходном переходе, расположенном на перегоне улицы. Здесь конфликтующие транспортные и пешеходные потоки пропускаются поочередно в две фазы (рис. 3.15, а). Таким образом, одна из фаз является полностью пешеходной и режим регулирования рассчитывают аналогично изложенному ранее: цикл определяют по формуле (3.19); ун равен расчетному фазовому коэффициенту транспортной фазы;

Так как цикл регулирования состоит только из двух фаз, использование формулы (3.20) для определения основного такта транспортной фазы , не является обязательным. Его длительность рассчитывают, вычитая из цикла уже известные  и :

В расчетах режима светофорного регулирования на пешеходных переходах, расположенных на перегонах улиц, следует обращать внимание на время ожидания пешеходами разрешающего сигнала . Оно не должно превышать среднее время «терпеливого ожидания» пешеходов, обычно принимаемого равным 30 с. Если toж> 30 с, то следует уменьшить значение . В исключительных случаях при высокой интенсивности транспортного потока, превышающей 700 ед/ч на полосу движения, время toж  может быть увеличено, но не более чем до 40 с.

При широкой проезжей части и наличии центральной разделительной полосы или островка безопасности может быть организован поэтапный переход пешеходами проезжей части (рис. 3.15,б). Это способствует снижению длительности цикла и, следовательно, времени ожидания пешеходами разрешающего сигнала. В этом случае полностью пешеходная фаза отсутствует и цикл регулирования, а также основные такты рассчитывают по формулам (3.14) и (3.15) с последующей проверкой основных тактов по условиям пешеходного движения.

3.7. ЗАДЕРЖКИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Задержки на нерегулируемых перекрестках. На нерегулируемых перекрестках (при наличии знаков приоритета) движение по главной дороге обеспечивается практически без задержек. На второстепенной дороге водитель, не обладающий преимущественным правом проезда, вынужден для дальнейшего движения ожидать появления приемлемого для него интервала времени между транспортными средствами на главной дороге.

В диапазоне минимальных значений приемлемых интервалов находится граничный интервал времени tгр, который определяется из условия, что он с одинаковой вероятностью может быть принят или отвергнут водителями. Граничный интервал зависит от многих факторов и прежде всего от вида маневра, который совершает автомобиль, выезжающий на перекресток с второстепенной дороги. По данным исследований при пересечении двухполосной дороги tгр находится в пределах 6—8 с, при левом повороте 10—13 с, при правом повороте 4—7 с.

Задержка автомобиля на второстепенной дороге зависит от продолжительности ожидания водителем приемлемого интервала (как минимум tгр), продолжительности пребывания в очереди и степени изменения автомобилем скорости движения, обусловленного торможением перед перекрестком.

Составляющие потерь даже при постоянных интенсивностях движения на пересекающихся дорогах изменяются в широких пределах и для каждого автомобиля различны. Учитывая влияние большого числа случайных факторов, потери времени обычно оценивают средней задержкой одного автомобиля , рассчитываемой при наличии некоторых допущений. В общем виде

где — среднее время ожидания приемлемого интервала, с; и  — средние задержки, связанные соответственно с пребыванием автомобилей в очереди, образующейся на второстепенной дороге, и с торможением автомобиля перед перекрестком, с.

Методы определения  и рассматриваются в теории транспортных потоков и заключаются в следующем. Среднее время | принимают равным отношению суммарной продолжительности неприемлемых интервалов к числу приемлемых. Средняя задержка  зависит от числа автомобилей в очереди перед главной дорогой, которое может быть определено с использованием основных положений теории массового обслуживания, когда примыкающий к перекрестку участок второстепенной дороги можно представить как канал обслуживания с экспоненциальным распределением времени поступления требований и времени обслуживания. Среднюю задержку  определяют как разность между временем, необходимым на торможение перед перекрестком и последующий разгон автомобиля, и временем его движения в свободных условиях (без торможения).

При условии постоянных замедления и ускорения в процессе изменения скорости и экспоненциального распределения временных интервалов между автомобилями на главной дороге средняя задержка автомобиля на данном направлении второстепенной дороги

                (3.22)

где е — основание натурального логарифма; NГ — интенсивность транспортного потока на главной дороге в обоих направлениях, авт/с; NВ — интенсивность, приходящаяся в среднем на одну полосу второстепенной дороги в рассматриваемом направлении движения, авт/с; аТ и аР — соответственно замедление и ускорение автомобиля (в расчетах можно принять аТ = 3 ÷ 4 м/с2, аР = 1,0 ÷ 1,5 m/c2).

Среднюю задержку автомобиля  на перекрестке в целом определяют как средневзвешенное значение задержек для всех направлений (подходов к перекрестку) второстепенной дороги, рассчитываемых по формуле (3.22):

                                                   (3.23)

где Nj — интенсивность движения на j-м направлении второстепенной дороги, авт/ч; п — число направлений (подходов к перекрестку) второстепенной дороги.

Задержка на регулируемых перекрестках. Она зависит в основном от режима работы светофорной сигнализации и возникает на второстепенной и главной дорогах в силу действия запрещающего сигнала. Как и в предыдущем случае, она оценивается средней задержкой одного автомобиля в рассматриваемом направлении движения.

Эту задержку иногда определяют по приближенной формуле

                                                    (3-24)

Формула получена на основе предположения, что задержка автомобиля, прибывающего к перекрестку в начале запрещающего сигнала, равна длительности этого сигнала. Если автомобиль прибывает в момент окончания запрещающего сигнала, задержка равна нулю.

Использование формулы (3.24) приводит к ощутимым погрешностям при определении задержки, учитывая, что эта формула справедлива лишь при условии прибытия автомобилей к перекрестку регулярно через постоянные интервалы времени. Это характерно для потоков высокой интенсивности, близкой к пропускной способности дороги. Обычно же для изолированного перекрестка (не имеющего связи с соседним по потоку и управлению) прибытие автомобилей является случайным. Это учитывает формула для определения задержки Ф. Вебстера, получившая широкое распространение в практике управления дорожным движением в СССР и других странах:

где λ — отношение длительности разрешающего сигнала к циклу (λ = t0 Ц); N — интенсивность движения транспортных средств в рассматриваемом направлении, ед/с.

Первая составляющая формулы (3.25) позволяет определить задержку при регулярном прибытии автомобилей к перекрестку. При полностью насыщенной фазе (х=1) она после простейших преобразований превращается в формулу (3.24).

Вторая составляющая учитывает случайный характер прибытия. Она получена на основе теории массового обслуживания и позволяет определить среднюю задержку в данном направлении перекрестка, который представляется одноканальной системой обслуживания, куда поступает поток заявок с постоянной интенсивностью.

Третья составляющая является корректирующим членом. Она позволяет учесть погрешность при расчете задержки по первым двум составляющим формулы (3.25) по сравнению с ее значением, определенным экспериментально. В среднем эта погрешность составляет 10%, поэтому для практических расчетов обычно применяют упрощенную формулу

                              (3.26)

Естественно, при машинных методах расчета задержки лучше использовать формулу (3.25). Она дает более точные результаты.

В целом для регулируемого перекрестка средневзвешенную задержку определяют так же, как и для нерегулируемого [см. формулу (3.23)], с той лишь разницей, что учитывают все направления не только второстепенной, но и главной дороги.

Экспериментальные методы определения задержки. Изложенные ранее расчетные методы основаны на моделях, содержащих известные допущения. Поэтому использование расчетных методов приводит к погрешностям, особенно при режиме работы перекрестка, близким к насыщению. Более точные результаты дают экспериментальные методы определения задержки, которую и здесь оценивают средним   значением,   приходящимся   на   один   автомобиль.

Широкое распространение получили простые методы, не требующие специального аппаратурного обеспечения. Один из них основан на сравнении времени проезда автомобиля через перекресток с определенной интенсивностью движения и работающей светофорной сигнализацией (для регулируемого перекрестка) со временем, необходимым для проезда того же перекрестка в свободных условиях (интенсивность движения близка нулю, проезд осуществляется на зеленый сигнал или при выключенных светофорах).

Другим методом является подсчет стоящих автомобилей nст на входе перекрестка через равные, достаточно малые промежутки времени δ. Средняя задержка автомобиля

                                                 (3.27)

где п — число замеров, выполненных за определенный период наблюдения; пПР — число автомобилей, проехавших перекресток за тот же период; j — номер направления движения  (входа перекрестка); i — номер замера.

Обычно рекомендуется подсчитывать стоящие автомобили каждые 15 с в течение 5-минутного периода наблюдений.

Последовательность операций при определении задержки сводится к следующему:

  1.  в назначенное время наблюдений подсчитать число автомобилей, стоящих на рассматриваемом подходе к перекрестку в ожидании проезда;
  2.  повторять подсчеты через каждые 15 с в течение 5 мин (автомобили, стоящие более 15 с, учитываются дважды, трижды и т. д.);
  3.  в течение указанных 5 мин вести регистрацию общего числа автомобилей, прошедших перекресток в данном направлении (в том числе и без остановки);

данные подсчетов свести в таблицу по следующей форме:

Время наблюдения

Число автомобилей, стоящих на данном подходе к перекрёстку в указанные моменты времени, с

Общее число автомобилей, проследовавших через перекрёсток с рассматриваемого подхода

0

15

30

45

1-я минута

2-я минута

…………..

5-я минута

Итого

Σ nСТ

nПР

5) определить среднюю задержку автомобиля в данном направлении перекрестка по формуле (3.27).

Точность определения задержки существенно повышается при уменьшении промежутка времени 6. Рекомендуется каждую минуту наблюдений разбивать на 10- и даже 5-секундные интервалы. Однако это требует опыта и тренировки наблюдателей.

3.8. ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕЖИМА СВЕТОФОРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Расчет режима светофорной сигнализации при достаточно сложной схеме организации движения на перекрестке является довольно трудоемким, особенно, если учесть, что для активного периода суток необходимо несколько программ управления. Подобные расчеты необходимо выполнить несколько раз с анализом критерия качества управления. Применение для этих целей ЭВМ позволяет не только резко сократить трудоемкость расчетов, но и осуществить автоматизированный поиск оптимальных вариантов решений.

В простейшем случае ЭВМ применяется для расчетных опeраций, связанных с определением цикла регулирования, длительности промежуточных и основных тактов, транспортных задержек. При этом схема организации движения на перекрестке должна быть намечена предварительно. Типичный алгоритм таких расчетов представлен на рис. 3.16.

Программа расчета предусматривает ввод в память ЭВМ следующих исходных данных:

  •  числа фаз регулирования и направлений движения в каждой фазе;
  •  интенсивностей движения и потоков насыщения для каждого направления    в каждой фазе;
  •  длины и скорости автомобилей при проезде перекрестка, а также расстояния, проходимого ими от стоп-линий до дальней конфликтной точки;
  •  ширины проезжей части, пересекаемой пешеходами в каждой фазе.

При наличии трамвайного движения дополнительно необходимы длина трамвая и его скорость движения в пределах перекрестка и путь движения трамвая от стоп-линий до самой дальней конфликтной точки.

При расчете предпочтительным является диалоговый режим, так как он позволяет оперативно исправлять ошибки, которые могут появляться при вводе данных. Обычно данные вводят отдельно для каждой фазы регулирования. При этом предварительно необходимо ввести информацию о наличии или отсутствии полностью пешеходной фазы в цикле. При наличии полностью пешеходной фазы расчет ведут по правой части алгоритма (см. рис. 3.16) в соответствии с методикой, изложенной в подразд. 3.6. В этом случае цикл корректируют только по условиям трамвайного движения.

В процессе ввода данных в диалоговом режиме возможно их варьирование с целью прикидочного поиска наилучшей схемы организации движения. Критерием служит средневзвешенная задержка, которая выводится на печать вместе с режимом регулирования. Критерием неудачного решения может быть также появляющаяся на экране надпись «Затор», свидетельствующая о том, что степень насыщения рассматриваемого направления больше единицы. Путем изменения специализации полос движения на подходах к перекрестку или запрета движения в отдельных направлениях какой-либо из фаз регулирования возможны ликвидация заторов и снижение задержки. Необходимость этих мероприятий может возникнуть либо в процессе ввода данных (появление надписи «Затор»), либо после анализа результатов расчета. Таким образом, схемы организации движения при использовании данного алгоритма можно совершенствовать путем нескольких просчетов режима светофорного регулирования.

В программу расчета закладываются ограничения, связанные с максимальной и минимальной длительностями цикла, а также с минимальным основным тактом  (см. подразд. 3.5).

Данные расчета, выводимые на печать, являются достаточными для построения графика режима работы светофорной сигнализации.

Как показывает практика, решение подобных задач не требует большой памяти и машинного времени. Для этих целей можно использовать микроЭВМ. Задача значительно усложняется, если наряду с расчетом режима регулирования ведется автоматический поиск оптимальной схемы организации движения на перекрестке. В этом случае ЭВМ перебирает все возможные варианты по заданному критерию эффективности (как правило, по задержке транспортных средств и пешеходов).

Помимо уже перечисленных исходных данных, в память ЭВМ вводят число подходов к перекрестку и количество полос на каждом подходе, а также ограничения, связанные с допустимостью транспортных и транспортно-пешеходных конфликтов (см. подразд. 3.3), максимальной загрузкой полосы, возможностями контроллера (максимальное число фаз регулирования, максимальное число регулируемых направлений), требования однократного пропуска в течение цикла транспортных средств или пешеходов в определенных направлениях.

Варианты перебирают путем объединения геометрических направлений движения в регулируемые направления. Последние являются совокупностью геометрических направлений, для которых моменты включения и выключения сигналов одинаковы. Схема организации движения составляется из отдельных элементов—групп одновременно обслуживаемых регулируемых направлений.

Если учесть, что на каждом подходе к перекрестку могут в принципе существовать 4 варианта специализации полос движения (прямо, направо и налево — одно направление; прямо и направо, налево — два направления; прямо и налево, направо — два   направления;   прямо,   направо,   налево — три   направления), то для обычного четырехстороннего перекрестка в поисках оптимальной схемы организации движения необходим направленный перебор 256 вариантов. Практически их значительно меньше, учитывая возможности современных контроллеров и допустимость определенных конфликтных точек на перекрестке.

Компоновка каждого варианта схемы организации движения, расчет соответствующих ему режима регулирования и показателей эффективности, сравнение полученных результатов с данными расчетов для альтернативных вариантов являются весьма трудоемкими операциями. Это требует соответствующих памяти и быстродействия ЭВМ.

Алгоритм и программа решения указанной задачи были разработаны МАДИ совместно с Омским МПО «Автоматика» в рамках системы автоматизированного проектирования АСУД. Задача решается на машинах среднего класса.

3.9. АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Наблюдаемое в течение суток изменение интенсивности движения требует соответствующего изменения длительности цикла и разрешающих сигналов. В противном случае задержка транспортных средств неоправданно возрастает. Многопрограммное жесткое управление способствует снижению задержки, однако не является оптимальным. Оно не способно учитывать кратковременные случайные колебания в числе автомобилей, подходящих к перекрестку.

Параметры управления должны учитывать как суточное изменение интенсивности, так и ее колебания в один и тот же период времени (случайное прибытие транспортных средств к перекрестку). Это возможно при использовании адаптивного управления, имеющего обратную связь с транспортным потоком. Она реализуется с помощью детекторов транспорта, расположенных в зоне перекрестка и обеспечивающих непрерывную информацию о параметрах потока.

Но способу переработки этой информации алгоритмы адаптивного управления можно разделить на три группы.

  1.  Алгоритмы,     предусматривающие     переключение     сигналов
    светофора по информации о состоянии перекрестка в данном цикле регулирования.
  2.  Алгоритмы статистической оптимизации, позволяющие по информации о состоянии перекрестка в данный момент определить параметры управления на следующий момент времени на основе вероятностного прогнозирования этого состояния.
  3.  Алгоритмы случайного поиска. Параметры управления изменяются случайно с  одновременным анализом критерия эффективности (например, задержки). Управление считается оптимальным при достижении максимума или минимума критерия эффективности (минимума задержки).

Реализация алгоритмов 2-й и 3-й групп требует применения быстродействующих ЭВМ. Они еще не нашли широкого распространения в практике управления дорожным движением. Внедрение микропроцессоров в контроллеры перекрестка открывает возможность для их реализации в самом ближайшем будущем.

Алгоритмы 1-й группы отличаются сравнительной простотой. Проще и их техническая реализация. Поэтому некоторые из них получили более широкое распространение. К ним относятся следующие алгоритмы.

Алгоритм поиска разрыва в транспортном потоке в направлении действия разрешающего сигнала при фиксированных значениях управляющих параметров (время, определяющее разрыв в потоке, минимальная и максимальная длительности разрешающего сигнала). Сигнал переключается с разрешающего на запрещающий при обнаружении временного интервала между прибывающими к перекрестку автомобилями, большего или равного заданному. В противном случае длительность разрешающего сигнала продлевается на длительность заданного интервала.

Алгоритм поиска разрыва при переменных управляющих параметрах, зависящих от условий движения. Такой способ управления является более гибким, так как при этом используется большая информация о параметрах потока. В частности, интервал времени, определяющий разрыв в потоке, задается в зависимости от скорости прибывающих к перекрестку автомобилей, минимальная и максимальная длительности разрешающего сигнала зависят от очереди автомобилей соответственно в рассматриваемом и конфликтующем направлениях.

Алгоритмы сравнения плотности потока на подходе к перекрестку в направлении разрешающего сигнала с транспортной задержкой в конфликтующем направлении. Сигналы переключаются, если задержка за данный такт регулирования достигнет определенной длительности, превышающей текущее значение плотности потока. Фактически подобный метод управления преследует цель минимизации общей задержки на перекрестке.

Алгоритм, предусматривающий лишь пропуск очередей, образовавшихся в период действия запрещающего сигнала. Сигналы переключаются сразу после проезда стоп-линий последним автомобилем очереди. Реализация алгоритма основана на информации о потоках насыщения на всех подходах к перекрестку. По потоку насыщения определяют временной интервал между автомобилями очереди, покидающей перекресток. Превышение этого интервала означает, что интенсивность движения стала меньше потока насыщения, следовательно, наступил момент смены сигналов.

Алгоритм, предусматривающий перераспределение длительности фаз внутри цикла на основе анализа текущих фазовых коэффициентов в конфликтующих направлениях. Длительность разрешающих сигналов при этом способе управления соответствует фактической загрузке направлений движения. Возможно применение этого алгоритма как с постоянным циклом регулирования, так и с переменным, рассчитываемым заново на каждом шаге управления.

На практике исключительно широкое применение получил лишь алгоритм поиска разрыва в потоке при фиксированных значениях управляющих параметров. Это объясняется простотой самого алгоритма, а также реализующих его автоматических устройств, не требующих использования средств вычислительной техники. Кроме этого, для отработки алгоритма требуется минимум информации о параметрах потока. В любой момент времени важен лишь факт наличия или отсутствия транспортных средств на подходе к перекрестку. При этом информация не накапливается: с прибытием к перекрестку очередного автомобиля информация о предыдущем автомобиле не требуется. В силу этого работа по указанному алгоритму меньше подвержена влиянию погрешности детекторов транспорта (нет накопления ошибок). Один детектор может быть использован для нескольких полос обслуживаемого направления движения. К достоинствам алгоритма относится также обеспечение необходимого уровня безопасности движения, ибо при появлении разрыва в потоке в момент выключения разрешающего сигнала есть гарантия отсутствия автомобиля в зоне перекрестка.

Учитывая широкое применение на практике алгоритма поиска разрывов, опишем его более подробно.

Основными параметрами управления, используемыми в рамках данного алгоритма, являются: минимальная длительность основного такта t3min; максимальная длительность основного такта t3mах; экипажное время (интервал, определяющий разрыв в потоке) tЭК. Эти параметры заранее определяют расчетом. На всех подходах к перекрестку устанавливают детекторы транспорта. Расстояние от места их установки до стоп-линий в зависимости от скорости автомобилей находится в пределах 30—50 м.

При включении разрешающего сигнала вначале отрабатывается длительность t3min. Это время необходимо для пропуска транспортных средств, ожидавших разрешающего сигнала и находившихся между стоп-линией и детектором транспорта. Кроме того, 4mm должно обеспечить пешеходам возможность перехода проезжей части (минимум до осевой линии).

Если до истечения времени t3min в зоне детектора не появится ни одного автомобиля, сигналы переключаются с разрешающего на запрещающий (рис. 3.17, а), т. е. происходит переход к следующей фазе регулирования. Если до истечения времени t3min в зоне детектора появится автомобиль, разрешающий сигнал продлевается на время tЭК, которое позволит этому автомобилю пройти расстояние от детектора до стоп-линий. Если до истечения экипажного времени в зоне детектора появится еще один автомобиль (отсутствие разрыва в потоке), то начинается отсчет нового tЭК и т. д. Таким образом, каждый последующий автомобиль, проезжающий в зоне детектора до истечения предыдущего времени tЭК, продлевает действие разрешающего сигнала. Переключение сигналов с разрешающего на запрещающий произойдет в том случае, если временной интервал между двумя следующими друг за другом автомобилями окажется больше экипажного времени (рис. 3.17,6).

При высокой интенсивности прибывающего к перекрестку потока временные интервалы между автомобилями могут быть меньше экипажного времени в течение достаточно большого периода. Это вызовет неоправданное по отношению к конфликтующем} направлению увеличение разрешающего сигнала. Поэтому его длительность должна быть ограничена разумными пределами — не превышать t3mах.

Таким образом, если в направлении действия разрешающего сигнала в течение t3mах не будет обнаружен разрыв в потоке, сигналы переключаются  (рис. 3.17, в).

Очевидно, что при высокой интенсивности движения на всех подходах к перекрестку (отсутствие разрывов в потоках), на перекрестке автоматически произойдет переход к жесткому регулированию с основными тактами, равными соответствующим длительностям  t3mах.

Данный алгоритм реализуется как при пофазном управлении, так и при управлении движением по отдельным направлениям независимо от числа полос, предназначенных для движения в определенном направлении. При пофазном управлении, когда длительность основного такта t0 является одинаковой для всех направлений этой фазы, он продлевается или ограничивается до t3mах, если даже в каком-то одном из направлений этой фазы не обнаружен разрыв в потоке.

Исходя из назначения основных параметров управления, их рассчитывают следующим образом:

                                                    (3.28)

где п0 — число автомобилей, стоящих в ожидании разрешающего сигнала между стоп-линией и детектором транспорта и в среднем приходящихся на полосу движения (определяется путем наблюдений); МН — среднее значение потока насыщения, приходящегося на одну полосу движения в данной фазе (для приближенных расчетов отношение 3600/ МН, можно принять равным 2 с), ед/ч;

или

                                                      (3.29)

где — расстояние от тротуара до островка безопасности или линии разметки, разделяющей потоки противоположных направлений, м.

В качестве расчетного принимают большее значение t3min из полученных по формулам (3.28) и (3.29). Обычно t3min лежит в пределах 7—12 с.

Длительность

                                                (3.30)

где to — длительность основного такта данной фазы, рассчитанная для случая жесткого управления по формуле  (3.15) в условиях пикового периода часов суток.

Как видно из формулы (3.30), t3mах больше t0 на 20—З0 %. Это делается для облегчения условий движения в наиболее загруженных направлениях, учитывая, что высокая интенсивность движения (когда длительное время отсутствует разрыв в транспортном потоке) обычно наблюдается не на всех подходах к перекрестку.

Как уже упоминалось, в течение экипажного времени автомобиль должен успеть пройти расстояние от детектора до стоп-линий. Это зависит от скорости автомобиля, которую определяют натурными наблюдениями. Затем принимают, что автомобиль с момента пересечения детектора движется до стоп-линий с постоянной скоростью. С учетом этих замечаний экипажное время

                                                (3.31)

где  — расстояние от места установки детектора транспорта до стоп-линий, м; Va — средняя скорость движения автомобиля на подходе к перекрестку (без торможения), км/ч.

Значения tэк необходимо рассчитать для всех направлений данной фазы регулирования и в качестве управляющего параметра принять наибольшее из полученных. Обычно tэк находится в пределах 4—5 с.

Промежуточные такты рассчитывают по формуле (3.9) в соответствии с методикой, изложенной в подразд. 3.5. Необходимо лишь отметить, что при низкой интенсивности движения, когда длительность разрешающего сигнала редко достигает максимального значения, рассчитанный по этой формуле промежуточный такт может оказаться избыточным. Это объясняется тем, что время tэк частично выполняет роль промежуточного такта и гарантирует достижение автомобилем стоп-линий еще при зеленом сигнале светофора.

Алгоритм поиска разрывов в потоке по сравнению с жестким управлением обеспечивает снижение задержки на 10—60%. Это во многом определяется загрузкой перекрестка. Высокая эффективность алгоритма наблюдается при малоинтенсивном движении, что достигается за счет снижения числа ненасыщенных направлений движения.

Контрольные вопросы

  1.  В каких случаях введение светофорной сигнализации на перекрестке является целесообразным?
  2.  Какие элементы входят в состав цикла регулирования?
  3.  Из чего складывается потерянное время в цикле?
  4.  Каковы правила пофазного разъезда транспортных средств?
  5.  Чем отличается пофазное управление от управления движением по отдельным направлениям перекрестка?
  6.  Какова последовательность расчета режима светофорной сигнализации?
  7.  Какие исходные данные необходимы для расчета цикла регулирования?
  8.  Что такое поток насыщения и каковы методы его определения?
  9.  Как определяется длительность основного и промежуточного тактов?
  10.  С какой целью и как производится коррекция цикла по условиям пешеходного и трамвайного движения?
  11.  Что такое степень насыщения направления движения?
  12.  Как строится график режима работы светофорной сигнализации?
  13.  Как определить среднюю задержку автомобиля на перекрестке?
  14.  Какие существуют методы адаптивного управления?
  15.  Как определить управляющие параметры при использовании метода поиска
    разрывов в транспортном потоке?

Глава   4

Дорожные контроллеры

4.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Дорожные контроллеры предназначены для переключения сигналов светофоров и символов управляемых дорожных знаков. Помимо этого, в зависимости от конструкции ДК могут сигнализировать о выполнении команд, поступающих из центра управления, об исправности самого контроллера, выступать в роли командного устройства для группы других контроллеров при объединении нескольких перекрестков в единую систему управления.

Контроллеры делятся на локальные и системные. Локальные контроллеры управляют светофорной сигнализацией только с учетом условий движения на данном перекрестке. Обмен информацией с контроллерами других перекрестков и управляющим пунктом не предусмотрен.

К локальным относятся следующие типы ДК.

  1.  Контроллеры жесткого управления с фиксированными длительностями фаз или разрешающих сигналов по отдельным направлениям перекрестка. Светофорные сигналы переключаются по одной или нескольким заранее заданным временным программам. Такие контроллеры предназначены для управления дорожным движением на перекрестках с мало изменяющейся в течение дня интенсивностью движения.
  2.  Вызывные устройства, которые обеспечивают переключение светофорных сигналов по вызову пешеходами или транспортными средствами, прибывающими с прилегающих к магистрали улиц. Эти контроллеры предназначены для управления эпизодическим движением пешеходов или транспортных средств по пересекающим  магистраль направлениям. Длительности разрешающих сигналов для пешеходов и указанных транспортных средств, как и в предыдущем случае, фиксированы. В последнее время вызывные устройства отдельно не выпускают. Вызов фазы по запросу пешеходов обеспечивают контроллеры всех типов.
  3.  Контроллеры адаптивного управления, обеспечивающие непостоянную длительность фаз (разрешающих сигналов). Они предназначены для управления движением на перекрестках, где интенсивность движения часто изменяется в течение суток. Длительность сигналов так же, как и всего цикла регулирования, меняется в заранее заданных пределах от минимального до максимального значения (см. подразд. 3.9).

Системные контроллеры переключают сигналы светофоров по командам управляющего пункта или какого-либо контроллера, включенного в систему и выполняющего роль координатора.

К ним относятся следующие типы:

  1.  Программные контроллеры жесткого управления. Они управляют движением  по одной из нескольких заранее заданных временных программ, заложенных в контроллерах. Все входящие в систему дорожные контроллеры подключены к магистральному каналу связи. Программа и момент ее включения выбираются по команде одного из контроллеров или управляющего пункта.
  2.  Контроллеры непосредственного подчинения жесткого и адаптивного управления. Каждый из них имеет отдельный канал связи с УП. Момент включения и длительность сигналов зависят от команд, поступающих из УП по указанным каналам связи. В свою очередь каждый контроллер по этим же каналам информирует УП о режиме функционирования и исправности своего оборудования. Контроллеры адаптивного управления имеют возможность коррекции управляющих воздействий УП. Каждый такой контроллер имеет только одну заложенную в него программу, выполняющую роль резервной. Она реализуется при нарушении связи с УП, когда контроллер временно переходит на локальный режим управления.
  3.  Контроллеры для переключения символов управляемых дорожных знаков (УЗН) и указателей рекомендуемой скорости (УСК). Такие контроллеры, как правило, применяют в рамках АСУД, по этому относятся к классу системных.

Помимо этой классификации, все ДК, находящиеся в эксплуатации, можно разделить на две группы: контроллеры, обеспечивающие только пофазное управление (длительности разрешающих сигналов для всех направлений данной фазы одинаковы); контроллеры, имеющие возможность обеспечивать, помимо пофазного, управление по отдельным направлениям перекрестка. Последние получают наибольшее распространение, так как увеличивают гибкость, а следовательно, и эффективность управления.

По конструктивному признаку ДК могут быть выполнены на базе электромеханических, электронно-релейных или полностью электронных схем. Последние изготавливают на дискретных элементах (потенциально-импульсные схемы) или на интегральных микросхемах. Отличительной особенностью контроллеров, выпускаемых в настоящее время в СССР и других странах, является также использование в их конструкции микроЭВМ (микропроцессоров).  Выпуск электромеханических контроллеров прекращен.

4.2. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА КОНТРОЛЛЕРА

Исходя из назначения ДК (рис. 4.1) основными его устройствами являются блок управления (программно-логическое устройство)   и силовая  часть   (исполнительное устройство). Блок управления предназначен для формирования длительности основных и промежуточных тактов регулирования, силовая часть — для переключения сигналов светофоров. Гак как на перекрестке одновременно могут быть включены несколько десятков ламп, силовая часть контроллера коммутирует токи большой величины. Работа блока управления основана на слаботочных устройствах, действующих при напряжении 5—12 В. Поэтому в любом контроллере блок управления и силовая часть представляют отдельные его части. Причем силовая часть работает по командам блока управления.

Управление светофорным объектом происходит автоматически. Однако нередко возникает необходимость в ручном управлении перекрестком (спецрежимы, наладка контроллера). Для этого существует пульт управления (блок 4 на рис. 4.1), который может быть встроенным или выносным. Последний предусмотрен для удобства работы оператора — инспектора ГАИ, управляющего движением непосредственно на перекрестке.

Таким образом, в простейшем случае для работы контроллера в локальном режиме необходимы блоки 3, 4 и 6 (блок 2 может быть объединен с блоком 3).

Так были построены электромеханические контроллеры, находившиеся в эксплуатации в 50—60-х годах, где роль программно-логического устройства выполняли моторные автоматы, а исполнительного устройства — мощные реле. Основным недостатком этих контроллеров была низкая надежность релейно-контактных схем, так как реле работали циклично с достаточно высокой частотой. При этом коммутация ими высоких токов способствовала их частому выходу из строя. В настоящее время эти контроллеры сняты с производства, не используются в эксплуатации, поэтому в данном учебнике они не рассматриваются.

Современный локальный контроллер содержит все блоки, показанные на рис. 4.1, кроме блока 1, который используется, если контроллер подключается к системе управления. В этом случае блок 1 расшифровывает поступающую с управляющего пункта информацию, формирует ответную телесигнализацию для передачи ее в линию связи. Кроме этого, здесь формируются служебные сигналы для контроллера и сигналы синфазирования. Последние нужны для гарантии правильности расшифровки команд телеуправления и телесигнализации. Это необходимо в связи с  тем, что в ряде устройств управляющего пункта и контроллера применены генераторы импульсов, использующие в качестве исходной частоту сети 50 Гц. В отдельных частях города она имеет различный сдвиг по фазе. Узел синфазирования обеспечивает автоматическую подстройку фаз с постоянной точностью.

Блок опорных импульсов формирует импульсы, необходимые как для работы самого контроллера, так и его телеуправления.

В блоке управления формируется временная программа управления перекрестком с помощью задатчика времени, позволяющего заранее установить длительность сигналов в различных фазах движения. Такты переключаются либо в соответствии с программой блока управления, либо при подаче сигналов от управляющего пункта, либо от внешних устройств, например ВПУ (блок 4 на рис. 4.1). Подключение к блоку управления детекторов транспорта позволяет продлить действие разрешающих сигналов, если не обнаружен разрыв в транспортном потоке в направлении, где включен зеленый сигнал. Переключение сигналов блоком 3 может произойти и по запросу пешехода с помощью ТВП. Кроме этого, с помощью этого же блока перекресток может быть переведен на режим желтого мигающего сигнала. Таким образом, блок управления может реализовать различные режимы управления по требованию задатчика времени, запросов УП или внешних устройств.

Блок контроля следит за правильностью отработки тактов светофорной сигнализации, а также за исправностью силовых цепей контроллера. Исправность фиксируется узлом индикации, выводимой на лицевую панель контроллера и выносного пульта управления. При системном управлении эта информация поступает также в УП. Сигнал о неисправности контроллера служит основой для принятия решения по управлению в критических ситуациях.

Силовая часть имеет узел силовых переключателей, позволяющих коммутировать цепи включения светофорных ламп. Кроме того, каждый контроллер имеет защиту от коротких замыканий и схему заземления.

4.3. ПРОГРАММНО-ЛОГИЧЕСКИЕ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Блок управления формирует длительности основных и промежуточных тактов, по окончании отсчета которых поступает команда в исполнительное устройство контроллера о переключении сигналов светофора. Для отсчета длительности и числа тактов необходим генератор импульсов, частота которого подбирается в зависимости от заданной точности отсчета времени. Если эта точность составляет 1 с, то частота генератора выбирается равной 1 Гц, что соответствует одному импульсу в 1 с.

Необходимая частота генератора формируется в блоке опорных импульсов. В качестве генератора импульсов (рис. 4.2, а) используется схема, формирующая сигналы из частоты промышленной сети переменного тока 50 Гц. Эта частота выдерживается достаточно стабильной (по нормам допустимое отклонение равно ±1 Гц). Напряжение сети выпрямляется однополупериодным выпрямителем, на выходе которого действует уже пульсирующее напряжение с той же частотой 50 Гц. Это напряжение поступает на вход схемы формирователя, который каждую полуволну напряжения синусоидальной формы превращает в прямоугольный импульс напряжения. Поэтому на его выходе постоянно имеется последовательность прямоугольных импульсов с частотой также в 50 Гц. Если точность отсчета времени 1 с, то с выхода формирователя импульсы поступают на вход счетчика импульсов, который имеет предельное число счета, равное 50. При достижении этого числа он выдает импульс в счетчик времени. Очевидно, что частота этих импульсов равна теперь 1  Гц.

Основой для построения программно-логических устройств являются счетно-переключающие схемы. Обобщенная структурная схема одного из вариантов устройств такого типа приведена на рис. 4.2, б.

С выхода генератора импульсов они поступают с необходимой частотой на вход счетчика импульсов блока управления. Число, до которого в данном такте счетчик должен досчитать, задается заранее задатчиком времени. Как только счетчик импульсов досчитает до заданного числа, схема формирования сигналов переключения, связанная со счетчиком, вырабатывает импульс, который поступает в счетчик тактов. Текущее число, записанное в этот счетчик, означает номер действующего в данный момент на перекрестке такта. С каждым новым импульсом, поступающим на вход счетчика тактов, его показатель увеличивается на 1, следовательно, изменяется и такт. Изменение происходит только в тот момент, когда счетчик времени заканчивает отсчет длительности очередного такта. Задатчик времени поочередно задает счетчику времени в зависимости от текущего номера такта то число импульсов, до которого он должен досчитать. Например, при двухфазной схеме организации движения  имеются четыре такта — два основных и два промежуточных, поэтому счетчик тактов в этом случае досчитывает до четырех, а затем вновь сбрасывается до исходного положения.

Для определения текущего состояния счетчика тактов используется специальная схема — дешифратор. Эта схема выдает сигналы, соответствующие каждому состоянию, в исполнительные устройства и в задатчик времени.

Задатчик времени может быть выведен на лицевую панель контроллера в виде переключателя, задающего длительность тактов в каждой фазе регулирования. Другим вариантом исполнения может быть коммутатор, также выведенный на лицевую панель или расположенный в блоке управления, где с помощью перемычек запаивается необходимая длительность тактов. Учитывая, что в последние годы получили распространение контроллеры с 2—3 программами управления (что потребовало бы большое число переключателей), широкое применение получил последний вариант исполнения задатчика времени.

В электронных контроллерах, выпускавшихся ранее, счетчик импульсов работал на зарядной емкости, время заряда которой зависело от подключенного к емкости сопротивления. Меняя задатчиком времени сопротивление, можно было увеличить или уменьшить время заряда емкости и таким образом длительность такта регулирования. При полном заряде емкости срабатывало исполнительное устройство, т. е. переключались сигналы светофора. Указанный метод обладал погрешностью при определении длительности такта. Погрешность увеличивалась по мере увеличения срока эксплуатации контроллера. Это определило переход к другой схеме работы счетчика импульсов.

В современных контроллерах счетчик импульсов работает на триггерной схеме. Как известно, каждый триггер имеет два состояния: логическая единица — наличие напряжения на выходе или логический нуль — отсутствие напряжения на выходе. В схеме счетчика импульсов задействовано несколько триггеров. Поступление очередного импульса (из блока опорных импульсов) меняет состояние одного из триггеров. Число различных комбинаций зависит от числа задействованных триггеров и определяется значением 2n, где п — число задействованных триггеров. Задатчик времени заранее настроен на определенную комбинацию их состояний. Окончание такта (отсчета импульсов) соответствует совпадению определенной комбинации состояний и настройке задатчика времени.

Для контроллеров адаптивного управления, работающих по алгоритму поиска разрывов в потоке, характерно наличие двух цепей отсчета длительности такта (рис. 4.6). Одна цепь — для отсчета t3min и tЭК и вторая — для отсчета t3mах. Каждая цепь имеет свой задатчик времени. При отсутствии разрыва в потоке разрешающий сигнал продлевается. Исходное состояние счетчиков tЭК и t3mах фиксируется сигналом «Сброс 1», формируемым в момент начала отсчета времени разрешающих сигналов. Наличие сигналов ДТ соответствующих фаз через схемы совпадения и сборку приводят счетчик tЭК в исходное состояние сигналом «Сброс 2», если временной интервал между соседними, следующими друг за другом автомобилями не превышает tЭК. В противном случае формируется сигнал окончания текущего такта. Такой же сигнал формируется при окончании максимального времени, отсчитываемого с помощью счетчика и задатчика времени t3mах.

Команды управления, пришедшие одновременно от нескольких внешних устройств (УП, ВПУ, ТBП, ДТ), разделяются в зависимости от приоритетности этих устройств. Приоритетность реализуется узлом приема команд, который состоит из коммутатора приоритетов, формирователя их порядка и коммутатора разрешений. Приоритет команд определяется произвольно исходя из общей схемы организации движения в районе и числа подключаемых внешних устройств. При этом большую роль играет масштабность системы управления движением (перекресток, магистраль, район, город).

Например, для системного контроллера приоритетность запросов может быть установлена следующим образом:

1 — ручное управление (РУ);

2 — «зелёная улица»  (ЗУ);

3 — диспетчерское управление (ДУ);

4 — координированное управление (КУ);

  1.   — местное гибкое регулирование (МГР);
  2.   — резервная программа  (РП).

В зависимости от необходимой приоритетности на коммутаторе приоритетов устанавливаются перемычки, причем поданный на шину «Приоритет 1» сигнал имеет наивысший ранг, поданный в последнюю цепь сигнал — низший ранг. Таким образом, при наличии запросов на нескольких выходах наивысший приоритет отдается запросу, поступающему на вход с более низким порядковым номером. На остальные запросы накладывается запрет.

В выпускаемых в настоящее время контроллерах для обеспечения безопасности движения в любой момент времени контролируется напряжение на светофорных лампах. Контроль заключается в проверке исправности цепей включения ламп красных сигналов (перегорания ламп) и проверке включения ламп зеленых сигналов в конфликтных направлениях.

Для автоматического определения перегоревшей лампы красного сигнала, помимо питающей эту лампу жилы кабеля, соединяющего светофор с контроллером, необходима дополнительная жила. В силовой части контроллера она через резистор соединяется с общей нулевой жилой. Отсутствие напряжения на резисторе при включенной фазе регулирования является сигналом перегорания лампы.

Схема контроля включения разрешающих сигналов светофора в конфликтных направлениях предусматривает отключение сигнализации на перекрестке. При этом сигнал «Конфликтная ситуация» поступает в УП (при системном управлении) и на отключение светофоров.

Исправность основных узлов контроллера проверяют визуально по лампам индикации или светодиодам, выведенным на его лицевую панель или на соответствующие блоки.

Лампы светофоров включает и выключает силовая часть контроллера с использованием полупроводниковых приборов—тиристоров, представляющих собой электронный включатель ламп данного такта. Когда программно-логическое устройство вырабатывает разрешающий включение сигнал, он поступает на управляющий электрод тиристора и отпирает его. Если тиристор закрыт, то он представляет собой как бы разомкнутый ключ, и напряжение на лампах равно нулю. В такой схеме исполнительного устройства число тиристоров должно быть как минимум равно числу тактов в цикле регулирования.

Для экономии числа тиристоров в контроллерах ранних выпусков (серии УК) использовалась смешанная тиристорно-релейная схема. Как известно, основной причиной выхода из строя реле в исполнительных устройствах релейно-контактных контроллеров является разрушение контактов в момент прерывания ими тока. Для устранения этого недостатка последовательно с контактами реле в общий провод включается один тиристор. Контакты реле переключаются только тогда, когда тиристор закрыт, и цепь контактов обесточена. В этом случае контакты в момент переключения не прерывают ток, и их долговечность повышается.

Недостатком тиристорно-релейной схемы является то, что в момент запирания тиристора на перекрестке на короткое время гаснут все светофорные лампы, что может дезориентировать водителя.

Кроме этого, наличие контактных групп (несмотря на работу тиристора) все же снижает надежность исполнительного устройства. Поэтому в современных контроллерах полностью отказались от использования реле в исполнительных устройствах.

В силовой части контроллера для защиты от коротких замыканий устанавливаются автоматический выключатель и предохранители, которые рассчитаны на пропуск тока не выше заданной силы. Для защиты радиоприема от помех, создаваемых контроллером, в узле защиты предусмотрен фильтр подавления радиопомех.

4.4. ПРИНЦИПЫ КОММУТАЦИИ ЛАМП СВЕТОФОРОВ

Для одновременного включения и выключения ламп светофоров с одинаковой длительностью горения необходима предварительная их группировка. Это определяется схемой организации движения на перекрестке. Контрольный кабель от светофоров подводят к панели коммутации контроллера. Жилы контрольного кабеля ламп, работающих в одном и том же такте, объединяют и крепят к свободной клемме этой панели, образуя одну цепь коммутации. Таким образом, минимальное число цепей коммутации равно числу тактов. Однако фактически таких цепей может быть больше, так как каждая цепь рассчитана на определенную мощность тока. (Это оговаривается инструкцией по эксплуатации контроллера.) Образующие цепи коммутации жилы объединяют в один кабель, поступающий в силовую часть контроллера. Затем каждую цепь подключают к соответствующему тиристору или контактам реле, переключающих сигналы светофоров.

Для облегчения монтажных работ предварительно в соответствии с принятой схемой организации движения составляют таблицы коммутации ламп, где отражают их группировку по тактам.

В качестве примера рассмотрим простейший случай — перекресток с двухфазной схемой организации движения (см. рис. 3.3). Нумерация светофоров для рассматриваемого случая показана на рис. 4.4. Каждая лампа и связанная с ней жила кабеля обозначаются буквами (Кр., Ж., Зел.), соответствующими цвету сигнала, и номером светофора, в котором расположена лампа (рис. 4.5). Распределение ламп по тактам следующее:

Такты

Лампы, включаемые в данном такте

Такты

Лампы, включаемые в данном такте

1

Кр. 1, 2, 5, 6

Зел. 3, 4, 7, 8

1

Кр. 1, 2, 5, 6

Зел. 3, 4, 7, 8

2

Кр. 1, 2, 5, 6

Ж. 1-8

2

Кр. 1, 2, 5, 6

Ж. 1-8

   

На рис. 4.5 показана упрощенная схема коммутации ламп для рассматриваемого примера с использованием контроллера типа УК, находящегося в эксплуатации во многих городах СССР. Как было указано выше, исполнительное устройство контроллеров этого типа основано на тиристорно-релейной схеме. Реле каждого такта имеет 6 пар контактов, из которых 5 пар предназначены для переключения сигналов светофоров, 6-я пара — для коммутации самих реле (отключения остальных реле при работе одного из них). Каждая пара контактов может коммутировать ток не более 400 Вт. Учитывая, что в светофорах обычно применяют бытовые лампы мощностью 60 Вт, они собраны по 4 в каждой группе. Таким образом, цепи коммутации работают с некоторой недогрузкой. Однако такая группировка ламп позволяет использовать одни и те же цепи коммутации в разных тактах. В 1-м и 3-м тактах используются 2 пары контактов, во 2-м и 4-м тактах — 3 пары. Естественно, при более сложной схеме организации движения на перекрестке, когда число светофоров и тактов регулирования растет, увеличивается и число цепей коммутации, а следовательно, нагрузка и число задействованных контактов.

4.5. ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРОВ В ДОРОЖНЫХ КОНТРОЛЛЕРАХ

В настоящее время в СССР и других странах освоен выпуск дорожных контроллеров с применением микропроцессорной техники (ДКМП). Принципиально они отличаются от описанных ранее контроллеров традиционного исполнения наличием встроенной в контроллер микро ЭВМ, которая выполняет функции блока управления и контроля.

Использование микропроцессора резко расширяет технологию управления дорожным движением, поскольку в режиме адаптивного управления позволяет, помимо широко освоенного алгоритма поиска разрывов, реализовать и другие алгоритмы (например, по критерию задержки или длины очереди). Кроме этого, появляется возможность функционирования на перекрестках нескольких алгоритмов с автоматическим переходом от одного к другому в зависимости от конкретной транспортной ситуации. Это достигается за счет смены программ обработки информации в запоминающих устройствах и достаточного быстродействия микропроцессора (50—100 тыс. операций в секунду).

Наличие вычислительной техники в контроллере позволяет решать и попутную задачу: вывод в любой момент времени на инженерную панель (ИП) контроллера данных об интенсивности, скорости, задержке для отдельных направлений перекрестка.

Расширение объема решаемых ДКМП задач ведет, в свою очередь, к уменьшению объема передаваемой в центр информации, т. е. уменьшает загрузку каналов связи системы, разгружает ЭВМ управляющего пункта от решения тактических задач по управлению движением на отдельных перекрестках. Разгрузка ЭВМ центра управления делает возможным за счет освободившихся вычислительных мощностей расширить функции АСУД.

Управляющие светофорами ДКМП отличаются более высокой надежностью за счет интеграции исполнения: уменьшения связи между блоками, улучшения теплообмена и процесса поиска неисправностей контроллера. Эксплуатация контроллера упрощается, так как изменение программы его работы не связано с перепайкой перемычек в коммутаторах блоков или заменой самих блоков.

В состав ДКМП (рис. 4.6) входят вычислительный модуль, узел ввод - вывода, силовой узел, периферийный узел обмена информацией узел синхронизации программ. Последние два узла необходимы, если контроллер работает в составе АСУД. При этом узел синхронизации программ необходим при подключении к ДКМП таких же контроллеров или ДКМ 2С-4 с целью организации магистральной бесцентровой системы координированного управления. Узел обмена информацией применяется при подключении ДКМП к централизованной системе управления движением, когда группой ДКМП управляет контроллер зонального центра—КЗЦ. Кроме того, этот же узел используется для связи ДКМП с управляемыми дорожными знаками или аппаратурой приоритетного пропуска (СКА) специальных транспортных средств, что осуществляется, как правило, также в рамках АСУД.

Вычислительный модуль включает в себя центральный процессор и субблоки оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и полупостоянного запоминающего устройства (ППЗУ). Центральный процессор выполняет логические и арифметические операции по формированию команд на переключение сигналов светофора и по обработке информации, поступающей от детекторов транспорта и других внешних устройств. В ОЗУ хранятся данные, которые меняются в процессе обработки информации — промежуточные результаты вычислений, входная информация и т. д. В ППЗУ хранятся постоянные или редко меняющиеся массивы информации, необходимые для управления движением на перекрестке. Информация в ППЗУ остается и при выключенном питании контроллера в течение длительного времени. Стирание информации в субблоках ППЗУ происходит при их ультрафиолетовом облучении примерно в течение 20—30 мин.

Связь вычислительного модуля со всеми узлами ДКМП обеспечивается через интерфейсную магистраль — средство сопряжения ЭВМ с внешними устройствами.

Узел ввода-вывода связывает вычислительный модуль с органами управления контроллером и детекторами транспорта. К этому узлу подключается инженерная панель, с которой можно осуществить ввод в ОЗУ новых параметров управления (при отладке режима), а также ручное включение режимов в соответствии с их приоритетом, заложенным в контроллере. На инженерную панель с помощью соответствующей индикации выводится информация о режиме функционирования контроллера и его исправности. Управлять движением на перекрестке вручную можно также с помощью выносного пульта, подключаемого к узлу ввода-вывода.

Силовой узел ДКМП передает информацию от вычислительного модуля к тиристорам и обратно, обеспечивает запоминание информации о включенных тиристорах и бесконтактное переключение ламп светофоров.

Важной особенностью ДКМП является осуществление операций, обусловленных требованиями безопасности движения: контроль перегорания ламп красного сигнала и одновременного горения зеленых сигналов в конфликтных направлениях. В этих случаях происходит отключение светофоров или перевод их на режим желтого мигающего сигнала. Указанные операции могут осуществляться без участия микропроцессора.

4.6. ХАРАКТЕРИСТИКА КОНТРОЛЛЕРОВ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Отечественной промышленностью освоен серийный выпуск контроллеров различных типов, отличающихся по конструктивному исполнению и реализуемой ими технологии управления движением. В зависимости от времени их выпуска и элементной базы, являющейся основой конструкции контроллера, можно наметить три этапа их производства.

Контроллеры первого поколения разработаны в 60-х годах, выпускались промышленностью примерно до 1980 г. Большинство из них находится в эксплуатации в настоящее время. Их общие отличительные особенности — выполнение на дискретных элементах, узкая специализация по алгоритмам управления, отсутствие возможности управления по отдельным направлениям перекрестка (а следовательно, и реализации переходных интервалов, состоящих из двух и более промежуточных тактов), ограниченное число фаз регулирования (не более трех). Подобный подход имел свои преимущества: узкая специализация и ограничения в технологии управления позволяли создавать экономичные схемы с относительно малой стоимостью.

В рамках первого этапа было освоено производство:

  •  локальных контроллеров — упрощенные контроллеры серии УК (УК-1, УК-1У1, УК-2), пешеходные и универсальные вызывные устройства (ПВУ-2М и УВУ-2М), счетно-программное решающее устройство транспорта  (СПРУТ-1М);
  •  системных контроллеров — бесконтактные контроллеры телемеханические (БКТ-ЗМ, БКТ-4, БКТ-5, БКТ-6, БКТ-7).

Следует отметить, что, хотя основным назначением контроллеров УК-1У1 и УК-2 является управление движением на отдельном перекрестке, они обладают возможностью работы в составе простых бесцентровых систем координированного управления. Контроллеры СПРУТ-1М и БКТ-7 являются адаптивными с возможностью реализации алгоритма поиска разрыва в транспортном потоке. Назначение контроллеров БКТ-3М и БКТ-4 было практически одинаковым, поэтому последний выпускался сравнительно короткое время. В дальнейшем в соответствующих системах управления его функции заменил контроллер БКТ-3М.

Рост интенсивности движения и связанное с этим усложнение схем организации движения потребовали дальнейшего совершенствования технических средств управления. Этому препятствовал ряд крупных недостатков контроллеров первого поколения. Во-первых, чрезвычайно развитая номенклатура затрудняла освоение серийного выпуска и модернизацию изделий. Во-вторых, отсутствовала возможность наращивания функций установленных на перекрестках контроллеров в процессе их эксплуатации. В-третьих, отсутствие унификации в запасных изделиях и необходимость изучения службой эксплуатации развитой номенклатуры устройств ухудшали показатели надежности изделий.

Поэтому в 70-х годах был разработан принципиально новый подход к проектированию и производству ДК. Практически начиная с 1980 г. в эксплуатации появились контроллеры второго поколения, выпускаемые в рамках агрегатной системы средств управления дорожным движением  (АСС УД).

Отличительной особенностью контроллеров второго поколения явилось их построение из унифицированных функциональных блоков (агрегатный принцип). Указанная унификация позволила по сравнению с ранее выпускаемой техникой сократить число блоков примерно в 10 раз. Кроме этого, применение унифицированных шкафов и сопряжений сделало возможным менять назначение контроллера без его демонтажа путем лишь комбинации соответствующих блоков. Изменилась элементная база контроллеров — субблоки строились уже не на дискретных элементах, а на интегральных схемах. Значительно улучшилась технология управления: появилась возможность управлять движением по отдельным направлениям перекрестка, увеличилось число фаз регулирования, в контроллерах появились устройства, обеспечивающие безопасность движения при выходе из строя ламп красного сигнала или включении зеленых сигналов в конфликтующих направлениях.

В рамках второго поколения было освоено производство:

  •  локальных контроллеров — дорожный контроллер локальный ДКЛ-А, дорожный контроллер   модифицируемый ДКМ 4-4;
  •  системных контроллеров — дорожные контроллеры модифицируемые ДКМ 2С-4, ДКМ 5-4, ДКМ 5-8, ДКМ 6-4, ДКМ 6-8, контроллер для управляемых дорожных знаков ДК 7.

В названиях контроллеров слово «модифицируемый» означает изменение типа контроллера путем установки или изъятия в существующем контроллере функциональных блоков.

Контроллеры ДКМ 4-4, ДКМ 6-4 и ДКМ 6-8 в своем составе имеют блоки, позволяющие реализовать адаптивный режим управления по поиску разрывов в транспортном потоке.

С 1985г. освоено производство контроллеров третьего поколения с использованием микропроцессорной техники (ДКМП). Они существенно отличаются по конструктивному исполнению и технологии управления от контроллеров более ранних выпусков. Переход к производству контроллеров этого типа связан, с одной стороны, с широким внедрением микропроцессоров в сферу управления технологическими процессами в народном хозяйстве (переход на новую элементную базу), с другой — необходимостью реализации более эффективных режимов управления дорожным движением и построением разнообразных и гибких структур АСУД, приспособленных для городов с различной улично-дорожной сетью в условиях высокой интенсивности транспортных и пешеходных потоков.

Ниже в соответствии с указанными этапами развития приводится описание отечественных контроллеров. При этом большее внимание уделяется контроллерам, находящимся в настоящее время в производстве.

Контроллеры первого поколения. Наибольшее распространение получили контроллеры серии УК (упрощенные контроллеры), находящиеся в эксплуатации практически во всех городах ССCP, где имеются светофорные объекты. Упрощенный контроллер размещается в металлическом шкафу навесного типа, который может быть установлен на стене здания, мачте освещения или специальной опоре. Передняя стенка шкафа имеет замки и уплотнения, препятствующие проникновению в контроллер пыли и влаги. Все контроллеры этой серии реализуют 2—3 - фазную схему организации движения. Длительность промежуточного такта одинакова для всех фаз регулирования (устанавливается одним задатчиком времени). Ручное включение фаз с пульта контроллеров не предусмотрено.

Первая модель этого контроллера — УК-1 реализует одну жесткую программу или режим желтого мигания (ЖМ). Изменение программы возможно с помощью переключателей (задатчиков времени), предусмотренных для каждой фазы регулирования и промежуточного такта и расположенных на лицевой панели шкафа. Здесь же находится тумблер для перевода контроллера с режима «Программа» на режим ЖМ.

В период выпуска этого контроллера отсутствовали простые технические средства для реализации бесцентрового координированного управления на нескольких перекрестках одной магистрали. Поэтому в дальнейшем был налажен выпуск модернизированного контроллера УК-1У1, который отличался от предшествующей модели возможностью работать в системе координации.

И, наконец, последний контроллер этой серии УК-2 отличается от УК-1У1 наличием двух жестких программ, которые могут быть использованы в различные периоды суток в зависимости от интенсивности движения. Установка длительностей тактов в каждой фазе регулирования при наличии двух программ потребовала бы увеличения числа переключателей — задатчиков времени. Поэтому конструктивно лицевая панель УК-2 выполнена иначе, чем на предшествующих моделях. В данном случае на лицевую панель выведен коммутатор, где необходимая длительность тактов устанавливается с помощью перемычек. Переход с одной программы на другую или режим ЖМ может осуществляться либо вручную с помощью расположенных на лицевой панели тумблеров, либо автоматически в заданное время суток с помощью таймера (автомата переключения программ), подключаемого к контроллеру в качестве внешнего устройства. Особенностью всех контроллеров серии УК является четное значение длительности основных тактов, так как дискретность их задания составляет минимум 2 с. Остальные характеристики этих контроллеров приведены в табл. 4.1 (знак « + » означает наличие данного режима).

Таблица 4.1

Основные технические данные

УК-1У1

УК-2

ПВУ-2М

УВУ-2М

СПРУТ-1М

Число фаз регулирования

2 или 3

2 или 3

2

2

2 или 3

Режим работы:

  •  число программ

1

2

1

1

1

  •  жёлтое мигание

+

+

-

+

+

  •  ручное управление

-

-

-

+

+

  •  вызывное действие

-

-

+

+

-

  •  поиск разрывов в потоке

-

-

-

-

+

Длительность такта, с:

  •  основного

2 - 40

2 - 50

-

6 - 56

-

  •  вызываемой фазы

-

-

12 - 28

10 - 30

-

  •  промежуточного

2 - 13

2 - 13

3 - 7

3 - 13

3 - 8

Минимальная длительность такта по магистрали в режиме вызова, с:

-

-

25 - 40

28 - 56

-

Длительность зелёного сигнала, с:

  •  минимальная

-

-

-

-

3 – 15

  •  максимальная

-

-

-

-

20 – 60

Длительность экипажного времени, с

-

-

-

-

2 - 8

Число мигания ламп жёлтых сигналов в 1 мин

60

60

-

60

60

Мощность нагрузки, коммутируемая в такте (при напряжении 220 В), Вт

2000

2000

1200

2400

2400

Мощность, потребляемая контроллером без нагрузки, Вт

100

100

20

100

150

Габаритные размеры, мм

530×455××325

530×455×

×325

720×520×

×370

1247×644 ×522

1247×644 ×522

Масса, кг

50

45

60

120

120

Принцип работы вызывных устройств изложен в гл. 10. Пешеходное вызывное устройство ПВУ-2М, как и контроллеры серии УК, выполнено в виде навесного шкафа и реализует только 2 режима— вызов фазы пешеходами и режим жесткой программы по двухфазной схеме организации движения. Установка длительности основных («Стойте», «Идите») и промежуточных тактов, а также переключение с одного режима управления на другой осуществляются вручную с лицевой панели контроллера. При работе в режиме жесткой программы используются длительности основных тактов, принятых для режима вызова.

В отличие от ПВУ-2М универсальное вызывное устройство УВУ-2М расположено в напольном шкафу, который устанавливают рядом с проезжей частью на фундаменте. Оно может работать в режимах: одной жесткой программы, когда интенсивность движения в прямом и пересекающем направлениях носит стабильный характер; вызова фазы, если в одном из указанных направлений  интенсивность мала и резко меняется  в течение активного периода суток; желтого мигания; ручного управления. С пульта контроллера, расположенного на его лицевой панели, устанавливают длительность фаз, переводят с одного режима на другой, а также вручную переключают сигналы светофоров. При подключении к УВУ-2М таймера перевод с режима на режим (кроме ручного управления) может осуществляться автоматически в заданное время суток. Контроллер отрабатывает только 2 фазы регулирования. В режиме вызова необходимо подключать к контроллеру ДТ, устанавливаемые на направлениях, где осуществляется вызов фазы. УВУ-2М может работать в режиме пешеходного вызывного устройства, если вместо ДТ к нему подключить ТВП. СПРУТ-1М является первым отечественным контроллером серийного производства, осуществляющим адаптивное управление на перекрестке. Контроллер отрабатывает 2 или 3 фазы регулирования. При этом в адаптивном режиме возможна работа контроллера с пропуском фазы, в которой ДТ не обнаружили прибывающие к перекрестку автомобили. Режим пропуска фазы можно отключить с пульта контроллера, если, кроме автомобилей, в течение этой фазы разрешено движение пешеходов. Кроме адаптивного, СПРУТ-1М реализует жесткое управление по одной программе, желтое мигание, ручное управление. Причем в режиме жесткой программы (когда контроллер отключается от детекторов транспорта) длительности основных тактов равны t3mах соответственно для каждой фазы регулирования (см. подразд. 3.9).

Наличие большого числа режимов потребовало вывода на лицевую панель контроллера развитого пульта управления. На пульте имеются переключатели, с помощью которых устанавливаются длительности минимального и максимального зеленых сигналов, экипажного времени, промежуточного такта. Эти параметры устанавливают для каждой фазы отдельно. Кроме этого, с помощью тумблеров, расположенных на пульте, можно переводить СПРУТ-1М в режимы ручного управления, ЖМ, жесткой программы, пропуска фазы. При переводе контроллера в режим ручного управления фазы включаются с помощью кнопок, расположенных в нижней части пульта. Контролируют выполнение режимов по лампам индикации, также выведенным на пульт.

Контроллеры типа БКТ занимают особое место, так как они являются базовыми для серийно выпускавшихся систем управления дорожным движением и имеют узкую специализацию. В соответствии с классификацией, приведенной в подразд. 4.1, БКТ-3М и БКТ-5 являются программными контроллерами, а БКТ-6 и БКТ-7 :— контроллерами непосредственного подчинения.

Все контроллеры БКТ представляют собой устанавливаемые на фундаменте металлические шкафы с запираемой на замок передней дверью. Шкаф изготовлен в брызгозащитном исполнении и имеет двухскатную крышу для защиты контроллера от атмосферных осадков. Провода вводятся через отверстие в дне шкафа. Все блоки контроллера укреплены на поворотной раме шкафа, благодаря чему к ним обеспечивается свободный доступ при наладке контроллера и его ремонте. На лицевой панели расположен пульт управления, который используют при работе контроллера в локальном режиме, а также для контроля его работы по выведенным на пульт лампам индикации. Для облегчения доступа к органам ручного управления в передней двери имеется специальная дверца, запираемая ключом. Ко всем контроллерам могут быть подключены выносные пульты управления. Шкафы контроллеров БКТ унифицированы и имеют габаритные размеры такие же, как и у контроллеров УВУ-2М и СПРУТ-1М (см. табл. 4.1).

Контроллеры БКТ-ЗМ являются основной частью периферийного оборудования телемеханической системы координированного управления ГСКУ-ЗМ или входят в состав бесцентровой системы координации ТСКУ-4. При работе в системе ТСКУ-3М контроллер обеспечивает прием и выполнение команд с диспетчерского пункта (ДП) и посылку в него телесигнализации о выполнении этих команд. С ДП контроллер может быть выведен на следующие режимы: работа по одной из трех жестких программ, заложенных в контроллере; ЖМ; ЗУ (включение вдоль магистрали на нескольких перекрестках зеленого сигнала для безостановочного пропуска специальных транспортных средств); отключение контроллера; перевод его на местное управление.

При отключении БКТ-3М от системы он переходит в локальный режим управления, продолжая отрабатывать ту программу, которая была в этот момент. В локальном режиме с пульта управления контроллера (или выносного пульта) можно вручную перевести контроллер с одной программы на другую, включить желтое мигание светофоров или ручное управление. В последнем случае фазы включают с помощью кнопок, расположенных в нижней части пульта. Число фаз может быть 2 или 3 в зависимости от схемы организации движения на перекрестке. Длительности основных и промежуточных тактов для каждой программы задаются путем установки перемычек  на коммутаторах специальных субблоков.

Контроллер БКТ-5 работает в составе автоматизированной системы координированного управления (АСКУ), которая может охватывать не одну, а несколько магистралей города. БКТ-5 отрабатывает те же режимы, что и БКТ-3М, однако в отличие от последнего имеет о программ, также заложенных в контроллере. Контроллеры БКТ-6 и БКТ-7 предназначены для общегородской АСУД «ГОРОД-М». Их принципиальное отличие от других контроллеров серии БКТ заключается в том, что программы управления содержатся не в контроллерах, а в запоминающих устройствах управляющего вычислительного комплекса УП (обычно 4—5 программ), откуда они передаются в контроллеры по радиальным каналам связи. БКТ-6 и БКТ-7 имеют только по одной резервной программе, которая реализуется в локальном режиме при выходе из строя каналов связи с УП или при отключении контроллера от системы. Оба контроллера реализуют 2- или 3-фазную схему организации движения и при поступлении команды с УП передают обратную телесигнализацию об их выполнении. БКТ-7 работает по алгоритму поиска разрывов в потоке и применяется вместе с ДТ, устанавливаемыми на подходах к перекрестку.

В системном управлении БКТ-6 обеспечивает работу по одной из программ УП, режимов ЖМ, ЗУ и ДУ. При этом в целях обеспечения безопасности движения фазы переключаются с одной на другую по командам из УП лишь по истечении заранее заданной минимальной длительности основного такта. Но тем же причинам, если длительность основного такта превысила заранее заданное максимальное время, фазы переключаются независимо от команды из УП. В режиме диспетчерского управления фазы переключаются также по командам УП, но длительность основного такта не ограничивается, что необходимо для реализации режима ЗУ. В локальном режиме контроллером управляют с его пульта или выносного пульта управления.

БКТ-7 отрабатывает те же режимы, однако в отличие от БКТ-6 может корректировать программы УП в зависимости от обнаружения разрыва в транспортном потоке. При отключении от системы БКТ-7 работает так же, как контроллер СПРУТ-1М.

Основные технические данные контроллеров БКТ приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Основные технические данные

БКТ-3М

БКТ-6

БКТ-7

Число фаз регулирования

2 или 3

2 или 3

2 или 3

Режим работы:

  •  число программ

3

1

1

  •  жёлтое мигание

+

+

+

  •  переключение фаз по командам с УП

-

+

+

  •  «зелёная улица»

+

+

+

  •  диспетчерское управление

+

+

+

  •  ручное управление

+

+

+

  •  поиск разрывов в потоке

-

-

+

Длительность такта, с:

  •  основного

6 - 56

10 - 62

-

  •  промежуточного

3 - 13

3 - 8

3 - 8

Длительность зелёного сигнала, с:

  •  минимальная

-

10

8 - 15

  •  максимальная

-

62

20 - 60

Длительность экипажного времени, с

-

-

1 - 7

Число мигания ламп жёлтых сигналов в 1 мин

60

60

60

Мощность нагрузки, коммутируемая в такте (при напряжении 220 В), Вт

2400

2400

2400

Мощность, потребляемая контроллером без нагрузки, Вт

100

200

200

Масса, кг

120

150

150

Выносной пульт управления применяется, когда затруднено ручное управление движением на перекрестке с пульта контроллера. При этом команды, посылаемые с ВПУ (переключение фаз, включение режима желтого мигания), имеют приоритет. Помимо контроллеров БКТ, ВПУ, может быть также подключен к контроллерам СПРУТ-1М и УК-2.

Контроллеры второго поколения (АСС УД). К локальным контроллерам относятся ДКЛ-А и ДКМ 4-4, к системным ДКМ 2С-4, ДКМ 5-4, ДКМ 5-8, ДКМ 6-4, ДКМ 6-8, ДК 7. При этом ДКМ 2С-4 относится к классу программных контроллеров жесткого управления, остальные системные контроллеры — непосредственного подчинения. Особое место занимает ДК 7, управляющий дорожными знаками со сменными символами  (УЗП).

Принцип максимально возможной унификации и серийной способности технических средств, заложенный в AСС УД, определил следующие типы конструктивов, из которых компонуется контроллер: субблок; блок-каркас, в котором размещаются субблоки; шкаф, в котором размещаются блоки. В зависимости от числа блоков в  шкафу  и их назначения  определяется тип  контроллера.

Субблок — основной элемент конструкции, не имеющий самостоятельного эксплуатационного назначения. Он представляет собой печатную плату, предназначенную для размещения электрического объединения и подсоединения к внешним цепям электро- и радиоэлементов. В зависимости от применяемой элементной базы субблоки могут выполняться на дискретных элементах или на интегральных микросхемах (рис. 4.7). Под дискретными понимаются логические элементы (транзисторы, резисторы, диоды), совокупность которых позволяет реализовать определенную функцию блока.

Увеличение функциональной сложности аппаратуры требует повышения плотности конструктивного исполнения, снижения массы и габаритных размеров устройств. Это, в свою очередь, ведет к снижению надежности систем в результате применения большого количества электро- и радиоэлементов. Увеличение плотности конструктивного исполнения при обеспечении достаточной надежности функциональных схем стало возможным после широкого освоения интегральных микросхем. В принципе одна интегральная микросхема может заменить субблок, выполненный на дискретных элементах. При этом применение микросхем, кроме снижения габаритных размеров и массы изделий, способствует меньшему потреблению мощности и снижению стоимости.

В контроллерах первого поколения применялись только субблоки на дискретных элементах. В контроллерах второго поколения применяются субблоки обоих типов, причем большинство из них выполнено на микросхемах.

Субблок является вдвижной, незащищенной монтажной платой с соответствующими  разъемами   для   установки   в  блок - каркасах.

Блок-каркас — это несущая конструкция, где, кроме субблоков, могут устанавливаться блоки питания, панели индикации и ручного управления (рис. 4.8, а). Он состоит из двух вертикальных боковин, соединенных между собой металлическими планками, к которым крепятся направляющие. С задней стороны предусмотрены гнезда для установки ответных частей разъемов субблоков. В верхней части передней стороны блок-каркаса расположена специальная планка для маркировки устанавливаемых в блок-каркас субблоков. Блок-каркасы устанавливаются на поворотную раму контроллера и крепятся к ней винтами. Заполненные субблоками блок-каркасы (или их совокупность) образуют функциональные блоки контроллера  (рис. 4.8, б).

Блоки устанавливают в металлический шкаф, унифицированный для всех контроллеров ДКМ (рис. 4.9). Шкаф снабжен дверью со специальными запорами, позволяющими герметизировать шкаф, и замком для предотвращения открывания шкафа посторонними лицами. На внутренней стороне двери имеется карман для документации. Межблочные соединения осуществляются с помощью разъемов, установленных на специальной панели с левой стороны поворотной рамы шкафа. Блоки соединяются с разъемами плоскими жгутами. На задней стенке шкафа установлены элементы коммутации ламп светофоров, присоединительные элементы (разъемы, клеммники) внешних цепей, фильтр подавления радиопомех и т. д. Кабели вводятся через специальные отверстия в дне шкафа. Сверху шкаф закрыт крышей для защиты контроллера от пыли и атмосферных осадков. В его основании имеются отверстия для его крепления к фундаменту. Габаритные размеры шкафа, мм, 1900×800×450. Масса полностью укомплектованного контроллера зависит от его типа (числа и вида установленных в нем блоков) и находится в пределах 140—260 кг.

Контроллеры ДКЛ-А, ДКМ 2С-4 и ДК 7 располагаются в напольных шкафах меньших размеров.

Для построения контроллера любого типа используют стандартный набор следующих блоков. Блок управления светофорным объектом — БУСО. Он обеспечивает преобразование сигналов от внешних устройств в сигналы включения светофорных ламп и формирование ответной сигнализации об отрабатываемой фазе движения. На коммутаторах блока устанавливаются: приоритет режимов управления; число фаз регулирования; распределение направлений по фазам; порядок переключения фаз; длительности основных тактов жесткой программы, заложенной в контроллере; минимальное время основного такта, до истечения которого фазы не переключаются; длительность красного сигнала, который включается на всех светофорах перекрестка после включения контроллера в сеть или после режима ЖМ (обычно 3—7 с). Кроме этого, БУСО включает режим ЖМ и контролирует включение зеленых сигналов в конфликтных направлениях. Для контроллеров жесткого управления к БУСО подключают ТВП.

Блок переключения светофорных сигналов — БПСС. Он отрабатывает команды, посылаемые в силовую часть контроллера на переключение ламп светофорного объекта, контролирует перегорание ламп красных сигналов, обеспечивает отработку временных программ промежуточных тактов. Последняя функция блока позволяет управлять движением по отдельным направлениям перекрестка. Для этого на коммутаторах соответствующих субблоков БПСС устанавливается время дополнительного зеленого сигнала. Это позволяет продлить основной такт, установленный в БУСО, или начать его раньше. Дополнительное время зеленого сигнала берется из 20 с, отводимых для промежуточного такта. Оставшееся время распределяется между зеленым миганием, желтым и красным (или красным с желтым и красным) сигналами. Таким образом формируется программа переключений сигналов для отдельных направлений. Каждым регулируемым направлением управляет один субблок БПСС. Лишние субблоки убирают (если не использовано максимальное число регулируемых направлении, заложенных в контроллере).

Блок местного гибкого регулирования — БМГР. Он обеспечивает реализацию алгоритма поиска разрывов в транспортном потоке. В блоке устанавливаются распределение каналов связи с блоками ДТП 1 и число фаз с гибким управлением (максимум 4 фазы даже, если контроллер имеет 8 фаз регулирования), группируются направления движения по фазам, определяются фазы, которые не пропускаются при отсутствии сигналов от детекторов. На коммутаторах БМГР устанавливаются длительности минимального и экипажного времени для каждой фазы регулирования. К БМГР подключается табло  ТВП.

Блок связи с телемеханикой — БСТ. Он обеспечивает расшифровку команд телеуправления из управляющего пункта и формирование телесигналов в управляющий пункт.

Блок обмена информацией периферийный — БОИП. Он осуществляет функцию обмена информацией между дорожным контроллером и управляющим пунктом, выдачу служебных сигналов в блоки ДТП 1 и БСТ и обмен информацией в последовательном коде с этими блоками.

Блок детекторов транспорта — ДТП 1. Он выдает сигналы запроса от проходящих контролируемую детектором зону транспортных средств в БМГР и БОИП.

Блок выбора и синхронизации программ — БВСП. Он обеспечивает синхронизацию контроллеров в бесцентровой системе координации.

Блок управления знаком — БУЗ. Он формирует сигналы для переключения символов управляемых знаков в зоне перекрестка.

Блоки питания унифицированные — БПУ-6, БПУ-9. Они обеспечивают выработку напряжений питания логических элементов контроллера.

Число и тип блоков, входящих в состав различных контроллеров, приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Тип ДК

Число блоков в ДК

БУСО

БПСС

БСТ

БМГР

БУЗ

БВСП

БОИП

ДТП 1

БПУ-6

БПУ-9

ДКЛ-А

1

1

-

-

-

-

-

-

1

-

ДКМ 2С-4

1

2

-

-

-

1

-

-

1

1

ДКМ 4-4

1

2

-

1

-

-

-

1

1

1

ДКМ 5-4

1

2

1

-

-

-

1

-

2

-

ДКМ 5-8

1

4

1

-

-

-

1

-

2

1

ДКМ 6-4

1

2

1

1

-

-

1

1

2

1

ДКМ 6-8

1

4

1

1

-

-

1

1

3

1

ДК 7

-

-

-

-

1

-

-

-

-

1

В соответствии с функциональным назначением блоков контроллеры отрабатывают следующие режимы:

ДКЛ-А управляет светофорной сигнализацией по двум жестким программам;

ДКМ 4-4 управляет светофорной сигнализацией по алгоритму поиска разрывов в транспортном потоке с пропуском или без пропуска фаз в локальном режиме. При необходимости может быть переведен на работу по одной жесткой программе;

ДКМ 2С-4 управляет светофорной сигнализацией по трем жестким программам с возможностью его включения в бесцентровую систему координации. Переход с программы на программу осуществляется вручную или автоматически в заданное время суток с помощью таймера.

ДКМ 5-4 (ДКМ 5-8) управляет светофорной сигнализацией в режиме «телеуправление» по программам, заложенным в УП. При этом осуществляется либо координированное, либо диспетчерское управление, либо включение участков маршрутов «зеленой улицы». При диспетчерском управлении любой из светофорных объектов может быть переведен на режим ЖМ или отключен. Контроллеры могут управлять работой светофоров типа 4 на полосах или улицах с реверсивным движением. В режиме «Телесигнализация» контроллеры передают в УП информацию о режиме управления, об отрабатываемой фазе, о неисправности светофорного объекта. При нарушении каналов связи или отключении от УП контроллеры переходят на управление светофорами по одной жесткой резервной программе.

ДКМ 6-4 (ДКМ 6-8) — имеют те же режимы управления, что и два предыдущих контроллера, однако в силу наличия в них блоков БМГР и ДТП 1 могут корректировать программы, поступающие из УП. В режиме резервной программы они, помимо жесткого управления, могут работать по алгоритму поиска разрывов в транспортном потоке.

Общими свойствами всех контроллеров второго поколения (кроме ДК 7)  являются:

  •  вызов фазы пешеходами при подключении к ДК ТВП;
  •  режим ЖМ  (60 миганий ламп желтого сигнала в 1 мин);
  •  ручное управление, как с выносного пульта, так и с органов управления, расположенных на блоках контроллера;
  •  работа в диапазоне температур  —50... + 50°С;
  •  длительность основных тактов в пределах 3 — 60 с;
  •  длительность промежуточных тактов в пределах 3—20 с;
  •  максимальная мощность нагрузки, коммутируемая в такте 3300 Вт;
  •  максимальная длина линии связи между ДКМ и управляющим пунктом 25 км;
  •  максимальная длина линии связи между ДК и ВПУ или ДТ — 500 м.

Остальные технические данные контроллеров различных типов приведены в табл. 4.4.

Таблица 4.4

Технические данные

ДКЛ-А

ДКМ 2С-4

ДКМ 4-4

ДКМ 5-4

ДКМ 5-8

ДКМ 6-4

ДКМ 6-8

Число фаз регулирования

4

4

4

4

8

4

8

Число регулируемых направлений движения

4

8

8

8

16

8

16

Число программ в контроллере

2

3

1

1

1

1

1

Адаптивное управление

-

-

+

-

-

+

+

Переключение фаз по команде с УП

-

-

-

+

+

+

+

Диспетчерское управление

-

-

-

+

+

+

+

Число маршрутов ЗУ

-

-

-

4

4

4

4

Контроллер ДК 7 обеспечивает смену 7 позиций УЗН по сигналам из управляющего пункта. При этом максимальный ток нагрузки, коммутируемый в момент переключения позиций знака, составляет 5,6 А. Максимальная длина линии связи между ДК 7 и знаком 50 м.

Выносной пульт управления контроллером применяется для обеспечения удобства ручного управления. Его размещают либо в кабине регулировщика, либо на месте, с которого хорошо виден весь перекресток. В последнем случае ВПУ снабжается специальной стойкой. В зависимости от числа фаз регулирования (4 или 8) для контроллеров второго поколения применяют два типа выносных пультов — ВПУ 2 и ВПУ 4. В качестве примера на рис. 4.10 показан ВПУ 4, снабженный стойкой 2 для установки его на открытом воздухе, а также крышкой 1, шарнирно соединенной с корпусом пульта. При опускании ее на пульт она запирается на замок, предотвращая доступ к пульту посторонних лиц. 

С ВПУ возможны ручное переключение фаз регулирования в любой последовательности, вызов участков ЗУ, режима ЖМ, отключение светофоров. При этом перед включением очередной фазы автоматически отрабатывается промежуточный такт. Для визуального контроля выполнения запрашиваемых режимов управления на пульте имеется соответствующая индикация.

Контроллеры третьего поколения. Для контроллеров этого поколения характерно применение встроенного микропроцессора, что меняет устройство контроллера и существенно расширяет технологию управления дорожным движением.

В настоящее время освоено производство контроллера ДКМП-1М, который является универсальным, учитывая возможность с его помощью отработки всех алгоритмов управления, характерных для ДК АСС УД. Кроме этого, в ДКМП-1М могут быть запрограммированы и реализованы адаптивные алгоритмы, иные, чем общепринятый метод поиска разрывов в транспортном потоке, предусмотрены вывод в любой момент времени на инженерную панель (пульт управления контроллера) параметров транспортных потоков на перекрестке, построение на базе ДКМП-1М иных структур АСУД и возможность их сопряжения с системами, построенными на технических средствах АСС УД. Контроллер расположен в брызгозащитном металлическом шкафу тех же размеров, что и контроллеры ДКМ, и рассчитан на непрерывную круглосуточную работу на открытом воздухе при температуре —45... +50 0С.

При локальном управлении ДКМП-1М обеспечивает работу по жесткой временной программе или в режиме местного гибкого регулирования (поиск разрывов в потоке или любой другой адаптивный алгоритм, запрограммированный в вычислительном модуле).

Кроме этого, он осуществляет вызов фазы от ТВП или СКА, а также по командам, посылаемым с ИП контроллера или ВПУ. При необходимости может отрабатываться режим ЖМ.

ДКМП-1М обеспечивает переключение сигналов с разрешающего на запрещающий только по истечении заранее заданного минимального зеленого сигнала. При включении контроллера в сеть отрабатывается в течение 3 с режим «кругом красный».

Технические данные ДКМП-1М:

Число фаз регулирования

до 8

Число подключаемых детекторов транспорта

до  16

Число подключаемых управляемых знаков (через ДК 7)

до 5

Число подключаемых СКА

до 4

Максимальная мощность нагрузки, коммутируемая в такте, Вт

до 6600

Мощность, потребляемая контроллером без нагрузки, Вт

400

Масса, кг

300

Возможное число регулируемых направлений определяется исходя из наличия в контроллере 64 тиристоров, которые включаются и выключаются независимо друг от друга. К каждому тиристору может быть подключено до 4 светофорных ламп.

При системном управлении могут быть два варианта использования ДКМП-1М.

Первый вариант предусматривает его использование в бесцентровой системе координированного управления, когда с контроллером посредством магистрального канала связаны другие ДКМП-1М или ДКМ 2С-4. Координированное управление осуществляется по трем программам, заложенным в контроллеры. Переход с одной программы на другую происходит вручную с любого контроллера или автоматически с помощью таймера в заданное время суток.

Второй вариант предусматривает использование ДКМП-1М в рамках АСУД. Каждый контроллер перекрестка связан своим (радиальным) каналом связи с контроллером зонального центра (КЗЦ). По командам КЗЦ отрабатываются режимы включения: фазы или разрешающего сигнала в данном направлении; резервной программы координированного управления (РКУ); УЗН; резервной программы (РП) местного управления; ЖМ; участка ЗУ, а также отключение светофоров (ОС), диспетчерское управление (ДУ).

При поступлении нескольких команд (например, из КЗЦ, ВПУ или ТВП) контроллер обеспечивает следующую последовательность приоритета их исполнения: команды с инженерной панели ДКМП-1М; с ВПУ (ОС, ЖМ, фаза); режим ДУ (ОС, ЖМ, фаза); режим ЗУ из КЗЦ; ЗУ от СКА; команды ДУ на включение режима РП; режим КУ; режим МГР; режим РКУ; режим РП.

ДКМП-1М контролирует перегорание светофорных ламп и одновременное включение зеленых сигналов в конфликтных направлениях. Кроме этого, контролируется исправность каналов детекторов транспорта, подключенных к контроллеру; исправность группы УЗН; исправность связи с КЗЦ.

Выпускаемый в настоящее время ДКМП-1М, учитывая его широкие технологические возможности, предназначен в основном для работы в составе общегородских АСУД или для эксплуатации в локальных режимах на перекрестках со сложной организацией движения. Для более простых случаев освоен выпуск контроллеров ДКЛ-МП1 и ДКЛ-МП2. Первый является локальным и реализует как жесткое, так и адаптивное управление (при наличии ДТ). Второй предназначен для работы в составе централизованных или бесцентровых АСУД. В последнем случае точность отсчета параметров управления контролируется по радиосвязи один раз в час по шестому сигналу точного времени. Благодаря этому необходимость в синхронизирующем устройстве отпадает.

Общим для обоих контроллеров является:

Число фаз регулирования

До 6

Число фаз регулируемых направлений

До 8

Число фаз программ управления

До 8

Максимальная мощность нагрузки, Вт

2640

Габаритные размеры шкафа, мм

600×600×450

Масса, кг

60

В настоящее время отечественной промышленностью ведется разработка и других типов ДКМП. Это позволит в дальнейшем полностью перейти на использование технических средств третьего поколения.

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

5.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ

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 бетонном основании 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 tПР и время присутствия автомобиля в этой зоне τПР. Остальные параметры определяют косвенно через эти показатели.

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

где lij— расстояние между сечениями i и j, м; tПРi и tПРj — моменты прохождения автомобилем соответственно сечений дороги i и j, с.

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

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

nij (t) = ni (t) — nj (t) + nij (0),

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

Длина автомобиля

La = τПРVa - bДТ (5.1)

где bДТ — 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:

Потребляемая мощность, Вт

60

Длительность проходного сигнала, мс

25

Максимальная скорость движения обнаруживаемого автомобиля, км/ч

120

Контролируемая зона (по ширине дороги), м

3 – 10

Число полос, контролируемых одним каналом в режиме:

  •  проходном

1 – 3

  •  присутствия

1

Длина линии связи  между рамкой и блоком  управления, м

до 200

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

Во втором случае

где hA — 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 tвк выбрано таким образом, что t1> tвк> t2 . Поэтому в УПК поступают лишь импульсы, отраженные от автомобиля.

Технические данные ДТУ-2:

Потребляемая  мощность,  Вт

50

Рабочая частота, кГц

18

Максимальная скорость обнаруживаемого автомобиля, км/ч

100

Максимальная длина связи между приемоизлучателем и блоком управления, м

300

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.

5.3. РАЗМЕЩЕНИЕ ДЕТЕКТОРОВ

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 SДТ , определяется по остановочному пути:

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

По расстоянию SДТ определяют остальные параметры МГР, в частности tЭК и t3min (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 t3mах. 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; kb. 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 t3min (обычно 10—12 с), что обеспечивает предварительную разгрузку этого направления. Учитывая, что до t3min 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 Vса — 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 tk 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 LЗАТ определяется требованием зафиксировать конец очереди автомобилей, длина которой такова, что она не разгружается за один цикл регулирования. Исходя из этого

где lа — 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.

Контрольные вопросы

  1.  Для чего применяются детекторы транспорта?
  2.  Из каких устройств состоит детектор и в чем их назначение?
  3.  Чем отличаются проходные детекторы от детекторов присутствия?
  4.  Назовите основные виды чувствительных элементов детекторов.
  5.  В чем заключается принцип прямого и косвенного определения параметров транспортного потока?
  6.  Как определяют место установки чувствительных элементов детекторов для реализации алгоритма поиска разрывов, автоматического выбора программы координации, включения участка «зеленой улицы», обнаружения затора?
  7.  Дайте характеристику детекторов транспорта отечественного производства.
  8.  Каковы перспективы совершенствования детекторов?

Глава 6

Технические средства координированного управления

6.1. ОСНОВЫ КООРДИНИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Координированным управлением называется согласованная работа ряда светофорных объектов с целью сокращения задержки транспортных средств.

Принцип координации заключается в включении на последующем перекрестке по отношению к предыдущему зеленого сигнала с некоторым сдвигом, длительность которого зависит от времени движения транспортных средств между этими перекрестками. Таким образом, транспортные средства следуют по магистрали (или какому-либо маршруту движения) как бы по расписанию, прибывая к очередному перекрестку в тот момент, когда на нем в данном направлении движения включается зеленый сигнал. Это обеспечивает уменьшение числа неоправданных остановок и торможений в потоке, а также уровня транспортных задержек.

Возможность такой координации работы светофорных объектов позволила в свое время назвать этот способ управления «зеленой волной». Этот термин и в настоящее время достаточно широко используется в отечественной и зарубежной практике.

В нашей стране координированное управление было впервые успешно реализовано в 1955 г. в Москве на участке Садового кольца с пятью светофорными объектами. В настоящее время этот способ управления широко применяется почти во всех крупных городах и является основным алгоритмом, реализуемым в рамках АСУД.

Для организации координированного управления необходимо выполнение следующих условий: наличие не менее двух полос для движения в каждом направлении; одинаковый цикл регулирования на всех перекрестках, входящих в систему координации; расстояние между соседними перекрестками не должно превышать 800 м.

Первое условие связано с необходимостью безостановочного движения транспортных средств с расчетной скоростью и своевременного их прибытия к очередному перекрестку. Их задержка в пути приведет к нарушению процесса координированного управления, так как увеличение времени движения на перегонах способствует прибытию автомобиля к перекрестку с опозданием (в период действия запрещающего сигнала). При узкой проезжей части вероятность задержки в пути повышается, так как затруднен объезд возможных препятствий на дороге  (остановившиеся у тротуара автомобили, остановочные пункты общественного транспорта и т. д.)

Одинаковый цикл на всех перекрёстках обеспечивает необходимую периодичность смены сигналов, сохранение расчётного сдвига включения фаз, разрешающих движение вдоль маршрута координации.

Ограничение, накладываемое на длину перегона, связано с процессом группообразования в транспортном потоке. Группа автомобилей образуется при разъезде очереди, скопившейся в ожидании разрешающего сигнала светофора. В начале перегона непосредственно за перекрестком интенсивность такой группы близка потоку насыщения. В процессе дальнейшего движения группы начинается ее распад из-за различных скоростей транспортных средств, составляющих эту группу. Разброс скоростей обусловлен разнородностью состава транспортного потока, а также влиянием индивидуальных особенностей водителей. Автомобили с более высокими скоростями перемещаются в головную часть группы, медленно движущиеся автомобили — в ее конец или отстают от группы. Этот процесс прогрессирует по мере удаления группы от предыдущего перекрестка, время проезда группы мимо неподвижного наблюдателя увеличивается, ее средняя интенсивность движения падает.

На рис. 6.1 приведен типичный пример распада группы автомобилей на одном из перегонов ш. Энтузиастов в Москве. По горизонтальной оси отложено время t, а по вертикальной — среднее число автомобилей m в определенном сечении улицы, находящемся на заданном расстоянии от стоп-линий по ходу движения. Можно отметить, что на расстоянии 600 м от перекрестка длина группы во времени увеличивается более чем в 2 раза.

По данным многочисленных наблюдений установлено, что группа полностью распадается при длине перегона более 800—1000 м. Прибытие автомобилей к перекрестку, удаленному от предыдущего на большее расстояние, будет носить случайный характер, взаимосвязь по потоку с соседним перекрестком прерывается. Естественно, на динамику этого процесса, помимо состава потока и индивидуальных качеств водителей, оказывает влияние число полос в данном направлении движения, интенсивность движения, наличие на перегонах остановочных пунктов общественного транспорта, пунктов притяжения пешеходов и т. п.

Для количественной оценки распада группы автомобилей на перегоне В. Т. Капитановым (ВНИЦБД МВД СССР) предложена эмпирическая формула, полученная путём обработки достаточно большого объёма экспериментальных данных,

где tx — временная длина группы автомобилей на расстоянии х от перекрестка, генерирующего эту группу, с; tГ — временная длина группы непосредственно за генерирующим перекрестком, с; tД — время движения группы от генерирующего перекрестка до сечения х на перегоне магистрали.

Группообразный характер потоков играет большую роль при организации координированного управления. Чем короче расстояние между перекрестками, тем меньше вероятность распада группы и, таким образом, меньше времени требуется для ее пропуска на следующем перекрестке. При увеличении временного размера группы в процессе ее распада длительность зеленого сигнала на последующем перекрестке необходимо увеличивать (что ущемляет интересы конфликтующего направления) или пропускать только часть группы, задерживая входящие в ее состав медленно движущиеся автомобили. Остановленные у стоп-линий на запрещающий сигнал, они проедут данный перекресток лишь в следующем цикле вместе с очередной (следующей)  группой.

При координированном управлении используются оба способа, причем первый (удлинение зеленого сигнала) ограниченно — лишь для выпуска задержанной части предыдущей группы автомобилей с тем, чтобы они не являлись препятствием для безостановочного проезда через перекресток большей части автомобилей следующей группы.

При расстоянии между соседними перекрестками более 800 м в связи с полным распадом группы ее задержанная часть резко увеличивается, и координированное управление становится малоэффективным.

Правильный выбор расчетной скорости, а следовательно, и сдвига включения зеленых сигналов на соседних перекрестках оказывает большое влияние на эффективность координированного управления. Естественно, при выборе расчетной скорости следовало бы ориентироваться на среднюю скорость группы. Однако это вызовет задержку лидирующих автомобилей, которые в свою очередь помешают безостановочному проезду через перекресток основной части группы. Поэтому обычно в качестве расчетной выбирают скорость, которую не превышают 85% автомобилей группы. Эта скорость определяется методом натурных наблюдений для всех перегонов участка магистрали, где вводится координированное управление (для прямого и обратного направлений движения). Если разница между полученными значениями невелика, данные осредняются для получения единой расчетной скорости на этом участке. Это облегчает расчет планов координации, так как потоки попутного и встречного направлений прибывают к перекрестку практически одновременно.

Если на отдельных перегонах скорость существенно отличается об общей расчетной для всей магистрали (например, на участках подъемов и спусков), то для этих перегонов принимают свою расчетную скорость. Аналогично поступают, если есть существенное различие между скоростями попутного и встречного направлений. В этих случаях в силу указанной причины координация работы светофорных объектов затрудняется. Однако искусственное выравнивание скорости, т. е. «навязывание» водителю скорости, отличающейся от реальной, даже с помощью знаков 5.18, как показывает практика, является малоэффективным.

6.2. 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 tЛ = (0,4 ÷ 0,5)·ТЦ, проводят наклонные к горизонтали линии. Тангенс угла наклона этих линий соответствует расчетной скорости

                                                     (6.2)

где Vр — расчетная скорость движения, км/ч; МГ — горизонтальный масштаб (число секунд в 1 см); Мв — вертикальный масштаб (число метров в 1 см).

Показатель tЛ 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·ТЦ, 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 0,3ТЦ) 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 tΔi — средняя задержка автомобиля на i-м направлении дороги, измеряемая в долях цикла; ri — 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 МН — поток насыщения, ед/ч; ТЦ — расчетный цикл регулирования, с.

По формуле (6.1) определяют временную длину группы при ее подходе к следующему перекрестку. При этом время движения по перегону tд определяют исходя из его длины и расчетной скорости движения. По времени tд 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 ТЦ. 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.

6.3. ОБЩАЯ И МЕСТНАЯ КОРРЕКЦИЯ ПРОГРАММ

Одна программа координированного управления обычно соответствует определенной транспортной ситуации, т. е. интенсивности движения на перекрестках и скорости потоков, характерных для рассматриваемого периода суток. Изменение транспортной ситуации приводит к снижению эффективности программы, что выражается прежде всего в увеличении числа задержанных автомобилей, а следовательно, и в росте расхода топлива, в загазованности воздуха и т. п.

Увеличивать гибкость управления в зависимости от аппаратурного обеспечения систем координации можно двумя путями.

В первом, простейшем случае в течение суток применяют несколько жестких (с постоянными параметрами управления) программ координации. Переход от одной программы к другой осуществляется вручную или в заранее заданное время суток с помощью автомата переключения программ — таймера. Обычно число программ, реализуемых в течение активного периода суток, не превышает трех. Технически этот метод управления обеспечивается с помощью программных дорожных контроллеров, объединенных в бесцентровую систему или находящихся под контролем управляющего пункта.

Второй путь увеличения гибкости управления — это увеличение числа программ, реализуемых в течение суток, и их общая и местная коррекция, позволяющая как можно ближе «подогнать» программу к существующей в данный момент реальной транспортной ситуации. Реализация такого метода возможна, как правило, в рамках сложных магистральных или общегородских АСУД с помощью системных контроллеров непосредственного подчинения.

Одну из жестких программ, называемую в данном случае базовой, выбирают из библиотеки, заложенной в памяти ЭВМ (для общегородских АСУД) или в специальном программном устройстве на основе сигналов, поступающих от детекторов транспорта, расположенных в характерных точках улично-дорожной сети (см. подразд. 5.3). Возможен выбор программы и по командам таймера.

Так как для обработки и осреднения информации, поступающей от детекторов, необходимо определённое время (обычно 15 -20 мин), то базовая программа, полученная таким образом, может не соответствовать транспортной ситуации, для которой она предназначена. Для ликвидации этой погрешности данные, полученные в конце периода измерений, используют для прогнозирования условий движения на следующий период, а программу координации выбирают по спрогнозированным данным. Для этого используют ранее накопленные статистические материалы изменении интенсивности и скорости движения в течении активного периода суток. Полученная на основе этого базовая программа будет лишь грубо соответствовать рассматриваемому периоду времени, так как при этом не учитываются текущие колебания этих показателей (реальные значения скорости и интенсивности).

Следующим этапом является общая коррекция (модификация) базовой программы, смысл которой заключается в ее подстройке под реальную транспортную ситуацию. В данном случае при коррекции используют закономерности транспортных потоков — с увеличением интенсивности скорость примерно линейно уменьшается, а циклы регулирования возрастают. Таким образом, пропорциональным увеличением всех параметров базовой программы координации — цикла, основных тактов, временных сдвигов можно без изменения основных геометрических свойств программы координации обеспечить ее соответствие реальной транспортной ситуации («сжать» или «растянуть» базовую программу).

Общая коррекция осуществляется с помощью ЭВМ в управляющем пункте. После чего спрогнозированная и откорректированная программа передается на периферию, где ее реализуют дорожные контроллеры.

Если в состав периферийного оборудования входят адаптивные контроллеры, то возможна дальнейшая местная коррекция программ. Она может осуществляться по алгоритму поиска разрывов: зеленый сигнал выключается раньше (по сравнению с моментом переключения, предусмотренным базовой программой) в направлении, в котором происходит поиск разрывов, если разрыв в потоке будет обнаружен. Тем самым раньше включится зеленый сигнал в конфликтующем направлении. Это способствует существенному снижению неоправданных транспортных задержек. Для сохранения принципа координированного управления запрещается выключение сигнала до истечения его минимального значения, отсчитываемого с момента сдвига фазы. При этом в направлении координации минимальный зеленый сигнал делается
достаточно большим, чтобы обеспечить пропуск основной части группы автомобилей.

Поиск разрыва может осуществляться только по второстепенному направлению, если в этом направлении наблюдается малая интенсивность движения, и по главному направлению, если интенсивность по магистрали подвержена резким колебаниям за достаточно короткие промежутки времени. Если такие колебания наблюдаются по всем направлениям, то поиск разрыва целесообразно вести и по магистрали, и по пересекающим  направлениям.

Пример реализации последнего метода показан на рис. 6.5. Для простоты рассматривается одностороннее движение от перекрестка 1 к перекрестку 2, промежуточные такты на рисунке не показаны. В соответствии с базовой программой отсчет t3min и  tк min , (т.е. t3min в пересекающем направлении) ведут после отсчета сдвига фазы tСДВ. На рис. 6.5 эти моменты обозначены соответственно для обоих перекрестков точками А и Б.

В течение первого цикла после отработки t3min разрыв в потоке как на первом, так и на втором перекрестках был обнаружен раньше, чем истекло t3мах. Поэтому зеленый сигнал по магистрали выключился раньше (точки В). Начиная с точек Б, начался отсчет tк min, по истечении которого на пересекающем направлении первого перекрестка до конца tк max был обнаружен разрыв в потоке, а на втором перекрестке в пересекающем направлении автомобилей не было. Поэтому сигнал переключился сразу по истечении tк min  (точки Г).

В течение второго цикла в главном направлении перекрестка 1 разрыв в потоке
не был обнаружен, и длительность зеленого сигнала составила
t3мах. На перекрестке 2 разрыв зафиксирован по истечении t3min (точки Д). В пересекающем направлении после отработки tк min, на обоих перекрестках разрыв в потоке был обнаружен до истечения tкmax по магистрали (точки Е). Поэтому сигналы переключились раньше, чем  это  было  предусмотрено  базовой  программой   (точки А). Прерывистыми  линиями на рис. 6.5 показаны границы получившихся таким образом «зеленых» и «красных» лент времени. Таким образом, длительности основных тактов на перекрестках являются переменными, зависящими от фактической интенсивности движения. Однако длительность цикла и сдвига фазы постоянна, что обеспечивает принцип координированного управления.

Корректировать базовую программу координации можно и путем так называемого градиентного управления. Сущность его сводится к пошаговому изменению сдвигов цикла, предусмотренных базовой программой, с последующей проверкой эффективности этой операции по критерию суммарной задержки. Градиентное управление позволяет в некоторой степени учитывать случайные колебания параметров транспортного потока.

В процессе градиентного управления осуществляется направленный поиск оптимальных сдвигов путем многократных расчетов суммарной задержки и ее сравнения с предыдущими значениями. Его реализация возможна лишь с помощью вычислительного модуля контроллера  зонального   центра  или   ЭВМ  управляющего   пункта.

6.4. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМ КООРДИНИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Одинаковый цикл на всех перекрестках, входящих в систему координации, а также наличие сдвигов включения зеленых сигналов в принципе должны обеспечить координированное управление, если даже контроллеры этих перекрестков будут, работать в локальных режимах. Однако практически осуществить это не удается в силу погрешностей, возникающих при отсчете длительностей тактов и сдвигов. Малейшая погрешность, измеряемая даже долями секунды, будет накапливаться от цикла к циклу и через некоторое время приведет к рассогласованию работы светофорных объектов.

Для предотвращения этого применяют два метода — создание единого для всех контроллеров программно-логического устройства (ЕПЛУС) и метод «остановки» каждого контроллера 1 раз в цикл с последующим его запуском по команде специального синхронизирующего устройства (СУ).

Первый метод обычно реализуется контроллерами непосредственного подчинения (ДК1, ДК2, ..., ДКn) с радиальными каналами связи с управляющим пунктом, где размещается единое программное устройство (рис. 6.6, а). Это устройство отсчитывает длительность тактов и сдвиги для каждого перекрестка П, которые передаются в исполнительные устройства контроллеров. При таком решении необходимость в программном устройстве самих контроллеров отпадает. Однако, учитывая возможность повреждения каналов связи между управляющим пунктом и контроллерами, в них закладывается одна резервная программа, переход на которую в этих случаях происходит автоматически. Естественно, при повреждении канала связи контроллер работает в локальном режиме и принцип  координации светофорных объектов нарушается.

Размещение ЕПЛУС в управляющем пункте (т. е. в отдельном помещении) упрощает эксплуатацию системы, ремонт и обслуживание аппаратуры. Проще обеспечивается необходимый температурный режим, влажность и пылезащита. Появляется возможность организовать диспетчерское управление системой. Однако такая структура требует большого числа каналов связи, дополнительного оборудования и, следовательно, повышает стоимость системы.

Второй метод реализуется с помощью программных контроллеров, работающих в системах координации по так называемому принципу стартстопа — запуска программно-логического устройства контроллера сигналом синхронизации и его автоматического отключения после отработки цикла регулирования. Это позволяет погасить погрешность при отсчете длительности тактов и сдвигов.

Синхронизирующее устройство обеспечивает равенство циклов регулирования на всех перекрестках и необходимый момент начала отсчета сдвигов, поскольку период времени между моментами прихода двух последовательных сигналов синхронизации равен циклу регулирования. Оно может размещаться в одном из контроллеров непосредственно на перекрестке (бесцентровые системы) или в управляющем пункте. В первом случае сдвиги фаз, как и сами программы регулирования, заложены в самих контроллерах, во втором — в контроллерах находятся только программы, а сдвиги отсчитываются в управляющем пункте. По окончании их отсчета сигнал синхронизации посылается в каждый контроллер. Таким образом, может быть общий сигнал синхронизации для всех контроллеров и отдельные сигналы синхронизации для каждого из них.

По принципу организации каналов связи в системах, где применяется стартстопный режим, используются как радиальные, так и параллельные и последовательные каналы (рис. 6.6, б – г). Наибольшее распространение получили параллельные каналы связи как наиболее экономичные. В качестве каналов связи обычно используются линии городской телефонной сети.

Наличие управляющего пункта позволяет расширить технологические возможности системы, организовать диспетчерское управление. Однако это связано со значительным удорожанием системы.

Магистральные системы координированного управления на базе технических средств первого поколения. К ним относятся системы, созданные на базе программных контроллеров УК-1У1, УК-2, БКТ-ЗМ, БКТ-5. Все они работают в стартстопном режиме, причем системы, базирующиеся на контроллерах УК, являются бесцентровыми. Координированное управление осуществляется также контроллерами непосредственного подчинения БКТ-6 и БКТ-7 в рамках общегородской автоматизированной системы управления движением. Работа таких систем рассмотрена в гл. 7.

Системы, построенные на основе контроллеров УК-1У1 или УК-2, предусматривают использование параллельного канала связи и общего сигнала синхронизации. Последний поступает в канал связи от одного из этих контроллеров, который выполняет роль координатора. Система может охватывать до десяти перекрестков. При числе перекрестков не более пяти один из контроллеров может обслуживать перекресток и одновременно являться координатором. Если число перекрестков, входящих в систему координированного управления, больше пяти, координатором должен быть специальный контроллер этого типа, не используемый для регулирования движения на перекрестке.

Сдвиги относительно общего сигнала синхронизации устанавливаются вместо основного такта задатчиком времени первой фазы каждого контроллера (кроме контроллера-координатора). Величина сдвигов определяется по графику координированного управления. Это показано на рис. 6.7, где в качестве координатора выбран контроллер первого перекрестка. На рисунке для простоты рассматривается одностороннее движение, промежуточные такты не показаны. Сигнал синхронизации показан прерывистой линией. Если этот сигнал приходит на перекресток в момент, когда там в направлении координации включена вторая или третья фаза, то эту фазу нужно сделать первой путем соответствующей коммутации ламп светофоров.

Помимо установки сдвига, контроллеры всех (кроме координатора) нужно перевести в режим системного управления. Для этого  специальный тумблер, расположенный на лицевой панели контроллеров, переводят в положение ЗВ («Зеленая волна»). В режиме системного управления контроллер после отработки второй и третьей фаз (если третья фаза предусмотрена схемой организации движения) включает первую фазу, после чего его программно-логическое устройство автоматически отключается до прихода синхроимпульса. В этот интервал времени сигналы светофоров остаются такими же, какими они были в момент выключения программно-логического устройства. Например, для перекрестка 4 (см. рис. 6.7) этот интервал длится от начала зеленого сигнала на магистрали до начала tСДВ. С приходом синхроимпульса включается программно-логическое устройство. Отсчитываются tСДВ длительность второй и третьей фаз, затем включается первая фаза с одновременным выключением программно-логического устройства (т. е. процесс повторяется).

Несмотря на то, что длительность основного такта в первой фазе не устанавливается, она обеспечивается автоматически, так как программно-логическое устройство контроллера-координатора работает непрерывно, отсчитывая полный цикл регулирования.

При обрыве канала связи координатор лишен возможности с помощью сигнала синхронизации включить программно-логические устройства остальных контроллеров. Это приведет к тому, что на всех перекрестках (кроме перекрестка, обслуживаемого самим контроллером-координатором) переключения сигналов светофоров не будет. Для этого случая предусмотрено специальное аварийное устройство — реле времени, встроенное в каждый контроллер. Оно настраивается таким образом, чтобы включить программно-логическое устройство спустя 2—3 с после момента, соответствующего приходу синхроимпульса. Разумеется, это приведет в конечном итоге к нарушению процесса координированного управления, однако обеспечит работу контроллеров в локальном режиме.

Широкое распространение в нашей стране получила телемеханическая система координированного управления ТСКУ-ЗМ, построенная на базе контроллеров БКТ-ЗМ (рис. 6.8, а). Она обеспечивает управление движением по трем программам координации на магистрали, имеющей до 20 перекрестков. В системе применяется параллельный двухпроводный канал связи (как правило, линия телефонной городской сети) и предусмотрены отдельные сигналы синхронизации для каждого из контроллеров.

Система состоит из центрального и периферийного оборудования. Центральное оборудование размещается в отдельном помещении и включает в себя: синхронизирующее устройство (координатор), совмещенное с пультом дистанционного диспетчерского управления; мнемосхему магистрали, информирующую диспетчера о режимах работы системы и исправности ее оборудования; блок обмена информацией между периферией и центром; стендовый контроллер БКТ-ЗМ, необходимый для наладки системы. В состав периферийного оборудования входят: контроллеры БКТ-ЗМ, установленные на каждом перекрестке; указатели рекомендуемой скорости, соответствующей каждой программе координации (устанавливаются в начале перегона); выносные пульты управления, связанные с контроллерами.

В каждом контроллере заложены три программы, соответствующие планам координации. Они рассчитаны заранее для различных периодов суток. Сдвиги включения фаз для каждой программы и каждого перекрестка запаиваются на коммутаторе синхронизирующего устройства. Синхроимпульс, запускающий программно-логическое устройство, передается из диспетчерского пункта 1 раз в цикл последовательно по двухпроводному каналу связи в каждый контроллер. Последовательность и очередность передачи синхроимпульсов на перекрестки определяются текущей программой координированного управления. Для того чтобы контроллеры распознавали текущую программу и синхроимпульс находил свой контроллер, вместе с сигналом синхронизации передается в двоичном коде признак программы и адрес контроллера. Переход с одной программы на другую осуществляется с пульта управления вручную диспетчером или автоматически в заданное время суток по сигналам таймера.

С пульта управления диспетчер может также передать и другие команды, имеющие соответствующий код и адрес:  «Включить зеленую улицу», «Включить желтое  мигание», «Отключить перекресток».

На мнемосхеме рядом с изображением перекрестка при передаче любой команды высвечивается ее название (например, «1 программа», «Желтое мигание» и т. д.),  а также слово «Контроль».

Дорожный контроллер, приняв адрес и команду, формирует ответ, состоящий из своего адреса и кода отрабатываемой контроллером команды. При поступлении ответа  в координатор диспетчерского пункта посланный адрес и код сравниваются с принятыми. При их соответствии лампа индикации «Контроль» гаснет.

При несоответствии лампа контроля остается включенной, информируя тем самым о неисправности оборудования.

Таким образом, в отличие от систем, построенных на контроллерах УК, в ТСКУ-ЗМ благодаря использованию средств телемеханики по двухпроводной линии связи могут передаваться несколько команд с ответом контроллера об их исполнении.

Работа контроллера в локальном режиме возможна при его отключении от системы. Это осуществляется с пульта контроллера или ВПУ. При этом контроллер может отрабатывать одну из заложенных в нем жестких программ, осуществлять режим ЖМ или ручного управления.

Возможен бесцентровый вариант системы координированного управления на базе контроллеров БКТ-ЗМ (система ТСКУ-4, рис. 6.8, б). В системе используются те же периферийные устройства, что и в ТСКУ-ЗМ. Однако вместо аппаратуры диспетчерского пункта применяется специальный контроллер-координатор, устанавливаемый непосредственно на магистрали. Функции координатора в принципе совпадают с функциями диспетчерского пункта: управление по трем программам координации, индивидуальная передача команд телеуправления на любой контроллер, контроль исполнения команд. Система ТСКУ-4 также рассчитана на 20 перекрестков.

Дальнейшим развитием ТСКУ-ЗМ является автоматизированная система координированного управления АСКУ «Магистраль», базирующаяся на контроллерах БКТ-5. Она может охватывать 15 магистралей с числом перекрестков на каждой до 15. АСКУ отличается не только масштабом охвата районов координации, но и наличием в составе периферийного оборудования детекторов транспорта, установленных в характерных точках каждой магистрали. Информация об интенсивности движения передается 1 раз в 20 мин в управляющий пункт системы. Это позволяет осуществлять автоматический выбор одной из пяти жестких программ координации для каждой магистрали.

Наличие в составе системы детекторов транспорта позволяет решать попутную задачу: сбор информации о параметрах транспортных потоков. Такая информация периодически регистрируется цифропечатающим устройством управляющего пункта и выводится на мнемосхему. Эта информация используется в дальнейшем для совершенствования программ координации.

АСКУ «Магистраль» была внедрена в 1973 г. в Баку и в дальнейшем не тиражировалась.

Магистральные системы координированного управления на базе  технических  средств  второго поколения   (АСС   УД).  

К ним относятся системы, созданные на базе программных контроллеров ДКМ 2С-4, а также контроллеров непосредственного подчинения ДКМ 5-4, ДКМ 5-8, ДКМ 6-4 и ДКМ 6-8.

В отличие от описанных систем координированного управления эти системы не имеют специальных названий, так как к моменту разработки АСС УД была принята общая классификация. В соответствии с этой классификацией каждой системе присвоен свой номер, первая цифра которого соответствует области применения системы, вторая — степени сложности ее функционирования. Локальные системы (предназначенные для управления движением на отдельных перекрестках) рассматриваются как системы первого уровня (АСУД 1), магистральные системы являются системами второго уровня (АСУД 2), общегородские — третьего уровня (АСУД 3). Магистральная система на базе контроллеров ДКМ 2С-4, учитывая ее сравнительно простую структуру, получила название АСУД 2.1, а магистральные системы на базе контроллеров типа ДКМ 5 и ДКМ 6 — АСУД 2.2.

АСУД 2.1 является бесцентровой системой координированного управления, рассчитанной на 15 перекрестков и построенной примерно по такому же принципу, как и система, основанная на контроллерах УК (рис. 6.8, в). В отличие от последней обмен информацией по магистральному каналу связи между контроллерами ДКМ 2С-4 основан на принципе захвата канала любым контроллером системы, который первым отработал цикл и раньше остальных сформировал синхронизирующий импульс. Остальные контроллеры, обнаружив присутствие в линии связи синхроимпульса, блокируют посылку своего импульса в линию. Таким образом, в системах этого типа осуществляется взаимная синхронизация контроллеров в соответствии с действующей программой координации и роль координатора может выполнять любой контроллер. Этот вариант обеспечивает большую надежность системы, так как в случае неисправности любого контроллера или обрыва линии связи посылка синхронизирующего импульса в оставшуюся целой часть линии связи гарантирована.

В БВСП каждого контроллера заложены три программы координации. Программа распознается по длительности синхроимпульса, соответствующей номеру выбранной программы.

Выбор и переключение программы обеспечиваются блоком БВСП по сигналам таймера или вручную. Этот же блок и все блоки БВСП остальных контроллеров начинают отсчет сдвига и времени цикла вызванной  программы.  В  установленные моменты  времени  БВСП выдаёт в блок БУСО сигнал вызова фаз. Если синхроимпульс пришёл раньше, чем в данном БВСП закончился отсчёт времени цикла, то формирователь времени цикла устанавливается в исходное состояние и отсчёт времени цикла начинается сначала. Так бывает при переходе с одной программы на другую.

Время цикла каждой программы и время сдвига момента вызова фаз относительно начала отсчёта цикла устанавливаются на коммутаторах блока БВСП. Вместо третьей программы возможно включение на перекрёстках магистрали режима ЖМ.

В режиме координированного управления контроллер может обеспечит вызов фазы пешеходами от ТВП, которое подключается к блоку БУСО. Реализация этой фазы возможна лишь по истечении длительности зелёного сигнала по магистрали, предусмотренной программой координации.

АСУД 2.2 на базе АСС УД (рис. 6.8, г) является централизованной системой, представляющей собой переходную ступень к системам третьего уровня. В ее состав входит УП, в котором размещены пульт контроля и управления (ПКУ), координаторы и устройства телемеханики для передачи программ управления и команд диспетчера.

В состав периферийного оборудования входят дорожные контроллеры типа ДКМ 5 или ДКМ 6, управляющие светофорным объектом, управляемые дорожные знаки (при необходимости) и устройства телемеханики для приема и расшифровки поступающих из УП команд телеуправления и передачи в УП телесигнализации о функционировании системы.

Так как указанные контроллеры являются контроллерами непосредственного подчинения, то каждый из них связан своим радиальным каналом связи (телефонная линия длиной до 25 км) через устройства телемеханики с соответствующим КР управляющего пункта.  При  установке  на  перекрестках  контроллеров  типа ДКМ 6 (ДКМ 6-4 или ДКМ 6-8) может быть реализована местная коррекция программ координации (см. подразд. 6.3).

Система построена по модульному принципу. Каждый координатор обеспечивает управление по 15 каналам связи. При координатора подключены к одному ПКУ. При необходимости координаторы синхронизируются между собой.

В качестве координатора применяют шкаф управляющего пункта ШКТУП. Конструктивно он выполнен в виде напольного шкафа, устанавливаемого в помещении УП (рис. 6.9). Кроме функции координатора, ШКТУП обеспечивает управление перекрестками в диспетчерском режиме с пульта контроля и управления. Это реализует соответствующие унифицированные блоки, входящие в его состав:

блок диспетчерского контроля и управления (БДКУ), предназначенный для формирования команд диспетчера и вывода обобщенной контрольной (визуальной) информации о функционировании периферийных устройств на световое табло ПКУ;

блок программного координированного управления (БПКУ), имеющий 15 каналов управления и до 7 программ координации;

блок накопителя постоянной памяти (БНПП), предназначенный для хранения программ координации;

блок маршрутных «зеленых улиц» (БМЗУ), обеспечивающий включение до восьми участков «зеленых улиц», каждый из которых может включать в себя до четырех перекрестков;

блок обмена информацией центральный (БОИЦ), связанный с аналогичным блоком контроллера (БОИП) и предназначенный для формирования и посылки команд телеуправления на периферию и приема телесигнализации о состоянии работы системы. Обмен информацией между периферией и центром происходит ежесекундно.

Блоки БНПП и БПКУ образуют координатор, который обеспечивает формирование управляющих сигналов в соответствии с хранящимися в БНПП планами координации. Переход от одной программы координации к другой происходит по сигналам таймера в заданное время суток. Эту же операцию может проделать диспетчер вручную с пульта контроля и управления (рис. 6.10). Кроме этого, с ПКУ осуществляются включение маршрутов «зеленой улицы», автономное управление каждым периферийным объектом (контроллерами, управляемыми знаками). Панель индикации ПКУ позволяет оператору судить об исправности каждого устройства и каждого канала связи, а также получить общую картину о функционировании всей системы.

В случае выхода из строя каналов связи контроллеры переходят на режим локального управления по резервной программе, заложенной в контроллере.

Контрольные вопросы

  1.  В чем заключается принцип координированного управления движением?
  2.  Каковы условия организации координированного управления?

Как влияет на координированное управление группообразование в транспортном потоке?

Как определяют расчетные цикл и скорость движения?

В чем заключается сущность графоаналитического метода расчета программы координации?

  1.  Каковы способы пропуска левоповоротных потоков в условиях координированного управления?
  2.  Каковы особенности расчета программ координации на ЭВМ?
  3.  Как и с какой целью осуществляются общая и местная коррекции программы координации?
  4.  Каковы принципы технической реализации систем координированного управления?
  5.  На базе каких контроллеров и как действуют бесцентровые отечественные
    системы координированного управления?
  6.  Каковы особенности работы централизованных систем?

Глава 7

Технические средства общегородских автоматизированных систем управления дорожным движением

7.1. СТРУКТУРА СИСТЕМ И МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ

Автоматизированная система управления дорожным движением — это комплекс технических, программных и организационных средств, обеспечивающих сбор и обработку информации о параметрах транспортных потоков, и на основе этого оптимизированное управление движением.

В данной главе рассматриваются общегородские АСУД, которые являются дальнейшим развитием локальных и магистральных систем управления движением, описанных в гл. 4 и 6. Их отличие от магистральных заключается не только в масштабе охвата улично-дорожной сети, но и в более развитой структуре построения и гибкости управления, которая обеспечивается входящим в состав АСУД специальным управляющим вычислительным комплексом и широким использованием средств диспетчерского управления.

По характеру функционирования и принципам построения АСУД относятся к классу автоматизированных систем управления технологическими процессами, получивших большое применение в народном хозяйстве.

Специфику АСУД определяют объекты управления — транспортные и пешеходные потоки, которым свойственны рассредоточенность в пространстве, а также стохастичность и нестационарность параметров. Указанные свойства объекта управления обусловливают использование в системе ряда территориально разобщенных объектов, участвующих в едином технологическом процессе. Таким образом, АСУД должна иметь широко развитую сеть периферийного оборудования, связанного с управляющим пунктом. Каналы связи обеспечивают постоянную циркуляцию в системе исходной, командной и контрольной информации. Информация необходима для функционирования основных программно-технических комплексов системы: информационно-измерительного, автоматического управления, диспетчерского и ручного управления, контрольно-диагностического. Каждый комплекс АСУД решает определенный круг задач.

Поскольку оптимизация управления немыслима без соответствующего информационного обеспечения, то одними из задач являются измерение и анализ параметров транспортных потоков. Так как отработка этой информации, а также формирование и передача команд средствам управления должны обеспечиваться в темпе, соизмеримом со скоростью изменения условий движения на улично-дорожной сети, сбор информации осуществляется в реальном масштабе времени. Дискретность этого процесса, а также цикл обмена информацией между управляющим пунктом и периферийными устройствами обычно приняты равными 1 с. Это обеспечивает и необходимую точность измерений, поскольку ежесекундный опрос транспортных детекторов для однополосного контролируемого сечения гарантирует отличие одного автомобиля от другого, учитывая, что по условиям безопасности движения минимальный интервал между ними составляет более 1 с. Определение времени присутствия автомобиля с точностью до 1 с также обеспечивает достаточно уверенное распознавание заторовой ситуации.

Следующей и главной задачей является выбор (или расчет) режимов управления и формирования управляющих воздействий на исполнительные органы системы — периферийное оборудование. В нормальном режиме работы АСУД это осуществляет управляющий вычислительный комплекс (УВК). В запоминающих устройствах УВК содержатся типовые (базовые) программы управления, соответствующие определенным транспортным ситуациям. Программы автоматически выбираются и корректируются на основе поступающей с периферии информации. При выходе УВК из строя временно могут быть использованы программы, содержащиеся в специальном резервном устройстве управляющего пункта. При этом снижается гибкость управления, так как программы выбирают вручную или с помощью таймера в заданное время суток, и кроме этого, не происходит общая коррекция программ (см. подразд. 6.3).

В случаях возникновения непредвиденных ситуаций может осуществляться дистанционное диспетчерское управление. Необходимость введения диспетчерского управления в АСУД с сохранением за человеком высшего приоритета в принятии решения диктуется сложностью процесса дорожного движения, а также большой тяжестью последствий для участников движения при нарушениях и сбоях в работе системы. Таким образом, в составе АСУД функционируют три независимых контура управления: автоматического гибкого, резервного и диспетчерского.

И, наконец, задачами контрольно-диагностического комплекса являются контроль исправности технических средств системы, блокирование опасных ситуаций в  работе светофорной сигнализации.

Наличие в системе нескольких контуров управления, резервирующих друг друга, а также ее контрольно-диагностические функции существенно повышают ее надежность и эффективность. Указанные задачи АСУД решаются с помощью технических средств, необходимого программного обеспечения и обслуживающего систему персонала. К. таким средствам относятся: детекторы транспорта; устройства передачи информации; средства обработки этой информации (вычислительный комплекс); периферийные исполнительные устройства (дорожные контроллеры, управляемые знаки, указатели скорости); средства диспетчерского контроля и управления движением; контрольно-диагностическая аппаратура.

Используемые в АСУД программы бывают технологические и служебные. Первые реализуют конкретные алгоритмы управления транспортными потоками, вторые являются неотъемлемой частью средств вычислительной техники и поставляются вместе с этой техникой предприятиями-изготовителями. Они обеспечивают необходимые режимы работы УВК, его контролирование и диагностирование.

В обслуживающий персонал входит штат специалистов, выполняющих функции управления движением и занимающихся эксплуатацией и обслуживанием технических средств, подготовкой технологических программ.

Технические средства АСУД в зависимости от выполняемых ими функций размещаются в УП системы или на периферии. АСУД может быть с единым общегородским управляющим пунктом или с несколькими районными управляющими пунктами (районированная структура). В последнем случае может быть общий центр для координации работы районных УП, а при его отсутствии между районными УП обеспечивается обмен информацией.

Районированная структура АСУД способствует сокращению длины линии связи и повышению надежности системы, так как выход из строя какого-либо района не приводит к существенным нарушениям в работе всей системы. Однако системы с полной централизацией обеспечивают удобство их эксплуатации, возможность эффективного диспетчерского управления, сравнительную простоту приема и передачи информации. Отпадает и необходимость в большом количестве помещений для оборудования районных УП. В силу этого большинство всех действующих АСУД выполняют с единым общегородским центром управления  (рис. 7.1).

Подключение каждой единицы периферийного оборудования к линиям связи с управляющим пунктом обеспечивается с помощью УТ, полукомплекты которых размещаются как в УП, так и на периферии  (в ДК или в специальных контейнерах).

Управление движением в рамках АСУД организовано по иерархическому принципу. Это предполагает несколько уровней управления, отличающихся масштабностью решаемых задач. Учитывая свойства объекта управления (медленные периодические изменения параметров потока, измеряемые минутами, кратковременные изменения скорости и плотности, измеряемые десятками секунд, интервалы между автомобилями, измеряемые секундами), можно выделить три уровня управления — стратегический, тактический и локальный.

Одним из основных алгоритмов, реализуемых АСУД, является гибкое координированное управление. Так как любая программа координации предполагает одинаковый цикл для всех перекрестков, ее невозможно распространить на всю улично-дорожную сеть города. Она будет пригодной только для какого-то одного так называемого района координации (обычно крупная магистраль с прилегающими улицами). Границами района могут быть перекрестки, не имеющие связи по потоку с соседними.

Поэтому на стратегическом уровне улично-дорожную сеть разбивают на районы координации. В пределах одного района реализуют программу, соответствующую транспортной ситуации в данном районе.

Дальнейшей задачей этого уровня управления является выбор из библиотеки содержащихся в памяти УВК программ наиболее подходящей этой ситуации базовой жесткой программы координации. Для этого информация о параметрах потоков, являющаяся результатом ежесекундного опроса детекторов транспорта, накапливается в УВК и усредняется. Интервал усреднения интенсивности и скорости движения определяется динамикой изменения параметров потоков. В часы пик интервал усреднения обычно составляет 10—20 мин, в межпиковые часы 40—60 мин.

На стратегическом уровне УВК прогнозирует транспортную ситуацию на следующий период усреднения для того, чтобы программа координации выбиралась не из условий предыдущего интервала усреднения, а в соответствии с текущими параметрами движения. Для этого используются ранее накопленные статистические данные об изменении интенсивности и скорости в течение суток. Полученные результаты позволяют выбрать из памяти УВК наиболее подходящую контрольную картограмму транспортной ситуации, которой соответствует заранее рассчитанная базовая программа, характеризующаяся  определенными  знаниями  цикла,  временных  сдвигов  и длительности основных тактов.

На тактическом уровне происходит подстройка базовой программы (общая коррекция) под реальную транспортную ситуацию в районе координации, которая отличается от контрольной интенсивностью и скоростью потоков.

И, наконец, на локальном уровне осуществляется местная коррекция программы.

При смене программ координации могут возникнуть опасные ситуации, когда длительность зеленого сигнала может стать меньше или больше отвечающей требованиям безопасности движения. Кроме этого, может нарушиться предусмотренный порядок чередования фаз.

Первая ситуация обычно блокируется на локальном уровне. При этом контроллеры независимо от команд, поступающих из УП, не выключают зеленый сигнал до истечения его заранее заданного минимального значения и, наоборот, выключают зеленый сигнал, когда его максимальная длительность, заложенная в контроллере, отработана. Вторая ситуация блокируется алгоритмом переходного периода, реализуемым УВК на тактическом уровне. Алгоритм предусматривает плавную подстройку новой программы к действовавшему ранее режиму работы светофорной сигнализации.

Кроме программ координированного управления, в АСУД при необходимости реализуется ряд специальных технологических и служебных алгоритмов. К специальным технологическим алгоритмам относятся; включение участков ЗУ, обнаружение и ликвидация заторовых ситуаций, дистанционное диспетчерское и местное ручное управление светофорной сигнализацией.

Участки «зеленой улицы» включаются автоматически, если специальный автомобиль снабжен передвижным комплектом аппаратуры приоритетного пропуска. В момент прохождения специально предназначенных для этой цели детекторов транспорта автомобиль посылает в УП запрос. В результате по мере его продвижения последовательно включаются участки «зеленой улицы» в соответствии с программой, заложенной в УВК. Длину каждого участка выбирают такой, чтобы время ожидания водителей в конфликтующих направлениях не превышало 60 с. При отсутствии в автомобиле ПКА сигнал о включении участков «зеленой улицы» посылает в УВК диспетчер управляющего пункта или инспектор ГАИ с ВПУ контроллера, которые заранее получают информацию о спецпроезде.

Обнаружение заторовых состояний основано на определении среднего времени присутствия автомобилей в контролируемых сечениях, располагаемых в зоне перекрестка (см. подразд. 5.3). Бели это время превышает заранее заданное значение, делают попытку рассосать затор путем увеличения длительности зеленого сигнала в направлении затора. Если эта попытка не дает положительных результатов, то на предыдущем перекрестке включают позицию управляемого знака, в соответствии с которой поток (или часть потока)  отводится на объездные пути.

Вручную управляют светофорной сигнализацией на перекрестке в экстренных ситуациях (ликвидация последствий ДТП, заторы и т. д.). Это делает диспетчер с пульта управления УП, когда он может контролировать ситуацию с помощью телевизионного канала связи (см. рис. 7.1), либо инспектор ГАИ, находящийся на перекрестке, с ВПУ контроллера.

К служебным алгоритмам относятся реализация системы приоритетов команд, получение первичной информации о параметрах транспортных потоков и ее обработка в процессе реализации технологических алгоритмов, обмен информацией между техническими средствами, а также взаимодействие с диспетчером и контроль функционирования технических средств. Информация о параметрах потоков и состоянии технических средств периодически выводится на печать с помощью типовых устройств, входящих в состав УВК.

7. 2. ПЕРИФЕРИЙНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМЫ

Задачами периферийного оборудования являются: сбор первичной информации о характеристиках транспортных потоков; реализация команд, поступающих из УП; формирование и посылка в УП телесигнализации о выполнении команд и об исправности оборудования; формирование и посылка в УП запросов на реализацию специальных режимов управления; управление светофорным объектом в локальном режиме в случае выхода из строя каналов связи с УП.

Выполнение этих задач обеспечивается техническими средствами, большая часть которых описана в гл. 4—6. Особенностью их использования в АСУД является их связь с управляющим пунктом и характер принимаемой и передаваемой информации.

Для соединения периферийного оборудования с управляющим пунктом в, современных АСУД применяют проводные каналы связи. Реализация этих каналов может быть выполнена посредством сооружения специальной кабельной сети. Однако ее создание требует значительных капиталовложений и сопряжено с большим объемом земляных работ по укладке кабеля на улично-дорожной сети города. Поэтому, как правило, в качестве каналов связи применяют арендуемые линии городской телефонной сети. Здесь решающим становится уменьшение числа физических каналов, которые являются весьма дефицитными. Решение этой задачи обеспечивается применением устройств телемеханики, позволяющих по одной физической линии передавать большое число команд и обратных информационных сигналов. Таким образом, неотъемлемой частью периферийного оборудования являются устройства телемеханики, которые могут быть составной частью этого оборудования или размещаться отдельно в специальных контейнерах, устанавливаемых рядом с проезжей частью.

Задачу сбора первичной информации о параметрах потока выполняют детекторы транспорта. При этом для выбора базовой программы координации используются проходные детекторы (информация об интенсивности движения) и детекторы скорости, расположенные в узловых точках улично-дорожной сети. Информация о заторовых ситуациях поступает от детекторов присутствия, которые обычно размещают в зоне перекрестков. Для расчета самих базовых программ, помимо интенсивности и скорости потока, необходима информация о его составе, которая регистрируется специальным типом детекторов. Если детекторы, имеющие непосредственную связь с управляющим пунктом, расположены в зоне перекрестка, то для реализации этой связи могут быть использованы устройства телемеханики дорожных контроллеров (БОИП). В остальных случаях БОИП размещаются в специальных периферийных устройствах обмена информацией (рис. 7.2).

Реализацию поступающих из УП команд и управление светофорным объектом в локальном (аварийном) режиме осуществляют дорожные контроллеры. Учитывая методы управления, реализуемые общегородскими АСУД, в данном случае применяются только контроллеры непосредственного подчинения. Как было указано выше, устройства телемеханики встроены в контроллеры и обеспечивают прием и декодирование сигналов телеуправления и посылку в УП телесигнализации о выполнении команд и исправности контроллера.

В нормальном режиме работы контроллер служит лишь транслятором указанных команд. Его самостоятельность проявляется лишь в местной коррекции программ координации, поступающих из центра, при условии, что в контроллерах содержатся блоки местного гибкого регулирования. В локальном режиме контроллер полностью переходит на автономное управление, используя заложенную в нем резервную программу.

Контроллеры управляемых дорожных знаков по сравнению со светофорными выполняют меньший объем функций и имеют более простое конструктивное исполнение. Их связь с УП осуществляется через УОИП.

К периферийному оборудованию относятся стационарные и передвижные комплекты аппаратуры приоритетного пропуска (СКА и ПКА), обеспечивающие автоматический запрос включения участков «зеленой улицы».

Стационарный комплект аппаратуры состоит из антенны и электронного блока. Антенна выполнена в виде одновитковой индуктивной рамки, которая подобно чувствительному элементу индуктивного детектора транспорта уложена под дорожное покрытие. Ее ширина зависит от числа полос движения в заданном направлении и может составлять 3—18 м. Длина антенны (размер в направлении движения) в основном зависит от скорости приоритетного автомобиля и обычно составляет 2 м. Электронный блок размещен в напольном контейнере, установленном рядом с проезжей частью. Через устройство телемеханики дорожного контроллера или УОИП стационарный комплект аппаратуры связан с УВК управляющего пункта.

Передвижной комплект аппаратуры приоритетного пропуска состоит из приемо-передающей антенны и блока запроса (рис. 7.3). Передающая антенна представляет собой индуктивную рамку, защищенную от внешних механических воздействии электростатическим экраном. Приемная антенна выполнена на ферритовом сердечнике и расположена перпендикулярно плоскости передающей антенны, что исключает их взаимное влияние. Обе антенны образуют единый конструктивный узел и размещаются под кузовом приоритетного автомобиля. Блок запроса ЗУ расположен в кабине водителя.

При включении водителем блока запроса передающая антенна ПКА непрерывно излучает в направлении дорожного покрытия кодированный сигнал. При проезде автомобиля над антенной СКА сигнал запроса передается в УВК, который в соответствии с предусмотренной для этих целей программой посылает команды дорожным контроллером на включение участков ЗУ.

Аппаратура ПКА может устанавливаться на средствах пассажирского о