КОМПЛЕКСНАЯ СХЕМА ОРГАНИЗАЦИИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ ГОРОДСКОГО ОКРУГА БОГДАНОВИЧ (ТОМ 1, 2018 год)

3. Укрупненная оценка предлагаемых вариантов проектирования с

последующим выбором предлагаемого к реализации варианта

Для проведения укрупненной оценки эффективности предлагаемых

вариантов

проектирования

был проведен

расчет

показателей

функционирования улично-дорожной сети городского округа Богданович в

программном комплексе PTV Vision VISSIM.

Оценка функционирования транспортной сети осуществлена путем

имитационного моделирования с использованием программного комплекса

PTV Vision VISSIM

(версия

5.30), который является одним из самых

популярных и зарекомендовавших себя инструментов для создания моделей

транспортных систем.

PTV Vision VISSIM

- продукт немецкой компании

«PTV AG» -

микроскопическая модель имитации движения транспорта в населенных

пунктах и вне населенных пунктов, базирующаяся на взаимосвязи времени и

поведении водителя. Движение транспорта в программном комплексе

имитируется в различных условиях, с помощью чего могут быть оценены

различные варианты транспортно-технических и планировочных параметров.

Существенным для точности имитации является качество модели

транспортного потока и метода, с помощью которого рассчитывается

передвижение транспортных средств в сети. В отличие от более простых

моделей, в которых за основу берутся постоянные скорости и неизменное

поведение следования за впереди идущими транспортными средствами,

VISSIM использует психо-физиологическую модель восприятия Видемана

(1974 г.).

Основная идея модели заключается в том, что водитель транспортного

средства, движущегося с более высокой скоростью, начинает тормозить, когда

дистанция до впереди идущего транспортного средства начинает

122

восприниматься им как слишком маленькая. Его скорость будет падать до тех

пор, пока он не начнет снова воспринимать возникшую между ним и впереди

идущим ТС дистанцию как слишком большую.

После многочисленных эмпирических исследований, проведенных

техническим университетом г. Карлсруэ, эта модель следования за впереди

идущим ТС стала эталонной. Более актуальные измерения доказывают, что

изменившаяся за последние годы манера езды и технические возможности

транспортных средств корректно отображаются в данной модели.

Результаты имитационного моделирования улично-дорожной сети

городского округа Богданович представлены в табл.

3.1

в виде

макропоказателей:

средней

скорости

сообщения

транспортных

корреспонденций, среднего времени поездки на автомобиле и средней

дальности поездки.

Таблица 3.1 - Макропоказатели функционирования улично-дорожной сети

городского округа Богданович на перспективный период

№

Макропоказатели

2018 г.

2018-2020 гг.

2021-2033 гг.

п/п

функционирования

улично-дорожной

сети

Средняя

скорость

22,25

22,45

23,13

сообщения

транспортных

корреспонденций, км/ч

Среднее время поездки

522,18

506,71

494,75

на автомобиле, сек

Средняя

дальность

3,15

3,19

3,3

поездки, км

Анализ полученных макропоказателей показывает повышение

эффективности функционирования улично-дорожной сети городского

округа Богданович на перспективный период до

2033 года, а именно:

увеличение средней скорости сообщения транспортных корреспонденций (на

123

Мероприятия по организации дорожного движения для

предлагаемого к реализации варианта проектирования

4.1. Предложения по обеспечению транспортной и пешеходной

связности территорий

Городской округ Богданович обладает компактной планировочной

структурой городской и сельской селитебных территорий.

Вместе с тем, в организации дорожного движения городского округа

существуют некоторые проблемы транспортной и пешеходной связности на

отдельных территориях.

Железнодорожные магистрали, проходящие через улично-дорожную сеть

города Богданович, значительность снижают транспортную связанность между

жилыми районами города и элементами городской улично-дорожной сети.

Проходящая через улично - дорожную сеть города Богданович федеральная

магистраль Р-351, имеющая высокую интенсивность движения транспортных

средств, также существенно влияет на связанность территорий, которые

примыкают к ней.

Ряд населенных пунктов сельской местности городского округа

Богданович разделены протекающими через их территорию реками, что также

существенно влияет на связанность территории.

Настоящим документом предлагается рассмотреть вопросы о

строительстве южной обходной автодороги города Богданович до 2033 года.

125

4.2 Предложения по категорированию дорог с учетом их

прогнозируемой загрузки, ожидаемого развития прилегающих территорий,

планируемых мероприятий по дорожно-мостовому строительству и

реконструкции транспортных узлов

Натурные исследования выявили среднюю величину значений

интенсивности движения транспортных средств по улично-дорожной сети

населенных пунктов городского округа Богданович. Особенностью городского

округа Богданович является прохождение федеральной и региональной

автодорог, имеющих высокую интенсивности движения, через улично-

дорожную сеть ряда населенных пунктов, таких как город Богданович, деревня

Билейка, село Байны. Показатели интенсивности в данных поселениях

складываясь, во многом зависят от величин внешнего транзитного потока,

проходящего через указанные населенные пункты.

Наслаивание внутригородской интенсивности и внешне привнесенной

должно учитываться при организации дорожного движения и его гармонизации

на территории городского округа.

На основе прогнозируемого уровня автомобилизации и интенсивности

движения разработаны предложения по категорированию дорог с учетом

прогнозируемой загрузки. В качестве критерия загрузки принимается

максимальная интенсивность движения на одну полосу проезжей части в часы

пик.

В зависимости от максимальной интенсивности движения на одну полосу

в часы пик выделяются следующие категории загрузки:

- улицы и дороги с крайне высокой загрузкой - более 700 авт./час на одну

полосу движения. Это магистрали, на которых в перспективе могут возникать

сложные заторовые ситуации;

126

- улицы и дороги с высокой загрузкой - интенсивность движения на одну

полосу от

500 до 700 авт./час. Это магистрали, на которых наблюдается

насыщенное движение;

- улицы и дороги с средней загрузкой, где интенсивность движения

составляет 300-500 авт./час. На данных магистралях движение ниже уровня

насыщенного.

- улицы и дороги с низкой нагрузкой, где интенсивность движения

составляет 150-300 авт./час на полосу.

В целях конкретизации показателей транспортной загрузки на отдельных

участках УДС города настоящим документом предлагается введение

следующие дополнительные категории загрузки:

- улицы и дороги с интенсивностью движения от 200 до 300 авт./час на

одну полосу движения;

- улицы и дороги с интенсивностью движения от 100 до 200 авт./час на

одну полосу движения;

- улицы и дороги с интенсивностью движения менее 100 авт./час на одну

полосу движения.

Натурные исследования показали высокие значения интенсивности

движения транспортных средств по улично-дорожной сети населенных пунктов

городского округа. Основной поток транспортных средств приходится на

ул.Кунавина, которая являясь местной дорогой, является продолжением

федеральной дороги Р-351 «Екатеринбург - Тюмень». Общая интенсивность на

ул.Кунавина складывается из внешнего транзитного потока и внутригородского

потока передвижения местных жителей. По своей величине, в пиковые

периоды, внешний транзитный поток несколько превышает внутригородской

транзит. Вместе с тем, при сложении данных потоков общая величина

интенсивности колеблется в пределах 23000 привед.авт/сут.

127

На остальной части улично-дорожной сети г.Богданович выявлены улицы

с их пересечениями со средней нагрузкой: ул.Партизанская, ул.Мира,

ул.Гагарина, ул.Октябрьская и ул.Первомайская. На остальной части улично-

дорожной сети г.Богданович, как и в сельских населенных пунктов, выявлено

меньшее по значению, но более равномерное распределение транспортной

нагрузки. Равномерность транспортной нагрузки объясняется более

равномерным распределением точек притяжения интересов пассажиров,

водителей и пешеходов на территории населенных пунктах

(социально

значимые объекты, объекты приложения труда).

В перспективе сложившаяся транспортная ситуация не притерпит

больших изменений. Прогнозируется, что в целом интенсивность на улично-

дорожной сети и сети межпоселковых транспортных связей городского округа

Богданович на перспективный период до 2033 года увеличится на 30 %.

128

4.3 Предложения по распределению транспортных потоков по сети дорог

Для разработки предложений по распределению транспортных потоков

по сети улиц и дорог необходим выбор метода прогнозирования. Для

прогнозирования распределения транспортных потоков на улично-дорожной

сети города используются различные методы. Существующие методы расчета

транспортных корреспонденций делятся на два типа: экстраполяционные и

вероятностные.

Экстраполяционные методы расчета корреспонденций в нашей стране

практически не применяются, однако большое внимание, которое уделяется

изучению вопроса подвижности населения, позволяет надеяться на внедрение в

нашу практику этих методов расчета.

Метод единственного коэффициента роста

В качестве исходной информации для расчета используется фактические

величины корреспонденций между районами и прогноз роста

пассажирооборота города.

Ожидаемая корреспонденция между районами i и j вычисляется по

формуле (4.1):

(4.1)

(4.2)

где k - коэффициент роста транспортных корреспонденций всего города;

- существующая корреспонденция пассажиров между двумя

рассматриваемыми районами;

- прогнозируемый оборот транспорта города;

129

- фактическая величина оборота транспорта города.

Такой метод расчета приводит к грубым ошибкам и на практике

применяется только для приближенных оценок возможных потоков транспорта

в условиях проектирования каких-либо элементов городской территории.

Метод средних коэффициентов роста

Так же, как и в предыдущих случаях, расчет основывается на материалах

обследования фактической корреспонденции автомобилей в городе. Кроме

того, необходимо знать фактические величины оборота районов . Сначала с

помощью уравнений регрессии определяются величины ожидаемого оборота

районов

, а затем коэффициенты роста (4.3):

(4.3)

Корреспонденция потоков между районами i и j на основании этих

данных выражается формулой (4.4):

(4.4)

Средние коэффициенты роста учитывают различные темпы развития тех

или иных районов города.

Детройтский метод

При проектировании системы магистралей Детройта в 1953 года была

применена другая экстраполяционная формула (4.5):

(4.5)

(4.6)

где k - коэффициент роста объема пассажироперевозок (или поездок

легковых автомобилей) всего города.

130

Остальные обозначения такие же, как и в предыдущих формулах.

Детройтский метод не сложен для расчетов, но дает более эффективные

результаты, чем предыдущие два. Необходимо отметить, что формула 4.5 имеет

смысл только для межрайонных поездок. Поэтому внутрирайонные поездки

либо определяются перед расчетом, либо выбираются районы с такой

небольшой территорией, что внутрирайонными поездками можно пренебречь.

Метод Фратара

Метод Фратара, называемый иногда методом Гросс-Фратара (в связи с

тем, что он аналогичен итерационному решению Гросса статистически

неопределимых систем), был разработан в начале

50-х годов в США

профессором Томасом Дж. Фратаром.

Для расчета используется уравнение (4.7):

(4.7)

где

- местные факторы районов i и j (4.8) и (4.9):

(4.8)

(4.9)

С помощью местных факторов

учитывается влияние различных

темпов роста остальных районов на распределение пассажиропотока между

рассматриваемыми районами.

В связи с тем, что важным требованием, предъявляемым к расчету,

является строгое соответствие между заранее определенной величиной оборота

131

(или отправления) района и суммой, полученной в результате расчета

корреспонденций этого района (4.10):

(4.10)

Метод Фратара использует итерационный процесс приближения к

окончательному решению, при которых соблюдается условие формулы 4.10.

Каждая последующая итерация отличается от предыдущей

коэффициентом (4.11):

(4.11)

Таким образом, определение корреспонденции сводится к многократному

повторению расчетов, причем результаты каждого промежуточного шага -

исходный материал для последующего. Этот процесс ведется до тех пор, пока

итерационные коэффициенты не станут равными 1. Как правило, трех-четырех

итераций бывает достаточно.

При использовании метода Фратара внутрирайонные поездки могут

определяться непосредственно расчетом. Однако в приведенном ниже примере

будут определены только межрайонные поездки (для наглядности сравнение с

предыдущими результатами).

Вероятностные методы

Вероятностные методы расчета корреспонденции, называемые часто

синтетическим, получили наибольшее применение при перспективном

планировании транспорта. Корреспонденция транспортных потоков или

экипажей в этом случае определяется на основании эмпирических или

132

теоритических зависимостей обмена пассажирами двух районов от численности

их населения, количества мест приложения труда, условий поездки, культурно-

бытового обслуживания районов, размещения районов в плане города.

Вероятностные методы более полно и гибко учитывают изменения в

размещении жилых и промышленных образований, транспортной сети, в

системе культурно-бытового обслуживания.

Метод тяготения

Метод тяготения, основной смысл которого заключается в том, что

взаимное тяготение двух районов города зависит от их транспортного

потенциала

(например, пассажирооборота, численности населения или

количества мест приложения труда) и взаимной удаленности, является

наиболее распространенным в мире. Рассчитывается по формуле (4.12):

(4.12)

где

- перевозки между районами i и j;

- оборот транспорта этих районов;

- коэффициент пропорциональности

(или нормирующий

множитель), зависящий от значимости рассматриваемых районов в

общегородском обороте;

- расстояние между районами i и j;

α - степень, в которую возводится расстояние (принимается от 1 до

2,5).

133

Метод возможностей

Обобщением метода тяготений, его теоретическим объяснением является

метод возможностей. В основу его положена гипотеза Самюэля Стоффера

(Чикагский университет), разработанная в 1940 году.

Согласно этой гипотезе зависимость величины корреспонденции

пассажиров или экипажей между двумя районами города от расстояния или

затрат времени на поездку из одного района в другой необязательна. По

Стофферу, решающим фактором является возможность завершить поездку, не

доезжая до рассматриваемого района. Математическая запись гипотезы (4.13):

(4.13)

где

- приращение количества поездок от центра к круговой зоне

;

- расстояние от центра до зоны;

- возможности окончить поездку внутри зоны;

x - количество встречных возможностей окончить поездку от центра

до зоны;

a - постоянная.

Однако, как отмечают сторонники метода возможностей, любая

формулировка распределения встречаемых возможностей по расстоянию

является идеализацией истинного положения. Возможности не являются

функцией от расстояния, поэтому для практических расчетов потребовался

вывод специальной модели, основной на гипотезе С. Стоффера, пригородной

для численного анализа поездок с любой целью

- как городских, так и

пригородных.

Для вывода обычно используется следующая форма записи гипотезы

Стоффера (4.14):

134

(4.14)

где

- приращение количества поездок от центра к кольцевой зоне

радиусом D;

- приращение времени поездки;

- привлекательная способность кольцевой зоны;

- общее количество встречных возможностей окончить поездку, не

доезжая зоны;

K - коэффициент пропорциональности.

По- другому уравнение может быть записано следующим образом (4.15):

(4.15)

где Q - сумма возможностей всех зон, встреченных до зоны назначения в

порядке следования от центра.

Детройтский метод

При исследовании транспортных проблем Детройта в 1953-1954 гг.,

помимо уже описанного экстраполяционного метода, была разработана

вероятностная модель. Эта модель основывалась на следующей формуле (4.16):

(4.16)

(4.17)

(4.18)

где

- корреспонденция между районами i и j;

135

- статистический коэффициент, зависящий от размещения района

в плане города и расстояние между рассматриваемой парой районов

;

- вероятный обмен между районами, зависящий от величины их

пассажирооборота

Дрезденский метод

Помимо методов, рассмотренных в трех предыдущих разделах, в

зарубежной практике нашли применение методы регрессии, являющиеся

разновидностью гравитационной модели. Для расчета поездок на

индивидуальном транспорте в Дрездене была применена формула, подобная

детройтской (4.19):

(4.19)

где

- корреспонденция экипажей между районами i и j;

- коэффициент регрессии (для Дрездена а=5);

- количество автостоянок в районе i;

- количество автостоянок в районе j;

- расстояние между районами i и j.

Модель Шрайбера

Более простая гравитационная модель предложена немецким инженером

Шрайбером (4.20):

(4.20)

при

>1,8 км

(4.21)

где

- численность населения районов;

136

- количество мест приложения труда в районах;

C, p, a - статистические коэффициенты.

Модель Кроула

Определенный

теоретический

интерес

представляет

работа

американского инженера Кроула, предложившего модель трудовых

передвижений городского населения (4.22):

(4.22)

где

- затраты времени на передвижение от места жительства к месту

работы;

- процент трудящихся, проживающих в зоне, радиус которой tp ;

- статистические формулы.

Поскольку прогнозирование ведется на перспективный период 15 лет,

наиболее эффективно в данном проекте использовать методику средних

коэффициентов роста.

На перспективный период до 2033 года, наибольшая интенсивность

движения на улично-дорожной сети городского округа Богданович

прогнозируется в узлах:

ул.Кунавина

- ул.Партизанская

- ул.Мира, ул.Кунавина

ул.Первомайская, а также ул.Кунавина - ул.Октябрьская.

137

4.4 Предложения по разработке, внедрению и использованию

автоматизированной системы управления дорожным движением, ее

функциям и этапам внедрения

Автоматизированной системой управления дорожным движением

(АСУДД) называют комплекс технических, программных и организационных

мер, обеспечивающих сбор и обработку информации о параметрах

транспортных потоков и на основе этого оптимизирующих управление

движением.

На сегодняшний момент светофорное регулирование на территории

городского округа Богданович осуществляется на 9 узлах улично-дорожной

сети.

Согласно расчетам, проведенным в настоящей работе, с учетом роста

уровня интенсивности на перспективу

15 лет

(2033 г.) использование

светофоров желтых мигающих типа Т.7 предлагается осуществить на

следующих элементах улично-дорожной сети г.Богданович:

- 1-й квартал, 5 (напротив муз.школы);

- ул.Гагарина, 28;

- перекресток улиц Степана Разина - Тимирязева;

- перекресток улиц Кунавина - Чкалова;

- перекресток улиц Школьная - Перепечина.

Для установления АСУДД на узлах с установкой светофора полного

цикла необходима разработка планов координации для различных условий

движения.

Данным проектом рекомендуется использование четырех программ

управления:

1. Программа координации для утра буднего дня (ПК 1) используется

для периода с 7.00 до 10.00 в рабочие дни.

138

2. Программа координации для межпикового периода

(ПК

используется в период с 6.00 до 7.00, с 10.00 до 16.00, с 19.00 до 23.00 в будние

дни, а также с 7.00 до 23.00 в выходные дни.

3. Программа координации для вечера буднего дня (ПК 3) используется

в период с 16.00 до 19.00 в рабочие дни.

4. Программа координации для ночных часов (ПК 4) - программа с

коротким циклом регулирования - используется в период с 23.00 до 6.00 в

рабочие и выходные дни.

Предлагаемая схема работы автоматизированной системы управления

движением в городе Богданович представлена в таблице 4.4.1.

Таблица 4.4.1 - Схема работы АСУДД в городском округе Богданович

Номер программы

Время

Примечание

управления

Рабочие дни

23.00 -

ПК 4 Короткая

Короткая программа управления для минимизации

6.00

программа управления

времени ожидания разрешающего сигнала светофора

ПК 2 Программа

Программа, настроенная на интенсивность движения

6.00 -

межпикового периода

межпикового периода, которая составляет 60-70 % от

7.00

пиковой интенсивности движения

ПК 1 Программа для

Программа, настроенная под интенсивность движения

7.00 -

утреннего часа пик

утреннего часа пик и минимизирующая количество

10.00

перегруженных перекрестков на улично-дорожной сети

города

ПК 2 Программа

Программа, настроенная на интенсивность движения

10.00 -

межпикового периода

межпикового периода, которая составляет 60-70 % от

16.00

пиковой интенсивности движения

ПК 3 Программа для

Программа, настроенная под интенсивность движения

16.00 -

вечернего часа пик

вечернего часа пик и минимизирующая количество

19.00

перегруженных перекрестков на улично-дорожной сети

города

ПК 2 Программа

Программа, настроенная на интенсивность движения

19.00 -

межпикового периода

межпикового периода, которая составляет 60-70 % от

23.00

пиковой интенсивности движения

Выходные дни и праздники

23.00 -

ПК 4 Короткая

Короткая программа управления для минимизации

6.00

программа управления

времени ожидания разрешающего сигнала светофора

ПК 2 Программа

Программа, настроенная на интенсивность движения

6.00 -

межпикового периода

межпикового периода, которая составляет 60-70 % от

23.00

пиковой интенсивности движения

139

Оперативная работа с системой АСУДД позволит использовать

следующие алгоритмы управления: Жесткая сетевая координация и Жесткая

магистральная координация.

Жесткая сетевая координация. Практически единственным методом

расчета жестких сетевых планов координации является алгоритм TRANSYT,

разработанный TRL в начале 70-х годов и совершенствующийся до настоящего

времени. Метод проверен многолетней практикой в различных странах, в том

числе в СССР и Российской Федерации.

В качестве критерия оптимальности плана координации в классическом

методе TRANSYT и в программах, реализующих данный метод, используется

взвешенная сумма задержек транспорта и количества автомобилей,

остановленных на всех стоп-линиях перекрестков сети.

Для расчета планов координации методом TRANSYT необходима

следующая информация:

- о режимах регулирования на каждом перекрестке;

- о транспортных потоках;

- о времени проезда и расстояниях между парами соседних по движению

транспортных потоков стоп-линий;

- о процессе оптимизации.

Результатом расчетов по методу TRANSYT являются:

− рассчитанный план координации;

− соответствующие расчетному ПК значения критерия оптимальности и

его составляющих: суммарной задержки и количество остановленных

автомобилей, а также скорости сообщения в транспортной сети;

− соответствующие расчетному ПК значения суммарной задержки и

количество остановленных автомобилей на каждой стоп-линии, а также

уровень ее загрузки и скорость проезда по перегону, предшествующему стоп-

140

линии, вычисленная с учетом задержки;

− информация о структуре прибытия пачки автомобилей на каждую стоп-

линию и процесс разгрузки очередей транспорта при ее проходе

(так

называемые диаграммы транспортных потоков);

− служебная информация о процессе оптимизации, позволяющая

пользователю оценивать выбранную стратегию оптимизации.

Уже из приведенного перечня исходной и выходной информации ясно,

что работы с TRANSYT требует достаточно высокой квалификации и знания

особенностей транспортной ситуации в районе, а сам метод позволяет не

только рассчитать ПК, но и подробно исследовать и спрогнозировать ситуацию,

которая сложится после его внедрения.

Следует отметить, что TRANSYT позволяет не только рассчитать ПК, но

и оценить любой план координации, предложенный пользователем. Кроме того,

в рамках метода возможно формирование стратегии оптимизации с целью

улучшения плана координации.

Жесткая

магистральная

координация.

Магистраль

как

последовательность светофорных объектов является частным случаем сети, и

для построения программы координации для магистрали можно

воспользоваться методом TRANSYT. Однако качество полученного плана

зависит от начальных параметров регулирования и выбранного цикла

регулирования, используемых как исходная точка случайного поиска.

Как показывает мировой опыт, для поиска наилучшего плана

координации в качестве начального приближения следует использовать сдвиги,

соответствующие ленте времени максимальной ширины. Хорошие результаты

дает также применение цикла, обеспечивающего максимальную ширину ленты

времени.

141

В качестве исходных данных для построения ленты времени

используется следующая информация:

− время проезда между последовательными стоп-линиями магистрали;

− длительность цикла регулирования

(одинаково для всех

перекрестков);

− длительность разрешающих сигналов по магистральному

направлению для всех стоп-линий.

Очевидно, построение ленты времени для магистрали с односторонним

движением затруднений не представляет. Доказано, что если длительности

разрешающих сигналов по магистральному направлению для всех стоп-линий

больше половины длительности цикла, то прямая и обратные ленты времени

для магистрали существуют, и их суммарная ширина есть постоянная величина.

Известны три метода формирования ленты времени максимальной

ширины:

− графоаналитический;

− расчетный;

− модифицированный расчетный.

Формирование ленты времени графоаналитическим методом

осуществляется вручную путем графического построения и подбора сдвигов.

Метод весьма трудоемок и не гарантирует получения оптимальной ленты.

Расчетный метод позволяет получить прямую и обратную ленты времени

максимальной суммарной ширины при любом соотношении их ширины.

Недостатком алгоритма является требование совпадения на каждом

пересечении моментов направлений движения по магистрали. На практике эти

моменты могут не совпадать из-за различной структуры промежуточных тактов

или особенностей схем организации движения, когда, например, транспортные

потоки в прямом и обратном направлениях движутся в разных фазах

142

регулирования. Особенно часто случается на Т-образных перекрестках,

ограничивающих магистраль.

Модифицированный расчетный метод лишен этого недостатка и

позволяет строить прямую и обратную ленты времени максимальной

суммарной ширины при любых структурах промежуточных тактов и

соотношении моментов переключения разрешающих сигналов по

направлениям движения.

Следует отметить, что предпринимались попытки построения и других

методов расчета магистральных ПК. Например, предлагалось строить такой

план методом попарного определения оптимальных сдвигов между

последовательными парами перекрестков магистрали. Анализ полученных

таким образом ПК показал неэффективность этого метода.

Следующая ступень развития АСУДД потребует внедрения в систему

детекторов транспорта, которые будут учитывать интенсивности движения

транспорта в автоматическом режиме. На этой стадии автоматизированная

система может использовать следующие методы управления движением:

локальные адаптивные алгоритмы регулирования, метод поиска разрывов,

метод разъезда очереди, метод расчетного определения длительностей цикла и

фаз, метод прогноза прибытий, сетевые адаптивные методы управления.

Опишем данные методы управления подробнее.

Локальные адаптивные алгоритмы регулирования. Локальное адаптивное

управление длительностями фаз — наиболее часто использующийся класс

методов адаптивного управления, нашедший применение как в зарубежной, так

и в отечественной практике.

Класс методов довольно широк и включает в себя:

- метод поиска разрыва и его модификации;

-метод разъезда очереди;

143

-метод расчетного определения длительностей цикла и фаз;

-метод прогноза прибытий.

Метод поиска разрывов при фиксированных значениях управляющих

параметров нашел наиболее широкое применение в отечественной практике.

Именно его обычно имеют в виду, когда говорят о местном гибком

регулировании

(МГР). Метод предполагает контроль присутствия

транспортных средств в сечениях, отстоящих от стоп-линии на расстоянии 30-

50 м.

Минимальная длительность основного такта рассчитывается с учетом

необходимости пропуска транспортных средств в количестве, определяемом

расстоянием от стоп-линии до контролируемого сечения и предоставления

пешеходам достаточного времени для перехода, если в фазе осуществляется

движение пешеходов. Максимальная длительность основного такта должна

обеспечивать допустимое время ожидания разрешающего сигнала на

направлениях, движение которых запрещено в фазе.

Алгоритм поиска разрывов работает следующим образом: с началом

основного такта фиксируется прохождение автомобилями контролируемого

сечения, и каждый автомобиль, проходящий через сечение в период отработки

основного такта, продлевает его минимальную длительность на величину

экипажного времени, тем самым обеспечивая свой проход через стоп-линию во

время текущего такта. Основной такт заканчивается, если достигнута его

максимальная длительность или в контролируемом сечении в течение

экипажного времени не появился ни один автомобиль после истечения

максимальной длительности, то есть в транспортном потоке появился разрыв.

Алгоритмы поиска разрыва ориентированы на учет изменения

пространственной структуры потока. В то же время они неэффективны в

условиях, когда транспортный поток имеет пачкообразный и циклический

144

характер. Например, возможен случай, когда в период от момента включения

основного такта до истечения его минимальной длительности прохода

транспорта через контролируемое сечение не происходит, но пачки подходят

сразу после выключения разрешающего сигнала. В этом случае возможно

обеспечить беспрепятственный пропуск транспорта через перекресток путем

сдвига момента включения фазы на величину основного такта, но данный

алгоритм не обеспечивает такого сдвига.

В целом эффективное использование алгоритмов поиска разрыва

возможно только с учетом особенностей перекрестка и, как правило, на

перекрестках с невысокой интенсивностью движения.

Метод разъезда очереди требует детектирования длины очередей на

направлениях проезда через перекресток. Определение длины очереди может

осуществляться как непосредственно, так и расчетным методом, путем

сравнения числа автомобилей, прошедших через два контролируемых сечения

— у стоп-линии и на некотором расстоянии от нее. Как и в предыдущем

алгоритме, требуется задание граничных значений длительности основных

тактов каждой фазы регулирования. Текущая длительность основного такта

определяется временем разгрузки, скопившейся за время горения

запрещающего сигнала очереди, которое рассчитывается в реальном времени и

зависит от состава потока, траектории его движения (прямо, направо, налево),

необходимости просачивания через конфликтующий поток транспорта или

пешеходов.

Недостаток алгоритма при таком варианте реализации - необходимость

задержки практически всех автомобилей. Этого недостатка можно избежать,

если увеличить длительность основного такта, обеспечив не только пропуск

очереди, но и части свободно движущихся автомобилей с учетом текущей

интенсивности и загрузки направления 60-70 %.

145

При высоких уровнях загрузки перекрестка, когда резерв увеличения

длительности такта отсутствует, управление по алгоритму разгрузки очередей

может быть близким к оптимальному.

Метод расчетного определения длительностей цикла и фаз основан на

использовании алгоритмов в реальном времени с учетом текущих значений

интенсивности транспортных потоков и интенсивности разгрузки очередей на

направлениях проезда через перекресток. Расчет может выполняться раз в цикл

с использованием сглаженных данных, накопленных за несколько циклов.

Частота пересчета, как показывает мировой опыт, не должна превышать 15

минут. Для практического использования, как показали исследования, в

условиях отсутствия заторов предпочтительнее метод минимизации задержки, а

в условиях предзаторовой ситуации (загрузка перекрестка выше 80 %) или

наличия заторов на нескольких конфликтных направлениях метод

выравнивания загрузок.

Применение расчетных методов требует расстановки детекторов,

позволяющих определить текущие интенсивности движения и состав

транспортных потоков на всех направлениях движения транспорта через

перекресток, а в случае использования противозаторового управления

надежно идентифицировать наличие заторов исходя из плотности потоков,

длин очередей или иным способом.

Метод прогноза прибытий предполагает наличие информации о

моментах пересечения автомобилями сечений, расположенных на

значительном

(200-300 м) удалении от стоп-линии перекрестка. Эта

информация позволяет прогнозировать моменты прибытия транспорта к стоп-

линиям, используя, например, модель растяжения пачки, применяемую в

методе TRANSYT. В методе прогноза прибытий процедура определения

оптимальных параметров регулирования имеет двухэтапную структуру: на

146

первом этапе одним из расчетных методов определяются базовые длительности

цикла и фаз, на втором на основании прогноза прибытий уточняется момент

переключения фазы. Процедура уточнения выполняется за несколько секунд до

наступления каждого из моментов переключения. Принятие решения о сдвиге

планового момента переключения фаз осуществляется на основании прогноза

суммарных величин задержек за период прогнозирования, определенных с

учетом прогноза прибытия транспорта.

Метод прогноза прибытий требует тщательного определения

контролируемых сечений: они должны быть расположены достаточно далеко от

стоп-линий, чтобы обеспечить прогноз на ближайшие несколько секунд, в то

же время достаточно близко к стоп-линии, чтобы при наличии, например, двух

регулируемых направлений на одном подходе к перекрестку достоверна

определить распределение интенсивности транспортных потоков между

различными направлениями. В заключение отметим, что метод MOVA, скорее

всего с учетом информации о его структуре и схеме расстановки датчиков,

представляет собой сочетание расчетных методов и метода прогноза прибытия.

Сетевые адаптивные методы управления

Целью сетевых алгоритмов управления дорожным движением

транспортных и пешеходных потоков на сети магистралей. При этом

используются алгоритмы управления и перераспределения транспортными

потоками по веткам сети с учетом «веса» (значимости) пересечений в системе

нагруженных улиц, а также алгоритмы учета точек тяготения пешеходов для

формирования альтернативных матриц корреспонденций

(передвижение

маршрутного пассажирского транспорта). Они позволяют обеспечить его

наибольшую эффективность, особенно в условиях высоких интенсивностей

движения и предзаторовых ситуаций, когда случайное изменение

интенсивности может привести к лавинообразному росту очереди и

147

блокированию целых участков улично-дорожной сети. Причиной всплеска

интенсивности и роста уровня загрузки участка УДС могут быть как случайная

флуктуация параметров транспортных потоков, так и некое событие,

приводящее к их изменению, например, дорожно-транспортное происшествие,

блокирование полосы движения заглохшим автомобилем и такт далее. Так как

развитие транспортной ситуации в нежелательном направлении в этих случаях

спрогнозировать практически невозможно, жесткие алгоритмы управления,

основанные на предположении о повторяемости транспортных ситуаций, могут

сохранить свою эффективность только в случае, если изменение параметров

транспортных потоков не приводит к существенному ухудшению критериев

качества управления. Как правило, это имеет место при низком уровне загрузке

УДС.

Следует отметить, что опыт разработки отечественных сетевых

адаптивных

методов

управления

незначителен.

Поэтому ниже

охарактеризованы методы сетевого адаптивного управления, предлагаемые

зарубежными разработчиками систем.

SCOOT. Старейшим и наиболее применяемым в мире алгоритмом

сетевого адаптивного управления, безусловно, является SCOOT (Split Cycle

Offset Optimization Technique

— техника оптимизации длительностей фаз,

цикла и сдвига), разработанные еще в середине 70-х годов уже упоминавшийся

британским институтом TRL совместно с фирмами Plessey и Peek. SCOOT

установлен в 130 городах Великобритании и 40 городах за ее пределами — от

Бразилии до Китая. Зона управления SCOOT в Лондоне охватывает около 2000

регулируемых перекрестков.

Район управления SCOOT разбивается на подрайоны. В пределах

каждого подрайона обеспечивается сетевая координация работы светофорных

объектов с единым циклом регулирования (или с половинным циклом на

148

пешеходных переходах и незагруженных перекрестках). Принцип разбиения на

подрайоны стандартный: разрыв координации осуществляется на длинных или

слабо загруженных перегонах.

Система сбора информации о транспортных потоках предполагает

детектирование каждой полосы движения непосредственно перед стоп-линией

и на значительном расстоянии от нее, как правило, у выхода со смежного

перекрестка. Алгоритм использует получаемую в реальном времени

информацию об интенсивности транспортных потоков и времени проезда

транспортными средствами удаленных от стоп-линии сечений.

Процесс оптимизации параметров регулирования в SCOOT имеет

трехуровневую структуру, каждый уровень которой соответствует оптимизации

одного типа параметров.

Характерными особенностями SCOOT являются:

− использование большого количества детекторов транспорта

− отсутствие скачкообразных изменений параметров регулирования

− отсутствие долгосрочного (на цикл и более) прогноза транспортной

ситуации.

Техническая реализация SCOOT предусматривает централизованное

управление и не предъявляет высоких требований к локальным контроллерам.

Применяемые в настоящее время модификации SCOOT обеспечивают

приоритетный пропуск маршрутного пассажирского транспорта.

SCATS. Практически одновременно со SCOOT в 70-х годах в Австралии

был разработан и внедрен алгоритм SCATS (Sydney Coordinated Adaptive Traffic

System). В настоящее время SCATS установлен в ряде городов Австралии, Азии

и США. Право на использование метода имеет австралийская фирма AWA

Plessey.

149

SCATS ориентирован на управление транспортом на магистралях.

Процесс оптимизации параметров регулирования, как и в SCOOT, имеет

иерархическую структуру. Выбор длительности цикла на магистрали

происходит адаптивно возможно по критерию максимизации ширины ленты

времени раз в 10-15 минут.

Техническая реализация SCATS предполагает ограничение функций

центра мониторингом состояния оборудования и общими функциями контроля

работы системы. Все стратегические решения, касающиеся собственно

управления, реализуются на уровне районных центров управления, тактически

— на уровне локальных контроллеров. Метод предъявляет меньшие требования

к количеству и схеме расстановки детекторов по сравнению со SCOOT.

Поздние версии SCATS интегрированы с системами управления маршрутным

пассажирским транспортом и парковками.

PRODYN. Естественное развитие сетевых адаптивных алгоритмов

управления транспортными потоками привело к попыткам увеличения глубины

прогнозирования транспортной ситуации, которое отсутствует в SCATS, а в

SCOOT составляет

8-10 секунд. Эти попытки реализовывались в

разработанном во Франции в конце 70-х годов алгоритме PRODYN (Process of

Optimization of Dynamic Network — процесс оптимизации динамической сети).

Локальная версия алгоритма предполагала прогноз на 16 пятисекундных шагов

- на

80 секунд, и оптимизацию управления с помощью процедуры

динамического программирования. Однако на сетевом уровне

(впервые

реализованном в системе ZELT — Zone Experimentale et Laboratoies de Traffic

de Toluouse) для адаптивного управления используется прогноз в пределах

первого шага — на 5 секунд. Техническая реализация системы предусматривает

распределение вычислений, необходимых для принятия решения о стратегии

управления: прогноз потоков на выходе с перекрестка осуществляется внутри

150

локальных контроллеров и передается на соседние по направлению потока

контроллеры, которые прогнозируют величину задержек и передают

информацию в центр для формирования управляющих параметров.

UTOPIA. Концепция увеличения глубины прогнозирования на сетевом

уровне реализовалась в алгоритме, включенном в состав системы UTOPIA

(Urban Traffic Optimization by Integrated Automation — оптимизация городских

транспортных потоков посредством интегрированной автоматики), разработка

которого началась в

80-х годах в Италии. Системы с таким алгоритмом

установлены в настоящее время в 20 городах Европы, включая Рим (160

перекрестков), Осло и Хельсинки. Право на установку системы принадлежит

фирме Mizar (Милан).

Алгоритм UTOPIA предполагает реализацию принципа декомпозиции

выработки решений, которых можно считать общепринятыми для сетевых

адаптивных методов управления. В основе декомпозиции управления лежит

разбиение района на взаимно перекрывающиеся зоны. Центром каждой зоны

является регулируемый перекресток, а сама зона охватывает все перекрестки,

смежные с центральным.

UTOPIA реализует возможность создания приоритетных условий

движения маршрутного пассажирского транспорта.

Реализация UTOPIA, как и SCOOT, требует наличия детекторов

транспорта на всех полосах движения для определения суммарной

интенсивности, интенсивности поворотных потоков и потока насыщения на

каждом из регулируемых направлений.

Интересной особенностью технической реализации системы является

выделение блока SPOT, выполняющего локальную суммарную оптимизацию, в

отдельный модуль, совместимый с локальными контроллерами различных

типов и производителей (Peek Traffic, Siemens, Philips).

151

КОМПЛЕКСНАЯ СХЕМА ОРГАНИЗАЦИИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ ГОРОДСКОГО ОКРУГА БОГДАНОВИЧ (ТОМ 1, 2018 год) - часть 5