Файл: Петров В.В. Автоматизированные системы управления дорожным движением в городах.doc

Алгоритм управления маршрутами «Зеленая улица». Алгоритм управления маршрутами «Зеленая улица» (ЗУ) предназначен для обеспечения безостановочного проезда одной специальной транспортной единицы (СТЕ) или группы СТЕ по заданным маршрутам.

С целью сокращения задержек транспорта на направлениях, конфликтных маршрутам, маршрут ЗУ разбивается на участки. Включение маршрута проводится последовательно на участках, входящих в данный маршрут.

Включение ЗУ на участке осуществляется путем одновременного включения заданных фаз на всех перекрестках данного участка. Включение маршрутов ЗУ проводится с ДПОУ. Включение отдельных участков может осуществляться по запросу с ВПУ через дорожный контроллер.

Включение маршрута ЗУ может проводиться в соответствии с заранее заданной привязкой или по списку, заданному диспетчером.

При включении маршрута ЗУ с ДПОУ указываются:

номер маршрута ЗУ;
номер участка в маршруте.

Включение участка ЗУ с ДК проводится через верхний уровень управления в соответствии с заданной привязкой номера участка в нем. Система реализует включение ЗУ на шестнадцати маршрутах, каждый маршрут содержит до восьми участков. В участках возможно объединение до четырех перекрестков (дорожных контроллеров).

При реализации запросов на включение ЗУ осуществляется анализ участков на конфликт. Участки называются конфликтными, если они содержат хотя бы один общий перекресток, для проезда через который специальным транспортным единицам необходимы различные фазы.

Запрос на включение участка ЗУ, который содержит хотя бы один ДК, находящийся в режиме ЗУ и входящий в состав другого конфликтного участка, не удовлетворяется.

После отключения режима ЗУ осуществляется ввод в режим координированного управления всех ДК, объединенных в данный участок.

Алгоритм обработки запросов на управление перекрестками. Действия оператора системы разделяются на два вида:

информационные запросы;
управляющие воздействия.

Информационные запросы – это запросы о состоянии системы управления и о характеристиках транспортных потоков. Информация, выводимая на экран монитора или на печать по запросам:

таблицы с данными о режимах функционирования периферийных устройств;
номер ПК в подрайоне;
изображение перекрестка с разрешенными направлениями движения в текущей фазе;
каталог программ координации и карт смены ПК;
библиотека ПК.

Управляющие воздействия оператора во время работы системы заключаются в изменении режима работы одного или группы перекрестков:

переключение перекрестка в режим локального управления;
переключение перекрестка в режим диспетчерского управления (включение выбранных фаз, включение ЖМ, отключение светофоров);
переключение перекрестка в режим КУ;
включение выбранной ПК;
коррекция библиотеки ПК.

К специальным алгоритмам относится алгоритм управления оперативной печатью. Данный алгоритм осуществляет контроль над работоспособностью периферийного оборудования, изменением его режимов и выдачу сообщений о неисправности и изменении режимов на печать.

3.1.5. Сервисные алгоритмы

Сервисные алгоритмы предназначены для обработки статистической информации, поступающей в процессе подготовки к работе и во время работы системы, и автоматизации процесса расчета основных параметров управления на основании данных о параметрах ТП. Сервисные алгоритмы работают вне реального масштаба времени:

алгоритм формирования объектных модулей привязки системы;
алгоритм формирования абсолютных модулей привязки системы;
алгоритм обработки статистических данных о параметрах ТП;
алгоритм обработки статистических данных о качестве функционирования системы;
алгоритм расчета параметров работы светофорной сигнализации на каждом перекрестке.

3.1.6. Алгоритм функционирования системы

При запуске система начинает отрабатывать алгоритм выбора ПК по времени суток. В процессе его функционирования в течение определенного периода времени производится измерение скорости движения в районе управления. Анализ изменения скорости осуществляется алгоритмом коррекции времени работы ПК. Если скорость движения не соответствует заданным в алгоритме значениям, осуществляется запуск алгоритма модификации ПК в соответствии с изменениями скорости движения и рассчитывается оптимальная длительность функционирования модифицированной ПК (алгоритм коррекции времени работы ПК).

При переходе на модифицированную ПК отрабатывается алгоритм переходного периода. Управление с помощью модифицированной ПК осуществляется в течение рассчитанного периода времени (оптимальной длительности функционирования модифицированной ПК). После этого проводится анализ изменения скорости и необходимости новой модификации ПК.

Функционирование алгоритмов модификации ПК и коррекции времени работы модифицированной ПК осуществляется в течение периода времени, предусмотренного в расписании смены ПК для данной ПК, выбранной базовым алгоритмом для данного времени (алгоритм выбора ПК по времени суток). После перехода на управление с помощью другой ПК (по времени суток) описанные процессы повторяются.

Технологические алгоритмы реализованы в программном обеспечении системы. Инструкции по работе программного обеспечения приведены в эксплуатационной документации на комплекс программ.

3.2. Программное обеспечение АСУД

Программное обеспечение АСУД на базе ПЭВМ и микропроцессорной техники привязано к нескольким устройствам системы КРЦ, ДПОУ, ДКС и ДТИК. Дополнительно в ПО системы входит комплекс сервисных программ, обеспечивающих выполнение расчёта режимов управления, проектирования и привязку периферийных устройств (ДКС, ДТИК) к объекту управления

КРЦ. В состав программного обеспечения КРЦ входят: общее и специальное программное обеспечение, информационная база.

Общее программное обеспечение поставляется вместе с контроллером районного центра и включает в свой состав служебные программы, автоматизирующие процесс подготовки, отладки и загрузки в КРЦ, а также операционную систему DOS, обеспечивающую функционирование КРЦ.

Специальное программное обеспечение представляет совокупность программ, реализующих функции АСУД и обеспечивающих работу комплекса технических средств.

Операционная система DOS осуществляет диспетчирование работы комплекса программ в зависимости от сигналов таймера или признаков приоритетов программ. Кроме того, операционная система обеспечивает непосредственное взаимодействие процессора с основными устройствами.

С помощью специальных программ-драйверов реализуется алгоритм взаимодействия, обусловленный спецификой того или иного устройства. Специфическая особенность операционных систем в АСУД – необходимость прерывания программ по сигналам таймера через различные временные интервалы, причём минимальная длительность временного интервала – 10 мс. Специальное программное обеспечение разделяется на следующие группы программ: обслуживающие программы, комплекс технологических программ, фоновые программы.

Сервисные программы предназначены для формирования информационной базы АСУД в виде массивов данных, заносимых в память КРЦ.

Обслуживающие программы обеспечивают сбор и обработку данных, поступающих с периферийного оборудования, а также формирование команд управления и проведение всех предварительных работ по запуску системы. Функции обслуживающих программ состоят в следующем: приём и предварительная обработка информации с детекторов транспорта с одновременным контролем их работоспособности; анализ телесигнализации периферийного оборудования и управление им; подготовка сообщений об отказах и режимах работы периферийных устройств; расчёт значений характеристик транспортных потоков; формирование команд на периферийные устройства; обслуживание запросов операторов; вывод контрольной и технологической информации на мнемосхему; запись соответствующей информации по режимам управления, отказам периферийного оборудования, параметрам транспортных потоков на внешний накопитель.

Технологические программы реализуют алгоритмы управления дорожным движением: системные – расчёт управляющих воздействий в режиме гибкого координированного управления движением в зависимости от транспортной ситуации; вспомогательные – управление в переходных режимах, например при смене программы координации, прогнозирование параметров транспортных потоков; специальные – диспетчерское управление движением на перекрёстке, обнаружение и ликвидация заторовых ситуаций, организация «зелёных улиц» для специального транспорта.

Фоновые программы осуществляют обработку статистических данных по движению транспорта и режимам работы оборудования.

На рис. 3.1 представлен пример построения программного обеспечения КРЦ. Отметим, что размещение программ в памяти соответствует их назначению и требованиям на частоту и скорость прерывания. Например, обслуживающие программы располагаются в оперативной памяти, так как их включение происходит каждые 10 мс (по ТУ и ТС) и необходимо обеспечить их быстрое прерывание (в течение 1 – 2 мс). В то же время фоновые программы используются достаточно редко, 1 – 2 раза в сутки, поэтому хранятся на жёстком диске (винчестере) и загружаются с диска частями в процессе работы.

Рис. 3.1. Пример построения программного обеспечения КРЦ

Информационная база представляет собой массивы параметров, характеризующих объект управления системы. Массивы готовятся заранее и обеспечивают привязку системы к конкретному объекту управления, гарантирующую взаимодействие с ними программного обеспечения. Структура типовой информационной базы приведена на рис. 3.2. Подготовка информационной базы является в настоящее время одним из наиболее трудоёмких мероприятий при создании АСУД.

Рис. 3.2. Структура информационной базы АСУД

ДПОУ. В состав программного обеспечения ДПОУ входят: общее и специальное программное обеспечение, информационная база.

Общее программное обеспечение поставляется вместе с компьютером и включает в свой состав служебные программы, автоматизирующие процесс подготовки, отладки и загрузки в ДПОУ, а также операционную систему Windows, обеспечивающую функционирование ДПОУ.

Специальное программное обеспечение представляет совокупность программ, реализующих функции АСУД и обеспечивающих обмен с КРЦ.

Операционная система осуществляет координирование работы комплекса программ в зависимости от сигналов таймера или признаков приоритетов программ, а также обеспечивает непосредственное взаимодействие процессора с основными устройствами АСУД.

Программы подготовки исходных данных и карты схемы объекта предназначены для формирования информационной базы ДПОУ в виде массивов данных, заносимых в память ДПОУ конкретного объекта.

Остальные программы в составе ДПОУ аналогичны программам в составе КРЦ.

ДКС, ДТ-ИК. В программном обеспечении ДКС, ДТ-ИК структурой различают следующие основные компоненты:

диспетчеры (или операционные системы) – программы, которые управляют ходом вычислительного процесса и передают управление определённой программе в зависимости от результата выполнения предыдущей или сигнала прерывания от внешних устройств, а также выполняют определённые функции по анализу входной (от устройства или другой программы) информации и выработке управляющих воздействий или информации для дальнейшей обработки;
рабочие массивы – набор данных, хранящихся в заранее отведённой области оперативной памяти, куда по заранее установленной форме заносятся результаты работы программ обработки;
массивы привязки – данные, заранее занесённые в отведённую область в перепрограммируемой памяти и определяющие специфику конкретного объекта, с которым работает устройство.

Для программного обеспечения ДКС-Д диспетчер выполнен как единая программа (технологический диспетчер), строго определяющая последовательность выполнения и порядок включения программ в зависимости от текущего времени сигналов прерывания от внешних устройств.

Программирование АСУД. Общий процесс программирования для АСУД состоит из следующих этапов:

1) создания программного обеспечения для типовой системы – разработки и локальной отладки программ, комплексной отладки и проверки программ на контрольных задачах;

2) формирования привязки программного обеспечения для АСУД, внедряемой в конкретном городе – выбора необходимых модулей и компоновки общей программы, разработки информационной базы, которая, в свою очередь, включает в себя расчёт и занесение в специальные таблицы необходимых данных по объекту и режиму управления и по установленному оборудованию, кодирование специальных программ информационной базы, совместную компоновку на КРЦ и ДПОУ системы общей программы и информационной базы и запись их на винчестер, проверку на контрольной задаче, проверку и корректировку информационной базы в условиях действующей АСУД.

Все программы, обеспечивающие работу системы в реальном масштабе времени, написаны на языке СИ [10], который характеризуется, с одной стороны, простотой написания программ, с другой – малой избыточностью при переводе (трансляции) на машинный язык.

Всё программное обеспечение строится по модульному принципу, т.е. каждая программа, реализующая определённую технологическую функцию, создается как модуль. Из модулей затем производится компоновка общей программы. Состав модулей определяется составом конкретных функций системы и наличием оборудования. Например, модули, обеспечивающие автоматическое включение «зелёных улиц», включаются в общую программу при наличии в системе аппаратуры приоритетного пропуска, модули перераспределения транспортных потоков при заторах – при наличии управляемых знаков и т.п.

3.3. Комплекс сервисных программ АСУД

Комплекс сервисных программ предназначен для специалистов, занимающихся технологическим сопровождением автоматизированных систем управления дорожным движением, и позволяет выполнить расчет параметров АСУД, подготовку проектной документации АСУД-Д, создать привязку оборудования АСУД к объекту автоматизации, сформировать документацию для подключения оборудования на перекрестке.

В состав сервисного комплекса входят следующие программы: