Файл: Тематический обзор Ассоциации cистемы адаптивного управления дорожным движением.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 30.11.2023

Просмотров: 118

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ГЛАВА 3. Системы верхнего уровня
ГЛАВА 3. Системы верхнего уровня
Ниже приведено краткое описание наиболее распространенных систем верхнего уровня (далее СВУ) для адаптивного светофорного регулирования, реализующих различные алгоритмы и режимы и апробированных в реальных условиях в крупных городах различных стран мира. СВУ перечислены в алфавитном порядке.
3.1. Система BALANCE
Система BALANCE разработана и поддерживается немецкой компанией
GEVAS Software (Мюнхен, Германия), которая входит в состав группы PTV.
Это решение включено в разветвленную и многокомпонентную экосистему решений компании GEVAS Software по управлению дорожным движением, органи- зации интеллектуальных транспортных систем и подсистем «умного города». Также в состав системы BALANCE входят компоненты для транспортного планирования, подготовки перекрестков к работе и организации различных режимов управления светофорных объектов.
Сама по себе система BALANCE является реализацией алгоритмов сетевого адап- тивного управления. Отличительной чертой решения является поиск «на лету» наиболее оптимального распределения длительности фаз и цикла регулирования для каждого светофорного объекта в сети с учетом транспортной нагрузки — вся зона УДС, находящаяся под управлением системы, использует свои мощности по пропуску транспортных потоков оптимальным образом. Это, в свою очередь, при- водит к снижению времени простоя, снижению потребления топлива и степени загрязнения воздуха.
Алгоритм BALANCE запускается каждые 5 минут и вычисляет оптимизированные планы координации для следующего пятиминутного периода. Управление на микро- уровне (в особенности для учета приоритета движения общественного транспорта) отдается на локальный уровень дорожных контроллеров. Это гарантирует быстрые решения на уровне перекрестков тогда, когда центральная система не успевает среа- гировать на изменяющуюся ситуацию. При этом сама центральная система управле- ния и ее функционирование не зависят от типов дорожных контроллеров и детекто- ров транспорта.
С математической точки зрения система BALANCE решает задачу оптимизации на сети в сложном пространстве принятия решений. Для оптимального выполнения этой функции вместо эвристических и полуэвристических методов используются генетические алгоритмы, которые показывают высокий уровень эффективности.
Система внедрена в промышленную эксплуатацию в Гамбурге и Ингольштадте, где показывает отличную степень достижения ключевых показателей эффективности дорожного движения.


20
3.2. Система ITACA
ITACA = Intelligent Traffic Area Control
Централизованная система управления ITACA была разработана в 1990-х го- дах в Университете Овьедо (Овьедо, Испания).
Система ITACA реализует алгоритмы адаптивного управления, основанные на опти- мизации длительности фаз и смещения в цикле, что позволяет минимизировать задержки и время ожидания транспортных средств в зоне управления. Система рас- считывает в реальном времени наилучшее решение для каждого перекрестка под ее управлением так, чтобы непрерывно адаптировать последовательность сигналов для удовлетворения транспортного спроса. Данные для расчетов берутся с локальных детекторов транспорта. Система осуществляет небольшие, но частые изменения в параметрах светофорных циклов так, чтобы избежать негативных последствий резкого изменения светофорного управления.
Логическая архитектура системы состоит из трех уровней. На первом располагается
ЦСУ, на втором — центры управления, и на третьем — каждый светофорный объект по отдельности. Система осуществляет постоянную адаптацию к изменению пара- метров транспортных потоков на зональном уровне, а на уровне отдельных пере- крестков происходит изменение параметров светофорного цикла каждые 5 секунд.
Система широко применяется в Канаде, США и Юго-Восточной Азии (одно из круп- нейших внедрений — Пекин). По информации от производителей, система может одновременно управлять 5000 светофорных объектов.
3.3. Система MOTION
MOTION = Method for the Optimization of Traffic Signals In On-line controlled Networks
Система MOTION реализована компанией Siemens (Берлин и Мюнхен, Германия) в их продукте SITRAFFIC и представляет собой воплощение децентрализованных адаптивных алгоритмов управления дорожным движением в городских условиях.
Само по себе решение MOTION представляет ядро интегрированной системы управле- ния, включающей в себя также управление наземным городским пассажирским тран- спортом и другими аспектами транспортной системы на УДС городов.
Как и для других СВУ, задачами системы MOTION являются не только снижение клю чевых параметров по условиям движения автомобильного транспорта, но и сни- жение нагрузки на экологию, в частности, снижение потребления топлива и снижение уровня выбросов.
По информации от производителей, система SITRAFFIC вполне может быть инстал- лирована на существующее оборудование — детекторы транспорта и дорожные контроллеры, с точки зрения периферийного оборудования и аппаратно-техническо- го обеспечения практически ничего менять не требуется. Система может интегриро- ваться в более комплексные решения, либо использоваться в одиночку для управле- ния локальной зоной, которая может содержать один или более перекрестков.


21
ГЛАВА 3. Системы верхнего уровня
Работа системы основана на моделировании транспортных потоков «на лету» по- средством сбора информации с тактических детекторов транспорта и оптимизации светофорных фаз. На локальном уровне в системе MOTION реализуются алгоритмы приоритетного пропуска и уточнения моментов переключения фаз в зависимости от текущей транспортной ситуации. Также в системе реализованы правила распознава- ния инцидентов различных типов (затор, ДТП и др.), а главной особенностью раз- работчики называют возможность управления приоритетом проезда общественного транспорта как по выделенным полосам, так и в общем потоке.
Система MOTION SITRAFFIC внедрена в десятках стран мира и многих городах, в том числе крупных столицах государств: Праге, Варшаве, Вильнюсе, Копенгагене,
Абу-Даби. Уличное дорожное движение во многих городах Германии и Австрии управляется этой системой.
3.4. Система OPAC
OPAC = Optimized Policies for Adaptive Control
Система OPAC представляет собой децентрализованное решение для адаптивного сетевого управления светофорными объектами на достаточно разреженной сети автомобильных дорог. Система работает в режиме реального времени и непрерывно адаптирует фазы светофорного регулирования для минимизации общей «функции деятельности», включающей в себя параметры всех светофорных объектов и транс- портных потоков в рамках определенного горизонта планирования. Система рассчи- тана на ненасыщенные условия с тенденцией к насыщению — основная цель заклю- чается в максимальном недопущении развития заторовых ситуаций. В условиях уже сформировавшихся «пробок» работает хуже, чем другие системы.
Необходимо отметить, что развитие системы началось еще в 1970-х годах и продол- жается до сих пор, и на текущий момент выдана спецификация OPAC V, которая представляет собой детальное описание алгоритмов, которые позволяют реализовать полное адаптивное управление на локальном и сетевом уровнях.
Получая данные с детекторов транспорта, имплементация системы OPAC должна рассчитывать так называемый «профиль очереди», который является главным пара- метром прогнозирования развития транспортной обстановки на каждом перекрест- ке. На основании профиля каждой очереди рассчитываются длины фаз светофорно- го регулирования в соответствии со специальными формулами, учитывающими горизонт планирования. Решение о длинах фаз следующего цикла светофорного регулирования принимается по окончании текущего цикла.
Алгоритмы на основе системы OPAC внедрены в эксплуатацию в нескольких городах
США и Канады.


22
3.5. Система RHODES
RHODES = Real-time Hierarchical Optimizing Distributed Effective System
Система RHODES и основанные на ней алгоритмы управления дорожным движением были разработаны в Университете Аризоны, США. Адаптивное управление в рамках этой системы основано на использовании динамических моде- лей, данные для использования которых в вопросах предсказания получаются с так- тических детекторов и из других источников транспортной информации.
Архитектура решения представляет собой трехуровневую иерархию. На базовом уров- не находятся специальные дорожные контроллеры, каждый из которых имеет модель своего светофорного объекта. Это значит, что система сама по себе может работать в децентрализованном режиме. Вместе с тем, существует модель сети и дорожного движения на ней — это второй уровень системы, на нем уже централизованно обсчи- тываются оперативные параметры транспортных потоков на УДС, находящейся под управлением алгоритмов. Наконец, на третьем уровне находится динамическая модель загрузки сети, в рамках которой рассматриваются стратегические параметры дорожно- го движения, которые медленно меняются со временем или в зависимости от условий.
На каждом из трех уровней делается прогноз изменений параметров транспортных потоков, полученных на основе данных с детектором транспорта, находящихся на входящих полосах перекрестка. Прогноз используется для тонкой подстройки дли- тельности фаз светофорного регулирования. Также в рамках системы можно приме- нять алгоритмы приоритетного проезда пассажирского транспорта и пропуска спецтранспорта по выделенным полосам. Это позволяет эффективно использовать адаптивное управление на разреженной сети в условиях ненасыщенности.
Система RHODES внедрена в нескольких городах США (крупнейшие — Вашингтон и Сиэттл), а также используется в Таксоне (Аризона) в качестве стенда полевых ис- пытаний.
3.6. Система SCATS
SCATS = Sydney Coordinated Adaptive Traffic System
Система SCATS была разработана еще в 1970-х годах Управлением дорог и дорожно- го движения штата Новый Южный Уэльс в Австралии. И с тех времен она является одной из лучших методик адаптивного управления дорожным движением на сложных
УДС в условиях плотных транспортных потоков. Как и все другие СВУ, методика
SCATS основана на изменении длительности фаз и циклов светофорного регулиро- вания на основании данных детекторов транспорта.
У SCATS есть скоординированная иерархическая архитектура с двумя уровнями: стратегического и тактического управления. На стратегическом уровне управления оптимальное время цикла, сдвиг и разбиения определены для области, основываясь на состоянии транспортного потока. Оптимальным временем цикла определено то, которое поддерживает самый высокий уровень насыщения, оптимизация произво- дится каждый цикл. Время цикла увеличивается или уменьшается, поддерживая


23
ГЛАВА 3. Системы верхнего уровня
уровень насыщения 0,9 на полосе движения с самым большим потоком насыщения.
Оптимальные разбиения фазы определены таким образом, чтобы поддерживать равный уровень насыщения на конфликтных направлениях, таким образом мини- мизируя задержки. Свободная скорость потока и уровень насыщения используются для определения оптимального сдвига, который минимизирует остановки и задерж- ки транспортного потока вдоль магистрали.
На тактическом уровне управления операции формирования сигнального плана в каждом пересечении изменяются в пределах ограничений, наложенных стратеги- ческим уровнем управления. Модификации включают такие операции как пропуск фазы, завершение фазы или продление фазы до максимальной величины. Однако основная магистральная фаза не может быть пропущена или сокращена. Любое вре- мя, сэкономленное во время цикла, используется последующими фазами или добав- ляется к основной фазе для поддержки равной длины цикла системы.
Прогнозная модель не используется, реагирование на изменение параметров транс- портных потоков осуществляется реактивно, а не проактивно.
Тем не менее, система очень гибкая и эффективная. Например, с ее помощью можно также управлять дорожным движением на загородных магистралях, и она предлага- ет алгоритмы для так называемого дозирования въездных потоков. Более того, со времени ее разработки она была дополнена многочисленными алгоритмами, которые используются для приоритезации движения городского транспорта и спецтехники, использования одноранговых сетей, контроля собственной работоспособности и мно- гих других. Более того, у алгоритмов SCATS есть специальный режим работы, кото- рый позволяет интегрироваться со средствами моделирования (например, PTV
VISSIM), что, в свою очередь, позволяет исследовать то, как различные изменения повлияют на показатели эффективности дорожного движения.
Алгоритмы, основанные на системе SCATS, управляют дорожным движением в 25 странах, более чем 150 городах мира и общим количеством перекрестков, пере- валившим за 40 000.
3.7. Система SCOOT
SCOOT = Split Cycle Offset Optimization Technique
Система, которая по времени начала разработки, широте использования и мощности алгоритмов может сравниться с уже рассмотренной системой SCATS. Впрочем, не- которые авторы ставят именно систему SCOOT на первое место. Она была также разработана в 1970-х годах британским исследовательским бюро TRRL, после чего внедрена на улицах Глазго, который стал пилотным городом для апробации алгорит- мов управления. Затем эту систему реализовали две компании — Imtech Traffic & Infra
(Гауда, Нидерланды) и Siemens (Берлин и Мюнхен, Германия).
Система SCOOT использует двухуровневую архитектуру системы управления. Все традиционно: центральный сервер с транспортной моделью и множество подключен- ных к нему дорожных контроллеров, которым, в свою очередь, поставляют инфор- мацию тактические детекторы транспорта на перекрестках. Для корректной работы