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

24
алгоритмов требуется точная установка детекторов на определенные места на вхо- дящих на перекресток полосах. Поскольку методика была разработана давно, она требует установки индукционных петель, хотя сегодня к контроллерам можно под- ключать уже любые детекторы транспорта.
Данные с детекторов попадают в прогнозную модель, а оттуда уже в три алгоритма оптимизации, которые непрерывно подстраивают ключевые параметры светофорно- го регулирования: длительность основной фазы для каждого из конкурирующих направлений, величину сдвига между смежными фазами и длительность самого цикла. Эти три оптимизационных алгоритма используются для адаптации параметров на всех перекрестках, находящихся под управлением системы SCOOT, что позволяет минимизировать потери времени в границах основных фаз и снижать время простоя и задержек на сети. Модель вычисляет степень насыщения для всех пересечений и определяет критическое. Оптимизатор цикла вычисляет оптимальное время цикла раз в пять минут для критического пересечения так, чтобы это обеспечивало уровень насыщения не ниже 0,9. Таким образом назначается оптимальное время цикла на всех перекрестках. Вместе с тем, в рамках системы также можно использовать и фик- сированные планы координации.
Исследования в Великобритании показывают, что система SCOOT работает эффек- тивнее при условии близости транспортного потока к насыщению.
Также следует сказать, что SCOOT не оптимизирует последовательности фаз и не гарантирует глобальный оптимум.
Внедрение системы осуществлено в огромном количестве городов по всему миру.
3.8. Система UTOPIA
UTOPIA = Urban Traffic Optimization by Integrated Automation
Система UTOPIA была разработана в 1980-х годах компанией MIZAR (Турин, Италия), в настоящее время входящей в конгломерат SWARCO. В рамках системы разработа- ны алгоритмы для адаптивного управления, которые оптимизируют транспортные потоки в режиме реального времени с учетом приоритета общественного транспор- та, при этом важным ограничением является сохранение времени движения для индивидуального транспорта.
UTOPIA, в отличие от SCOOT и SCATS, имеет в своей основе распределенную архи- тектуру управления. Задача управления транспортной сетью разделена на более простые и строго взаимосвязанные подзадачи. Декомпозиция задачи управления выполнена в соответствии со следующим топологическим правилом — область управ- ления выделяется с перекрытием зон, где каждая зона логически сосредоточена на центральном пересечении и включает соседние. Задача оптимального управления определена для каждой зоны и учитывает данные о движении и информацию о ре- жимах работы светофоров по всем пересечениями в пределах зоны.
Решение зональной задачи управления определяет режим работы светофорного объ- екта, который будет исполнен только на центральном пересечении, но вследствие

25
ГЛАВА 3. Системы верхнего уровня
перекрытия между соседними зонами строго согласован с управлением всех соседних пересечений.
Основная задача UTOPIA состоит в оптимизации в реальном времени сигнальных планов с целью минимизации социально-экономической стоимости передвижений в транспортной сети. Затраты на передвижения обычно выражаются в продолжи- тельности задержки движения, эмиссии токсичных компонентов отработанных газов автомобилей и времени движения индивидуального и общественного транспорта.
3.9. Сравнительный анализ систем верхнего уровня АСУДД
Национальной академией наук США в 2010 году было проведено глобальное иссле- дование по изучению опыта применения СВУ для АСУДД. В процессе работы уче- ными был произведен обзор существующей литературы на исследуемую тематику, а также проведено два электронных опроса: для поставщиков/разработчиков десяти известных систем верхнего уровня АСУДД и для агентств, развертывающих эти си- стемы. Опросные листы были направлены 42 североамериканским агентствам и не- скольким десяткам агентств по всему миру. В итоге было получено порядка 81% запрошенных ответов из числа североамериканских агентств и 11 ответов от других мировых учреждений. Так как учреждения континентальной Европы не проявили большого интереса к проводимому опросу, то представленные на рисунке 12 выводы характерны лишь для Северной Америки и Канады.
Из рисунка 12 видно, что наибольшей популярностью в Северной Америке и Канаде пользуются системы SCOOT и SCAT, несмотря на то, что разработаны они были вне
Северной Америки. Такая популярность объясняется тем, что эти системы достаточно
Рис. 12. Доля использования различных СВУ АСУДД
31%
31%
20%
8%
10%
SCOOT
SCATS
RHODES
OPAC
другие

26
«зрелые», им более 35 лет, в Соединенных Штатах они начали использоваться при- мерно 20 лет назад. Также разработчики и консультанты этих систем оказывают достаточно сильную техническую поддержку.
По данным опроса, развертывание СВУ является достаточно длительным и сложным процессом и занимает приблизительно 18 месяцев. Скорость внедрения зависит в основном от состояния существующей инфраструктуры, наличия финансирования и квалифицированной технической поддержки разработчиков на месте.
Ниже приведем пояснения для использованных сравнительных параметров.
™
Расположение детекторов: СЛ = стоп-линия; РСЛ = рядом со стоп-линией; СП = се- редина перегона; ХД = после перекрестка по ходу движения (детекторы восходя- щего потока).
™
Тип действия: П = проактивное; Р = реактивное. Некоторые СВУ управляют транспортным потоком проактивно, т. е. на каждом перекрестке «пытаются пред- угадать» предполагаемый спрос еще до прибытия автомобилей. Другие СВУ дей- ствуют путем обеспечения обратной связи с траффиком, измеренным в течение предыдущего интервала. Применение той или иной концепции обычно, но не обязательно, зависит от расположения детекторов. Если используются только де- текторы, установленные на стоп-линии, то СВУ обычно работает по типу обрат- ной связи и реагирует с определенной задержкой. Детекторы восходящего потока обычно допускают определенную степень проактивности, хотя системы, исполь- зующие эти детекторы, больше полагаются на транспортные модели и оценку спроса на транспорт. Несмотря на общее убеждение, что проактивные системы работают лучше, чем реактивные, нет никаких убедительных доказательств для поддержки такой гипотезы. Некоторые из основных систем объединяют обе кон- цепции. Например, SCOOT проактивно определяет разрывы и смещения, тогда как длина цикла вычисляется реактивно.
™
Метод оптимизации: ООД = Оптимизация с ограничением по домену, где домен поисковой оптимизации ограничен, чтобы избежать больших колебаний времени сигнала для предотвращения эффекта отрицательного перехода. ООВ = Оптими- зация с ограничением по времени (процесс поиска оптимизации ограничен вре- менными и/или структурными ограничениями, установленными на локальном контроллере). ООП = Оптимизация на основе правил (охватывает любые методы, используемые для разработки (простой) функциональной взаимосвязи между параметрами, которые описывают изменение условий движения и результирующее время сигналов). Существует общепринятое мнение, что большинство СВУ опти- мизируют время сигналов. Реальность такова, что некоторые из них выполняют некоторую оптимизацию, которая обычно ограничена его доменом или временем, разрешенным для проведения процесса оптимизации. Некоторые системы для поиска решений используют эвристические методы, тогда как другие используют расширенные методы поиска. Другие формально не оптимизируют (нет процесса поиска и нет объективной функции); вместо этого они корректируют время сиг- налов, используя некоторые эвристические методы и общие концепции управле- ния транспортными потоками.

27

ГЛАВА 3. Системы верхнего уровня
™
Интервал времени для внедрения нового времени сигналов. Некоторые СВУ на- страивают некоторые из своих параметров каждые несколько секунд. Другие — каждые 10–15 минут. Некоторые из СВУ сочетают в себе два подхода. Однако нет никаких доказательств того, что системы, которые реагируют быстрее, всегда лучше менее отзывчивых систем.
™
Уровень: Л = локальный; Ц = централизованный. Все рассмотренные в данном отчете системы, так или иначе, работают на двух или более иерархических уров- нях. Некоторые системы более иерархичны, чем другие, но все они имеют компо- нент, который использует операции локальных контроллеров, и компонент, ко- торый контролирует чувствительность управления движением на более высоком уровне, вне зависимости от того, выполняется это централизованно или децен- трализованно. Например, система SCOOT, считающаяся примером централизо- ванной системы верхнего уровня, также использует зависящие от спроса функции локальных контроллеров для пропуска фаз без спроса.
™
Под моделированием понимается использование макроскопических, мезоскопи- ческих и микроскопических моделей для оценки условий движения, которые в дальнейшем используются в качестве исходных данных для регулировки вре- мени сигналов. Например, аналитические модели, которые выражают отношения между измеренными и производными переменными движения (такими как поток насыщения, использование фазы и т. д.), не соответствуют определению модели- рования, используемому в этом разделе. SCOOT славится своей моделью, которая оценивает длину очереди на основе профилей заполнения потока, получаемых от детекторов восходящего потока. SCATS не использует моделирование движения в своих операциях. Большинство других систем широко используют модели. В це- лом модели помогают СВУ работать более проактивно, хотя они также могут продуцировать ошибки, которые впоследствии распространяются на другие дей- ствия СВУ. Использование моделирования наблюдается в разработанной СВУ для
Нью-Йорка, где данные из дорожного контроллера используются для микромо- делирования, что, в свою очередь, используется в качестве различных стратегий управления движением (в течение 15-минутных временных интервалов). Несмо- тря на современный подход к использованию микромоделирования для исследо- вания качества времени сигналов, СВУ требуют, чтобы определенная стратегия управления движением была подтверждена вручную.
™
Время: Р = разбивка; ДЦ = длина цикла; С = сдвиг; ПФ = последовательность фаз.
Большинство СВУ регулируют сразу три основных типа времени сигналов: раз- бивку длительности разрешающего сигнала, длину цикла и сдвиги. Однако есть несколько СВУ, которые нельзя отнести к вышеизложенному утверждению пото- му, что они находятся все еще в разработке или их операции не основываются на перечисленных типах времени сигналов (например, RHODES). И, наоборот, толь- ко некоторые СВУ настраивают или оптимизируют последовательность фаз в ре- альном времени (например, BALANCE, MOTION). Это связано, прежде всего, с тем, что частые изменения в последовательности фаз могут привести к негатив- ным последствиям для движения (частые переходы).

28
™
Гибкость. Для некоторых СВУ (например, SCOOT, SCATS) необходимо разделить всю охватываемую область на те области или подсистемы перекрестков, которые обычно нуждаются в координации. В таком случае пограничные перекрестки одной подсистемы могут иногда выиграть от исключения их из текущей подси- стемы и присоединения к соседней подсистеме. Если СВУ поддерживает автома- тическую реконфигурацию подсистем, то в таблице написано, что СВУ поддер- живает гибкие области.
™
Адаптивные операции. Под этим понятием подразумеваются общие операции по адаптивному управлению, выполняемые локальными контроллерами. Большинство
СВУ устанавливает верхние и нижние границы разбивки времени зеленого сигна- ла. Нижняя граница обычно определяется минимальным значением времени зе- леного сигнала для каждой фазы. Верхняя граница определяется динамически, ее значение определяется логикой СВУ для каждого цикла. Что происходит между верхней и нижней границами, определяется в зависимости от того, поддерживает ли СВУ адаптивные операции или нет. Для внесения ясности в описанную кон- цепцию необходимо обозначить различия между случаями, когда СВУ при недо- статке транспортного спроса «берет на себя ответственность» за окончание фазы зеленого сигнала, и когда такая ответственность передается локальному контрол- леру, установленному на перекрестке. Например, система RHODOS не разрешает локальному контроллеру принимать решения. Если RHODES находится в режиме
«Online», он выдает команду принудительного отключения для прекращения фазы зеленого сигнала. Эта команда основана на оценке RHODES транспортного спро- са, а не на общей логике управления локального контроллера. С другой стороны, система SCATS, а также некоторые другие системы СВУ (например, BALANCE,
MOTION) позволяют локальному контроллеру выполнять свою логику управления между вышеупомянутыми нижними и верхними границами.
™
Приоритет транзитного движения. Большинство рассматриваемых СВУ предо- ставляют приоритет для транзитных транспортных средств. Однако этот прио- ритет часто предоставляется на уровне локального контроллера и не включается в комплексную оптимизацию (интегрирование времени транзита в структуру оптимизации, которая учитывает сетевые и транзитные характеристики сети).
Таблица 1
Сводная сравнительная таблица СВУ АСУДД
BAL
AN
CE
M
OT
IO
N
O
PA
C
RH
ODE
S
SCA
TS
SC
O
OT
U
TO
PIA
Расположение детекторов
РСЛ
РСЛ
СП
СП + СЛ
СЛ,
РСЛ, СП ХД + СЛ ХД + СЛ
Тип действия
П + Р
П + Р
П
П
Р
П + Р
П