Наиболее необходимыми и часто применяемыми характеристиками транспортного потока являются интенсивность транспортного потока, его состав по типам транспортных средств, плотность потока, скорость движения, задержки движения. Интенсивность транспортного потока определяется как число транспортных средств, проезжающих через сечение дороги за единицу времени. В качестве расчетного периода времени для определения интенсивности движения принимают год, месяц, сутки, час и более короткие промежутки времени в зависимости от поставленной задачи наблюдения и средств измерения.
На улично-дорожной сети можно выделить отдельные участки и зоны, где движение достигает максимальных размеров, в то время как на других участках оно в несколько раз меньше. Такая пространственная неравномерность отражает прежде всего неравномерность размещения грузообразующих и пассажирообразующих пунктов и мест их притяжения. Неравномерность может быть выражена как доля интенсивности движения, приходящаяся на данный отрезок времени, либо как отношение наблюдаемой интенсивности к средней за одинаковые промежутки времени.
Необходимо отметить, что в литературе по дорожному движению вследствие неравномерности транспортных потоков по времени часто применяют понятие объем движения в отличие от интенсивности движения. Под объемом движения понимают фактическое число автомобилей, проехавших по дороге в течение принятой единицы времени, полученное непрерывным наблюдением за обозначенный период. Неравномерность транспортных потоков проявляется не только во времени, но и в пространстве, то есть по длине дороги и по направлениям. Для характеристики пространственной неравномерности транспортного или пешеходного потока могут быть также определены соответствующие коэффициенты неравномерности по отдельным улицам и участкам дорог. Наиболее часто интенсивность движения транспортных средств и пешеходов в практике организации движения характеризуют их часовыми значениями.
При исследованиях и проектировании организации движения приходится прибегать к описанию транспортных потоков математическими методами. Первостепенными задачами, послужившими развитию моделирования транспортных потоков, явились изучение и обоснование пропускной способности магистралей и их пересечений. Поведение транспортного потока очень изменчиво и зависит от действия многих факторов и их сочетаний. Наряду с такими техническими факторами, как транспортные средства и сама дорога, решающее влияние на него оказывают поведение водителей и пешеходов, а также состояние сред движения.
Основы математического моделирования закономерностей дорожного движения были заложены в 1912 году русским ученым профессором Г.Д.Дубелиром. Первая попытка обобщить математические исследования транспортных потоков и представить их в виде самостоятельного раздела прикладной математики была сделана Ф.Хейтом. Известные и нашедшие практическое применение в организации дорожного движения математические модели можно разделить на две группы в зависимости от подхода. Это детерминированные и вероятностные, то есть стохастические.
К детерминированным относятся модели, в основе которых лежит функциональная зависимость между отдельными показателями, например, скоростью и дистанцией между автомобилями в потоке. При этом принимается, что все автомобили удалены друг от друга на одинаковое расстояние. Стохастические модели отличаются большей объективностью. В них транспортный поток рассматривается как вероятностный, случайный процесс. Например, распределение временных интервалов между автомобилями в потоке может приниматься не строго определенным, а случайным.
Для уточнения взаимного пространственного положения движущихся транспортных средств введено такое понятие, как динамический габарит транспортного средства. Данный параметр определяют как сумму длины транспортного средства, дистанции безопасности и зазора до остановившегося впереди автомобиля. Для легковых автомобилей этот зазор колеблется в пределах 1-3 метров. Известно по крайней мере три подхода к определению динамического габарита.
При расчете минимальной теоретической дистанции исходят из абсолютно равных тормозных свойств пары автомобилей и учитывают только время реакции ведомого водителя. Тогда динамический габарит состоит из суммы длины транспортного средства, зазора и произведения скорости и времени реакции водителя. В этом случае возможная интенсивность транспортного потока не имеет предела по мере увеличения скорости. Однако это не соответствует реальным характеристикам водителей и приводит к завышению возможной интенсивности потока. Здесь главную роль играет практическое значительное увеличение времени реакции при высоких скоростях.
При расчете на полную безопасность исходят из того, что дистанция безопасности должна быть равна полному остановочному пути заднего автомобиля. Такой подход больше соответствует требованиям обеспечения безопасности движения при скоростях, превышающих 90 километров в час. Наиболее же реальный подход основан на той предпосылке, что при расчете дистанции безопасности надо учитывать разницу тормозных путей автомобилей, а также то обстоятельство, что лидер в процессе торможения также перемещается на расстояние, равное своему тормозному пути. В результате изучения транспортных потоков высокой плотности и специальных экспериментов, проведенных американскими специалистами, была предложена теория следования за лидером, математическим выражением которой является микроскопическая модель транспортного потока.
Микроскопической ее называют потому, что она рассматривает элемент потока, пару следующих друг за другом транспортных средств. Особенностью этой модели является то, что в ней отражены закономерности комплекса «водитель-автомобиль-дорога-среда», в частности, психологический аспект управления автомобилями. Он заключается в том, что при движении в плотном транспортном потоке действия водителя обусловлены изменениями скорости лидирующего автомобиля и дистанции до него.
Сергей ЗОЛОТОВ
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Движение транспортных средств (ТС) по УДС определяется поведением, как одного, так и коллектива водителей. Отдельный водитель, пытаясь достичь собственного оптимального решения, вступает в конфликт с другими, которые взаимодействуют с ним посредством обгонов, перестроения, смены полосы движения и т.д. Такая модель рассматривается в рамках микроскопического подхода. Маневры каждого автомобиля могут быть расценены как вероятностные события.
Однако, в случаях, когда много автомобилей движется в группе, ТП может быть рассмотрен как детерминированный и непрерывный. Применение микроскопических моделей (как и любое увеличение степени детализации описания) влечет за собой увеличение точности описания и числа параметров. Таким образом, с одной стороны, при увеличении степени детализации описания объекта растёт точность модели, а с другой - рост параметров ведёт к уменьшению её точности. При решении многомерных оптимизационных задач управления возрастают ресурсные затраты (время и память), затрудняющие получение приемлемого решения.
Различают следующие важные характеристики транспортного потока:
Интенсивность транспортного потока, ;
Плотность транспортного потока, ;
Средняя скорость потока, .
Эти параметры связаны следующим основным уравнением:
Различают два вида средней скорости транспортного потока: среднюю пространственную скорость и среднюю временную скорость, которые связаны следующим соотношением, выведенным для случая движения по дороге без пересечений:
где - дисперсия средней пространственной скорости;
Средняя пространственная скорость, т.е. средняя скорость n автомобилей, находящихся на заданном участке дороги в определенный момент времени;
Средняя временная скорость, т.е. средняя скорость n автомобилей, проходящих через заданное сечение дороги за определенный промежуток времени.
Графическое отображение уравнения (1.1), в котором в качестве значения скорости используется, представляет собой основную диаграмму транспортного потока. Диаграмма построена в виде зависимостей v s =f(I ) и I =f(k ) для непрерывного ТП, движущегося по дороге без пересечений.
Выделено три основных режима движения: свободный поток, групповое движение и насыщенный поток.
Свободный поток характеризуется малыми интенсивностями движения, отсутствием взаимных помех движению между отдельными автомобилями. Скорость ТП характеризуется скоростью свободного движения. При небольшой плотности зависимость между скоростью и плотностью ослабляется. С повышением интенсивности движения до максимального значения I с , соответствующего пропускной способности дороги, скорость изменяется до величины, определяемой точкой C на основной диаграмме. В зоне В-С (рис. 1.1. а) появляются существенные взаимные помехи движению автомобилей, в результате чего уменьшается возможность свободного обгона, и образуются группы автомобилей, движущиеся с приблизительно одинаковой скоростью. Режим движения в этой зоне является неустойчивым, поскольку небольшое увеличение групп в потоке может привести не только к уменьшению скорости, но и к переходу в область С-D , т.е. к снижению интенсивности движения. Поток в области D - Е принято называть насыщенным.
Характерной чертой насыщенного коллективного потока является сильный разброс величины ускорений (замедлений) относительно среднего значения.
Рисунок 1.1 - Основная диаграмма транспортного потока: а) зависимость v s =f(I ); б) зависимость I =f(k)
Критическая плотность потока k c - это значение, до которого с увеличением плотности k возрастает интенсивность I . При изменении плотности потока от k c до k J - плотности потока в условиях затора- интенсивность уменьшается от максимального значения пропускной способности I c до нуля. Скорость кинематической волны при заторовой плотности определяется функциональной формой зависимости между скоростью и плотностью. В области критической плотности может существовать точка разрыва функции, что приводит к скачкообразному изменению скорости движения. Тангенс угла наклона вектора, проведенного из начала координат к точке, лежащей на кривой, соответствует физическому значению скорости v s в данной точке (рис. 1.1 б).
Классификация фаз движения ТП основана на различных фазах состояния вещества: газообразное, жидкое, твердое.
Свободный поток. Транспортная сеть не загружена, и водители придерживаются желаемой скорости, свободно меняя полосу движения. На этой стадии ТС сопоставимы с потоком свободных частиц.
Синхронизированный поток. Транспортная сеть становится переполненной, водители теряют возможность свободного манёвра и вынуждены согласовывать свою скорость со скоростью потока. Эта стадия подобна потоку воды.
Широкие перемещающиеся заторы. Транспортные средства и их группы подобны кусочкам льда, движущимся в потоке жидкости.
Старт-стопное движение. При большом скоплении транспортных средств, движение ТП приобретает прерывистый характер. На этой стадии транспортный поток можно уподобить потоку замерзающей воды: транспортные средства становятся на какой-то промежуток времени как бы «примёрзшими» к данной точке улично-дорожной сети.
Транспортный затор - это скопление на дороге транспортных средств, движущихся со средней скоростью, значительно меньшей, чем нормальная скорость для данного участка дороги. При образовании затора значительно (до 20 раз и более) снижается пропускная способность участка дороги. Если прибывающий поток транспорта превышает пропускную способность участка дороги, затор растёт лавинообразно. Дорожные заторы появляются по всему миру как результат увеличивающейся автомобилизации, урбанизации, а также как роста населения, так и увеличивающейся плотности заселения территории. Дорожные заторы уменьшают эффективность дорожно-транспортной инфраструктуры, увеличивая таким образом время в пути, расход топлива и уровень загрязнения окружающей среды.
В условиях затора резко возрастает вероятность дорожно-транспортного происшествия (ДТП). Ограничение и регулирование интенсивности движения может влиять на количество ДТП.
Рассмотрим механизм образования затора (рис. 1.2). Пусть на рассматриваемом перегоне длиной находится очередь из единиц транспорта, ожидающих права проезда через перекресток, и работа этого перекрестка обеспечивает пропуск потока от к, т.е. (пропускная способность перекрёстка больше, чем интенсивность прибывающего на него ТП).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 1.2 - Схема образования затора
Если длина дороги, занимаемая очередью на перегоне, не больше длины перегона, т.е. если то работа перекрестка протекает нормально. Однако, незначительное увеличение интенсивности транспортного потока, либо сбой работы светофорной сигнализации перекрёстка могут привести к ситуации, когда, т.е. когда очередь автомобилей, ожидающих права проезда через перекрёсток, не умещается на перегоне (i , j ) и скапливается в зоне перекрёстка. Это немедленно ведет к нарушению нормального функционирования перекрёстка, на конфликтующих направлениях которого накапливается очередь ТС. Возникает положительная обратная связь по потоку, и затор лавинообразно распространяется на участок сети.
Заторы подразделяются на случайные и систематические, т.е. такие, которые характеризуются периодичностью во времени и устойчивостью в пространстве. Наиболее существенными и определяющими являются заторы, обусловленные пропуском ТС по пересекающимся направлениям, и составляют 75% общей задержки времени в сети.
Часто целью задачи управления при заторах на изолированном перекрёстке считается минимизация задержки ТС за интервал времени существования затора. Установлено, что весь интервал целесообразно разделить на два подынтервала, в каждом из которых управляющие воздействия различны. Оптимальность регулирования движения достигается путём использования циклов и фаз светофорного регулирования разной длительности.
Неустойчивость ТП в области пропускной способности и распространение возмущений в ТП приводят к разрывам в значениях его характеристик. Теоретическое и экспериментальное изучение многими исследователями механизма резкого изменения скорости позволило установить, что при приближении к уровню пропускной способности, увеличивается вероятность резкого снижения интенсивности и скорости движения. При обработке экспериментальных данных об изменении характеристик транспортных потоков в точке k c фиксируется «прыжок» скорости от верхней границы к нижней (рис. 1.3), при этом вероятность резкого падения характеристик ТП возрастает от 10% при интенсивности движения, составляющей 0.75 от максимальной, до 90% при уровне пропускной способности.
Первые предположения о возможности возникновения разрывов в зависимостях между интенсивностью, плотностью и скоростью высказаны Л. Эдаем в 1961 г. Для описания разрывов используются макромодели, имеющие разрыв в точке k c : одна модель - для низкой плотности, другая - для высокой.
Набольшее применение нашли следующие типы разрывных макромоделей:
Флуктуация количества ТС приводит к неустойчивости процесса движения в зоне пропускной способности и возникновению точки бифуркации. В этой связи основным направлением реализации полученных знаний выбрана теория катастроф. Переход от моделей теории катастроф к моделям дорожного движения состоит в изучении потерь устойчивости, определении факторов, влияющих на скачкообразное изменение параметров, интерпретации параметров катастрофы, построение и исследование модели.
Управление ТП является типичной проблемой, в которой, с одной стороны, выступают присущая ей параллельность, динамика, децентрализация и недетерминизм, а с другой - широта спектра приложений, для которых она является ключевой. Разработка и исследование эффективности различных методов управления ТП требует знания закономерностей поведения ТП на улично-дорожной сети города - интенсивности движения ТП, плотности ТП, распределения интервалов между транспортными средствами в потоке в заданном сечении, времени проезда по некоторому перегону УДС, транспортных задержек и др.
Равнозначные
Неравнозначные
Регулируемые (управляемые)
Нерегулируемые (неуправляемые)
Перекрёстки с круговым движением
Локальный алгоритм управления предусматривает использование информации, полученной как непосредственно на стоп-линиях, так и на отдаленных подходах к перекрёстку (200 - 400 м от стоп-линии). Локальные алгоритмы определяют цикл регулирования, последовательность фаз регулирования, их длительности или моменты переключения фаз, параметры промежуточных тактов. Для определения перечисленных параметров используется информация о геометрических характеристиках перекрёстка, интенсивности и составе транспортных потоков на подходах к нему и / или на геометрических направлениях проезда через перекрёсток, наличии и / или отсутствии транспорта и пешеходов в различных зонах перекрёстка (на стоп-линиях, в конфликтных точках).
Особенностью координированных алгоритмов является использование для определения параметров регулирования информации о транспортной ситуации на нескольких перекрёстках, обычно связанных в единую сеть, характеризующуюся значительной интенсивностью движения транспорта между соседними перекрёстками и небольшими (до 600-700 м) расстояниями между ними. Как правило, на координированном уровне определяются циклы регулирования для группы перекрёстков и сдвиги. Для определения этих параметров, помимо данных, необходимых для локального управления, используется информация о топологии сети, взаимосвязях ТП на соседних стоп-линиях и / или на геометрических направлениях проезда через перекрёстки, временах проезда между соседними стоп-линиями. В состав исходной информации, используемой для координированного управления, может входить матрица корреспонденций и данные о маршрутах их реализации.
По временному критерию все алгоритмы светофорного регулирования делятся на методы, реализующие управление дорожным движением по прогнозу и методы, действующие в реальном времени (адаптивные алгоритмы). При этом, к адаптивным методам традиционно относятся и алгоритмы, использующие краткосрочный прогноз транспортной ситуации на ближайшие 3 - 15 мин. Управление по прогнозу (или жёсткое управление) не исключает достаточно частого (до 3-5 раз в суточном цикле) изменения параметров регулирования, однако эти параметры определяются исходя не из текущей транспортной ситуации, а методом её прогноза, основанного на выполненных ранее (за сутки, неделю или более длительный период) наблюдениях. Промежуточное положение между адаптивными и неадаптивными алгоритмами занимают методы, основанные на ситуационном управлении. Методы этой группы предполагают предварительный расчёт параметров регулирования для различных классов транспортных ситуаций и создание библиотеки типовых режимов регулирования. Выбор конкретного режима из библиотеки производится в реальном времени на основании текущей информации о транспортной ситуации и отнесении её к одному из классов транспортных ситуаций.
Таким образом, в зависимости от сочетания перечисленных критериев, каждый метод автоматизированного управления ТП в ИТС можно отнести к одному из следующих классов:
Локальные жёсткие алгоритмы управления,
Координированные жёсткие алгоритмы управления,
Локальные адаптивные алгоритмы управления,
Координированные адаптивные алгоритмы управления.
Расчёт по эвристическим формулам,
Метод, основанный на минимизации суммарной задержки транспортных средств при проезде перекрёстка,
Метод, основанный на выравнивании загрузки на всех транспортных регулируемых направлениях на перекрёстке.
В качестве исходных данных для расчёта используется информация об интенсивности и составе ТП по направлениям проезда через перекрёсток, информация о количестве полос движения на подходах к перекрёстку и их специализации, а также данные о схеме пофазного регулирования и структуре промежуточных тактов. При расчёте также должны учитываться технологические ограничения, связанные с минимальной и максимальной длительностью фаз. Учёт ограничений на минимальные длительности фаз позволяет обеспечить длительность горения разрешающего сигнала, достаточную для перехода пешеходами проезжей части, проезда зоны перекрёстка трамваями. Учёт ограничений на максимальные длительности фаз позволяет избежать продолжительного горения запрещающего сигнала, ведущего к нарушению правил дорожного движения и снижению безопасности движения. При локальном жёстком однопрограммном регулировании исходные данные, как правило, соответствуют периоду максимальной загрузки перекрёстка.
Одной из важнейших функций системы управления дорожным движением ИТС является предотвращение транспортных заторов. По мере своего роста затор не только останавливает движение первоначально вовлеченных в него транспортных потоков, но влияет на потоки на других улицах. Поэтому задачей управления является предупреждение не только возникновения, но и распространения заторов. Проблема управления насыщенными ТП осложняется трудностью локализации заторов в границах их первоначального возникновения.
Затор - особая ситуация на улично-дорожной сети, при которой среднее время задержки D транспортного средства превышает длительность цикла.
Заторы бывают «разовые» (случайные) и систематические (устойчивые). Причиной возникновения разовых заторов являются случайные факторы, например, дорожно-транспортные происшествия, аварийно-восстановительные работы на УДС. Для систематических заторов характерны периодичность во времени и устойчивость в пространстве. Такие заторы возникают на определенных направлениях движения на одних и тех же участках УДС в определенные интервалы времени, чаще всего в часы «пик».
В этой связи задача распознавания, предсказания и ликвидации предзаторовой ситуации, не допуская возникновения затора, является актуальной в управлении транспортными потоками. Решение проецируется на область устранения причин, вызывающих перегрузки «узких» участков УДС, путем перераспределения ТП. Система управления ТП должна своевременно в определенных точках УДС информировать водителей о возможности попадания в затор и рекомендовать какие-либо объездные маршруты следования, позволяющие обойти перегруженный участок сети.
Зоны неустойчивости поведения ТП, существующие в области пропускной способности, незатухающие возмущение скорости приводят к разрывам в значениях характеристик ТП. В этих случаях транспортные средства в потоке вынуждены неоднократно трогаться с места и останавливаться. Небольшие изменения интенсивности движения распространяются вдоль потока ТС в виде «кинематических волн», которые могут накладываться друг на друга и вызывать появление «ударных волн», создающих большие перепады скорости в сторону её уменьшения. Ударные волны распространяются против движения и образуются на участках с пониженной пропускной способностью - в «узких» местах.
Будем полагать, что плотности соседних участков и УДС различны, обозначим плотность и скорость движения на участках и соответственно через и, и и. Если - скорость движущейся границы между участками и, то, исходя из закона сохранения, имеем
Решая уравнение относительно, получим
где и - интенсивности движения на участках и соответственно.
Для малых изменений плотности скорость передвижения граничной точки из уравнения (1.4), т.е. .
Для модели Гриншилдса величины и определяют по формулам:
Из уравнения (1.8) следует, что скорость граничной точки при пренебрежимо малом изменении (или) удовлетворяет условиям:
При распространении ударной волны в ТП часть волны будет двигаться назад - в противоположном направлении движения потока, другая часть волны - вперёд, в направлении потока. При образовании ударной волны происходят резкие изменения плотности вплоть до разрыва, автомобили вынуждены замедлять скорость или останавливаться.
В подтверждение метода, учитывающего наличие разрывов, определены три зоны: зона постоянной скорости, зона постоянной интенсивности и зона постоянного изменения интенсивности в зависимости от плотности. В первой зоне скорость ТС определяется состоянием самой УДС, а интенсивность соответствует предъявляемым к УДС требованиям. Вторая зона представляет собой зону, в которой ожидаются «сбои» в режиме движения: средняя скорость падает, в то время как интенсивность можно поддерживать на высоком уровне. В третьей зоне (старт-стопное движение) скорость и интенсивность падают, что само по себе может являться определением затора.
Затор возникает в том случае, когда в транспортной сети на некоторых перегонах образуются очереди, длина которых оказывается больше длины соответствующих перегонов, т.е. . Поэтому управление в вынужденном режиме движения, в первую очередь, должно быть направлено на создание таких условий движения, при которых удовлетворяются ограничения для всех перегонов УДС.
Рассмотрим УДС, содержащую участков, каждый из которых наделен имманентными свойствами: уникальным номером, интенсивностью и др. Будем считать известными параметры УДС, ТП и алгоритмы работы светофорной сигнализации. Анализ снимков интенсивности позволяет заблаговременно выявить зоны, в которых наблюдаются режимы перенасыщенного движения.
Вне области предполагаемых заторов выделим некоторое количество участков, на которых будет измеряться интенсивность движения с дискретностью. Снимок интенсивностей в момент времени в зоне предполагаемого затора позволяет определить значение интенсивности, которое сложится к моменту времени t на дуге графа УДС:
где и - коэффициенты.
Суммирование ведется по всем участкам УДС, не принадлежащим зоне предполагаемых заторов. Для прогнозирования интенсивностей в областях, подверженных заторам, в системе управления необходимо хранить и периодически обновлять значения коэффициентов и, входящих в уравнение регрессии. По вычисленным значениям и при известных режимах работы светофорных объектов несложно вычислить длины очереди транспортных средств на перегонах в момент времени.
Если при прогнозировании по (1.10) окажется, что, это будет означать возможность появления затора на перегоне к моменту времени. Транспортную ситуацию, возникшую в момент времени, назовём предзаторовой.
Затор, сконцентрированный в пределах малой зоны, оказывает влияние на другие ТП и, если интенсивность движения превышает пропускную способность, затор распространяется ещё шире. Во избежание подобной катастрофы необходимо рассасывать очереди с целью уменьшения их влияния на другие ТП. Одним из методов рассасывания очередей является распределение ТП путём управления маршрутами движения ТС. Одним из методов борьбы с заторами является управление распределением периодов в цикле, минимизирующее величину интервала существования затора.
Пусть множество транспортных потоков, движущихся по дугам перекрёстка и подходов к нему, прибывает к перекрёстку с интенсивностью по -му направлению движения в течение времени, при этом интенсивность и потоки насыщения соответствуют заторовым. При многофазной работе светофорного объекта, для которого количество фаз регулирования равно, существует множество транспортных потоков, осуществляющих движение во время эффективной разрешающей фазы: , тогда
где - потерянное время -го потока, - ограничительные константы.
Задачу нахождения управляющих параметров: светофорного цикла и фаз, минимизирующих величину интервала существования затора, можно записать как
транспортный затор поток светофорный
где Ї интенсивность потока при, при.
Задачу минимизации суммарной длительности задержки транспортных средств на перекрёстке за время существования затора можно решать как:
Решения сформулированных задач находятся численными методами.
Термин «Интеллектуальные транспортные системы» характеризует комплекс интегрированных средств управления транспортной инфраструктурой (УДС, ТСОДД, ТП), применяемых для решения задач организации дорожного движения, на основе современных информационных технологий, организации информационных потоков о функционировании транспортной инфраструктуры в реальном режиме времени. Многоуровневая, сложноорганизованная ИТС представляет собой гибридную систему, состоящую из множества разнородных систем, сложным образом взаимодействующих друг с другом - управляющих, классифицирующих, прогнозирующих, экспертных, принимающих решения или поддерживающих эти процессы, объединенных для достижения единой цели.
Приоритетным направлением развития интеллектуальных транспортных систем является обеспечение безопасности дорожного движения. К функциям ИТС этого вида относятся: прогнозирование опасных ситуаций, выявление заторов и дорожно-транспортных происшествий, разработка планов действий в опасных ситуациях, информирование участников движения о возникновении нештатных ситуаций. Преимуществом ИТС при работе в этих условиях является возможность интеграции всех источников информации.
Классификация задач, решаемых в рамках функционирования транспортной инфраструктуры, позволит определить стратегию и тактику синтеза интеллектуальных транспортных систем.
1. Задачи мониторинга
1.1. Мониторинг транспортных потоков:
- мониторинг характеристик ТП (скорость, интенсивность, пло тность и др.);
Сбор данных об условиях движения с помощью контрольных автомобилей;
Управление движением на скоростных дорогах.
1.2. Мониторинг характеристик улично-дорожной сети:
- паспортизация УДС, многоуровневых транспортных развязок и тоннелей;
Паспортизация надземных и подземных пешеходных переходов;
Паспортизация железнодорожных переездов;
Оценка текущего состояния УДС;
Мониторинг аварийно-восстановительных работ на УДС;
1.3. Мониторинг технических средств управления движением
- реестр дорожных знаков;
Реестр светофорных объектов;
Реестр дорожной разметки;
Магистральное и сетевое управление светофорной сигнализацией;
Автоматическая электронная плата за проезд и парковку;
1.4. Мониторинг загрязнения окружающей среды
2. Задачи управления.
2.1. Управление транспортными потоками
- координированное управление транспортными потоками;
Оценка качества функционирования транспортной сети;
Управление движением в чрезвычайных ситуациях;
Обнаружение дорожно-транспортных происшествий;
Мониторинг заторовых ситуаций для оценки динамики их развития;
Разработка стратегии управления дорожным движением в условиях заторовой ситуации;
Интеграция систем управления дорожным движением;
2.2. Управление перевозочным процессом
- обеспечение дотранспортной информацией, информирование клиентов о маршрутной сети, планирование поездок;
Бронирование транспортных услуг;
Оценка спроса на перевозки;
Маршрутное ориентирование, on-line мониторинг прохождения маршрута;
Выработка стратегии управления в конкретных ситуациях;
Оперативное изменение схем организации дорожного движения;
Управление приоритетным движением маршрутного транспорта;
Маршрутная навигация и предоставление приоритета специальным одиночным и колоннам транспортных средств (ТС);
Мониторинг перевозки опасных и крупногабаритных грузов;
Оптимизация маршрутной сети;
Интеграция систем управления перевозками;
3. Задачи информационного обеспечения участников движения:
- передача информации по каналам связи;
Сегментация информационных потоков;
Интеграция систем управления базами данных о дорожном движении.
Размещено на Allbest.ru
...Определение необходимости корректировки существующей модели управления и внедрения новых управляющих воздействий и установки дополнительных технических средств организации дорожного движения. Разработка оптимальной модели управления дорожным движением.
дипломная работа , добавлен 16.05.2013
Основы развития, сущность и задачи транспортной логистики. Сравнительные характеристики разных типов транспорта. Анализ видов транспортировки: плюсы и минусы. Критерии выбора перевозчика. Направления совершенствования управления транспортными потоками.
презентация , добавлен 12.12.2011
Развитие инфраструктуры внешнего транспорта г. Уфы. Пути решения его проблем. Улично-дорожная сеть. Развитие трамвайной и троллейбусной сети города. Общая характеристика и программно-аппаратный комплекс интеллектуальной транспортной системы региона.
курсовая работа , добавлен 18.09.2013
Анализ экономической сущности, задач и функций транспортной логистики - управления транспортировкой грузов, изменением местоположения материальных ценностей с использованием транспортных средств. Процесс управления транспортными потоками на РУПП "Ольса".
курсовая работа , добавлен 10.03.2011
Управление транспортными потоками в мегаполисе. Характеристика дорожного движения по автомобильным дорогам. Интенсивность движения транспортных потоков по направлениям. Светофорное регулирование. Обеспечение безопасности человека в городской среде.
дипломная работа , добавлен 23.05.2015
Изучение различных виды грузов, обладающих разными транспортными характеристиками. Определение типа упаковки и нанесение маркировки по каждому виду. Выявление наиболее оптимального способа перевозки на основе транспортных характеристик данных грузов.
контрольная работа , добавлен 03.12.2010
Нормативы пропускной способности зоны взлета и посадки. Расчет минимальных временных интервалов занятости ВПП при выполнении взлетно-посадочных операций. Определение позиций и методика управления потоками взлетающих и поступающих в ЗВП воздушных суден.
курсовая работа , добавлен 15.12.2013
Применение методов статистической обработки данных о распределении интервалов между автомобилями в транспортном потоке на перекрёстке. Характеристика и оценка безопасности дорожного движения на участке дороги. Вид вероятностного распределения интервалов.
курсовая работа , добавлен 11.01.2013
Анализ условий и организации движения на объекте улично-дорожной сети, интенсивности и состава транспортного потока. Расчет задержек подвижного состава на перекрестке, выбор типа светофорного регулирования, обоснование эффективности его введения.
курсовая работа , добавлен 27.07.2012
Состояние и проблемы Новосибирского транспортного узла. Основные внешнеэкономические связи области, концепция развития таможенной инфраструктуры. Перспективы развития взаимосвязей Новосибирского транспортного узла с другими транспортными узлами.
При формировании информации о состоянии дорожного движения в первую очередь необходимы данные, характеризующие транспортный поток.
Многолетний зарубежный и отечественный опыт научных исследований и практических наблюдений за транспортными потоками позволил выделить наиболее объективные показатели. По мере совершенствования методов и аппаратуры для исследования транспортных потоков номенклатура показателей, используемых в организации дорожного движения, продолжает развиваться. Наиболее часто применяемыми являются: интенсивность транспортного потока, его состав по типам транспортных средств, плотность потока, скорость движения, задержки движения. Охарактеризуем эти и другие показатели транспортного потока.
Интенсивность транспортного потока (интенсивность движения) N a – это число транспортных средств, проезжающих через сечение дороги за единицу времени. В качестве расчетного периода времени для определения интенсивности движения принимают год, месяц, сутки, час и более короткие промежутки времени (минуты, секунды) в зависимости от поставленной задачи наблюдения и средств измерения.
На УДС можно выделить отдельные участки и зоны, где движение достигает максимальных размеров, в то время как на других участках оно в несколько раз меньше. Такая пространственная неравномерность отражает прежде всего неравномерность размещения грузо- и пассажирообразующих пунктов и мест их притяжения. На рис. 2.1 показан пример картограммы, характеризующей интенсивность транспортных потоков (в автомобилях в час) на магистральных улицах города.
Неравномерность транспортных потоков во времени (в течение года, месяца, суток и даже часа) имеет важнейшее значение в проблеме организации движения (рис. 2.2, 2.3). Типичная кривая распределения интенсивности движения в течение суток на городской магистрали показана на рис. 2.2. Примерно такая же картина наблюдается и на автомобильных дорогах. Кривые на рис. 2.2 позволяют выделить так называемые "часы пик", в которые возникают наиболее сложные задачи организации и регулирования движения.
Термин "час пик" является условным и объясняется лишь тем, что час является основной единицей измерения времени. Продолжительность наибольшей интенсивности движения может быть больше или меньше часа. Поэтому наиболее точным будет понятие пиковый период, под которым подразумевают время, в течение которого интенсивность, измеренная по малым отрезкам времени (например, по 15-минутным наблюдениям), превышает среднюю интенсивность периода наиболее оживленного движения. Периодом наиболее оживленного движения на большинстве городских и внегородских дорог обычно является 16-часовой отрезок времени в течение суток (примерно с 6 до 22 ч). В условиях перенасыщения УДС транспортным потоком на ряде магистралей Москвы и других крупных городов в течение практически всего активного периода суток наблюдается "пиковая" интенсивность (линия 3 на рис. 2.2), сопровождающаяся заторовыми явлениями.
Временная неравномерность транспортных потоков может быть охарактеризована соответствующим коэффициентом неравномерности К н. Этот коэффициент может быть вычислен для годовой, суточной и часовой неравномерностей движения. Неравномерность может быть выражена как доля интенсивности движения, приходящейся на данный отрезок времени, либо как отношение наблюдаемой интенсивности к средней за одинаковые промежутки времени.
Коэффициент годовой неравномерности
,
где 12 – число месяцев в году; N ам – интенсивность движения за сравниваемый месяц, авт/мес; N aг – суммарная интенсивность движения за год, авт/г.
Коэффициент суточной неравномерности
,
где 24 – число часов в сутках; N ач – интенсивность движения за сравниваемый час, авт/ч; N ас – суммарная интенсивность движения за сутки, авт/сут.
Необходимо отметить, что в публикациях по дорожному движению применяют понятие объем движения в отличие от интенсивности движения. Под объемом движения понимают фактическое число автомобилей, проехавших по дороге в течение принятой единицы времени, полученное непрерывным наблюдением за обозначенный период.
Для характеристики пространственной неравномерности транспортного или пешеходного потока могут быть также определены соответствующие коэффициенты неравномерности по отдельным улицам и участкам дорог аналогично временной неравномерности.
Наиболее часто интенсивность движения транспортных средств и пешеходов в практике организации движения характеризуют их часовыми значениями. При этом наиболее важен этот показатель в пиковые периоды. Необходимо, однако, иметь в виду, что интенсивность движения в "часы пик" в различные дни недели может иметь неодинаковые значения.
На дорогах с более высоким уровнем интенсивности движения транспортных средств меньше неравномерность движения и стабильнее интенсивность в пиковые периоды.
Для двухполосных дорог с встречным движением общую интенсивность характеризуют обычно суммарным значением встречных потоков, так как условия движения и, в частности, возможность обгонов определяются загрузкой обеих полос. Если же дорога имеет разделительную полосу и встречные потоки изолированы друг от друга, то суммарная интенсивность встречных направлений не определяет условия движения, а характеризует лишь суммарную работу дороги как сооружения. Для таких дорог интенсивность движения в каждом направлении имеет самостоятельное значение.
Во многих случаях, особенно при решении вопросов регулирования движения в городских условиях, важна не только суммарная интенсивность потока по данному направлению, но также интенсивность, приходящаяся на одну полосу, или так называемая удельная интенсивность движения М а. Если известно конкретное распределение интенсивности движения по полосам и оно существенно неравномерно, то в качестве расчетной интенсивности М а можно принять интенсивность движения по наиболее загруженной полосе.
Временной интервал t i между следующими друг за другом по одной полосе транспортными средствами является показателем, обратным интенсивности движения. Математическое ожидание E(t i) определяется зависимостью E(t i) = 3600/M а. Если интервал t i между следующими друг за другом по полосе автомобилями более 10 с, то их взаимное влияние является относительно слабым и условия движения характеризуются как "свободные". Более детально стохастический процесс распределения автомобилей в транспортном потоке и временных интервалов между ними рассмотрен в подразделе 2.4.
Состав транспортного потока характеризуется соотношением в нем транспортных средств различного типа. Этот показатель оказывает значительное влияние на все параметры дорожного движения. Вместе с тем состав транспортного потока в значительной степени отражает общий состав парка автомобилей в данном регионе. Так, на дорогах США и многих западных стран преобладают легковые автомобили, которые составляют 80 – 90% общей численности парка. По мере роста автомобилизации и увеличения доли легковых автомобилей в парке нашей страны она будет увеличиваться и в транспортном потоке. Во многих случаях эта доля достигает уже 70 – 90%.
Состав транспортного потока влияет на загрузку дорог (стесненность движения), что объясняется прежде всего существенной разницей в габаритных размерах автомобилей. Если длина легковых автомобилей 4 – 5 м, грузовых 6 – 8 м, то длина автобусов достигает 11 м, а автопоездов 24 м. Сочлененный автобус (троллейбус) имеет длину 16,5 м. Однако разница в габаритных размерах не является единственной причиной необходимости специального учета состава потока при анализе интенсивности движения.
При движении в транспортном потоке важна разница не только в статическом, но и в динамическом габарите автомобиля , который зависит в основном от времени реакции водителя и тормозных качеств транспортных средств. Под динамическим габаритом L д (рис. 2.4) подразумевается участок дороги, минимально необходимый для безопасного движения в транспортном потоке с заданной скоростью автомобиля, длина которого включает длину автомобиля l а и дистанцию d , называемую дистанцией безопасности .
Существуют три принципиально отличающихся подхода к расчетному определению L д, предлагаемых различными авторами (см. подраздел 2.4).
Таблица 2.1
Тормозные качества автомобилей различных типов в эксплуатации существенно отличаются. Эта разница подтверждается требованиями к эффективности торможения (табл. 2.1), установленными ГОСТ 25478–91 «Автотранспортные средства. Требования к техническому состоянию по условиям безопасности движения. Методы проверки».
В табл. 2.2 приведена полная классификация автотранспортных средств, установленная КВТ ЕЭК ООН.
Фактический динамический габарит автомобиля зависит также от обзорности, легкости управления, маневренности автомобиля, которые влияют на дистанцию, избираемую водителем. При этом следует обратить внимание на следующее обстоятельство. При колонном движении легковых автомобилей каждый водитель, благодаря большой поверхности остекления, а также небольшим габаритам впереди идущих автомобилей, может достаточно хорошо видеть и прогнозировать обстановку впереди нескольких автомобилей. В то же время, если перед легковым автомобилем движется грузовой автомобиль или автобус, то водитель легкового автомобиля лишен возможности оценивать и прогнозировать обстановку впереди, и его действия по управлению становятся менее уверенными. В этом случае из-за невозможности достаточного прогнозирования обстановки впереди резко возрастает опасность при обгоне, а также в случае экстренной остановки автомобилей, движущихся в плотной колонне.
При обследованиях транспортных потоков большой интенсивности определенную трудность представляет задача точного определения грузоподъемности каждого грузового автомобиля. Поэтому можно прибегнуть к упрощенному методу учета этой категории транспортных средств и принять для всех грузовых автомобилей грузоподъемностью 2 – 8 т обобщенный коэффициент 2.
При описании характеристик транспортного потока, как в письменной форме, так и в виде графиков, следует обратить внимание на необходимость указывать соответствующую размерность в физических единицах (авт/ч) или в приведенных (ед/ч).
Таблица 2.2
Для решения практических задач ОДД могут быть использованы рекомендации по выбору значений К пр, содержащиеся в отечественных нормативных документах:
С помощью коэффициентов приведения можно получить показатель интенсивности движения в условных приведенных единицах, ед/ч
,
где N i – интенсивность движения автомобилей данного типа; K npi – соответствующие коэффициенты приведения для данной группы автомобилей; n – число типов автомобилей, на которые разделены данные наблюдений.
Исследования показывают, что используемые коэффициенты приведения являются приближенными и для современных моделей автомобилей завышенными. Опыт исследований K пр показывает, что при более детальном подходе к роли коэффициента приведения его значения необходимо дифференцировать также в зависимости от уровня скоростного режима и профиля дороги.
Плотность транспортного потока q a является пространственной характеристикой, определяющей степень стесненности движения на полосе дороги. Ее измеряют числом транспортных средств, приходящихся на 1 км протяженности дороги. Предельная плотность достигается при неподвижном состоянии колонны автомобилей, расположенных вплотную друг к другу на полосе. Для потока современных легковых автомобилей теоретически такое предельное значение q max составляет около 200 авт/км. Практические исследования на кафедре организации и безопасности движения МАДИ показали, что этот показатель колеблется в пределах 170-185 авт/км. Это объясняется тем, что водители не подъезжают при заторе вплотную к переднему автомобилю. Естественно, что при предельной плотности движение невозможно даже при централизованном автоматическом управлении автомобилями, так как отсутствует дистанция безопасности. Плотность q max вместе с тем имеет значение как показатель, характеризующий структуру (состав) транспортного потока. Наблюдения показывают, что при колонном движении легковых автомобилей с малой скоростью плотность потока может достигать 100 авт/км. При использовании показателя плотности потока необходимо учитывать коэффициент приведения для различных типов транспортных средств, так как в противном случае сравнение q a для различных по составу потоков может привести к несопоставимым результатам. Так, если принять, что на дороге движется колонна автобусов с плотностью 100 авт/км (возможной для легковых автомобилей), то фактическая длина такой колонны вместо 1 км практически составит 2,0–2,5 км. Если же учесть рекомендуемое значение К пр для автобусов, равное 2,5, то максимальная плотность движения колонны автобусов в физических единицах может составить 40 автобусов на 1 км, что является реальным.
Чем меньше плотность потока, тем свободнее себя чувствуют водители, тем выше скорость, которую они выбирают. Наоборот, по мере повышения q а , т. е. стесненности движения, от водителей требуется повышение внимательности, точности действий. Кроме того, повышается их психическая напряженность. Соответственно увеличивается вероятность ДТП вследствие ошибки, допущенной одним из водителей, или отказа автомобиля.
В зависимости от плотности потока движение по степени стесненности подразделяют на свободное, частично связанное, насыщенное, колонное .
Численные значения q а в физических единицах (автомобилях), соответствующих этим состояниям потока, весьма существенно зависят от параметров дороги и в первую очередь от ее плана и профиля, коэффициента сцепления φ, а также состава потока по типам транспортных средств, что, в свою очередь, влияет на выбираемую водителями скорость.
Скорость движения v a является важнейшим показателем, так как представляет целевую функцию дорожного движения. Наиболее объективной характеристикой процесса движения транспортного средства по дороге может служить график изменения его скорости на протяжении всего маршрута движения. Однако получение таких пространственных характеристик для множества движущихся автомобилей является сложным, так как требует непрерывной автоматической записи скорости на каждом из них. В практике организации движения принято оценивать скорость движения транспортных средств мгновенными ее значениями v a , зафиксированными в отдельных типичных сечениях (точках) дороги.
Скорость сообщения v c является измерителем быстроты доставки пассажиров и грузов и определяется как отношение расстояния между пунктами сообщения ко времени нахождения транспортного средства в пути (времени сообщения). Этот же показатель применяется для характеристики скорости движения автомобилей по отдельным участкам дорог.
Темп движения является показателем, обратным скорости сообщения, и измеряется временем в секундах, затрачиваемым на преодоление единицы длины пути в километрах. Этот измеритель весьма удобен для расчетов времени доставки пассажиров и грузов на различные расстояния. Мгновенная скорость транспортного средства и соответственно скорость сообщения зависят от многих факторов и подвержены значительным колебаниям.
Скорость одиночно движущегося автомобиля в пределах его тяговых возможностей определяет водитель, являющийся управляющим звеном в системе ВАДС. Водитель постоянно стремится выбрать наиболее целесообразный режим скорости исходя из двух главных критериев – минимально возможной затраты времени и обеспечения безопасности движения. В каждом случае на выбор скорости водителем оказывают влияние его квалификация, психофизиологическое состояние, цель движения, условия его организации. Так, исследования, проведенные в одинаковых дорожных условиях на одном типе автомобилей, показали, что средняя скорость движения автомобиля у разных водителей высокой квалификации может колебаться в пределах ± 10 % от среднего значения. У малоопытных водителей эта разница больше.
Рассмотрим влияние параметров транспортных средств и дороги на скорость движения. Верхний предел скорости автомобиля определяется его максимальной конструктивной скоростью v max , которая зависит, главным образом, от удельной мощности двигателя. Максимальная скорость v max , км/ч, современных автомобилей колеблется в широких пределах в зависимости от их типа и примерно составляет:
Легковые автомобили большого и среднего классов........ 200
То же малого класса 160
Грузовые автомобили средней грузоподъемности............ 100
То же большой грузоподъемности и автопоезда.............. 90
Опыт показывает, что водитель ведет автомобиль с максимальной скоростью лишь в исключительных случаях и кратковременно, так как это сопряжено с чрезмерно напряженным режимом работы агрегатов автомобиля; кроме того, имеющиеся на дороге даже незначительные подъемы требуют для поддержания стабильной скорости запаса мощности. Поэтому даже при благоприятных дорожных условиях водитель ведет автомобиль с максимальной скоростью длительного движения или крейсерской скоростью . Крейсерская скорость для большинства автомобилей составляет (0,75÷0,85) v max .
Однако реальные дорожные условия вносят существенные поправки в фактический диапазон наблюдаемых скоростей движения. Уклоны, криволинейные участки и неровности покрытия дороги вызывают снижение скорости как из-за ограниченности динамических свойств автомобилей, так и, главным образом, в связи с необходимостью обеспечения их устойчивости на дороге. Эти объективные факторы особенно сказываются на скорости наиболее быстроходных автомобилей. Как показывают наблюдения, фактический диапазон мгновенных скоростей свободного движения автомобилей на горизонтальных участках некоторых магистральных улиц и дорог нашей страны составляет 50 – 120 км/ч, несмотря на установленные Правилами ограничения. Эти цифры не относятся к дорогам, не имеющим надлежащего покрытия или с разрушенным покрытием, где скорость может понизиться до 10 – 15 км/ч.
Существенное влияние на скорость движения оказывают те элементы дорожных условий, которые связаны с особенностями психофизиологического восприятия водителя и уверенностью управления. Здесь вновь необходимо подчеркнуть неразрывность элементов системы ВАДС и решающее влияние водителей на характеристики дорожного движения.
Важнейшими факторами, оказывающими влияние на режимы движения через восприятие водителя, являются расстояние (дальность) видимости S В на дороге и ширина полосы В д, т. е. "коридора", выделенного для движения автомобилей в один ряд. Под расстоянием видимости понимается протяженность участка дороги перед автомобилем, на котором водитель в состоянии различить поверхность дороги. Расстояние S B определяет возможность для водителя заблаговременно оценивать условия движения и прогнозировать обстановку. Обязательным условием безопасности движения является превышение расстояния S B над значением остановочного пути S o данного транспортного средства в любых конкретных дорожных условиях: S B > S o .
При малой дальности видимости водитель лишается возможности прогнозировать обстановку, испытывает неуверенность и снижает скорость автомобиля. Примерные значения снижения скорости движения Δv по сравнению со скоростью, которая обеспечивается при дальности видимости 700 м и более, следующие:
Ширина полосы движения, предназначенная для движения автомобилей в один ряд и выделенная обычно продольной разметкой, определяет требования к траектории движения автомобиля. Чем меньше ширина полосы, тем более жесткие требования предъявляются к водителю и тем больше его психическое напряжение при обеспечении точного положения автомобиля на дороге. При малой ширине полосы, а также при встречном разъезде на узкой дороге водитель под воздействием зрительного восприятия снижает скорость.
На основании исследований на дорогах профессором Д. П. Великановым получена зависимость, характеризующая приближенно связь между скоростью и необходимой шириной полосы дороги,
где b а – ширина автомобиля, м; 0,3 – дополнительный зазор, м.
По аналогии с понятием "динамического габарита" автомобиля показатель В д можно назвать "динамической шириной" транспортного средства ("динамическим коридором"), так как для уверенного движения со скоростью v a водитель должен располагать примерно таким свободным "коридором" движения. В этой зависимости можно еще раз проследить связи компонентов комплекса ВАДС в дорожном движении. В формуле (2.1) В д представляет собой элемент дороги (Д), b а – характеристику автомобиля (элемент А), коэффициент 0,015 отражает психофизиологические свойства водителя и ходовые свойства автомобиля (подсистему ВА).
Согласно приведенной зависимости, скорость, с которой водитель средней квалификации длительно и уверенно может вести автомобиль, ориентировочно составляет: при управлении легковым автомобилем и ширине полосы 3 м около 65 км/ч, а при ширине полосы 3,5 м около 90 км/ч; при управлении автомобилем с габаритной шириной 2,5 м и ширине полосы 3,5 м около 50 км/ч.
Однако это не исключает того, что некоторые водители не могут достаточно точно и своевременно оценить изменение расстояния видимости или ширины полосы движения и правильно выбрать скорость. Поэтому в условиях ограниченной видимости и малой ширины полосы движения более часто происходят ДТП.
На основе исследований НИиПИ Генплана г. Москвы были разработаны рекомендации желательных значений ширины полосы движения на прямолинейных участках городских дорог (табл. 2.3)
На фактическую скорость движения автомобилей оказывают влияние также и другие причины и особенно существенные – метеорологические условия, а в темное время суток – освещение дороги. Таким образом, скорость свободного движения является случайной величиной и для потока однотипных автомобилей в заданном сечении дороги характеризуется обычно нормальным законом распределения или близким к нему (рис. 2.5).
Чем лучше дорожные и метеорологические условия, тем больше амплитуда колебаний скоростей автомобилей различных типов, что обусловлено их скоростными и тормозными качествами, а также и характеристикой водителей.
Таблица 2.3
Влияние рассмотренных факторов на скорость движения проявляется в условиях свободного движения транспортных средств, т. е. когда интенсивность и плотность движения относительно невелики и не ощущается взаимное стеснение движения. При повышении плотности транспортного потока возникает стеснение движения, и скорость падает. Влияние интенсивности движения транспортного потока на скорость автомобилей исследовалось многими зарубежными и отечественными учеными. Выведены различные корреляционные уравнения этой зависимости, которые имеют общий вид:
где v ac – скорость свободного движения автомобиля на данном участке дороги, км/ч; k – корреляционный коэффициент снижения скорости движения в зависимости от интенсивности транспортного потока.
Более подробно взаимосвязь основных параметров движения рассматривается в подразделе 2.3.
Задержки движения являются показателем, на который должно быть обращено особое внимание при оценке состояния дорожного движения. К задержкам следует относить потери времени на все вынужденные остановки транспортных средств не только перед перекрестками, железнодорожными переездами, при заторах на перегонах, но также из-за снижения скорости транспортного потока по сравнению со сложившейся средней скоростью свободного движения на данном участке дороги.
где v ф и v p – соответственно фактическая и принятая расчетная (или оптимальная) скорости, м/с; dl – элементарный отрезок дороги, м.
В качестве расчетной скорости для городской магистрали можно принять разрешенный Правилами дорожного движения Российской Федерации предел скорости (например, 60 км/ч). Исходными для определения задержки могут быть приняты нормативная скорость сообщения или нормативный темп движения для данного типа дороги, если таковые будут установлены. Так, если на дороге v p = 60 км/ч, что соответствует темпу движения без задержек 60 с/км, а установленная опытной проверкой v ф = 30 км/ч (темп движения – 120 с/км), то потери времени каждым автомобилем в потоке – 60 с/км. Если длина l рассматриваемого участка магистрали равна, например, 5 км, условная задержка каждого автомобиля составит 5 мин.
Общие потери времени для транспортного потока
где t Δ – средняя суммарная задержка одного автомобиля, с; Т – продолжительность наблюдения, ч.
Задержки транспортных средств на отдельных узлах или участках УДС могут быть также оценены коэффициентом задержки К 3 , характеризующим степень увеличения фактического времени нахождения в пути t ф по сравнению с расчетным t р. Коэффициент задержки K 3 = t ф / t p . Задержки движения в реальных условиях можно разделить на две основные группы: на перегонах дорог и на пересечениях. Задержки на перегонах могут быть вызваны маневрирующими или медленно движущимися транспортными средствами, пешеходным движением, помехами от стоящих автомобилей, в том числе при погрузочно-разгрузочных операциях, а также заторами, связанными с перенасыщением дороги транспортными средствами.
Задержки на пересечениях обусловлены необходимостью пропуска транспортных средств и пешеходов по пересекающим направлениям на нерегулируемых перекрестках, простоями при запрещающих сигналах светофоров.
Транспортный поток - это совокупность транспортных средств, движущихся по проезжей части дороги.
Наиболее востребованными и часто применяемыми характеристиками транспортного потока являются интенсивность, скорость движения, плотность потока, его состав по типам транспортных средств.
Интенсивность движения N a - число ТС проходящих через сечение дороги за 1 времени.
Определение интенсивности движения составляет основу оценки состояния транспортного потока.
Интенсивность движения является главным показателем при определении уровня загруженности различных дорог.
При изучении интенсивности движения определяют такой параметр, как неравномерность транспортного потока - его распределение по времени и направлениям.
Интенсивность движения меняется по времени суток, дням недели и месяцам года.
При расчетах обычно пользуются данными об интенсивности движения в часы пик и среднесуточной интенсивности движения за год.
Плотность транспортного потока является пространственной характеристикой, определяющей степень стесненности движения на полосе дороги. Ее измеряют числом транспортных средств, приходящихся на 1 км протяженности дороги.
Предельная плотность транспортного потока достигается при неподвижном состоянии колонны транспортных средств, расположенных вплотную друг к другу на полосе.
Предельное значение плотности транспортного потока q m ах составляет 170 - 200 авт./км в зависимости от состава транспортного потока.
При разных значениях плотности движения могут складываться разные уровни эксплуатационных условий по степени стесненности. В зависимости от плотности транспортного потока движение по степени стесненности подразделяют на свободное , частично связанное , насыщенное и колонное .
Скорость движения υ a является важнейшим показателем транспортного потока,
так как цель всех мероприятий по организации дорожного движения - обеспечение скорости транспортного потока, наиболее приближенной к максимально возможной из условий безопасности дорожного движения.
В практике организации дорожного движения в зависимости от методов измерения и расчета рассматривают:
мгновенную скорость движения υ a - скорость, фиксируемую в отдельных типичных сечениях (точках) дороги. Именно мгновенная скорость движения в значительной степени влияет на безопасность движения, поскольку определяет кинетическую энергию автомобиля, т. е. его тормозной путь и время, которое имеется у водителя для оценки опасной ситуации;
максимальную скорость движения υ м - наибольшую мгновенную скорость движения, которую может развить транспортное средство. Для дорожного движения большое значение имеет максимальная скорость движения транспортного средства, которая ниже разрешенной. Такие транспортные средства становятся препятствием для нормального движения транспортного потока;
крейсерскую скорость движения υ к - скорость, с которой водитель стремится ехать в данных условиях. Если транспортный поток движется более медленно или более быстро, водитель испытывает дискомфорт. В зависимости от типа личности водитель быстрее ощущает усталость, становится невнимательным или раздражительным;
скорость сообщения υ с - скорость, которая является измерителем времени доставки пассажиров и грузов. Скорость сообщения определяется как отношение расстояния между точками сообщения ко времени нахождения транспортного средства в пути (времени сообщения). Этот же показатель применяется для характеристики скорости движения по отдельным участкам дорог.
Принятие решений по организации дорожного движения и перевозок, планированию работы транспортных систем, оценка эффективности функционирования улично-дорожной сети возможны только на основе изучения параметров транспортных потоков и зависимостей между ними в конкретных условиях. Поэтому сбор и обработка информации о зависимостях между основными характеристиками транспортных потоков - интенсивностью, плотностью и скоростью - является существенной частью деятельности по организации дорожного движения Сводная таблица основных параметров дорожного движения приведена в таблице 6.1.
Таблица 6.1.
Интенсивность движения q (x,t 1 ,t 2) - это количество транспортных средств, проходящих через какое-либо сечение или отрезок дороги за единицу времени (рис. 6.1). Наиболее часто в качестве промежутка времени принимается один час, и, соответственно, интенсивность движения определяется как авт/час . При решении некоторых задач используется информация о суточной и среднегодовой интенсивности движения.
Одной из основных особенностей изменения интенсивности движения является ее неравномерность во времени и пространстве. Распределение интенсивности движения по временным периодам определяется целями поездок и их частотой. Пространственное распределение интенсивности движения связано с распределением грузо - и пассажирообразующих пунктов, их концентрацией и мощностью.
Рис. 6.1. Схем движения транспортных средств на участке Х 1 Х 2 в течение времениt 1 ; t 2 .
Факторы, влияющие на формирование потребности в поездках, в значительной степени подвержены воздействию случайной составляющей, соответственно, случайным образом происходит и изменение интенсивности движения. Поэтому наиболее надежным методом оценки транспортной нагрузки является систематическое измерение интенсивности движения на дорожной сети.Важнейшей информацией, которой руководствуются при организации дорожного движения, являются сведения о пиковых нагрузках. Изменение интенсивности движения в течение суток характеризуется прежде всего наличием утреннего и вечернего часов пик. В течение этих периодов времени отмечается высокая транспортная нагрузка, которая создает значительные проблемы участникам дорожного движения. Во время часа пик транспортная нагрузка составляет около 15 % суточной. Типичный график изменения интенсивности движения в течение суток приведен на рис. 6.2.
Рис. 6. 3. Выделение пикового периода времени
Анализ изменения транспортной нагрузки показывает, что, вследствие неравномерности изменения интенсивности движения, внутри часа пик возможно существование периодов времени, в которые интенсивность превышает среднепиковые нагрузки Поэтому интенсивность движения в час пик рекомендуется анализировать по пятиминутным периодам В этом случае выделяют пиковый период - непрерывный интервал времени, в течение которого пятиминутные интенсивности движения превышают среднюю для всего часа пик интенсивность (рис. 6.3).В данном примере интенсивность движения в 15-минутный период пик на 20% превышает среднюю интенсивность за час пик. Игнорирование этого фактора может привести к ошибочным решениям при разработке схем организации дорожного движения.
Сезонные колебания интенсивности движения способствуют формированию плотных транспортных потоков в летний период времени.
Пространственные колебания интенсивности движения проявляются в разном уровне транспортной нагрузки на различных участках улично-дорожной сети.
(6.1)
Так, например, коэффициент годовой неравности
(6.2)
Где 12 – число месяцев в году, q i – интенсивность движения за рассматриваемый месяц.
Интенсивность движения оказывает влияние на транспортные затраты (рис. 6.4).
Состав транспортного потока существенным образом влияет на условия и режимы движения автомобилей. Оценка состава транспортного потока осуществляется, в основном, по процентному составу или доле транспортных средств различных типов. Объективная оценка уровня транспортной нагрузки, сравнение уровня загрузки различных магистралей могут быть произведены только с учетом состава транспортного потока.
Влияние состава потока на другие характеристики дорожного движения обусловлено многими факторами. Во многом это происходит вследствие различия динамических и тормозных качеств легковых и грузовых автомобилей. На рис. 6. 5 приведены нормативные данные о длине тормозного пути для грузовых и легковых автомобилей. В процессе эксплуатации эти различия становятся еще более ощутимыми. Поэтому в смешанном транспортном потоке повышается вероятность возникновения потенциально опасных ситуаций.
Более низкая скорость движения грузовых автомобилей по сравнению с легковыми вынуждает водителей легковых автомобилей совершать обгоны для поддержания приемлемого для них скоростного режима. Маневрирование осуществляется в условиях ограниченной видимости при следовании легкового автомобиля за грузовым и также повышает риск попадания в ДТП.
Все эти аспекты обусловили необходимость применения коэффициентов приведения к условному легковому автомобилю. Определение значений коэффициентов приведения базируется на сравнении динамических габаритов различных типов транспортных средств Динамическим габаритом автомобиля Dназывается отрезок полосы дороги, включающий длину автомобиля и дистанцию, необходимую для безопасного следования за впереди идущим автомобилем (рис. 6.6).
В соответствии со СНиП 2 05-85 значения коэффициентов приведения к условному легковому автомобилю следует принимать
Рис. 6.4. Изменение затрат С на пробег в зависимости от интенсивности q движения: 1 - легковой автомобиль; 2 - грузовой автомобиль; 3 – автопоезд.
Рис. 6.6. Динамический габарит автомобиля
Рис. 6.5. Нормативные значения тормозного пути легковых и грузовых автомобилей в зависимости от скорости
|
легковые автомобили | |
|
грузовые автомобили грузоподъемностью: | |
|
от 2 до 6 т | |
|
от 6 до 8 т | |
|
от 8 до 14 т | |
|
свыше 14 т | |
|
автопоезда грузоподъемностью до 12 т | |
|
автопоезда грузоподъемностью от 12 до 20 т | |
|
автобусы | |
|
троллейбусы | |
|
сочлененные автобусы и троллейбусы |
Расчет интенсивности движения в приведенных единицах производится по формуле
где q пр - интенсивность движения в приведенных единицах,q i - интенсивность движения автомобилейi -го типа,К пр i - коэффициент приведения автомобилейi - го типа
Важность использования коэффициентов приведения при решении практических задач организации дорожного движения видна на примере анализа транспортной нагрузки на двух участках дорог. На первом участке при суммарной интенсивности движения 500 авт/ч распределение автомобилей по типам имеет следующий вид легко вые - 400, грузовые грузоподъемностью до 2 т - 80, автобусы - 20 На другом участке при той же интенсивности движения 500 авт/ч состав потока отличается: легковые - 200, грузовые до 2 т - 100, грузовые от 2 до 6 т - 100, автопоезда до 12 т - 60, автобусы - 40. С учетом состава потока интенсивность движения в приведенных единицах на первом участке составляет 570 авт/ч,на втором - 760 авт/ч.
В зависимости от преобладания в потоке того или иного типа транспортного средства условно транспортный поток относят к одной из трех групп: смешанный поток (30-70% легковых автомобилей, 70-30% грузовых автомобилей), преимущественно грузовой (более 70% грузовых автомобилей), преимущественно легковой (более 70 % легковых автомобилей)
Плотность транспортного потока k (х 1 , x 2 , t ) определяется числом транспортных средств, приходящихся на 1 км полосы дороги. Единица измерения плотности транспортного потока - авт/км. С увеличением плотности транспортного потока сокращается дистанция между автомобилями, снижается скорость движения, увеличивается напряженность труда водителя, ухудшаются условия движения. Максимальная плотность транспортного потока достигается в заторовых ситуациях. Численные значения максимальной плотности определяются составом потока. Для смешанного состава транспортного потока она составляет около 100 авт/км, для преимущественно легковых автомобилей - до 150 авт/км.
Основные трудности использования информации о плотности транспортного потока связаны со сложностью непосредственного измерения этого параметра дорожного движения.
В организации дорожного движения в зависимости от методов измерения и расчета сложилась определенная терминология при характеристике скорости.
Временная (мгновенная) скорость - скорость транспортного средства в каком-либо сечении дороги. Измерение мгновенной скорости не представляет трудностей, т к. при этом используются разнообразные средства измерений: секундомер, фиксирующий прохождение мерного участка; видеокамера; радар; транспортный детектор. Кроме того, для получения достоверных результатов можно замерить скорости множества автомобилей в транспортном потоке. Поэтому мгновенная скорость наиболее широко применяется в практической деятельности по организации дорожного движения.
Пространственная скорость оценивает изменение скоростного режима по длине магистрали. Наиболее полно характеризует условия движения на улично-дорожной сети. Однако подобную информацию можно получить только в процессе непрерывной записи скорости с использованием дорожно - исследовательской лаборатории. Достоверность результатов измерений обеспечивается многократным проездом по исследуемой магистрали.
Скорость движения оценивается только с учетом времени движения автомобиля по улично-дорожной сети.
Скорость сообщения определяется с учетом задержек при движении.
На основе данных о скорости транспортного потока можно определить такой удельный показатель, как темп движения - величину, обратную скорости сообщения. Темп движения оценивает время прохождения единицы длины маршрута и предоставляет наглядную информацию об условиях организации движения и перевозок.
В общем виде соотношение между интенсивностью, плотностью и скоростью описывается основным уравнением транспортного потока:
где q- интенсивность движения, k - плотность транспортного потока, v - скорость транспортного потока.
Соответствующие графики приведены на рис. 6.7.
График зависимости между интенсивностью и плотностью обычно называют основной диаграммой транспортного потока. На этом графике прослеживаются основные закономерности изменения состояния транспортного потока. Первая граничная точка соответствует нулевой интенсивности и плотности и характеризует свободные условия движения. Первоначально увеличение плотности вызывает возрастание интенсивности движения, и этот процесс продолжается до достижения пропускной способности дороги. Дальнейшее увеличение плотности приводит к значительному ухудшению условий движения, возникновению заторовых ситуаций, снижению интенсивности движения. Вторая граничная точка соответствует полной остановке движения при максимальной плотности и нулевой интенсивности.
Рис. 6.7. Зависимости между интенсивностью, плотностью и скоростью.
Исходя из основного уравнения транспортного потока, тангенс угла наклона радиус-вектора, проведенного из начала координат основной диаграммы к какой-либо точке графика (в данном случае точка 1), показывает скорость движения при данной интенсивности и плотности.
Задержки движения характеризуются потерей времени при прохождении транспортным средством заданного участка со скоростью сообщения ниже оптимальной:
где v ф;v о - соответственно фактическая и оптимальная скорости сообщения.
Оптимальной скоростью в данном случае следует считать скорость сообщения, обеспечивающую минимум потерь времени, топлива, расходов, связанных с износом автомобиля, потерь от ДТП и т. д. Ввиду трудности определения истинного значения оптимальной скорости в практике организации движения условно в качестве оптимальной принимают разрешенную (расчетную по условию безопасности) скорость на данном участке дороги.
Потери времени транспортного потока
где q - суммарная интенсивность движения.
Различают задержки на перегонах и пересечениях. Задержки на перегонах являются результатом маневрирования, наличия в потоке автомобилей, движущихся с малыми скоростями, движения пешеходов, остановок и стоянок транспортных средств, перенасыщенности потока. Задержки на пересечениях являются результатом необходимости пропуска транспортных и пешеходных потоков по пересекающимся направлениям.
В совокупности все эти зависимости позволяют прогнозировать изменение состояния транспортного потока и пропускной способности при планировании мероприятий по совершенствованию организации дорожного движения и развитию улично-дорожной сети
Из кн. Коноплянко В. И., Гуджоян О. П ., Зырянов В. В., Березин А. С. « Безопасность движения». Учебное пособие. Кемерово 1998 г.
6. 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОДД
Технические средства организации дорожного движения (ТСОДД) предназначены для регулирования движения транспортных и пешеходных потоков. Регулирование (от латинского regula - норма, правило) ДД – это поддержание на определенном уровне показателей пешеходных и транспортных потоков, с целью обеспечения эффективности и безопасности дорожного движения.
По назначению ТС делятся на:
Средства информирования участников движения (светофоры, дорожные знаки и указатели, дорожная разметка, направляющие устройства);
Устройства, обеспечивающие нормальное функционирование средств информации (контролеры, детекторы, устройства обработки и передачи информации, средства диспетчерской связи, ЭВМ и т. д.);
Рассматривая средства информирования с позиций основного ее пользователя - водителя, можно условно разделить их по формированию знаний и месту получения .
С позиций формирования знаний информация может быть классифицирована следующим образом (рис 6. 1):
Априорная (опытная) профессиональная информация, формирующая знания законов дорожного движения, навыки по управлению транспортным средством и т. п. Ее формирование происходит в процессе обучения и всего последующего профессионального опыта;
Макроинформация, формирующая знания о направлении движения для достижения цели поездки,
Микроинформация, формирующая знания о выборе водителем оперативного режима движения.
По месту получения информация может быть при дорожном и внедорожном движении (см. рис. 6. 1).
Роль внедорожной информации в эффективности и безопасности движения заключается, прежде всего, в создании и повышении уровня априорной информации.
Макроинформация. Узким местом в ОДД в настоящее время является низкое информационное обеспечение участников дорожного движения средствами управления и организации дорожного движения.
Макроинформация формирует знания водителей о направлении движения. Недостаток или полное отсутствие такого вида информации приводит к ряду негативных последствий.
По зарубежным данным, в Великобритании из-за неудовлетворительного размещения дорожных знаков, недостатков дорожного освещения и прочего происходит 28% всех ДТП, перепробег автомобилей, вызванных ошибками водителей при выборе направления движения, составляет 4 - 6, 5% от общего пробега, дополнительные затраты топлива при этом составляют около 1100 млн. литров в год. По предварительным экономическим оценкам разрабатываемая система информирования водителей (ориентирование, сведения о метеорологических условиях, опасных зонах по ходу движения и т. д.) в Великобритании сэкономит около 2 млрд. ф. ст. в год. Таким образом, проблема совершенствования информационного обеспечения дорожного движения представляется актуальной и ее решение позволит существенно снизить суммарные потери автомобильного транспорта.
Макроинформацию, являющуюся управляющей по своей природе, можно разделить на два вида: ориентирование и указание. Появившиеся в последнее время автомобильные навигационные системы относятся к классу информирующих и ориентирующих систем, представляющих собой автоматизированные персональные системы, помогающие конкретным водителям в выборе наиболее оптимального маршрута. Заполнение западного рынка такими системами идет довольно высокими темпами и ожидается, что к 2000 г. уже на 10 млн. автомобилей будут установлены такие навигационные системы.
Прогресс в радиоэлектронике, вычислительной технике и информатике обеспечил достаточно широкое развитие информационно-навигационных систем на автомобильном транспорте. Автомобильные навигационные системы, позаимствовавшие свое название из морской и авиационной терминологии, можно отнести к следующему поколению автоматизированных систем управления движением (АСУД). Их применение позволяет снизить время и стоимость поездки и, кроме того, дает возможность водителю оперативно корректировать свой маршрут.
Подобные системы построены по следующему логическому алгоритму:
1) определение пространственной координаты данного ТС на дорожной сети в данный момент времени;
2) определение маршрута движения ТС от места нахождения до места назначения и доведение этого маршрута до водителя;
3) обеспечение пользователя, находящегося в ТС, возможностью передачи и приема информации с отображением на дисплее (или в другом виде).
Использование навигационных систем должно рассматриваться как ресурсосберегающий фактор на автомобильном транспорте. Эффективность применения таких систем состоит в минимизации прежде всего времени поездки, экономии топлива, снижении уровня загрязнения окружающей среды, амортизационных расходов и уменьшении психофизиологического напряжения водителей.. Распространение автомобильной навигации в массовом масштабе позволит обеспечить оптимальное распределение транспортных потоков по улично-дорожной сети и повысить безопасность движения.
При постоянно возрастающей интенсивности дорожного движения и выпуске моделей автомобилей со все более нарастающими динамическими характеристиками возникает проблема совершенствования систем обеспечения безопасности и снижения экономических потерь дорожного движения Один из возможных путей решения этой проблемы состоит в совершенствовании системы дорожной информации.
В последние годы за рубежом наметилась тенденция к введению в систему информации дорожного движения элементов, предназначенных для передачи участникам дорожного движения сведений, необходимых при планировании и выборе маршрута следования. Иными словами, информации, обеспечивающей ориентирование участников движения.
Водители сейчас имеют широкий доступ к различным источникам информации, которые помогают им достичь пункта назначения кратчайшим и безопаснейшим путем. Диапазон этих средств достаточно велик - от печатных материалов, таких как карты, до сводок о дорожной обстановке, передаваемых по радио. Сюда же относятся и дорожные указатели направлений движения.
До сих пор такие средства помощи большей частью служили лишь дополнительными удобствами для водителей, т. к. было возможно в большинстве случаев добраться до пункта назначения, не прибегая к их помощи. Однако сегодня эта ситуация постоянно меняется в связи с возрастанием числа транспортных средств и увеличением плотности движения. В силу ряда причин, таких как необходимость экономии горючего и времени, информация о дорожной обстановке становится все более актуальной.
Целевой функцией дорожного движения является быстрое, экономичное и безопасное перемещение грузов и пассажиров. Реализация целевой функции возможна при наличии маршрута, соединяющего начальный и конечный пункты поездки. Возможность выбора альтернативных маршрутов подразумевает решение оптимизационной задачи с целью выбора оптимального по заданному критерию маршрута, но недостаточно только рассчитать маршрут, необходимо еще и обеспечить условия его соблюдения, т. к. положительный эффект может быть достигнут только в случае обеспечения движения транспортных средств именно по этим оптимально вычисленным маршрутам. Таким образом, задача указания маршрута движения является логическим завершением поставленной задачи оптимизации.
Отклонение от оптимального маршрута неизбежно приводит к непроизводительным затратам. Зарубежные эксперименты показали, что время, затраченное на передвижение от исходного пункта к заданному при имеющемся информационном обеспечении дорожного движения, может превышать оптимальное более чем в 2 раза, при этом расход топлива на 35%, а пробег автомобилей на 30% и более превышают оптимальное значение (при идеальном маршруте).Причем вероятность отклонения от маршрута увеличивается, если водитель следует по такому пути впервые. В связи с этим, наряду с другими актуальными задачами организации дорожного движения необходимо рассматривать задачу создания системы ориентирования водителей, находящихся на незнакомых маршрутах.
Задачи организации дорожного движения на сегодняшний день усложнились настолько, что эффективное управление им невозможно обеспечить только традиционными элементами системы информации дорожного движения - дорожными знаками и указателями, дорожной разметкой, светофорами и направляющими устройствами. Сказывается, с одной стороны, ограниченность возможности водителя по восприятию дорожной информации ввиду так называемого "дефицита времени", в условиях которого постоянно находится человек, управляющий транспортным средством. С другой стороны, сказываются лимитированные возможности средств информации по видам и, главное, оперативности передаваемой информации.
В условиях усложнения улично-дорожных сетей городов и накладываемой на эти сети системы организации движения для водителя все более необходимой становится возможность получения информации стратегического характера, на основе которой он может оценить и спрогнозировать обстановку на предстоящем пути следования. В этой связи также актуальной становится цель разработки принципов организации системы маршрутного ориентирования и информирования водителей, помогающей им в выборе наиболее оптимального маршрута. Такие системы относятся к классу навигационных систем Их основная цель - минимизация времени и стоимости поездки.
Рис. 6. 1. Классификация средств информации
В настоящее время предпринимаются успешные попытки применения различных методов навигации для использования на автомобильном транспорте. К таким методам относятся:
счислительные (автономные);
радиогониометрические;
инерциальные;
с использованием навигационных маяков;
гиперболические;
разностно-дальномерные.
Последние два метода относятся к спутниковой навигации, в отличие от радиолокационных методов, использующих радиостанции наземного базирования. Классификация методов навигации представлена в виде схемы (рис. 6.2).
Каждый из этих методов имеет свои особенности, вытекающие из сути самих методов.
Рис. 6. 2. Классификация методов навигации
При автономных методах осуществляется определение местоположения (навигация) транспортного средства с учетом счисления пройденного пути и направления движения, исходя из координат известной начальной точки маршрута. Они обеспечивают непрерывную информацию о местоположении объекта, но точность этого указания убывает с увеличением времени движения и пройденного расстояния. Счислительные методы просты и удобны в обслуживании.Радионавигация определяет местоположение транспортного средства по разности расстояний от него до двух пар синхронно работающих наземных радиостанций. Точность системы определяется вероятностью затухания и отражения радиоволн в пространстве и возможными помехами.
Инерциальная навигация основана на использовании гироскопов и акселерометров. Такие системы не просты в обслуживании из-за необходимости поддержания необходимой частоты вращения гироскопов.
Рис. 6. 3. Схема передачи управляющей информации водителю: Д - датчики данных об условиях дорожного движения; БД - сбор данных об условиях движения; ЦУ - центр управления; УИ - управляющая информация, вырабатываемая; ЦУ, А – автомобили.
В методе, основанном на использовании навигационных маяков, эти так называемые "маяки" являются источниками информации, обеспечивающими водителей сведениями о местоположении их автомобилей. Точность такой системы зависит от того, насколько часто расположены маяки. Работа системы не подвержена систематической погрешности, присущей счислительным системам. К их недостаткам относятся: невозможность определения местоположения вне зоны досягаемости маяка; необходимость наличия маяков на каждом перекрестке; система не обладает свойством непрерывности и не может быть использована в масштабе всей территории страны.Спутниковая навигация, являющаяся разновидностью радионавигации, отличается теми же недостатками, что и система навигационных маяков (отсутствие непрерывности слежения при отсутствии контакта со спутником), но позволяет охватывать большие территории (в принципе - весь земной шар) и характеризуется постоянством точности определения местоположения транспортного средства на всем маршруте.
Необходимо отметить, что в настоящее время происходит слияние разных методов навигации для создания систем ориентирования, компенсирующих недостатки каждого метода. Тем самым обеспечивается возможность работы системы в различных условиях.
Основными элементами любой навигационной системы являются датчики навигационной информации, навигационный вычислитель и средства отображения и предоставления полученной информации. Все навигационные системы имеют сходную структуру управления, которую можно описать в виде так называемой "петли управления".
Данные об условиях дорожного движения собираются датчика ми, расположенными вдоль дорог, и обрабатываются в центре управления, который рассчитывает путь проезда автомобиля и передает управляющую информацию водителю. Эта информация различными способами передается на приборы, расположенные в автомобиле. Такая схема управления представлена на рис. 6. 3.
Таким образом, получается замкнутая система управления, состоящая из управляемой системы (автомобиля, а точнее, водителя), управляющей системы (центра управления) и цепей управления (каналов связи или воздействия одной системы на другую). В зависимости от уровня сложности системы некоторые элементы могут не входить в ее состав.
Навигационные системы включают в себя системы коллективного и персонального действия. Коллективное действие означает, что одни и те же сообщения получают все водители, независимо от потребности их в этой информации. Системы же индивидуального действия обеспечивают водителю передачу только тех сообщений, которые он запрашивает.
Техническая реализация этих систем основывается на самых разных принципах механических, электронных, космической связи и т. д.
В соответствии с существующими методами навигации на сегодняшний день можно дать следующую классификацию автомобильных навигационных систем по наличию линий связи автономные системы, системы с односторонней связью, системы с двусторонней связью между бортовым навигационным комплексом автомобиля и центром управления По типу используемых в каждой системе данных их можно разделить на два класса Первый класс - системы, работающие на основе фиксированных (постоянных) данных о дорожной сети, условиях движения и т. д. - класс статических систем Второй класс - системы, располагающие периодически изменяющимися данными, - класс динамических систем.
К автономным системам можно отнести маршрутные компьютеры и системы, использующие счислительный метод навигации В системах с односторонней связью можно выделить два подкласса, обусловленных историческим развитием этой разновидности систем информирования водителей - радиомаяки и радиоинформаторы К этому типу систем относятся также системы диспетчерской связи на городском пассажирском транспорте И, наконец, системы с двусторонней связью представляют собой наиболее сложную систему указания маршрутов движения, использующую стационарные вычислительные центры
Классификацию систем информирования и навигации водите лей можно представить в виде табл. 6. 1. Функции систем разных классов представлены в табл. 6 2
Таблица 7.1.
Классификация навигационных систем по типу используемых данных
|
Статическая |
Фиксированные |
Наличие каналов связи |
||
|
автономные |
односторонние |
двусторонние |
||
|
Маршрутные компьютеры |
Радиомаяки | |||
|
Динамическая |
Переменные |
Радиоинформаторы |
Системы указания маршрутов |
|
