ТЕХНОЛОГИЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИГНАЛАМИ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Лызганов М.С.
В статье рассматривается технологии адаптивного управления сигналами. Общие описание, преимущества над традиционными методами управления и примеры реализации.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Лызганов М.С.
На пути к Интернету вещей в управлении транспортными потоками: обзор существующих методов управления дорожным движением
ПОДХОД К УПРАВЛЕНИЮ ТРАНСПОРТНЫМИ ПОТОКАМИ НА ОСНОВЕ СТАНДАРТА МЭК 61499
Современные методы организации дорожного движения в городах
Методика расчета режимов работы светофорных объектов в условиях насыщенного движения
Оптимизация работы адаптивных светофоров на основе использования машинного зрения
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
ADAPTIVE SIGNAL CONTROL TECHNOLOGY
The article deals with technologies of adaptive signal control. General description, advantages over traditional management methods and examples of implementation
Текст научной работы на тему «ТЕХНОЛОГИЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИГНАЛАМИ»
ТРАНСПОРТ И ДОРОЖНОЕ ДВИЖЕНИЕ
(TRANSPORT & ROAD TRAFFIC)
ассистент кафедры Организации перевозок и дорожного движения Донской государственный технический университет (Россия, г. Ростов-на-Дону)
ТЕХНОЛОГИЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИГНАЛАМИ
Аннотация: в статье рассматривается технологии адаптивного управления сигналами. Общие описание, преимущества над традиционными методами управления и примеры реализации.
Ключевые слова: интеллектуальные транспортные системы, адаптивное управление, организация дорожного движения.
Плохая синхронизация сигналов светофорного регулирования способствует созданию заторовых ситуаций и задержке движения. Обычные системы светофорного регулирования используют заранее запрограммированные ежедневные временно зависимые графики сигнализации. Технология адаптивного управления светофорным объектом регулирует синхронизацию красных, желтых и зеленых сигналов, чтобы приспособиться к изменяющимся схемам движения и уменьшить заторы на дорогах. Основные преимущества технологии адаптивного управления по сравнению с обычными системами заключаются в том, что она может:
— постоянно равномерно распределять время зеленого света для всех транспортных средств;
— понижать задержки в пути за счет организации «зеленой волны»;
— уменьшать заторы, за счет создания более плавного транспортного потока;
— увеличить эффективность синхронизации сигналов светофорного объекта;
— увеличить пропускную способность.
Красный сигнал светофора во многих ситуациях не оправдан. Возможно, второстепенная дорога пуста, но свет оставался красным на главной дороге продолжительное время. Или, возможно, дорога настолько загружена, что вам придется подождать три или более полных цикла, прежде чем вы сможете повернуть налево. Почему светофоры не адаптируются к реальным условиям?
Технологии адаптивного управления сигналами (ASCT) в сочетании с хорошо спроектированной светофорной системой могут это сделать. Получая и обрабатывая данные от стратегических детекторов, ASCT может определить, какие сигналы должны быть красными, а какие — зелеными. ASCT помогает улучшить качество обслуживания на местных дорогах и автомагистралях. Меньше ненужных задержек и движение транспорта становится более быстрым и плавным.
Описание процесса (рис. 1):
1. сначала транспортные детекторы собирают данные;
2. затем оцениваются данные трафика и разрабатываются предложения по улучшению синхронизации сигналов;
3. ASCT реализует обновление сигналов светофорного объекта.
Этот процесс повторяется каждые несколько минут для обеспечения бесперебойного движения транспорта. В среднем ASCT сокращает время в пути более чем на 10 процентов. В областях с особенно устаревшей информацией о фазах светофорного объекта улучшения могут составлять 50 процентов и более.
Более быстрое реагирование на дорожные условия. Традиционный процесс управления светофорными объектами занимает много времени и требует значительных объемов данных о транспортных и пешеходных потоках,
собираемых вручную. Традиционные схемы управления светофорными объектами не учитывают изменчивые и непредсказуемые потребности трафика. Это приводит к жалобам, разочарованию водителей и снижению безопасности. При отсутствии жалоб могут пройти месяцы или годы, прежде чем будут обновлены настройки времени неэффективного светофорного цикла. С помощью ASCT информация собирается и обновление происходит в режиме реального времени.
Особые события, строительство или дорожно транспортные происшествия обычно наносят серьезный ущерб дорожным условиям. Хотя можно учитывать крупномасштабные строительные проекты и регулярные мероприятия, определить их влияние на условия дорожного движения, но это может быть затруднительным. По другим ситуациям, таким как ДТП, невозможно отстроить светофорный цикл.
Рис. 1. Пример реализации ЛБСТ
Снижение затрат. Устаревшая система управления сигналами светофора влечет за собой значительные расходы для предприятий и потребителей. На их
долю приходится более 10 процентов всех задержек и заторов движения только на основных маршрутах. Для потребителей это вызывает чрезмерные задержки и расход топлива. Для предприятий это снижает производительность и увеличивает затраты на рабочую силу.
По данным Техасского транспортного института, заторы на дорогах обходятся в 87,2 миллиарда долларов из-за потраченного впустую топлива и потери производительности. Это составляет 750 долларов на одного пользователя.
Устаревшая система управления светофорами также влияет на затраты. Персонал должен реагировать на жалобы граждан, когда светофоры не соответствуют потребностям пользователей. Персонал собирает данные для специалистов, которые затем анализируют данные и разрабатывают обновленный светофорный цикл используя старую схему, прежде чем разработают свои рекомендации. Поскольку эти специалисты должны моделировать потребности одного перекрестка с требованиями системы, это требует много времени и средств.
В ASCT сбор и анализ данных выполняются автоматически. Для потребителей важнее то, что обновления времени сигнала обновляются по мере возникновения ситуаций, что превышает количество жалоб, которые когда-либо происходили.
Типы ASCT. Внедрение ASCT позволит максимально увеличить пропускную способность существующих систем, в конечном итоге снизив затраты как для пользователей системы, так и для эксплуатационных служб.
Множество вариантов адаптивного управления разработано, и многие другие находятся в разработке. Доступные технологии адаптивного управления включают в себя: технику оптимизации смещения с разделением цикла (SCOOT); Сиднейскую координированную адаптивную систему управления (SCATS); иерархическую оптимизированную эффективную распределенную систему в реальном времени (RHODES); оптимизированные политики для
адаптивного управления (OPAC); «Виртуальный фиксированный цикл» и другие.
InSync, разработанный Rhythm Engineering (Ленекса, Канзас), сочетает в себе стратегию глобальной и локальной методологии оптимизации перекрестков для улучшения прохождения артерий при одновременном сокращении времени простоя боковых улиц и левого поворота. Есть много других существующих и находящихся в разработке.
Зырянов В.В., Сорокин-Урманов С.Е. особенности мониторинга дорожного движения / ДГТУ // Научно-практическая конференция «Строительство и архитектура-2017». — Ростов-на-Дону, 2017. — С. 236-240.
Зырянов, В.В. Управление дорожным движением и перевозки: монография / В.В. Зырянов; М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования «Ростовский гос. строительный ун-т». — Ростов-на-Дону, 2012. — 148.
Лызганов М.С. Новые источники данных для адаптивного управления трафиком XXI века / Е.П. Ткачевой // Траектория научно-технологического развития России с учетом глобальных трендов: сб. трудов Междунар. науч. конф. -Белгород: АПНИ, 2019. — С. 109-112.
Лызганов М.С. Методы сбора и анализа информации о транспортных потоках. / Е.П. Ткачевой // Исследования в области естествознания, техники и технологий как фактор научно-технического прогресса: сб. трудов Междунар. науч. конф. -Белгород: АПНИ, 2018. — С. 118-121.
«Adaptive Signal Control Technology». FHWA. Retrieved 8 December 2021. Transport in the Urban Environment, 1997, Chapter 40.
Assistant of the Department of Organization of Transportation and Road Traffic
Don State Technical University, (Russia, Rostov-on-Don)
ADAPTIVE SIGNAL CONTROL TECHNOLOGY
Abstract: the article deals with technologies of adaptive signal control. General description, advantages over traditional management methods and examples of implementation.
Keywords: intelligent transport systems, adaptive control, traffic management.
Моделирование и исследование адаптивных систем управления светофорами Текст научной статьи по специальности «Математика»
АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ / ADAPTIVE TRAFFIC CONTROL / ОПТИМИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ / TRAFFIC CONTROL OPTIMIZATION / МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ / ROAD TRAFFIC MODELING / СВЕТОФОРНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ / LIGHT SIGNAL CONTROL
Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Пендер Е.А.
Приведены недостатки неадаптивных систем управления светофорами. Рассмотрены основные адаптивные алгоритмы. Сделан вывод о необходимости их внедрения в АСУДД.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Пендер Е.А.
Адаптивное управление дорожным движением на базе системы микроскопического моделирования транспортных потоков
Управление транспортными потоками при перегрузках на улично-дорожной сети города
СРАВНЕНИЕ АДАПТИВНОГО И ЖЕСТКОГО АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ НА БАЗЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ В СРЕДЕ AnyLogic
К вопросу управления транспортными потоками по улично-дорожной сети города
Обзор некоторых адаптивных алгоритмов светофорного регулирования перекрестков
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
MODELING AND RESEARCH OF ADAPTIVE TRAFFIC LIGHT CONTROL SYSTEM
Given the shortcomings of non-adaptive light control systems. Describes the main adaptive algorithms. It is concluded that the need for their implementation.
Текст научной работы на тему «Моделирование и исследование адаптивных систем управления светофорами»
ЕЛ. Пен дер, Е.А. Pender, email: eknterina.pender@gmail.am Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИС СЛЕДОВАНИЕ -АДАПТИВНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СВЕТОФОРАМИ
MODELING AND RESEARC H OF ADAPTIVE TRAFFIC LIGHT CONTROL SYSTEM
Приведены недостатки неадаптивных систем управления светофорами. Рассмотрены основные адаптивные алгоритмы. Сделан вывод о необходимости их внедрения в АСУДД.
Given the shortcomings of non-adaptive light control systems. Describes the main adaptive algorithms. It is concluded that the need for their implementation.
Ключевые слова: Адаптивное управление дорожным движением, оптимизация управления дорожным движением, моделирование транспортных потоков, светофорное регулирование.
Keywords: Adaptive traffic control, traffic control optimization. road traffic modeling, light signal control.
Автомобили в городском транспортном потоке могут испытывать значительные трудности в пути из-за неэффективной работы системы светофорного регулирования. На этапе проектирования или реконструкции дорожной сети очень важным становится выбор схемы регулирования транспортными потоками именно на перекрестке, так как перекресток является узким местом у лично-дорожной сети (УДС)_ При этом необходимо учитывать дорожные знаки, разметку и параметры светофоров. Так как количество участников дорожного движения все время увеличивается, а ресурсы инфраструктры у лично-дорожной сети ограничены, то создание интеллектуальной транспортной системы (ИТС) становится перспективным направлением.
Введем понятия для обозначения не адаптивной и адаптивной систем управления светофорами. Неадаптивные системы переключают состояния светофоров через заранее заданное фиксированное время. .Адаптивные системы переключают состояния светофоров с учетом текущей ситуации на перекрестке. Использование адаптивных алгоритмов светофорного регулированы может предотвратить заторы и уменьшить время проезда участка дороги. Но в тоже время оптимизация светофоров представляется сложной задачей, учитывая го. что необходимо управлять сразу несколькими перекрестками, иначе такая система может не принести никакого эффекта.
Наиболее распространенный способ светофорного регулирования — использование фиксированных по длительности фаз, рассчитанных на основе статистических данных. Но проблема в том, что интенсивность транспортного потока все время изменяется в зависимости от времени суток и дня недели. Аварии и другие непредвиденные ситуации (например, массовые мероприятия) еще больше осложняют ситуацию. Поэтому стали использовать фик-
сированное координированное управление, которое составляется для различных условии: день, ночь, утро, вечер, день недели, выходной или рабочий день, время года. Но транспортные потоки очень быстро адаптируются к изменениям УДС, и приходится регулярно проводить перерасчет.
Автоматизированная система управления дорожным движением (АСУДД) использует алгоритмы на основе данных, получаемых из непосредственного взаимодействия с автомобилем (gps-датчики) или с установленных на дороге детекгеров (индукционные петли, видеокамеры, инфракрасные датчики). Детекторы в реальном времени собирают некоторую информацию о транспортном потоке: его интенсивность, среднюю скорость, заполненность дороги. Все эти параметры используются при осуществлении прогноза очередей транспортных средств, их задержки н остановки с целью оптимизации движения. Например, если станет возможным знать,что некоторые дороги станут перегруженными через некоторое время, то эта информация может быть передана для участников дорожного движения, которые могут обойти эту дорогу, тем самым вся система освободится от заторов.
В большинстве исследований в качестве входных переменных адаптивных алгоритмов используются текущая фаза светофора, а также длины очередей на каждом из направлений. которые собираются с различных детекторов.
В методе целевого поиска управляющих параметров [1] в качестве критерия эффективности управления используется значение транспортной задержки на перекрестке, функцию которой необходимо минимизировать.
В методе статической оптимизации циклов светофорного регулирования [2], где перекресток представляет собой систему СМО, решение сводится к задаче линейного программирования с определенными ограничениями.
В работе [3] разработана нейро-нечеткая система управления светофорными циклами. Обшей целью системы является максимизация получаемой награды, которую можно получить в будущем в течение длительного периода времени. Система на основе текущего состояния S(t) среды выбирает определенное действие и применяет его. что приводит к новому состоянию S(t-1). Разница между ними оценивается функцией награды r(t+l). которая характеризует степень пользы или вреда, которое принесло примененное действие.
В данной работе предлагается использовать метод, который на основе длины очереди перед перекрестком, вычисляет необходимый сигнал светофора. Такой метод является простым. но в тоже время должнен обеспечить большую эффективность по сравнению с системой на основе фиксированных длительностях сигналов светофора.
При включенном адаптивном режиме светофор переключает свое состояние на мгновение либо при отсутствии автомобилей на определенном расстоянии во всех открытых направлениях, либо по истечешш заданного заранее времени горения сигнала (как в не адаптивной системе). При этом получается следующая ситуация: если перед перекрестком нет очередей в конфликтных направлениях, то зеленый продолжает гореть для направления, где автомобилей больше. Как только в одном из направлений в зоне видимости появляется автомобиль, светофор переходит в режим неадаптнвной системы, и зеленый для этого конфликтного направления включается на заранее определенное, фиксированное время. Такой алгоритм реализован в программе первого уровня системы аналитике-имитационного моделирования транспортных сетей и потоков (САИМ ТСП)[4].
В работе [5] показано, что применение такого алгоритма (по сравнению с использованием фиксированной длительностью) наиболее эффективно (снижается дшна очереди) в период максимальной и минимальной загруженности дорога.
При наличии выделенных полос для общественного транспорта, можно реализовать следующий подход: обеспечивать приоритет общественному транспорту при его подходе к светофору, удлиняя время горения зеленого сигнала. Такой подход быт реализован в Сочи во
Бремя Олимпийских игр. Все олимпийские и муниципальные автобусы были оборудованы системами позиционирования, что позволяло точно определить его местоположение.
Программы для моделирования
Регулируемый перекресток является наиболее важным элементом улично дорожнан сети, поэтому сейчас в мире разработано большое множество компьютерных программ для анализа и моделирования как существующих, гак проектируемых регулируемых пересечений (Passer V, SymTraffic, SEDRA, Transit-‘7F;. Oscady, Светофор). Это ПО выполняет в основном схожие между собой функции (оценка существующей светофорной сигнализации, расчет уровня загрузки, .задержек и уровня обслуживания). Но, во-первых, перед использованием зарубежных программ нужно убедиться, что моделирование настроено под российские правила дорожного движения, а, во-вторых, все вышеперечисленные программы имеют существенный недостаток: они позволяют моделировать только отдельные перекрестки. Но реальная ситуация такова, что необходимо рассматривать перекрестки как элементы УДС всего города. И, в-третьих, не включены в стандартные лицензии (а могут быть реализованы только через кодирование на собственных языках программирования) функции, присущие современным интеллектуальным транспортным системам — это моделирование «зеленой волны», использование адаптивных алгоритмов для светофорного регулирования.
Создание новых алгоритмов адаптивного управления и особенно внедрение их в существующие АСУДД позволить эффективнее управлять транспортными потоками, контролировать и информировать в реальном времени об изменениях личный и общественный транспорт в крупных мегаполисах.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 12-07-00149-а.
1. Вытяжков, Д. В. Целевой поиск управляющих параметров светофорной сигнализации в автоматизированной системе управления дорожным движением / Д. В. Вытяжков Н Сборник научных трудов СевКавГТУ Сер. Естественнонаучная — 2004. — № 1(7).
2. Голуб, Д. И. Метод статической оптимизации циклов светофорного регулирования / Д. И. Голуб Si Сборник научных трудов СевКавГТУ. Сер. Экономика. — 2007.
3. Протодьяконов, А. В. Оценка эффективности светофорного регулирования на перекрестке при использовании адаптивной нейро-нечеткой системы управления / А. В. Протодьяконов, С. Е. Швец,А. Н.Фомин .■■’.■■’ Нейроинформагика. — 2010.-Ч. 1.-С.211-220.
4. Задорожный, В. Н. Аналитике имитационные методы решения актуальных задач системного анализа больших сетей / В. Н. Задорожный, Д. Ю. Долгушин, Е. Б. Юдин. -Омск : Изд-во ОмГТУ, 2013. — С. 86^125.
5. Пуртов, А. М. Разработка и анализ имитационной модели перекрестка для системы GisAuto / А. М. Пуртов И Омский научный вестник. — 2013 . — № 1 (98). — С. 164-168.
«Умные светофоры» – в свете новых технологий
В России «умные светофоры» в составе интеллектуальных систем регулировки движения транспорта на дорогах действуют относительно недавно: их число едва превышает 3000. При этом необоснованное применение локальных адаптивных систем в мегаполисе приводит не к повышению, а к снижению пропускной способности транспортной системы даже на отдельно взятом перекрестке. На фоне более современных технологий такое решение становится нишевым и должно решать задачи в конкретных точках транспортной системы.
Перспективы оптимизации светофорного регулирования
Основной способ повышения пропускной способности транспортной системы города – использование координированных режимов работы светофоров с возможностью централизованных адаптивных режимов. Локальный адаптивный режим предназначен для автоматической коррекции режима работы светофора с использованием данных, поступающих от детекторов транспорта непосредственно в дорожный контроллер.
Светофор является наиболее мощным средством управления дорожным движением. В концепции цифрового двойника светофор является особым элементом графа улично-дорожной сети (УДС), динамически меняющим свойства графа – открывая и закрывая на определенные промежутки времени направления движения по ребрам графа.
Ввиду полностью цифровой реализации становится возможным эффективное применение средств математической оптимизации транспортных потоков. Электронный паспорт светофора представляет собой машиночитаемую схему направлений светофорного регулирования, наложенную на граф дорог и модель движения, обогащенный данными проектов организации дорожного движения. Включение в эту связку потока реальных мониторинговых данных, поступающих с детекторов дорожного движения, делает цифровой двойник в достаточной мере адекватным реальности и позволяет значительно обогатить управление движением как за счет развития алгоритмических и эвристических способов оптимальных настроек светофора, так и широкого применения нейросетевых методов оптимизации.
Как работает адаптивный режим
Локальный адаптивный режим светофоров – один из наиболее быстрых способов борьбы с пробками. Для этого в цикле светофорного регулирования одна или несколько фаз реализуются в виде вызывных фаз, которые вызываются не в обычном для светофорного цикла режиме (т. е. последовательно в рамках текущей программы), а по сигналу от детектора движения, подключенного к контроллеру.
Для понимания схемы рассмотрим модельный перекресток №1.
На данном перекрестке возможны следующие направления движения транспорта
Фазы светофорного регулирования включают в себя:
Фаза №1 (А0 → А1, Б0 → Б1, Б0 → В1)
Фаза №2 (А1 → В1, В0 → Б1)
Фаза №3 (В0 → А0, В0 → Б1)
Обычная программа работы содержит последовательное переключение фаз с длительностью, соответствующей статистической нагрузке на каждом направлении. В данном случае длительность Фазы №1 = 100 сек., Фазы №2 = 20 сек., Фазы №3 = 20 сек. При такой настройке 70% времени светофор тратит на пропуск транспорта основного хода по направлениям А0 → А1, Б0 → Б1. Что равнозначно тому, что 30% времени светофор блокирует основной ход. Данная ситуация нормальна, если соотношение мощности потоков в единицу времени в целом соответствует распределению времени светофора.
А что будет, если нагрузка на перекресток имеет большую асимметрию? Что если с/на направления В0 машины приезжают в очень малом количестве? Например, раз в полчаса? В такой ситуации получается,что ради пропуска 1-2 машин в полчаса на второстепенное направление светофор блокирует постоянно востребованное по направлениям движения 30% времени. Например, за указанные выше полчаса 10 минут пропадают совершенно зря. Появляется необоснованное ожидание, возникают заторы. Что делать?
В таких случаях исключительный позитивный эффект дает реализация локального адаптива. На направлении А1 и В0 устанавливаются детекторы транспорта, а фазы № 2 и № 3 реализуются через вызывной механизм. Фаза №2 вызывается, только если зафиксирована остановка т/с в зоне А1, а фаза № 3 при обнаружении т/с в зоне детекции В0. При отсутствии транспорта в зонах детекции фаза №2 и фаза №3 просто пропускаются. Итог – ощутимая оптимизация движения, с положительным эффектом и для основного хода, и для транспорта второстепенных направлений.
Условием обоснованного применения локального адаптива является сильная асимметрия транспортных потоков – должны существовать основные направления, требующие максимального времени зеленого света, с гораздо большей интенсивностью и регулярностью, чем на второстепенных направлениях. Второстепенные направления характеризуются значительно более низкой интенсивностью и нерегулярностью.
Необоснованное применение вредит транспортной системе
При необоснованном применении локального адаптива негативный эффект может превышать его преимущества. Часто локальный адаптив разрушает координацию работы светофоров между собой. Причина заключается в отсутствии информированности о времени работы фазы основного хода, прерываемой вызывными сигналами с локальных детекторов.
В силу этого невозможно корректно установить время сдвига между светофорами. В итоге основной поток вместо бесперебойного движения по транспортному коридору постоянно тормозит на каждом светофоре. Кратное снижение общей пропускной способности, вызванное рваным режимом необоснованно применяющегося локального адаптива, усугубляется отсутствием координации между светофорами (не учтено состояние других светофоров, пропускная способность других перекрестков и т. д). В результате при перегрузке узкого места транспортной системы (сложный въезд на Садовое кольцо с прилегающих улиц) светофорная система разгрузки по группе перекрестков начинает сбрасывать массовую нагрузку на критический и перегруженный узел. Такая «неразумность» светофорной системы приводит сначала к перегрузке критического узла, а затем доходит до локально-адаптивного перекрестка, останавливая и его. В часы «пик» в центре Москвы это приводит к серьезным заторам, которые плохо поддаются регулированию.
Как быть, если локальный адаптив создал проблемы или работает недостаточно оптимально? В особо сложных случаях сотрудники органов управления дорожным движением могут взять светофор в координированное управление или диспетчерский режим и «протянуть» необходимые направления. Эта мера позволяет разобрать, казалось бы, «мертвые» пробки. Впрочем, еще один негативный момент связан с локальными адаптивными системами – контроллеры в таких системах лишены возможности корректного удаленного управления.
Табло отсчета времени при локальном адаптиве
Локальный адаптив исключает возможность использования табло отсчета времени на светофоре (ТОВ). Причина понятна: невозможно вести обратный отсчет, если светофор работает в непредсказуемом режиме и длительность фазы заранее не известна. Поэтому при включении локально-адаптивного режима ТОВ либо выключается, либо показывает некорректные данные.
Между тем ТОВ заслужили любовь и уважение водителей и пешеходов. Это действительно удобный и информативный инструмент, повышающий безопасность движения и внимательность пешеходов и водителей. Отсутствие ТОВ граждане воспринимают как поломку или неукомплектованность светофора и часто пишут жалобы. Это сильно мешает поставщикам локально-адаптивных систем. Им необходимо найти решение, как совместить адаптивность с координацией светофоров и обеспечить «предсказуемость» данных трафика для отображения временных интервалов на табло.
Увы, но вместо поиска интеллектуальных решений производители часто идут по пути пропаганды самых простейших, примитивно работающих систем. Если учесть, что технологии локальных адаптивных режимов светофоров массово применяются в мире с 1950-х годов прошлого века, доводы в пользу примитивных решений несостоятельны.
Когда необходим особый подход
Управление загруженностью дорожной сети мегаполиса может осуществляться не только посредством применения адаптивных решений светофоров.
В ряде случаев в московской практике (въезд во двор с городских проспектов) применяется исключение из схемы работы светофора маловостребованных направлений и перенос мест разворотов в места с регулярной нагрузкой. Подобная ситуация также характерна для загородных шоссе с прилегающими дорогами, на въездах в небольшие населенные пункты.
Более того, в силу принципиального исключения конфликтных направлений такой метод положительно влияет на безопасность движения. Минусом при таком решении является усложнение проезда на второстепенные направления. Тем не менее в случаях асимметричной нагрузки из светофорного регулирования можно в принципе исключить маловостребованные направления.
Как видно из иллюстрации, несмотря на схожесть по условиям движения модельного Т-образного перекрестка, идеально подходящего под адаптивное регулирование, в данном случае вообще нет светофорра, так как проектировщиками принято решение запретить в этом месте второстепенные направления, а возможность разворота/поворота реализуется в другом месте. Бонусом к этому решению идет снижение аварийности за счет отсутствия конфликтных направлений движения, максимальная пропускная способность основного направления, значительная экономия средств на техническое оснащение перекрестка.
Еще один пример нестандартного решения. Типичный городской перекресток в Москве представляет собой место, где потребность проезда через который возникает регулярно, со схожей интенсивностью и практически всегда с интервалом возникновения спроса на пересечение менее 1-2 циклов светофорного регулирования. Что это означает? Режим работы светофора полностью определяется статистической нагрузкой и не требует внесения непредсказуемости настройки переключения светофорного объекта, который способен реализовывать лишь механизм вызывных фаз по довольно простому алгоритму.
На любом таком перекрестке установка локального адаптива не улучшает работу перекрестка и не повышает пропускную способность. Пробок при таких малых нагрузках не может возникать в принципе. Некий положительный эффект возникает только в ночное время, когда нагрузка с второстепенных направлений В и Г становится настолько нерегулярной, что время длительности пустующих направлений начинает значительно (в 7 и более раз) превышать время цикла регулирования. В таком случае действительно возникает положительный эффект в виде сокращенного времени ожидания проезда со второстепенных направлений и увеличенноговремени основного хода. Но абсолютный эффект совершенно незначителен и стремится к нулю. В моменты нормальной или большой нагрузки перекрестка локальный адаптив начинает оказывать негативное влияние на основной ход, отбирая у основного хода время на второстепенные направления. Либо переходит в усредненный режим работы, который слабо учитывает статистическое распределение нагрузки.
Печально, но факт. Отдельные поставщики локальных адаптивов пытаются лоббировать их установку аргументами о сокращении цикла в часы «пик» со 140 секунд до 80-90, а в обычное время и вовсе до 60 секунд. На деле дорожная ситуация будет выглядеть так: ради более быстрого выезда со второстепенного направления двух машин, которые проедут через 10 секунд вместо минутного ожидания, в пробке будет стоять 50 машин. Не говоря о том, что рваный режим работы светофора добавляет задержки на старт/стоп машин, в результате чего сократится фактическая пропускная способность основного хода.
Какую адаптивную систему правильней применить?
Эффективность локального адаптива в мегаполисе зависит и от типа детектора движения. Например, проверенное решение – индукционная петля. Как правило, именно ее предлагают поставщики локальных адаптивных систем. Она закапывается в асфальт, и когда сверху останавливается транспортное средство, то индукционная петля это регистрирует и передает в контроллер сигнал «надо мной автомобиль». Далее происходит запуск определенной вызывной фазы светофора. В чем проблема?
Причина использования самой примитивной технологии – в том, что такой вид работ доступен даже самым отсталым подрядчикам. Сама петля стоит дешевле, но затраты на установку индукционных детекторов требуют вскрытия асфальта на всем перекрестке. Да еще с риском, что после смены асфальта придется все переустанавливать заново. Плюс монтаж таких систем создает проблемы для дорожного движения. В итоге дешевая система обходится в разы дороже, чем, например, радиолокационные детекторы или система видеонаблюдения.
На сегодня применение локальных адаптивных систем с детектором транспорта в виде индукционной петли является нишевым решением для некоторых частных случаев, описанных в начале статьи. В общем случае локальный адаптив становится неоптимальным, устаревшим решением, разрушающим координацию светофоров между собой, исключающим использование табло отсчета времени светофоров, делающим работу отдельного светофорного объекта и всей светофорной системы в целом слабо предсказуемой для систем управления верхнего уровня, не способных кардинально решить проблемы транспортной сети крупного города.
Необоснованное применение локального адаптивного режима в ряде случаев вызывает дополнительные сложности, снижает пропускную способность и управляемость транспортной системы.
За видеоаналитикой – будущее
Наиболее перспективным форматом при построении интеллектуальных транспортных систем является видеонаблюдение с функцией видеоаналитки. Многие камеры видеонаблюдения способны «видеть» весь перекресток целиком и дают полную информацию о проезде транспорта через перекресток.
Последние пять лет именно технологии видеоаналитики стали общеупотребимыми и приоритетными. Вот, например, вид с одной из московских камер в 2016 году. Уже тогда более оптимально было применять видеоаналитику, получая полный спектр данных: очередь ожидания на каждом направлении, интенсивность, скорость, определение инцидентов, сбор информации в системы стратегического анализа движения и математические модели и т. п.
Дополнительным и существенным плюсом транспортной аналитики на основе видеонаблюдения является принцип синергии. Одна видеокамера заменяет минимум 8 индукционных петель и при этом может быть использована другими городскими службами для своих задач. Да и для транспортной системы видеоаналитика дает гораздо больше информации, чем индукционная петля: больше площадь контроля, есть возможность определения инцидентов, в случае сомнения в достоверности данных их можно подтвердить визуально. К этому стоит добавить возможность классификации транспортных средств, функции глобальной оптимизации движения в пространствах всего города.
Цифровой двойник светофорного объекта
Использование систем видеонаблюдения особенно эффективно, если реализуется при использовании концепции цифрового двойника транспортной системы. Очевидны перспективы нейросетевых методов, демонстрирующих скорость и точность принятия решений, которые опережают способности среднестатистического проектировщика. Заменить лучших проектировщиков-людей такие системы пока не способны, но позволяют значительно разгрузить их, задать рамки качества для проектировочной работы и объективного анализа.
Цифровые технологии становятся эффективным инструментом интеллектуального проектирования в области светофорного регулирования.Все вместе это дает резкое повышение качества управления транспортной системой при сокращении расходов на обеспечение этого процесса.
При таком подходе органично сочетается необходимость адаптации режимов работы светофора к заранее не предвиденным ситуациям, устойчивая, предсказуемая работа всей системы регулирования и необходимость координированного управления всей светофорной системой.
По сравнению с устаревающими адаптивными системами нейросетевая аналитика с применением цифровых двойников может сочетать лучшие стороны статистической модели движения, математических методов динамической оптимизации и при этом использовать ранее установленное оборудование. Например, если на перекрестке нет иных детекторов движения, кроме индукционных петель, то можно использовать и их. Либо использовать видеодетекторы, если перекресток оснащен ими.
Опытное применение концепции цифрового двойника для проектирования, анализа, моделирования и управления дорожным движением обеспечивает кратное сокращение расходов на поддержание целостности и актуальности информации об организации дорожного движения в городе. В сфере светофорного управления двойник позволяет вводить объективные характеристики качества настроек светофорной системы, вовремя находить узкие места в транспортной системе, предлагать эффективные решения проблем и т. д. Конкретные показатели повышения функциональных характеристик регулирования проезда перекрестков начинаются от 30% и доходят до кратного повышения пропускной способности, сокращения времени ожидания при соблюдении заданного уровня безопасности.
Адаптивное управление светофорными объектами
В 2017 году специалисты «СпецДорПроекта» провели мониторинг светофорного объекта в Зеленограде на пересечении Центрального и Панфиловского проспектов с целью поиска причин заторов.
Было выявлено, что привычное, круговое переключение всех фаз светофора в независимости от наличия транспорта создавало значительные затруднения в движении транспорта.
Решение и результаты
Для решения данной задачи специалисты компании применили технологию адаптивного управления с вызывными фазами. В дорожное плотно было интегрировано 25 детекторов и установлен интеллектуальный дорожный контроллер, что позволило настроить светофорный объект в адаптивном режиме с вызывными фазами. Нет автомобилей на направлении — фаза не включается, есть транспорт — водители получают зеленый свет.
Эти меры позволили наиболее эффективно использовать зеленый сигнал светофора, что сократило время ожидания на проезд перекрестка со всех направлений и снизило нервозность водителей, а это, в свою очередь, привело к уменьшению аварийности.
Статистика 8 месяцев показала, что при реализации данной технологии, на 30 % увеличилась пропускная способность перекрестка, в 8 раз сократилось количество ДТП. За все время петлевые детекторы показали свою надежность – ни разу не сломались и не дали сбоя в работе.
Подменная фаза
Задача
После запуска в сентябре 2018 года Северо-восточной хорды, в силу её высокой востребованности, на пересечении СВХ и Дмитровского шоссе стали возникать значительные заторы во всех направлениях.
Для улучшения ситуации, компанией «СпецДорПроект» было проведено исследование дорожной ситуации на данном объекте и было выявлено, что одним из основных факторов, влияющих на затруднение движения на данном перекрестке, была фаза пешеходного перехода, которая работала в постоянном режиме, независимо от наличия пешеходов, желающих перейти проезжую часть.
Вторым фактором, влияющим на затруднение движения, являлся разворот транспортных средств, которые ожидая своей очереди блокировали полосы и препятствовали проезду транспорта.
Решение и результаты
В связи с этим специалисты «СпецДорПроекта», установили интеллектуальный дорожный контроллер, позволяющий создавать сложные логики адаптивного управления автотранспортом, в том числе, с использованием алгоритма подмены фаз, в случае отсутствия пешеходов. Также были установлены кнопки вызова пешеходной фазы для перехода проезжей части.
В дополнении к модернизации алгоритма работы светофора, был организован дополнительный разворот до зоны перекрестка, благодаря которому разворачивающиеся машины не блокировали движение автотранспорта на перекрестке.
Данные меры позволили в 2 раза увеличить пропускную способность со всех направлений. Особенно это заметно в вечерние часы-пик: хвост автомобилей, движущихся на Северо-восточной хорде, не держит Дмитровское шоссе, тем самым проезд общественного и личного транспорта в сторону области стал свободнее и безопаснее.