Delist.ru

Повышение системной безопасности транспортных потоков оптимизацией светофорного регулирования их движения (20.05.2008)

Автор: Кадасев Дмитрий Анатольевич

- количество перекрестков, вошедших в k-й класс.

Разработанная комплексная методика исследования и классификации изолированных регулируемых перекрестков, позволяет определять принадлежность вновь проектируемого перекрестка к одному из уже известных классов на основе следующих классификационных признаков: ширина полосы движения, число полос на подходе и на выходе, радиусы траектории поворота автомобиля, расстояние до торгового центра, емкость автомобильной стоянки у торгового центра, наличие остановок городского общественного транспорта, интенсивности движения пешеходного и автотранспортного потоков.

Третья глава диссертации посвящена разработке теоретико-методологических основ оптимизации светофорного регулирования на изолированных перекрестках, обеспечивающих повышение уровня системной безопасности движения транспортных потоков. Проведена адаптация теории планирования эксперимента для исследования с помощью имитационного моделирования процессов функционирования изолированных регулируемых перекрестков.

Перекресток городских улиц, оборудованный светофорной сигнализацией, является сложной системой регулирования движения автомобилей и пешеходов. На реальном перекрестке, в связи с отсутствием возможности изменять параметры перекрестка и транспортного потока, практически невозможно проводить натурные эксперименты. Инструментом исследования сложной транспортной системы в этом случае целесообразно использовать имитационное моделирование. Под системой регулирования будем понимать изолированный перекресток как множество составляющих его элементов – подходов к перекрестку и их связей, т.е. разрешенных направлений движения транспортных средств в данной фазе регулирования.

В диссертационном исследовании для имитационного моделирования дорожного движения на изолированном перекрестке дорог использовалась программа микроскопического моделирования AIMSUN v. 5.0.

?????????????

0длительность цикла светофорного регулирования и продолжительность горения зеленого (красного) сигналов светофора).

Планирование имитационного эксперимента на регулируемом перекрестке городских дорог сводится к выбору количества уровней значений переменной, характеризующей состояние входа (интенсивность движения транспортных средств) и к определению значений этой переменной на каждом уровне.

. В этом случае, максимальное количество факторов на всех направлениях равно восьми (рис. 1).

В полном факторном эксперименте множество возможных сочетаний уровней интенсивности движения на всех направлениях определяет множество состояний данного регулируемого перекрестка и, следовательно, число возможных различных вариантов, равное

- число уровней значений интенсивности движения на одном направлении;

- общее количество факторов на всех направлениях движения.

Рис. 1. Схема регулируемого перекрестка автомобильных дорог

. Среднее значение интенсивности движения рассчитывается

С увеличением количества значений интенсивности движения транспортных средств число вариантов при полном факторном эксперименте растет по показательной функции. В этом случае целесообразно использовать дробный факторный эксперимент и существенно сократить число экспериментов. Матрица плана проведения экспериментов составлялась в количественном виде с использованием программы Statistica v. 6.0. Выбор вида плана эксперимента, т.е. полный или дробный, зависит от необходимого количества экспериментов, которые требуется провести.

Для каждого сочетания интенсивностей движения входных потоков были определены значения длительности цикла светофорного регулирования, продолжительность основных и промежуточных тактов и пешеходной фазы.

следующего вида

- транспортная задержка на j-м подходе к перекрестку, с;

- длительность цикла светофорного регулирования, с;

- продолжительность горения зеленого сигнала светофора на j-м направлении, с.

Если на регулируемом перекрестке разрешено или, ввиду конструкции перекрестка, возможно только левоповоротное и правоповоротное движение (перекрестки-примыкания), то функция будет иметь следующий вид

- интенсивность левоповоротного движения, прив.ед./с.

В качестве иллюстрации на рис. 2 приведен фрагмент результатов имитационного моделирования.

Из общего числа критериев качества управления светофорной сигнализацией наиболее полно практическим целям удовлетворяет величина суммарной транспортной задержки на перекрестке. Определение оптимальной длительности и распределения сигналов в цикле светофорного регулирования на изолированном регулируемом перекрестке проводилось с обеспечением минимизации суммарной транспортной задержки для уровня интенсивности движения транспортных средств, соответствующему своему среднему значению в k-м классе

- транспортная задержка на j-м подходе к перекрестку в k-м классе, с;

- количество подходов.

Исходя из принципа обеспечения безопасности дорожного движения, введем ограничения на длительность цикла светофорного регулирования 25 с ? Тk ? 120 с, на время горения зеленого сигнала на магистральном 0,2 ?gk1?0,7 и второстепенном 0,1 ?gk2?0,55 направлениях.

При решении задачи нелинейного программирования, т.е. определение оптимальной длительности цикла светофорного регулирования и оптимального распределения продолжительности горения основных тактов, использовалась теорема Куна-Таккера:

при условиях

Решение задачи нелинейного программирования (определение оптимального распределения продолжительностей горения зеленого сигнала светофора в пределах цикла) реализуется в среде MS Excel с помощью надстройки «Поиск решения». Оптимальную длительность цикла светофорного регулирования можно получить из выражения

- суммарное потерянное время в цикле светофорного регулирования в k-м классе перекрестков, с;

- длительность пешеходной фазы, с.

Таким образом, на основе развития теории планирования эксперимента, многомерного регрессионного анализа и математических подходов нелинейного программирования разработана методика, позволяющая оптимизировать режимы работы регулируемого перекрестка автомобильных дорог с обеспечением минимальной величины транспортной задержки.

Применение имитационного моделирования при разработке мероприятий по обеспечению БДД позволяет осуществлять экспертную проверку теоретических и практических предположений по созданию инновационных направлений в организации дорожного движения и для совершенствования режимов работы существующих регуляторов движения транспортных потоков. Кроме того, имитационный подход позволяет практическим работникам получить определенное представление о новых эффективных механизмах и приобрести опыт их применения. Следовательно, имитационное моделирование является с одной стороны методом экспериментального исследования, а с другой – инструментом для обучения.

Четвертая глава диссертации посвящена анализу результатов и практической реализации теоретических и методологических разработок с целью выявления закономерностей и целесообразности использования предложенных моделей и методик в практике повышения системной безопасности транспортных потоков. Представлены результаты классификации регулируемых автотранспортных перекрестков, классифицирующие функции для проведения идентификации перекрестков, а также результаты оптимизации режимов светофорного регулирования, способствующие принятию обоснованных эффективных решений по повышению БДД. В качестве объекта для проведения исследований были выбраны регулируемые перекрестки г. Липецка.

На основе методологии и методики анализа и классификации все регулируемые перекрестки г. Липецка были разделены на 5 классов (рис. 3, 4), каждый из которых обладает своими характерными классифицирующими признаками (табл. 1). Типовой представитель каждого класса регулируемых перекрестков получен методом нахождения среднего значения величин классификационных признаков.

Рис. 3. Дендрограмма классификации перекрестков-пересечений

Рис. 4. Дендрограмма классификации перекрестков-примыканий

Таблица 1

Основные классифицирующие признаки регулируемых перекрестков

загрузка...