СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Полезная модель относится к области регулирования движения дорожного транспорта и, в том числе, к регулированию движения на перекрестке с помощью светофора.
Наиболее близким по технической сущности - прототипом является устройство для осуществления способа регулирования движения автотранспорта на перекрестке содержащее: светофор; датчик (детектор) наблюдения; блок светофора с датчиками наблюдения; линии передачи сигналов от датчиков наблюдения к обрабатывающему приемнику сигналов; блок распознавания длины наибольшего участка дороги, занятой автотранспортом по данному направлению, и числа автомашин на данном участке дороги; вычислительный блок; блок корректировки: базового времени переключения сигналов светофора (при отсутствии скопления автомашин перед перекрестком), средней скорости движения автотранспорта перед перекрестком и времени задержки начала движения последующей автомашины после начала движения предыдущей; блок установки расчетного времени переключения сигналов светофора; таймер; реле переключений и блок сканирования датчиков наблюдения (см описание к RU 2379761 С1, кл. G08G 1/01).
Недостатком известного устройства является низкая надежность, что связано с необходимостью получения информации о загруженности проезжей части перед светофором из видеоизображения, полученного с помощью соответствующих датчиков. Распознавание транспортных средств из видеоизображения, полученного даже с датчиков, обеспечивающих высокое разрешение, обязательно сопровождается ошибками из-за невозможности обеспечения эталонными изображениями всех транспортных средств с учетом всех возможных угловых ракурсов. Привязка процесса обнаружения перемещающихся транспортных средств к распознаванию стандартных элементов, например, номерных знаков, также уязвима с точки зрения надежности, так как в движущемся потоке перед светофором транспортные средства обычно располагаются плотным рядом с небольшой дистанцией не позволяющей увидеть номерной знак последующего транспортного средства даже с датчика установленного на некоторой высоте. Анализ изображения осложняется при ухудшении погодных условий, когда ухудшается видимость.
Другим существенным недостатком известного решения является невозможность автоматической адаптации к изменению потока в целях выравнивания потоков транспортных средств на пересекающихся направлениях. Невозможность такой автоматической адаптации связана с отсутствием средств в известном решении для подтверждения проезда конкретным транспортным средством регулируемого перекрестка. Невозможность адаптации снижает эффективность известного решения с точки зрения выравнивания потоков транспортных средств на пересекающихся направлениях.
Недостатком известного решения является также невозможность равномерного распределения загруженности дорог на сетке транспортных сообщений населенного пункта - улично-дорожной сети, в целом.
Указанные недостатки снижают область применения известного устройства.
Задачей и обусловленным ею техническим результатом является расширение области применения за счет повышения надежности обнаружения и идентификации транспортных средств, движущихся на участке дороги перед светофором и повышения эффективности светофорного регулирования за счет возможности автоматической адаптации сигналов светофора к изменяющейся плотности потоков транспортных средств, а также обеспечение возможности равномерного распределения загруженности дорог на сетке транспортных сообщений населенного пункта, в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что в систему регулирования движения транспортных средств содержащую светофор и линии передачи данных, введены: узлы идентификации, закрепленные на транспортном средстве, дальние и ближние узлы обнаружения, установленные на участках дороги перед светофорами регулируемых перекрестков, множество узлов вычисления по количеству регулируемых перекрестков и вычислительный центр, входы которого соединены с соответствующими выходами узлов вычисления, множество информационных табло, установленных вдоль проезжей части дороги и соединенных с соответствующими выходами вычислительного центра, при этом выходы дальнего и ближнего узлов обнаружения каждого регулируемого перекрестка подключены к входам соответствующих узлов вычисления, выходы которых подключены ко входам соответствующих светофоров, каждый из узлов обнаружения содержит антенну, передатчик и приемник радиосигнала с блоком декодирования идентификационных данных транспортного средства, каждый узел идентификации содержит, приемник и передатчик ответного сигнала, вычислительный центр соединен посредством каналов спутниковой связи с навигаторами.
Кроме того: - дальний и ближний узлы обнаружения, выполнены с возможностью взаимодействия с узлами идентификации по радиоканалу,
- каждый узел вычисления снабжен блоком памяти,
- передатчик ответного сигнала, выполнен с возможностью формирования сигнала, содержащего кодовое слово с идентификационными данными транспортного средства,
- дальний узел обнаружения установлен на расстоянии 50-300 м. от перекрестка, а ближний - непосредственно перед перекрестком,
- узлы обнаружения устанавливают над и/или под полотном дорожного покрытия,
- каждый узел вычисления снабжен блоком сравнения, блоком памяти и блоком вычисления интенсивности и статистики,
- каждый узел вычисления подключен ко входу соответствующего светофора через формирователь сигналов переключения, обеспечивающий необходимое согласование уровней сигналов,
- в качестве узлов идентификации используют пассивные или активные радиометки RFID;
- каждый узел идентификации снабжен антенной,
- линиями передачи являются любые средства, обеспечивающие передачу сигналов, в том числе проводные и с использованием радиоканала,
- система снабжена видеокамерами, соединенными с блоком записи видеоизображений для регистрации видеоизображений по каждому из регулируемых направлений перекрестка,
- информационные табло, установлены вдоль дорог, расположенных между регулируемыми перекрестками,
- информационные табло установлены перед нерегулируемыми съездами и перекрестками,
- навигаторы размещены на транспортных средствах.
Система регулирования движения транспортных средств поясняется с помощью чертежей, где на Фиг.1 показан структурная схема системы регулирования движения транспортных средств; на Фиг.2 - пример регулируемого перекрестка с установленными светофорами и расположением узлов обнаружений на проезжей части дороги; на Фиг.3 - участок дороги перед перекрестком с накопившимися перед ним транспортными средствами; на Фиг.4 - алгоритм работы узла вычисления.
На чертежах сделаны следующие обозначения: 1 - проезжая часть дороги перед светофором; 2 - линии разметки дороги; 3 и 4 - узлы обнаружения, соответственно, ближней и дальней границ подъезда к перекрестку, (ближний и дальний узлы обнаружения); 5 - транспортные средства; 6 - диаграмма направленности антенны узла обнаружения; 7 - узел сравнения; 8 - радиоканал; 9 и 10 - антенны ближнего и дальнего узлов обнаружения, соответственно; 11 - узел вычисления; 12 - антенна узла идентификации; 13 - формирователь сигнала переключения светофора; 14 - блок памяти; 15 - светофор; 16 - узел идентификации транспортного средства; 17 - стоп-линия разметки перед светофором; 18 - расстояние от перекрестка и установленного на нем светофора до дальней границы подъезда к перекрестку; 19 - направление движение (направление I); 20 - пересекающее направление (направление II); 21 - спутник; 22 - антенна спутниковой связи; 23 - информационное табло; 24 - вычислительный центр; 25 - блок вычисления интенсивности движения и статистики; 26 - навигатор или монитор навигатора; 27 - видеокамера; 28 - блок записи видеоизображений; 29 - ввод установочных данных (пороговое количество циклов подряд с отсутствием транспортных средств, величина фиксированной длительности разрешающего сигнала и пр.); 30 - включение запрещающего сигнала на направлении I; 31 - включение разрешающего сигнала на направлении II; 32 - начало накопления массива данных о транспортных средствах, пересекающих дальнюю границу направления II на дальней границе для следующего цикла; 33 - сравнение идентификационных данных транспортных средств, обнаруженных на ближней границе с массивом данных транспортных средств, обнаруженных на дальней границе (содержимое блока памяти) направления II; 34 - проверка отсутствия обнаруженных транспортных средств перед светофором в течении нескольких периодов подряд запрещающего сигнала на направлении I; 35 - включение запрещающего сигнала на направлении II; 36 - включение разрешающего сигнала на направлении I; 37 - начало накопления массива данных о транспортных средствах, пересекающих дальнюю границу направления I на дальней границе для следующего цикла; 38 - сравнение данных транспортных средств, обнаруженных на ближней границе с данными транспортных средств, обнаруженных на дальней границе (содержимое блока памяти) на направлении I; 39 - проверка отсутствия обнаруженных транспортных средств перед светофором в течении нескольких периодов подряд запрещающего сигнала на направлении II; 40 - суммирование количества периодов включения запрещающего сигнала в направлении I, в которых отсутствуют транспортные средства перед светофором; 41 - суммирование периодов включения запрещающего сигнала на направлении II, в которых отсутствуют транспортные средства перед светофором.
Система регулирования движения транспортных средств содержит светофор и линии передачи данных, узлы идентификации с антеннами, закрепленные на транспортном средстве, дальний и ближний узлы обнаружения, установленные на участке дороги перед регулируемым с помощью светофора перекрестком, множество узлов вычисления по количеству регулируемых перекрестков и вычислительный центр, входы которого соединены с соответствующими выходами узлов вычисления, множество информационных табло, установленных вдоль проезжей части дороги между регулируемыми перекрестками и соединенными с соответствующими выходами вычислительного центра, выходы дальнего и ближнего узлов обнаружения подключены к соответствующим входам локальных узлов вычисления, выходы которых подключены к входу соответствующих светофоров, каждый из узлов обнаружения содержит антенну, передатчик и приемник радиосигнала с блоком декодирования идентификационных данных транспортного средства, узел идентификации содержит, приемник и передатчик ответного сигнала, при этом вычислительный центр соединен посредством каналов спутниковой связи с навигаторами транспортных средств.
Дальний и ближний узлы обнаружения установлены над и/или под полотном дорожного покрытия и выполнены с возможностью взаимодействия с узлами идентификации по радиоканалу, при этом дальний узел обнаружения установлен на расстоянии 50-300 м. от светофора, а ближний - непосредственно перед светофором.
Выход каждого узла вычисления подключен к входу соответствующего светофора через формирователь сигналов переключения, обеспечивающий необходимое согласование уровней сигналов;
В качестве узлов идентификации используют пассивные или активные радиометки RFID;
Узел вычисления снабжен блоком сравнения, блоком памяти и блоком вычисления интенсивности и статистики.
Передатчик ответного сигнала, выполнен с возможностью формирования сигнала, содержащего кодовое слово с идентификационными данными транспортного средства.
Информационные табло установлены перед нерегулируемыми съездами и перекрестками.
Линиями передачи (каналами электронной связи) являются любые средства, обеспечивающие передачу сигналов, в том числе проводные и с использованием радиоканала.
Система снабжена видеокамерами, соединенными с блоком записи видеоизображений узла вычисления для регистрации видеоизображений по каждому из регулируемых направлений.
Система регулирования движения транспортных средств работает следующим образом.
Движение транспортных средств на перекрестках регулируется с помощью установленных на них светофоров. При этом перед каждым светофором под поверхностью дорожного полотна установлены дальний и ближний узлы обнаружения, которые обеспечивают излучение радиосигнала в сторону возможного появления транспортного средства, то есть антенны приемника и передатчика узлов обнаружения ориентированы главным лепестком вверх на проезжающие транспортные средства.
При попадании узла идентификации транспортного средства в зону действия соответствующего узла обнаружения излученный сигнал принимается согласованным с ним приемником узла идентификации, и его передатчик формирует ответный сигнал, содержащий кодовое слово с данными идентифицирующими данное транспортное средство, например регистрационный номер, номер кузова и пр. Ответный сигнал обнаруживается и дешифруется в приемнике узла обнаружения.
Транспортное средство на подъезде к перекрестку проезжает над встроенными в полотно дороги узлами обнаружения сначала дальней, потом ближней границы подъезда, так, что транспортное средство обнаруживается не менее двух раз, в зависимости от количества рубежей, сначала дальним узлом обнаружения затем ближним.
В результате пересечения транспортным средством дальней границы подъезда формируется сигнал обнаружения транспортного средства и благодаря тому, что ответный сигнал содержит информацию о транспортном средстве, осуществляется идентификация этого транспортного средства. Данные о транспортных средствах пересекших дальнюю границу заносятся в блок памяти.
Ближний узел обнаружения установлен в районе стоп-линий светофора, вследствие чего имеется возможность выявления факта проезда регулируемого перекрестка каждым из транспортных средств, а также с учетом данных дальнего узла обнаружения и скопившихся перед светофором транспортных средств.
Во время действия запрещающего сигнала светофора осуществляется выявление транспортных средств, скопившихся перед светофором. На направлении, пересекающем данное направление, в это время включен разрешающий сигнал светофора. Переключение светофора с запрещающего сигнала на разрешающий сигнал осуществляется по результатам анализа событий пересечения перекрестка в пересекающем направлении.
К моменту переключения на разрешающий сигнал данные обо всех накопившихся за время запрещающего и предыдущего разрешающего сигналов перед светофором транспортных средствах заносятся в блок памяти.
Длительность разрешающего сигнала определяется временем, за которое узлом обнаружения ближней границы будут обнаружены и идентифицированы все транспортные средства, данные о которых накопились в блоке памяти. Так как операции вычисления происходят в реальном времени, без какой-либо существенной задержки, то и проехать светофор до запрещающего сигнала имеют возможность лишь те транспортные средства, которые ожидали разрешающего сигнала перед включением разрешающего сигнала, то есть те транспортные средства, которые скопились перед светофором во время действия запрещающего сигнала, а также те, которые не успели проехать перекресток за время предыдущего разрешающего сигнала.
Работа устройства в течение разрешающего, а затем запрещающего сигналов светофора образует цикл переключения.
К моменту разрешения проезда в блоке памяти содержатся данные о тех транспортных средствах, которые подъехали к светофору во время действия запрещающего сигнала, а также о тех, которые не успели проехать перекресток за время действия предыдущего разрешающего сигнала. Содержание блока памяти обновляется в момент переключения запрещающего сигнала на разрешающий.
При отсутствии транспортных средств на дороге, сигналы обнаружения с выхода узла обнаружения на дальней границе не поступают и блок памяти не заполняется. В этом случае после окончания интервала запрещающего сигнала переключения на разрешающий сигнал не происходит, начинается отчет длительности нового запрещающего периода.
Для исключения возможности накопления ошибок, связанных со сбоями в обнаружении или неправильной идентификацией, а также для разрешения возможного пешеходного движения, когда несколько раз подряд отсутствует переключение на разрешающий сигнал, например 5 раз подряд, на данном направлении включается разрешающий сигнал фиксированной длительностью, например, 60 сек. При этом попытки обнаружить транспортные средства на дальней границе продолжаются. При наличии обнаружения транспортных средств или увеличении интенсивности движения выше порогового значения устройство переходит в обычный режим работы, описанный выше.
Узлы обнаружения установлены во всех пересекающихся направлениях регулируемого перекрестка, в том числе и на встречных к ним направлениях, а узел вычисления работает по одному и тому же алгоритму для всех этих направлений, при этом разрешающий сигнал для одного направления соответствует запрещающему сигналу пересекающего направления. Кроме того, наличие транспортных средств оценивается с учетом полос встречного движения для каждого из пересекающихся направлений, то есть разрешающий сигнал длится до тех пор, пока транспортные средства, накопившиеся перед перекрестком, как в прямом, так и во встречном направлениях покинут перекресток.
Использование операции радиоопроса пространства для обнаружения транспортного средства, находящегося в зоне действия узлов обнаружения обеспечивает идентификацию приближающихся к светофору транспортных средств, не зависящую от условий оптической видимости, погодных условий, освещенности, плотности движения и пр. и, как следствие, повышение надежности работы устройства в целом.
В результате использования заявленной системы осуществляется равномерное регулирование перекрестка в случае неравномерных потоков пересекающихся на регулируемом перекрестке направлений и выравнивание интенсивностей движения пересекающихся направлений при наличии их неравномерности. Подстройка под меняющиеся интенсивности потоков разных направлений осуществляется автоматически, путем выявления наличия транспортных средств скопившихся перед светофором на определенном от него расстоянии во время запрещающего сигнала, а также не успевших пересечь линию светофора во время предыдущего разрешающего сигнала светофора и предоставления им возможности проезда перекрестка после включения разрешающего сигнала. Такая автоматическая адаптация регулирования позволяет максимально выровнять потоки движения в различных пересекающихся направлениях, автоматически учитывая изменяющиеся во времени характеристики транспортных потоков.
Интенсивность движения на перекрестке определяется с помощью блока вычисления интенсивности движения и статистики, который обеспечивает вычисление, в том числе средней скорости пересечения транспортными средствами перекрестка, количества скапливающихся перед запрещающим сигналом светофора транспортных средств и пр.. Данные об интенсивности движения и плотности потоков на регулируемых перекрестках населенного пункта, передаются с выходов соответствующих улов вычисления по каналам электронной связи на соответствующие входы вычислительного центра населенного пункта (квартала, района, округа), с помощью которого осуществляется обработка полученных данных и составление карты загруженности (уровень загруженности) улично-дорожной сети (УДС) населенного пункта. При выявлении неравномерной загруженности (рассогласовании уровней загруженности) дорог в населенном пункте (в квартале, районе, округе), осуществляется автоматическое вычисление маршрутов в населенном пункте (в квартале, районе, округе), альтернативных выявленным загруженным участкам дорог в целях снижения величины рассогласования и приведение уровней загруженности к норме. В этом случае в вычислительном центре формируются сообщения, которые передаются по каналам электронной связи на соответствующие цифровые табло, которые установлены перед загруженными участками дорог. При этом сами цифровые табло установлены перед нерегулируемыми перекрестками или съездами на достаточном расстоянии от регулируемого перекрестка с тем, чтобы у водителя была возможность миновать загруженного участка, начало которого определено впереди стоящим регулируемым перекрестком. Цифровое табло представляет собой большой монитор и вывод сообщений на цифровое табло может быть осуществлен как в текстовой так и в графической форме в виде карты.
Водитель транспортного средства, приближаясь к такому загруженному участку дороги, получает визуальную информацию как о наличии препятствия на дороге, так и о возможном пути объезда участка с препятствием. Полученная водителем визуальная информация позволяет ему принять решение об оптимальном маршруте и, в результате, обеспечивает снижение нагрузки с загруженных участков улично-дорожной сети, распределяя потоки равномерно по имеющимся транспортным магистралям населенного пункта.
Результаты вычисления передаются также из вычислительного центра в навигационную систему ГЛАНАС, соединенную посредством спутниковой связи с множеством пользовательских мониторов-навигаторов, владельцы которых инициируя соответствующий запрос в систему получают на свои мониторы или на устройство голосовых сообщений данные об оптимальном маршруте передвижения в место назначения или данные по загруженным участкам дорог для индивидуальных навигационных вычислительных устройств.
Данные об оптимальном маршруте передвижения в место назначения или данные по загруженным участкам дорог для индивидуальных навигационных вычислительных устройств могут также передаваться водителям транспортных средств по другим известным каналам связи, например GPRS.
Формирователь сигнала переключения светофора обеспечивает необходимый уровень и форму выходного сигнала для управления светофором и может быть выполнен в виде усилителя мощности, на основе ключевых элементов.
Узел вычисления может быть выполнен на основе процессора, либо на основе элементов цифровой логики, реализующих алгоритм в соответствии со схемой на фиг.5, который предусматривает предварительное введение необходимых параметров, таких как время фиксированной длительности разрешающего сигнала, количество циклов подряд, необходимых для перехода на разрешающий сигнал и пр. и последующее исполнение операций безусловного и условного переходов в соответствии со схемой. При этом направлением «да» для операторов условных переходов на схеме является направление вниз, а направление «нет» - в сторону. Вычислительный центр также может быть выполнен на основе мощного процессора.
Видеокамеры установлены так, чтобы имелась возможность получения видеоизображения по каждому из регулируемых направлений, которые, в свою очередь, записываются в память блока записи видеоизображений узла вычисления. Емкость памяти ограничивает период записи неделей, при этом запись постоянно обновляется по мере заполнения памяти. Полученное видеоизображение по команде из вычислительного центра передается по каналам связи на вход вычислительного центра и может служить в качестве доказательственных материалов в судебном процессе.
Передатчики и приемники узлов обнаружения и узлов идентификации выполнены с использованием стандартных радиоэлементов.
Таким образом, заявленная система обеспечивает расширение области применения за счет повышения надежности обнаружения и идентификации транспортных средств, движущихся на участке дороги перед светофором и повышения эффективности светофорного регулирования за счет возможности автоматической адаптации к изменяющейся плотности потоков транспортных средств, а также обеспечение возможности равномерного распределения загруженности дорог на сетке транспортных сообщений населенного пункта, в целом