СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к системам управления дорожным движением посредством регулирования работы светофоров.
Уровень техники
В связи с постоянно увеличивающимся количеством автомобилей на улицах городов в последнее время все более остро встает проблема регулирования движения транспорта с целью предотвращения дорожных заторов («пробок»). Особое внимание уделяется обеспечению графика движения наземного общественного транспорта - автобусов, троллейбусов и трамваев.
Наиболее распространенным решением указанной проблемы является выделение отдельной полосы для движения общественного транспорта. Однако такое решение не всегда возможно. Кроме того, даже при наличии выделенной полосы возможно возникновение заторов на светофорах, что приводит к задержкам в движении общественного транспорта.
В настоящий момент известны различные решения, предотвращающие задержки общественного транспорта на регулируемых перекрестках. В большинстве таких решений используются различные системы управления работой светофоров для предоставления общественному транспорту так называемой «зеленой волны».
Основная идея предлагаемых решений заключается в регулировании длительности горения сигналов светофора в зависимости от определенных параметров.
Например, в патенте Германии №102 04 682 предложена система для управления светофорами с помощью управляющей информации. Указанную управляющую информацию подвижная единица передает управляющей системе посредством мобильной радиосети. Управляющая система в зависимости от переданной управляющей информации выбирает в таблице управления соответствующую запись, и выбранная запись используется для управления светофорами.
В качестве ближайшего аналога настоящей полезной модели выбрана система управления движением, предложенная в патенте Великобритании №1,375,813. Указанная система включает в себя центральный управляющий модуль, предназначенный для управления светофорами, содержащий данные,
представляющие собой модель дорожной сети. Модель дорожной сети содержит расчетное время прибытия подвижной единицы на определенные участки дорожной сети. Система также включает в себя установленные на дорогах устройства обнаружения подвижных единиц, соединенные с центральным управляющим модулем. Указанные устройства обнаружения подвижных единиц передают в центральный управляющий модуль информацию об обнаруженных подвижных единицах. На основании этой информации центральный управляющий модуль рассчитывает время прибытия подвижной единицы на определенные участки дорожной сети. В случае, если обнаруживается, что определенное время прибытия отличается от расчетного, центральный управляющий модуль изменяет длительности горения сигналов светофоров для обеспечения своевременного прибытия подвижной единицы.
К недостаткам описанного решения можно отнести необходимость установки на дорогах устройств обнаружения подвижных единиц. Такое решение является дорогостоящим само по себе, т.к. требует обязательной организации придорожной инфраструктуры и обязательного согласования во всех органах, на что нужно достаточно много времени и сил. Кроме монтажа придорожной инфраструктуры, соединение с центральным управляющим модулем также являются сложными и затратными операциями.
Сущность полезной модели
Задача, для решения которой предлагается настоящая полезная модель, заключается в создании системы управления светофорами, лишенной указанных выше недостатков, а именно имеющей относительно невысокую стоимость и являющейся простой в установке.
Для решения поставленной задачи предлагается система управления работой светофоров, содержащая следующие компоненты:
- комплекс бортового оборудования, установленный на подвижной единице, выполнен с возможностью двустороннего обмена данными: передачи посредством мобильной радиосвязи управляющей информации на комплекс управления и контроля и обратно на комплекс бортового оборудования о результатах принятых решений;
- комплекс управления и контроля, выполненный с возможностью приема управляющей информации от комплекса бортового оборудования, определения необходимости управления работой светофоров на основании полученной
управляющей информации, и передачи команд управления светофором комплексу светофорного регулирования;
- комплекс светофорного регулирования, выполненный с возможностью приема команд управления светофором от комплекса управления и контроля и управлением длительностью горения сигналов светофора;
- комплекс информирования пассажиров на остановках общественного транспорта о расчетном времени прибытия подвижной единицы, выполненный с возможностью приема соответствующей информации от комплекса управления и контроля и отправкой информации о своем состоянии (работоспособности);
Кроме того, комплекс бортового оборудования дополнительно включает в себя приемник системы глобального спутникового позиционирования GPS или ГЛОНАСС, и управляющая информация включает в себя координаты, направление и скорость движения подвижной единицы, определенные посредством указанного приемника.
Таким образом, поскольку определение координат подвижной единицы осуществляется посредством системы глобального спутникового позиционирования GPS или ГЛОНАСС, устраняется необходимость в установке каких либо дополнительных устройств обнаружения подвижных единиц.
В одном из вариантов осуществления полезной модели связь комплекса бортового оборудования и комплекса управления и контроля осуществляется посредством пакетной радиосвязи общего пользования GPRS.
Перечень фигур чертежей
Другие свойства и достоинства настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего описания, содержащего ссылки на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют пример осуществления полезной модели, не вносящий каких-либо ограничений. На чертежах:
фиг.1 изображает комплекс бортового оборудования;
фиг.2 изображает комплекс управления и контроля;
фиг.3 изображает комплекс светофорного регулирования;
Осуществление полезной модели
В соответствии с настоящей полезной моделью система управления работой светофоров содержит следующие компоненты:
- комплекс бортового оборудования;
- комплекс управления и контроля;
- комплекс светофорного регулирования.
Опционально предлагается использовать комплекс информирования пассажиров на остановках общественного транспорта о расчетном времени прибытия подвижной единицы.
Комплекс бортового оборудования (фиг.1) устанавливается на подвижной единице и представляет собой специализированный компьютер 1, который в автоматизированном режиме решает следующие задачи:
- определение местоположения, направления и скорости движения подвижной единицы. Эта задача решается посредством встроенного приемника 2 системы GPS или ГЛОНАСС.
- обмен данными с комплексом управления и контроля. Такой обмен осуществляется посредством мобильной радиосвязи. В предпочтительном варианте осуществления комплекс бортового оборудования содержит модуль 3 GPRS, и обмен данными с комплексом управления и контроля осуществляется посредством пакетной радиосвязи общего пользования GPRS
Кроме указанных основных задач, комплекс бортового оборудования также может иметь дополнительные функции, такие как подсчет количества пассажиров (модуль 6 счетчика пассажиров), уведомление водителя о маршруте и соответствии расписанию (консоль 4 водителя), информирования пассажиров о следующей остановке (табло 5), подключению системы электронных платежей за проезд, системы видеонаблюдения в салоне транспорта и кабине водителя, экстренный вызов от водителя к диспетчеру и т.п.
На фиг.1 приведена структурная схема комплекса бортового оборудования в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления. Комплекс бортового оборудования включает в себя следующие компоненты:
- приемник 2 GPS или ГЛОНАСС, определяющий координаты подвижной единицы;
- модуль 3 GPRS, посредством которого осуществляется обмен данными с центром управления и контроля через виртуальную частную сеть (VPN), используя доступ в Internet, предоставляемый оператором 7 сотовой связи;
- внутренние асинхронные интерфейсы 8, 9, посредством которых осуществляется обмен данными между операционной системой и приемником GPS и модулем GPRS;
- операционная система реального времени, осуществляющая управление работой всех составляющих комплекса бортового оборудования;
- аппаратные средства, включающие в себя, по меньшей мере, процессор 10 и оперативную и энергонезависимую память.
На фиг.2 приведена структурная схема комплекса управления и контроля в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления. Комплекс управления и контроля включает в себя следующие компоненты:
- сервер 12 управления процессом приоритетного пропуска (Realtime-сервер);
- сервер 13 управления базой данных (Online-сервер);
- Маршрутизатор 11 локальной вычислительной сети;
Realtime-сервер является сервером оперативного управления и контроля системы и выполняет следующие функции:
- поддерживает постоянную связь с удаленными объектами посредством модуля GPRS;
- выполняет вычисление величины отклонения от расписания и генерацию и передачу команд управления светофором комплексу светофорного регулирования.
Online-сервер является сервером конфигурации и хранения системы и выполняет следующие функции:
- обеспечивает данными Realtime-сервер;
- хранит оперативную информацию о состоянии системы;
- выполняет постоянный контроль системы;
содержит информацию о маршрутах и географических зонах приоритета
В качестве Realtime-сервера и Online-сервера могут быть использованы любые из предлагаемых в настоящее время на рынке серверов, имеющих аппаратную конфигурацию, соответствующую вышеперечисленным задачам.
Маршрутизатор локальной вычислительной сети предназначен для соединения элементов комплекса управления и контроля в единую локальную сеть. В предпочтительном варианте осуществления используется маршрутизатор сети типа Ethernet, однако может быть также использованы и сети других типов, включая беспроводные.
Для обмена данными между комплексом управления и контроля и удаленными компонентами системы, а именно комплексом бортового оборудования и комплексом светофорного регулирования используется виртуальная частная сеть 14 (VPN) через Internet. Комплекс светофорного регулирования по фиг.1 предназначен для приема и выполнения команд управления светофором от комплекса управления и контроля и управлением длительностью горения сигналов светофора, и включает в себя следующие компоненты:
- блок 15 дистанционного вызова приоритетного проезда;
- светофорный контроллер 16.
Комплекс светофорного регулирования является терминалом, осуществляющим получение и обработку команд управления светофором от центра управления и контроля и включение фазы светофорного контроллера путем замыкания соответствующих контактов на внешнем разъеме дорожного контроллера в варианте подключения через блок коммутации, либо включение фазы светофорного контроллера путем передачи определенной производителем контроллера команды через последовательный асинхронный порт дорожного контроллера.
Комплекс светофорного регулирования не имеет непосредственной связи с комплексом бортового оборудования и принимает команды только от комплекса управления и контроля. Однако опционально возможно организовать передачу информации о подходе транспортной единицы к перекрестку непосредственно комплексу светофорного регулирования по радиосети в разрешенном диапазоне 433 МГц с подключением к бортовому компьютеру соответствующего модема и установку соответствующего модема в комплекс светофорного регулирования
На фиг.3 приведена структурная схема комплекса светофорного регулирования в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления. Комплекс светофорного регулирования включает в себя следующие компоненты:
- модуль 17 GPRS (посредством которого осуществляется обмен данными с центром управления и контроля
- внутренние асинхронные интерфейсы, посредством которых осуществляется обмен данными между операционной системой и приемником GPS и модулем GPRS;
- внешние асинхронные интерфейсы 18, посредством которых осуществляется передача команды дорожному контроллеру в варианте подключения через последовательный асинхронный порт
- модуль коммутации посредством которого осуществляется передача команды дорожному контроллеру в варианте подключения через последовательный асинхронный порт
- операционная система реального времени, осуществляющая управление работой всех составляющих комплекса бортового оборудования;
- аппаратные средства, включающие в себя, по меньшей мере, процессор и оперативную и энергонезависимую память.
В качестве светофорного контроллера в системе используется стандартный дорожный контроллер 16 с возможностью внешнего управления включением фазы.
Система функционирует следующим образом.
- приоритетный проезд предоставляется подвижной единице, имеющей отставание от расписания движения больше;
- приоритетный проезд предоставляется средствами светофорного регулирования только на постах, оснащенных устройствами дистанционного вызова;
- при одновременном запросе на приоритетный проезд нескольких подвижных единиц к одному дорожному контроллеру большим приоритетом пользуется подвижная единица, находящаяся на второстепенной дороге.
Порядок функционирования системы при наличии непосредственной связи подвижных единиц с центром управления приоритетом определяется следующим образом:
Участок предоставления приоритета разбивается на виртуальные зоны следующим образом:
Зона подготовки - специальная географическая зона, расположенная на подъезде к светофорному посту, ограниченная расчетными координатами, при попадании в которую начинается подготовка светофорного регулирования к включению фазы приоритетного проезда, если выполнены все условия предоставления приоритетного проезда;
Зона вызова - специальная географическая зона, расположения на подъезде к светофорному посту между зоной PRE и стоп-линией, ограниченная расчетными координатами, при попадании в которую подвижная единица инициирует запрос на приоритетный проезд;
Зона восстановления - специальная географическая зона, расположенная после перекрестка, ограниченная расчетными координатами, при попадании в которую система выполняет восстановление нормального светофорного регулирования.
Расчетные координаты зон вычисляются для каждого перекрестка индивидуально, исходя из схемы организации дорожного движения, траектории пересечения перекрестка подвижной единицей, архитектурных особенностей перекрестка, скорости движения подвижной единицы и точности определения координат в данной местности. Расчетные координаты зон наносятся на электронную карту и хранятся в Online сервере.
Центр управления системы производит постоянный контроль местоположения и состояния подвижных единиц по технологии GPS с отображением местоположения их на электронной карте маршрутов.
Данные о местоположении подвижных единиц записываются в архивную базу данных и сверяются с расписанием для учета отклонений от расписания.
Расчет времени прибытия производится на основании данных о местоположении подвижной единицы, расписания движения и величины задержки на остановках, связанной с посадкой и высадкой пассажиров.
После расчета времени прибытия подвижной единицы к следующей остановке, центр управления передает на остановочные информационные табло необходимую информацию, которая отображается на светодиодных панелях.
При обнаружении отклонения от расписания, центр управления формирует запрос на приоритетный проезд, указывая время в течение которого команда включения специальной фазы должна быть выполнена блоком дистанционного управления, установленным в дорожном контроллере. В случае успешного выполнения команды, блок дистанционного управления отправляет подтверждение в центр.
Получив команду на включение фазы приоритетного проезда, блок управления сверяет время формирования запроса и период исполнения команды. В случае удовлетворения условий, блок дистанционного управления выполняет электрическую коммутацию контакта включения специальной фазы приоритетного проезда в варианте подключения через блок коммутации, либо передает специальную команду контроллеру через асинхронный последовательный порт.
Блок дистанционного управления выполняет электрическую коммутацию контакта включения специальной фазы приоритетного проезда либо передает специальную команду контроллеру через асинхронный последовательный порт.
Светофорное регулирование выполняется в соответствии со схемой светофорного регулирования, которая определена для данного перекрестка и зафиксирована в его паспорте. Обработка электрических сигналов на контактах включения специальных фаз или обработка команды, полученной по асинхронному интерфейсу и сигнальная программа выполняется непосредственно в дорожном контроллере.
Получив команду на выключение фазы приоритетного проезда, блок управления сверяет время формирования запроса и период исполнения команды. В случае удовлетворения условий, блок дистанционного управления выполняет электрическую коммутацию контакта выключения специальной фазы приоритетного проезда либо передает специальную команду выключения специальной фазы приоритетного проезда контроллеру через асинхронный последовательный порт.
Если команда выключения фазы приоритетного проезда не поступила из центра управления и контроля за рассчитанное время, блок дистанционного управления формирует запись во внутреннем журнале и не выполняет коммутации соответствующих контактов или не передает команду через асинхронный последовательный порт.
В этом случае дорожный контроллер завершает фазу приоритетного проезда самостоятельно в соответствии с сигнальным планом.
В ряде случаев допускается логика, при которой сигнал на выключение специальной фазы не формируется и не обрабатывается, а длительность фазы определяется расчетным способом и реализуется в сигнальных программах дорожного контроллера.
Восстановление цикла светофорного регулирования выполняется дорожным контроллером в соответствии с сигнальной планом, индивидуальным для каждого светофорного поста.
Логика сигнальной программы дорожного контроллера может компенсировать потерю времени для остального движения, оставляя зеленый сигнал на более длительное время.
Порядок функционирования системы при наличии непосредственной связи подвижных единиц с дорожным контроллером определяется следующим образом:
Участок предоставления приоритета разбивается на виртуальные зоны следующим образом:
Зона подготовки - специальная географическая зона, расположенная на подъезде к светофорному посту, ограниченная расчетными координатами, при попадании в которую начинается подготовка светофорного регулирования к включению фазы приоритетного проезда, если выполнены все условия предоставления приоритетного проезда;
Зона вызова - специальная географическая зона, расположения на подъезде к светофорному посту между зоной PRE и стоп-линией, ограниченная расчетными координатами, при попадании в которую подвижная единица инициирует запрос на приоритетный проезд;
Зона восстановления - специальная географическая зона, расположенная после перекрестка, ограниченная расчетными координатами, при попадании в которую система выполняет восстановление нормального светофорного регулирования.
Расчетные координаты зон вычисляются для каждого перекрестка индивидуально, исходя из схемы организации дорожного движения, траектории
пересечения перекрестка подвижной единицей, архитектурных особенностей перекрестка, скорости движения подвижной единицы и точности определения координат в данной местности. Расчетные координаты зон наносятся на электронную карту и хранятся в памяти бортового оборудования.
Комплекс бортового оборудования производит постоянный контроль местоположения и передает в эфир собственный идентификатор и идентификаторы зон в которых он находится.
Дорожный контроллер обнаружив в зоне видимости подвижные единицы обращается в центр управления для обнаружении отклонения от расписания.
В случае обнаружения отклонения, блок дистанционного управления выполняет электрическую коммутацию контакта включения специальной фазы приоритетного проезда в варианте подключения через блок коммутации, либо передает специальную команду контроллеру через асинхронный последовательный порт.
Светофорное регулирование выполняется в соответствии со схемой светофорного регулирования, которая определена для данного перекрестка и зафиксирована в его паспорте. Обработка электрических сигналов на контактах включения специальных фаз или обработка команды, полученной по асинхронному интерфейсу и сигнальная программа выполняется непосредственно в дорожном контроллере.
Получив идентификатор зоны восстановления, блок дистанционного управления выполняет электрическую коммутацию контакта выключения специальной фазы приоритетного проезда либо передает специальную команду выключения специальной фазы приоритетного проезда контроллеру через асинхронный последовательный порт.
В ряде случаев допускается логика, при которой сигнал на выключение специальной фазы не формируется и не обрабатывается, а длительность фазы определяется расчетным способом и реализуется в сигнальных программах дорожного контроллера.
Восстановление цикла светофорного регулирования выполняется дорожным контроллером в соответствии с сигнальный планом, индивидуальным для каждого светофорного поста.
Логика сигнальной программы дорожного контроллера может компенсировать потерю времени для остального движения, оставляя зеленый сигнал на более длительное время.