УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА
DEVICE TO REGULATE TRAFFIC FLOWS

Областью применения изобретения являются транспортные потоки преимущественно в городских условиях, на которых периодически возникают транспортные «пробки», вызванные превышением фактического потока автотранспорта относительно проектной (расчетной) пропускной способности данного участка дороги.
Актуальность проблемы
Для дорожно-транспортной ситуации в целом, например, по городу Москве, характерно:
- очень высокая плотность транспортных потоков (проведенные Центром исследований транспортной инфраструктуры г.Москвы (ЦИТИ) замеры показали, что по транспортной сети Москвы в дневное время одновременно находится в движении 160-180 тысяч автомобилей. Увеличение этого числа до 230-250 тысяч приводит к образованию заторов);
- низкая средняя скорость движения;
- частые предзаторные и заторные ситуации.
Для центра Москвы и всего города характерны следующие проблемы организации дорожного движения:
- значительная перегруженность улично-дорожной сети;
- низкая дисциплина участников дорожного движения и неадекватный надзор.
Ключевыми причинами образования пробок являются:
- неоптимальное распределение транспортных потоков;
- недостаточность управления движением (сюда относится неоптимальность организации движения как на уровне дорожных знаков (ограничение/запрет принимается на основе субъективного решения), так и неразвитость автоматизированных систем управления движением (АСУД));
- опережение спроса на движение по отношению к его удовлетворению.
Ни один крупный город мира не решил проблему затрудненного движения только путем увеличения пропускной способности дорог: спрос на передвижение всегда был столь оживлен, что увеличение пропускной способности дорог приводило лишь к возникновению нового спроса, вновь порождавшего проблему затрудненного движения.
Множество городов, особенно в Западной Европе, например Цюрих, справились с ситуацией путем грамотной организации движения.
В Москве, как и в других крупнейших мегаполисах мира, сложилась парадоксальная ситуация - спрос на перевозки в черте города растет, а финансовое положение общественного транспорта ухудшается. Один из способов противостоять этому - улучшать организацию движения.
Согласно отчету о проведении Международного семинара (г.Москва, 20-21 февраля 2002 г.): "Транспортные проблемы являются комплексными, охватывающими обширную область управления, так что измерение, наблюдение и моделирование крайне важны для разработки стратегии организации движения".
В постановлении Правительства Москвы "Об основных направлениях совершенствования организации дорожного движения в г.Москве" от 15 мая 2001 г. № 459-ПП предлагаются следующие меры для сокращения транспортных пробок:
- сокращение/запрещение строительства новых объектов финансово-деловой и торгово-обслуживающей сферы;
- введение ограничений на въезд в центральную часть города;
- создание препятствий для использования центра города транзитными транспортными потоками введением режима „успокоенного движения”;
- понижение скорости движения транспортных средств на определенной территории.
Таким образом, создание систем и отдельных устройств, позволяющих сократить или уменьшить количество транспортных заторов, является актуальной задачей многих крупных городов мира.
На чертеже показана схема управления движением транспорта на регулируемом участке.
Предлагаемое устройство состоит (см. чертеж) из системы светофоров 1 с регулируемой продолжительностью горения сигналов, датчиков регистрации входа автомобилей (например, мониторов 2), а также средств количественного учета транспортных единиц на данном участке. Продолжительность горения любого сигнала определяется и регулируется с помощью вычислительного устройства 6.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Вычислительное устройство 6 первоначально настраивается на продолжительность подачи разрешающего сигнала светофора 1 из условия максимальной пропускной способности данного участка. Максимальная пропускная способность участка определяется расчетным путем исходя из таких факторов, как длина участка, ширина дорожного полотна, состояние и качество дорожного покрытия, допустимая скорость движения, допустимые интервалы между автомобилями, тормозной путь, и других. Эти факторы 3 являются определяющими для начала расчета и в дальнейшем рассматриваются в качестве относительно постоянных для данного участка. По существу, эти факторы являются единственными расчетными в настоящее время в процессе проектирования при определении пропускной способности участка. Полученная с учетом только этих данных величина пропускной способности участка может рассматриваться в качестве максимально возможной (максимально допустимой) для данного участка. Исходя из этой величины определяется максимальная продолжительность одного цикла горения разрешающего сигнала светофора 1 на данном участке. Эта величина в качестве «константы» вводится в вычислительное устройство 6. В дальнейшем с ней сравниваются и относительно нее производят корректировку времени горения разрешающего сигнала.
В процессе работы участка необходимо вносить в эту величину коррективы для учета факторов 4, которые изменяются со временем, в частности, в связи с изменением погодных условий: гололед, влажное состояние дороги, туман, ночное время и др. В основном эти факторы влияют на величину безопасной в данный момент времени скорости, интервалы, тормозной путь и пр. Учет этих факторов осуществляется с помощью особой программы, которая учитывает эти переменные факторы 5. Суммарная величина с учетом постоянных и переменных значений поступает к сигналу светофора 1. Таким образом, устройство обеспечивает в любой момент времени пропускную способность участка, близкую к оптимальной, и не допускает образования на регулируемом участке «пробок», или заторов, вызванных переполнением данного участка автомобилями свыше допустимой (расчетной) пропускной способности.
Устройство может быть легко смоделировано на одной или нескольких улицах Москвы или любого другого города мира, где часто возникают транспортные пробки.
В настоящее время, когда вся транспортная система является в указанном смысле нерегулируемой, на любой участок заходит такое (неограниченное) количество машин, которое к нему приближается. Это количество никак не связано с пропускной способностью участка, и пополнение участка машинами зависит лишь от визуальной оценки водителя на данном, видимом из его кабины отрезке. Он не знает истинного положения на дороге дальше. Разрешающий сигнал светофора говорит лишь о том, что на данной площадке ситуация позволяет влиться в поток и стать участником дорожного движения в заданном направлении. Т.е отсутствует обратная связь, которая могла бы предупредить водителя о возможной пробке.
Рассмотрим ситуацию, когда на регулируемом участке произошла авария, которая может стать источником пробки. При многополосном движении это препятствие легко преодолевается за счет объезда места аварии по параллельной полосе движения. При этом регулирующий светофор получает от вычислительного устройства сигнал на понижение пропускной способности участка на время устранения аварии и расчистки его проезжей части. Величина этого сокращения не должна выходить за пределы общей (максимальной) пропускной способности участка. В противном случае проезд по этому участку объявляется временно закрытым (с соответствующими указаниями на объездные пути). Время, в течение которого участок будет закрыт, определяется вычислительным устройством и передается на светофор, который в свою очередь связан с получаемой информацией о ходе восстановительных работ на участке и поэтому может периодически выдавать информацию о предполагаемом начале движения, что уменьшает нервозность водителей, сокращает их попытки въезда на временно закрытый участок (усугубляя тем самым ситуацию на нем), не загромождает подъезд аварийных, медицинских, пожарных и правоохранительных служб и тем самым способствует сокращению травматизма на дороге.
Рассмотрим случай, когда по регулируемому участку срочно требуется пропустить машины со спецсигналами. Такая необходимость предусматривается вначале расчета пропускной способности участка за счет снижения общего расчетного времени горения зеленого светофора (ограничение пропуска) - коэффициент снижения пропускной способности данного участка. На это время на данном участке временно дольше «обычного» горит красный свет для пропуска специальных маши по данному участку. Однако такое торможение на локальном участке не скажется на движении машин всех остальных участков, поскольку их пропускная способность определена из самостоятельного расчета.
Система регулирования может быть спроектирована так, что она будет включаться на данном регулируемом участке только в определенное время суток, в определенные часы, при определенных погодных или атмосферных условиях, которые устанавливаются распоряжениями городских властей. Для большинства транспортных участков города в ночное время, перед началом, вскоре после окончания рабочего дня, в выходные и праздничные дни необходимость такого ограничения отпадает. Нет необходимости введения режима регулируемого участка также для большинства второстепенных улиц, заторы на которых не оказывают существенного отрицательного влияния на близлежащие проезды и перекрестки. Регулируемый участок дороги снабжен разметкой, указателями и дорожными знаками, позволяющими осуществлять маневрирование автомобиля: поворот направо, разворот, перестроение и пр. На этом участке не должно быть мест для стоянки или длительной остановки автомобилей.
Наличие на регулируемом участке пересекающихся с ним в одной плоскости пешеходных переходов учитывается путем вычитания из расчетного времени движения по участку времени, необходимого для пропуска пешеходов по переходу, светофор которого также подключается к системе регулирования транспортного потока. Сюда же могут быть подключены светофоры регулирования движения пересекающихся с транспортным потоком трамвайных, троллейбусных и др. линий.
В целом предполагается, что все участники движения обладают необходимыми навыками вождения, в основном подчиняются правилам дорожного движения, используют технически исправные транспортные средства. Регулируемый участок дороги оснащен всеми необходимыми дорожными и указательными знаками, а дорожное полотно - соответствующей разметкой. Наличие вычислительного устройства и датчика учета поступивших на регулируемый участок автомобилей позволяет осуществить обратную связь, предотвращающую переполнение участка.
Благодаря учету изменившихся погодных условий автоматически осуществляется корректировка пропускной способности участка применительно к данному, конкретному моменту времени. В настоящее время эти функции частично возлагаются на сотрудников, занимающихся регулированием дорожного движения.
Экономическая и другая эффективность от изобретения:
1. Отсутствие или сокращение пробок на дорогах.
2. Повышение производительности транспортных средств при перемещении по городу.
3. Экономия топлива, которое впустую затрачивается при простоях транспорта в пробках.
4. Снижение загрязненности атмосферы от работающих на холостых оборотах двигателей.
5. Сокращение последствий травматизма при авариях за счет ускорения прибытия к месту аварии спецмашин (скорая и аварийная помощь, правоохранительные органы).
6. Возможность регулирования без дополнительных потерь времени уборки дорог от снежных заносов коммунальными службами.
7. Возможность беспрепятственного проезда машин правительственной и других служб без отрицательного воздействия на движение остальных видов наземного транспорта.
Наиболее близким аналогом изобретения является система управления транспортным потоком, получившая название «зеленая волна». Она была внедрена и хорошо зарекомендовала себя в середине 60-х годов в ряде городов России (Москва, Санкт-Петербург, Липецк), в Киеве, Алма-Ате, Париже, Риме и др.
См. описание: Метсон Т.М., Смит У.С., Хард Ф.В. Организация движения, пер. с англ. М., 1960; Страментов А.Е., Фишельсон М.С. Городское движение, 2 изд. М., 1965.