СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ НА ПЕРЕКРЕСТКЕ
METHOD OF CONTROLLING TRAFFIC FLOWS AT CROSSING

Изобретение относится к области управления дорожным движением на регулируемых перекрестках, что особенно актуально для крупных мегаполисов, где многополосные транспортные магистрали пересекаются друг с другом на одном уровне при наличии больших транспортных и пешеходных потоков.
В настоящее время известны различные способы управления движением транспортных потоков, применяемые на перекрестках транспортных магистралей. Одни из них основываются на пофазном управлении движением транспортных потоков, когда интенсивности движения транспортных и пешеходных потоков не учитываются. При этом с одной стороны снижается уровень пропускной способности, так как при регулировании движения транспортных потоков на перекрестке не учитывается неуравновешенность во встречных направлениях, то есть при возникновении заторов на входах перекрестка не происходит адаптивного управления движением, а с другой - не снижается количество дорожно-транспортных происшествий, так как имеют место пересечение транспортных потоков друг с другом и с пешеходными. Некоторые другие способы основываются на управлении движением только по отдельным направлениям. Но в настоящее время этот способ осуществляется с помощью построения статистической модели измерения интенсивностей транспортных потоков по всем направлениям транспортных магистралей в зависимости от определенного времени суток и дня недели. При этом не происходит адаптивного управления движением транспортных потоков на перекрестке, так как обстановка на транспортной магистрали может меняться еще в зависимости от многих разных факторов, например, аварии или ремонт дороги, погодные условия. [Плотников А.М. Разработка схем организации движения транспортных и пешеходных потоков на регулируемых перекрестках. Учебное пособие для вузов. - СПб.: Нестор-История, 2010. - 110 с., 58 ил.].
Известна полезная модель «Система управления движением на многополосных перекрестках» [Заявка на ПМ РФ №2011113715/11 (020363), МПК G08G 1/01, дата подачи заявки 04.04.2011]. Из ее описания следует, что данная полезная модель реализует следующий способ регулирования движения транспортных потоков на перекрестке, заключающийся в пофазном управлении движением транспортных потоков с помощью соответствующей сигнальной системы, предварительно установленной на перекрестке в соответствующих местах. А именно: дорожный контроллер устанавливают в зоне перекрестка и подключают его к, по меньшей мере, трем устройствам управления движением транспортных и пешеходных потоков и детекторам транспорта. Причем каждое устройство управления движением составляют из набора сигнальных средств регулирования движения и указателей направления движения, которые выполняют с возможностью изменения своего информационного предписания в зависимости от команд дорожного контроллера. Набор сигнальных средств образуют из пешеходных и транспортных светофоров, при этом каждый транспортный светофор оснащают, по меньшей мере, одной дополнительной секцией. Причем дополнительную секцию выполняют с возможностью перехода от открытого или видимого положения к закрытому или невидимому положению, либо наоборот. Указатели направления движения и детекторы транспорта располагают на соответствующих полосах движения транспортной магистрали. Детекторы транспорта настраивают на слежение за приближающимися к перекрестку прямыми и поворотными транспортными потоками.
Эта полезная модель выбирается в качестве прототипа, так как она содержит наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемого изобретения и направлена на решение задачи, сходной с задачей, решаемой заявляемым изобретением.
Однако прототип имеет существенные недостатки, а именно не удается эффективно использовать время, выделенное для достижения максимального уровня пропускной способности перекрестка. При этом сложно обеспечить фиксацию аварийных ситуаций, сложившихся в пределах самого перекрестка. Это обусловлено тем, что каждый детектор транспорта соответствует определенной полосе движения транспортной магистрали и настроен на слежение только за приближающимися к перекрестку прямыми и/или поворотными транспортными потоками.
Поэтому традиционно стремятся повысить уровень пропускной способности транспортных потоков известными средствами, то есть использованием пофазного способа управления движением транспортных потоков на перекрестке, однако при этом снижается уровень дорожной безопасности. Это обусловлено тем, что транспортные потоки пересекаются не только друг с другом, но и с пешеходными потоками, приводя к дорожно-транспортным происшествиям. Если же стремятся известными путями достичь высокого уровня дорожной безопасности, например, разрешают только бесконфликтное движение по всем направлениям для транспортных средств, при этом полностью исключают возможность пересечения транспортных потоков друг с другом и с пешеходными. В результате значительно снижается уровень пропускной способности. На разрешение этой противоречивой ситуации направлено данное изобретение.
Задачей настоящего изобретения является разработка нового способа регулирования движения транспортных потоков на перекрестке, который бы обеспечивал достижение следующего технического результата, а именно: мог обеспечить высокий уровень пропускной способности на перекрестке с одновременным достижением высокого уровня дорожной безопасности.
Решение поставленной задачи с достижением указанного технического результата заключается в том, что в известном способе регулирования движения транспортных потоков на перекрестке транспортных магистралей, расположенных на одном уровне, заключающимся в пофазном управлении движением транспортных потоков с помощью соответствующей сигнальной системы, предварительно установленной на перекрестке, согласно настоящему изобретению, введено дополнительное регулирование движения транспортных потоков с учетом определения в режиме реального времени величины неуравновешенности в интенсивностях движений прямых встречных транспортных потоков.
Возможен вариант, развитие основного технического решения которого заключается в том, что в качестве сигнальной системы в предлагаемом способе регулирования движения транспортных потоков на перекрестке используют систему управления транспортными и пешеходными потоками через перекресток, элементы которой предварительно устанавливают на перекрестке, а именно: дорожный контроллер устанавливают в зоне перекрестка, блок неуравновешенности устанавливают там же и подключают его к дорожному контроллеру и устройству слежения, настроенному на слежение за каждой полосой движения и за перекрестком в целом, набор сигнальных средств регулирования движения устанавливают на подъезде к перекрестку и/или в пределах самого перекрестка, причем каждый транспортный светофор из этого набора снабжают, по меньшей мере, одной дополнительной секцией, которую выполняют с возможностью перехода из видимого положения в невидимое, осуществляя при этом смену типа транспортного светофора, указатели направления движения выполняют в виде дорожных знаков особого предписания с возможностью смены своего информационного предписания в соответствии со сменой типа транспортного светофора и устанавливают над каждой полосой движения.
Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет достичь следующего технического результата, а именно: обеспечить высокий уровень пропускной способности на перекрестке с одновременным достижением высокого уровня дорожной безопасности.
Этот технический результат достигается за счет того, что постоянно в режиме реального времени определяют величину неуравновешенности интенсивностей движения прямых встречных транспортных потоков по всем полосам движения транспортных магистралей, предназначенных для прямого направления, сравнивают полученную величину неуравновешенности с предварительно заданным для данного перекрестка порогом неуравновешенности для прямых встречных транспортных потоков, в случае если вышеуказанный порог не превышен, то выбирают пофазный способ управления движением транспортных потоков на перекрестке, а если порог неуравновешенности превышен хотя бы по одной полосе движения в прямых встречных направлениях, то на перекрестке выбирают способ управления движением по отдельным направлениям. При этом с помощью детекторов транспорта, настроенных на поворотные направления, также отслеживают интенсивности движения лево- и правоповоротных транспортных потоков, для которых также устанавливают пороговое значение. С помощью дорожного контроллера обрабатывают всю информацию и обеспечивают адаптивное регулирование движения транспортного потока по каждой полосе движения по каждому направлению на перекрестке, что препятствует образованию заторов, тем самым уменьшая время проезда перекрестка и увеличивая уровень пропускной способности перекрестка. А ограничение пересечения больших транспортных потоков друг с другом и с пешеходными потоками позволяет достигнуть высокого уровня дорожной безопасности.
Для реализации предлагаемого способа используют систему управления транспортными и пешеходными потоками через перекресток, элементы которой предварительно устанавливают на перекрестке. А именно: в зоне пересечения транспортных магистралей устанавливают блок неуравновешенности, который соединяют с устройством слежения и дорожным контроллером. Блок неуравновешенности настраивают на получение информации об интенсивности движения прямых встречных транспортных потоков по каждому направлению от соответствующих детекторов транспорта. Причем все детекторы транспорта объединяют в устройство слежения за автодорожной обстановкой. Кроме этого, в устройство слежения за автодорожной обстановкой вводят блок кругового слежения, который выполняют с возможностью вращения вокруг своей оси. Затем блок неуравновешенности настраивают на определение в относительных единицах величины неуравновешенности, то есть несовпадения интенсивности движений прямых встречных транспортных потоков. Дорожный контроллер выполняют с возможностью сравнения полученного от блока неуравновешенности значения величины неуравновешенности с установленным порогом. При превышении установленного порога неуравновешенности в прямых встречных транспортных потоках по каждой пересекающейся магистрали одновременно или, по меньшей мере, по одной транспортной магистрали с помощью дорожного контроллера обеспечивают выбор способа управления движением по отдельным направлениям, в противном случае выбирают пофазный способ управления движением транспортных потоков на перекрестке. Однако возможен вариант одновременного использования обоих способов управления движением. При этом в каждом способе управления движением на перекрестке в зависимости от интенсивности поворотно-транспортных потоков (то есть количества транспортных средств, намеревающихся повернуть направо, налево либо развернуться) обеспечивают адаптивный выбор способов управления движением на перекрестке, различающихся уровнями обеспечиваемой дорожной безопасности и пропускной способности. Причем независимо от выбранного с помощью дорожного контроллера способа управления движением на перекрестке, продолжают отслеживать величины интенсивности лево- и правоповоротных транспортных потоков, измеренные соответствующими детекторами транспорта по всем направлениям транспортных магистралей. Таким образом, на дорожный контроллер своевременно обеспечивают поступление информации о состоянии всего перекрестка, что позволяет в режиме реального времени управлять движением транспортных и пешеходных потоков. Это способствует повышению уровня пропускной способности и дорожной безопасности.
Предлагаемый способ управления транспортными потоками на перекрестке позволяет управлять движением транспортных потоков через перекресток как в статическом, так и в динамическом режиме. Это позволяет своевременно реагировать на изменившуюся дорожную обстановку и принимать меры по разрешению конфликтных ситуаций.
При этом все элементы используемого в данном способе устройства работают в автоматизированном режиме, то есть без вмешательства человека, что исключает, так называемый, человеческий фактор и повышает уровень дорожной безопасности.
Заявителем проведен патентный поиск по данной теме и заявляемая совокупность существенных признаков не выявлена. Поэтому предлагаемое изобретение можно признать новым.
По сравнению с прототипом, а также с другими техническими решениями, характеризующих известный уровень техники, заявляемое изобретение логически из него не следует и для специалиста средней квалификации представляется неожиданным, так как одновременно удалось в режиме реального времени управлять движением транспортных и пешеходных потоков. Это способствует повышению уровня пропускной способности и дорожной безопасности.
Известен способ управления движением транспортных потоков на перекрестке [Авторское свидетельство СССР №1399800 А1, МПК G08G 1/01, опубл. 30.05.88. Бюл. №20], заключающийся в измерении интенсивности движения транспортных потоков на каждом направлении перекрестка путем подсчета за период опроса количества транспортных средств на каждом направлении перекрестка и последовательном переключении светофорных сигналов в зависимости от полученных результатов. При этом определяют среднюю интенсивность транспортных потоков для каждой из возможных для данного перекрестка фазы управления путем подсчета за период опроса числа транспортных средств на всех направлениях движения каждой фазы и деления его на число направлений движения, участвующих в данной фазе. Причем для каждого направления движения перекрестка определяют абсолютное значение величины отклонения интенсивности транспортных потоков на нем от величины средней интенсивности транспортных потоков фазы регулирования, в которой участвует данное направление. Затем суммируют абсолютные отклонения интенсивностей движения для фаз, входящих в каждую из возможных программ регулирования, сравнивают полученные суммы и выбирают на следующий период опроса программу управления с наименьшей суммой отклонений интенсивностей движения транспортных средств по направлениям, входящим в данную программу управления, от величин средних интенсивностей транспортных потоков соответствующих фаз регулирования.
Недостатком данного способа является - отсутствие возможности выявления неуравновешенности встречных прямых транспортных потоков, что приводит к неэффективному использованию пропускной способности перекрестка. Заявляемый же способ этот недостаток устраняет путем определения неуравновешенности интенсивности движения в прямых встречных транспортных потоках, что позволяет прерывать менее интенсивный транспортный поток после его завершения, разрешая эффективно реализовывать бесконфликтные левоповоротные направления движения транспортных потоков. Таким образом, заявляемое изобретение обладает изобретательским уровнем.
Практическая сущность и промышленная применимость заявляемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежом.
На Фиг.1 - план-схема возможного применения способа регулирования движения транспортных потоков на перекрестке с использованием системы управления транспортными и пешеходными потоками через перекресток, реализующей данный способ.
1 - дорожный контроллер;
2 - блок неуравновешенности;
3 - устройство слежения за автодорожной обстановкой;
4 - устройство управления движением;
5 - набор сигнальных средств;
6 - указатели направления движения;
7 - пешеходные светофоры;
8 - транспортные светофоры;
9 - дополнительная секция;
10 - детекторы транспорта;
11 - блок кругового слежения;
12 (а, b, с, d) - транспортные потоки на соответствующих входах перекрестка;
13 (а, b, с, d) - пешеходные потоки на соответствующих входах перекрестка.
Практическая применимость предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием.
Предлагаемый способ реализуется с помощью системы управления транспортными и пешеходными потоками через перекресток, предварительно установленной на перекрестке.
В зоне перекрестка (на чертеже показано условно) предварительно устанавливают дорожный контроллер 1, блок 2 неуравновешенности, устройство 3 слежения за автодорожной обстановкой, и, по меньшей мере, три устройства 4 управления движением по одному для каждого входа (на чертеже показано условно) регулируемого перекрестка.
В каждое устройство 4 управления движением включают набор 5 сигнальных средств и указатели 6 направления движения по полосам и связывают его с дорожным контроллером 1. Набор 5 сигнальных средств, представляющий собой совокупность пешеходных светофоров 7 и транспортных светофоров 8, обычно предварительно располагают в зоне пересечения транспортных магистралей (на чертеже показано условно). Каждый транспортный светофор 8 предварительно оснащают, по меньшей мере, одной дополнительной секцией 9. Эту дополнительную секцию 9 выполняют в виде светового сигнального средства, предназначенного для указания разрешенного направления движения для прямого и/или поворотного транспортного потока. Ее выполняют с возможностью быть как скрытой, так и видимой. Это осуществляют, например, с помощью использования шторки с электроприводом, либо типового механизма, позволяющего убирать дополнительную секцию 9 за транспортный светофор 8. Управление сменой сигналов на наборе 5 сигнальных средств и дополнительной секцией 9 осуществляют с помощью дорожного контроллера 1.
Указатели 6 направления движения по полосам предварительно располагают на соответствующей определенной полосе движения транспортной магистрали и выполняют в виде дорожных знаков особого предписания. Причем информационное предписание на них могут менять с помощью дорожного контроллера 1.
Устройство 3 слежения за автодорожной обстановкой связывают с блоком 2 неуравновешенности и дорожным контроллером 1. Причем устройство 3 слежения за автодорожной обстановкой образуют путем конструктивного объединения всех детекторов 10 транспорта и блока 11 кругового слежения. Это позволяет оперативно управлять как каждым элементом отдельно, так и всеми вместе. Детекторы 10 транспорта предварительно устанавливают в той же зоне, что и указатели 6 направления движения по полосам, то есть в зоне пересечения магистралей. Блок 11 кругового слежения выполняют с возможностью вращения вокруг своей оси и получения круговой панорамы автотранспортной обстановки на перекрестке. С помощью детекторов 10 транспорта, предварительно настроенных на слежение за обстановкой на перекрестке посредством подсчета количества транспортных средств (на чертеже не показано) на каждом входе перекрестка (Входы А, В, С, D), передают информацию об обстановке на каждом входе перекрестка (Входы А, В, С, D) в блок 2 неуравновешенности и на дорожный контроллер 1. Детекторы 10 транспорта обычно выполняют в виде совокупности оптико-электронных приборов (например, видеокамер) и/или пьезодатчиков, и/или индуктивных петлей, и/или в виде любых других устройств, служащих для подсчета транспортных средств и наблюдения за ними. При этом каждый детектор 10 транспорта помещают в отдельный корпус и предварительно настраивают на работу только с одной полосой движения транспортной магистрали. При этом возможен вариант, когда один детектор 10 транспорта выполняют с возможностью сканирования всех полос движения данного входа перекрестка, однако это усложняет процесс подсчета количества транспортных средств. В качестве блока 11 кругового слежения обычно применяют видеокамеру на подставке, которую выполняют с возможностью вращения вокруг своей оси для обеспечения полного обзора всего перекрестка.
Блок 2 неуравновешенности связывают с дорожным контроллером 1 и устройством 3 слежения за автодорожной обстановкой и выполняют с возможностью определения в относительных единицах величины неуравновешенности во встречных прямых и/или поворотных транспортных потоках 12 (а, b, с, d) и передачи этого значения на дорожный контроллер 1. В качестве блока 2 неуравновешенности применяют, например, микроконтроллеры, принимающие на свои входы сигналы с детекторов 10 транспорта и выдающие в относительных единицах величину несовпадения количества транспортных средств на том или ином входе перекрестка (Входы А, В, С, D).
Дорожный контроллер 1 связывают с блоком 2 неуравновешенности, устройством 3 слежения за автодорожной обстановкой, устройством 4 управления движением и выполняют с возможностью сравнения величины неуравновешенности, полученной от блока 2 неуравновешенности, с установленным порогом, определяемым с помощью дорожного контроллера 1 в зависимости от сложившейся во времени и пространстве автодорожной обстановки, и выбора соответствующей схемы управления на перекрестке. Таким образом, посредством дорожного контроллера 1 осуществляют управление сигналами на наборе 5 сигнальных средств. Причем в режиме реального времени получают информацию от устройства 3 слежения за автодорожной обстановкой о величине транспортных потоков на всех входах перекрестка (Входы А, В, С, D) и обстановке на самом перекрестке в динамических условиях и обеспечивают своевременный выбор правильного способа регулирования разъезда на перекрестке в сложившейся ситуации.
Предварительно установленная на перекрестке система управления транспортными и пешеходными потоками через перекресток, реализующая способ управления транспортными потоками на перекрестке, работает следующим образом.
С помощью устройства 3 слежения за автодорожной обстановкой постоянно в режиме реального времени фиксируют автодорожную обстановку путем определения интенсивности движения транспортного потока 12 (а, b, с, d), приближающегося к перекрестку по каждой полосе движения и/или по каждому направлению. В случае, если образуется затор (на чертеже не показано), посредством устройства 3 слежения за автодорожной обстановкой определяют интенсивность движения транспортного потока в каждом из входов перекрестка (Входы А, В, С, D) на каждой полосе движения транспортной магистрали и передают данные в дорожный контроллер 1 и в блок 2 неуравновешенности. С помощью блока 2 неуравновешенности оценивают величину неуравновешенности, то есть несовпадения интенсивностей движения транспортных потоков в прямых встречных направлениях по всем полосам движения транспортной магистрали и передают данные в дорожный контроллер 1. На основании данных о величине неуравновешенности, полученных от блока 2 неуравновешенности, осуществляют установление порога неуравновешенности движения для прямых встречных транспортных потоков с использованием дорожного контроллера 1. В случае если данный порог превышен хотя бы в одном из прямых направлений транспортного потока 12 (а, b, с, d) на, по меньшей мере, одной многополосной магистрали, то на входах перекрестка (Входы А, В, С, D) хотя бы по одной этой транспортной магистрали начинают использовать транспортные светофоры 8 с дополнительными секциями 9. Причем с помощью расположенных соответственно над каждой полосой движения указатели 6 направления движением по полосам разрешают в крайних полосах только бесконфликтные поворотные направления движения. При этом пешеходные 13 потоки разделяют во времени с транспортными потоками 12 (а, b, с, d), что обеспечивает возможность поддерживать высокий уровень дорожной безопасности и пропускной способности.
В случае если полученная от блока 2 неуравновешенности величина неуравновешенности прямых встречных транспортных потоков 12 (а, b, с, d) по обеим пересекающимся магистралям не превышает или равна установленному порогу, предварительно определенному с помощью дорожного контроллера 1, то по всем въездным направлениям перекрестка (Входы А, Б, В, Г), начинают использовать транспортные светофоры 8 со скрытыми дополнительными секциями 9, таким образом, меняя тип транспортного светофора 8. Причем с помощью указателей 6 направления движением по полосам разрешают в крайних полосах прямое движение одновременно с поворотным, то есть меняют способ регулирования разъезда на перекрестке. В данном случае, по сигналу на пешеходном светофоре 7 разрешают движение пешеходных 13 потоков в том же направлении, в котором разрешают движение и транспортных потоков 12 (а, b, с, d) по сигналу на транспортном светофоре 8. При этом не исключают действие Правил дорожного движения РФ, когда транспортные потоки 12 (а, b, с, d), намеревающиеся повернуть направо или налево не должны препятствовать движению пешеходных потоков 13 в прямом направлении.
Таким образом, данное изобретение позволяет достигнуть заявленного технического результата, а именно: обеспечить высокий уровень пропускной способности на перекрестке с одновременным достижением высокого уровня дорожной безопасности, за счет того, что позволяет в режиме реального времени непрерывно осуществлять адаптивное управление транспортными и пешеходными потоками на перекрестке.