СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ НА ПЕРЕКРЕСТКЕ
THE METHOD OF VEHICULAR TRAFFIC CONTROL AT CROSS-ROADS

Изобретение относится к области регулирования движения транспортных средств на перекрестке.
Известен способ управления движением транспортных средств на перекрестке, основанный на измерении интенсивности транспортных потоков на входах перекрестков, выборе в результате измерений плана координации, наиболее близкого к контрольной совокупности, и подаче управляющих сигналов на светофорную сигнализацию [1].
Недостатками такого способа являются:
- сложность конструкции аппаратуры, реализующей способ;
- наличие очереди транспортных средств, которая образовывается в результате ожидания разрешающего сигнала светофора;
- снижение пропускной способности пересекающихся магистралей вследствие дополнительно затрачиваемого времени на разъезд очереди;
- увеличение вредных выбросов в атмосферу, связанное с торможением и разгоном транспортных средств.
Прототипом является способ регулирования транспортного потока, включающий регулирование плотности потока на данном участке с помощью системы светофоров, учитывающей допустимое количество автомобилей на данном участке, определяемое рядом известных постоянных параметров, влияющих на пропускную способность участка, таких как длина участка, ширина дорожного полотна, состояние и качество дорожного покрытия, допустимая скорость движения, интервалы между автомобилями и тормозной путь, а также путем учета ряда изменяющихся по времени факторов, влияющих на величину безопасной скорости, интервалы и тормозной путь в данный момент времени и зависящих от погодных условий, таких как гололед, состояние дороги, туман и ночное время [2].
Недостатком данного способа являются:
- возможность ухудшения условий проезда другого перекрестка в случае выработки системой отказа водителям в проезде через данный перекресток из-за увеличения плотности потока движения через него. Кроме того, объезд данного перекрестка по другому пути с точки зрения экономии времени, горючего и вредных выбросов в атмосферу по сравнению с простоем (медленным движением) в пробке может вовсе не дать никакой экономии. В пробке, по крайней мере, можно заглушить двигатель, в результате чего сэкономить горючее и снизить количество вредных выбросов в атмосферу;
- сложность конструкции системы, реализующей способ;
- снижение пропускной способности магистралей вследствие наличия на левой полосе транспортных средств, ожидающих возможности совершения поворота (разворота) налево;
- увеличение вредных выбросов в атмосферу, связанное с образованием и разъездом очереди.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение пропускной способности перекрестков, улучшение условий их проезда и снижение вредных выбросов в атмосферу.
Задача решается тем, что в способе регулирования движения на перекрестке, включающем изменение режимов работы светофора в зависимости от создавшихся условий для движения, до перекрестка устанавливают светофоры, посредством которых синхронно с переключением сигналов светофора на перекрестке вырабатывают красные и зеленые сигналы, соответственно запрещающие и разрешающие движение по полосам, и формируют на последних из транспортных средств согласно их предполагаемого направления проезда перекрестка группы, прямо пропорционально численности которых выделяют число полос перед перекрестком и обеспечивают первоочередность проезда наибольшей группе. Формирование группы начинают на полосе, направление движения по которой совпадает с направлением проезда группы через перекресток. Формирование группы осуществляют из транспортных средств попутного и встречного направления путем пересечения вне перекрестка границы между встречными полосами, при этом границу выполняют в виде имеющей меньший приоритет полосы, на которой в случае надобности осуществляют остановку транспортных средств. В условиях большой интенсивности движения по одной магистрали посредством сигналов светофора на перекрестке запрещают выполнение с нее левого поворота на перекрестке и разрешают движение через него в остальных направлениях, а левый поворот на пересекаемую магистраль начинают после перекрестка, при этом на пересекаемую магистраль со светофора подают разрешающий поворот направо сигнал в виде стрелы, включенной вместе с красным сигналом светофора, и удерживают указанные сигналы до тех пор, пока интенсивность движения не уменьшится. Границу вне перекрестка пересекают с любой стороны магистрали и в любом месте. Ширину границы вне перекрестка выполняют достаточной для размещения на ней транспортного средства. Изменяют ширину границы вне перекрестка. На границе осуществляют стоянку транспортных средств.
Из уровня техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения и оказывающие такое же, как и они, влияние на технический результат, состоящий в повышении пропускной способности перекрестков, улучшении условий их проезда и снижении вредных выбросов в атмосферу.
Сущность изобретения отражают операции:
- до перекрестка устанавливают светофоры, посредством которых синхронно с переключением сигналов светофора на перекрестке вырабатывают красные и зеленые сигналы, соответственно запрещающие и разрешающие движение по полосам, и формируют на последних из транспортных средств согласно их предполагаемого направления проезда перекрестка группы, прямо пропорционально численности которых выделяют число полос перед перекрестком и обеспечивают первоочередность проезда наибольшей группе;
- формирование группы начинают на полосе, направление движения по которой совпадает с направлением проезда группы через перекресток;
- формирование группы осуществляют из транспортных средств попутного и встречного направления путем пересечения вне перекрестка границы между встречными полосами, при этом границу выполняют в виде имеющей меньший приоритет полосы, на которой в случае надобности осуществляют остановку транспортных средств;
- в условиях большой интенсивности движения по одной магистрали посредством сигналов светофора на перекрестке запрещают выполнение с нее левого поворота на перекрестке и разрешают движение через него в остальных направлениях, а левый поворот на пересекаемую магистраль начинают после перекрестка, при этом на пересекаемую магистраль со светофора подают разрешающий поворот направо сигнал в виде стрелы, включенной вместе с красным сигналом светофора, и удерживают указанные сигналы до тех пор, пока интенсивность движения не уменьшится;
- границу вне перекрестка пересекают с любой стороны магистрали и в любом месте;
- ширину границы вне перекрестка выполняют достаточной для размещения на ней транспортного средства;
- изменяют ширину границы вне перекрестка.
Установка светофоров до перекрестка, посредством которых синхронно с переключением сигналов светофора на перекрестке вырабатывают красные и зеленые сигналы, соответственно запрещающие и разрешающие движение по полосам, и формирование на последних из транспортных средств согласно их предполагаемого направления проезда перекрестка групп, прямо пропорционально численности которых выделяют число полос перед перекрестком, и обеспечение первоочередности проезда наибольшей группе, дает возможность, во-первых, повысить пропускную способность перекрестка. Это объясняется тем, что группа транспортных средств предварительно рассредоточивается перед перекрестком на большом числе полос, в результате чего уменьшается длина очереди и, следовательно, время ее разъезда. Во-вторых, улучшаются условия проезда перекрестка, так как автомобили в группе движутся в одном направлении и имеют одинаковые условия для движения. Одновременное движение транспортных средств через перекресток в разных направлениях делает условия проезда различными. Например, если из правого ряда разрешить проезд перекрестка прямо и направо, то водитель, намеревающийся повернуть направо, едет медленно, сбрасывая скорость перед поворотом. Поэтому движущийся за ним водитель, собирающийся проехать перекресток прямо, вынужден ехать медленно и находится в худших условиях по сравнению с водителями, проезжающими прямо по соседней левой полосе. Еще больше усугубляет положение ситуация, когда поворачивающий направо водитель обязан пропустить пешехода, переходящего улицу на зеленый сигнал светофора. Улучшение условий проезда перекрестка и увеличение его пропускной способности позволяют снизить вредные выбросы в атмосферу.
Начало формирования группы на полосе, направление движения по которой совпадает с направлением проезда группы через перекресток, не мешает транспортным средствам, движущимся по полосам в другом направлении, выполнять свой маневр, что, в конечном счете, улучшает условия проезда перекрестка.
Формирование группы из транспортных средств попутного и встречного направления путем пересечения вне перекрестка границы между встречными полосами дает возможность водителям встречных транспортных средств не искать где-то вдалеке разворота или поворота налево, если этого нельзя было сделать на перекрестке, а сравнительно быстро осуществить этот маневр, присоединившись к группе соответствующего направления. Выполнение границы в виде имеющей меньший приоритет полосы, на которой в случае надобности производят остановку транспортных средств, позволяет водителям этих средств осуществлять указанный маневр при отсутствии помехи от автомобилей, приближающихся к перекрестку, и не мешать также движению удаляющихся от перекрестка автомобилей. В результате этого не создаются помехи ни удаляющимся от перекрестка, ни приближающимся к нему транспортным средствам, что улучшает условия движения через перекресток.
Запрещение в условиях большой интенсивности движения по магистрали посредством сигналов светофора выполнения с нее левого поворота на перекрестке и разрешение движения через него в остальных направлениях дает возможность не останавливать движения в прямом направлении, что повышает пропускную способность перекрестка. Выполнение начала левого поворота на пересекаемую магистраль после перекрестка позволяет водителю вскоре попасть на пересекаемую магистраль, несмотря на то что левый поворот на перекрестке был запрещен. Подача при этом на пересекаемую магистраль со светофора разрешающего поворот направо сигнала в виде стрелы, включенной вместе с красным сигналом, позволяет по возможности вливаться транспортным средствам в поток, движущийся по первой магистрали на зеленый сигнал светофора, а удерживание указанных сигналов до тех пор, пока интенсивность движения не уменьшится, позволяет осуществлять движение по первой магистрали без остановок, что повышает пропускную способность перекрестка. Обеспечение безостановочного движения по первой магистрали способствует также снижению вредных выбросов в атмосферу и улучшению условий проезда перекрестка.
Пересечение границы вне перекрестка с любой стороны магистрали и в любом месте дает возможность, во-первых, водителям транспортных средств выбирать место на границе в зависимости от складывающейся дорожной ситуации и вида маневра. Чем интенсивнее движение по первой магистрали, тем дальше от перекрестка следует встать на границе, чтобы потом успеть перестроиться в правый ряд для поворота направо. Если направо поворачивать не нужно и движение менее интенсивное, то маневр можно начинать ближе к перекрестку. Во-вторых, чем больше мест для пересечения границы (более протяженная полоса границы), тем (с позиции математики) более многоканальной получается система массового обслуживания. В результате этого сокращается время проезда перекрестка. Кроме того, транспортные средства могут разворачиваться для движения в обратном направлении, не приближаясь близко к перекрестку, т.е. не загружают его дополнительно. Все это улучшает условия проезда перекрестка.
Выполнение ширины границы вне перекрестка достаточной для размещения на ней транспортного средства позволяет беспрепятственно двигаться в обоих направления по левым полосам второй магистрали, что улучшает условия проезда перекрестка.
Изменение ширины границы вне перекрестка способствует более рациональному и удобному для дальнейшего движения размещению на ней транспортных средств различной длины, что улучшает условия проезда перекрестка.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена обычная схема движения транспортных средств на перекрестке двух магистралей.
На фиг.2 изображена схема формирования транспортных средств в группы согласно их предполагаемого направления проезда перекрестка.
На фиг.3 изображена схема разъезда очереди из транспортных средств наибольшей группы.
На фиг.4 изображена схема разъезда очереди из транспортных средств групп меньшей численности.
На фиг.5 изображена схема проезда перекрестка транспортными группами меньшей численности.
На фиг.6 изображена схема начала формирования групп.
На фиг.7 показан вариант выполнения границы, разделяющей встречные потоки, в виде полосы.
На фиг.8 изображена схема проезда перекрестка в условиях интенсивного движения.
Перекресток содержит первую и вторую магистрали 1, 2, имеющие соответственно полосы 3, 4, 5 и 6, 7, предназначенные для проезда перекрестка соответственно налево, прямо, направо и прямо, направо, а также границы 8, 9, разделяющие транспортные потоки противоположных направлений. На перекрестке установлен светофор 10 с дополнительными секциями в виде стрелки 11, разрешающей поворот налево, и стрелки 12, позволяющей транспортным средствам 13 ехать направо. До перекрестка на полосах 3, 4, 5 соответственно размещены дополнительные светофоры 14, 15, 16 с табличками 17, указывающими направление движения через перекресток, причем светофор 15 снабжен стрелочными указателями 18, 19, указывающими полосу, на которую необходимо перестроиться. Граница может быть выполнена в виде полосы 20 с меньшим приоритетом.
Способ реализуют следующим образом.
1
2
Предположим, что на магистраль 1 распространяется красный (К), а на магистраль 2 - зеленый (З) сигналы светофора 10, при этом стрелки 11, 12 выключены (фиг.1). Обычно в этом случае транспортные средства 13 по полосе 7 движутся в прямом направлении, по полосе 6 - прямо и направо, а на полосах 3, 4, 5 накапливаются транспортные средства, готовые при включении разрешающего сигнала осуществить проезд перекрестка соответственно налево, прямо и направо (на чертеже указанные направления показаны пунктирными стрелками на полосах). Аналогичная картина наблюдается и на полосах встречного направления. Следует заметить, что выстроившиеся на полосе 3 транспортные средства, как правило, проезжают перекресток после того, как будет перекрыто движение по этой магистрали в прямом направлении, а поэтому мешают попутному движению в прямом направлении в течение всего времени действия зеленого сигнала. Точно так же мешают движению в прямом направлении и транспортные средства, накапливающиеся на полосе 5 перед перекрестком. Даже если разрешить движение направо одновременно с пересечением перекрестка в прямом направлении и позволить с этой правой полосы движение прямо, то все равно движение транспортных средств будет затруднено из-за медленной скорости автомобилей, поворачивающих направо. В результате этого на средней полосе 4 будет накапливаться очередь, приводящая впоследствии к возникновению пробки на перекрестке.
Для устранения описанного явления и повышения пропускной способности перекрестка до него устанавливают светофоры 14-16, при этом при тех же исходных сигналах светофора 10 посредством светофоров 14 и 16 вырабатывают красные, а светофором 15 и стрелочными указателями 18, 19 - зеленые сигналы (фиг.2). В результате этого у светофоров 14, 16 будут формироваться группы из транспортных средств, водители которых намереваются проехать перекресток соответственно налево и направо. При этом на участке магистрали 1, расположенном между дополнительными светофорами 14-16 и светофором 10, полосы 3 и 5 окажутся свободными. Благодаря этому на них, а также на полосе 4 (в соответствии с зелеными сигналами светофора 15 и стрелочных указателей 18, 19) формируют наибольшую по численности группу из транспортных средств, водители которых будут потом проезжать перекресток прямо. В результате в данном случае длина очереди из автомобилей, водители которых собираются проезжать перекресток прямо, уменьшится в три раза. Поскольку зависимость времени разъезда очереди от ее длины является величиной нелинейной, то это время будет более чем в три раза меньше по сравнению со случаем, когда вся очередь находилась бы на одной полосе 4.
2
1
Предоставляют первоочередность проезда наибольшей группе транспортных средств, для чего включают красный сигнал (К) для магистрали 2 и зеленый (З) для магистрали 1 (фиг.3). Транспортные средства со всех полос (3-5) начинают проезд перекрестка в прямом направлении в одинаковых условиях для движения и, проехав перекресток, продолжают (не перестраиваясь) продолжать движение в прямом направлении, благодаря чему обеспечивается быстрый разъезд этой группы транспортных средств. Заметим, что в это время пешеходы могут переходить магистраль 2, не создавая помех движению.
Спустя некоторое время включают зеленый сигнал на светофорах 14, 16 и выключают зеленый сигнал (или включают красный) стрелочных указателей 18, 19 (фиг.4). На освободившихся полосах 3, 5 (на участке между светофорами 14, 16 и уезжающими в прямом направлении автомобилями) начинают разъезд очередей групп меньшей численности, водители которых намереваются выполнять поворот налево и направо. При этом водители транспортных средств, движущихся по полосе 4, согласно зеленому сигналу светофора 15 могут двигаться только прямо и не имеют права перестраиваться на полосы 3 и 5. Благодаря этому не создаются помехи транспортным средствам, ускоряющимся по полосам 3 и 5.
1
Далее включают посредством светофора 10 красный сигнал (К) для магистрали 1, а также зеленые сигналы на стрелках 11, 12 (фиг.5). Движение по полосе 4 (с полосы 6 можно разрешить поворот направо) с полос 3, 5 водители выполняют соответственно поворот налево и направо.
Заметим, что в данном случае режим светофора 15 выполнен так, что на полосу 4 всегда распространяется зеленый сигнал. Однако если в группах транспортных средств, движущихся налево и направо, будет такое число транспортных средств, что одной полосы будет мало для проезда перекрестка, то указанный режим можно изменить. Например, одновременно с выключением стрелочных указателей 18, 19 включают красный сигнал на светофоре 15. Тогда полоса 4 будет освобождаться от транспортных средств, проезжающих перекресток прямо, одновременно с полосами 3 и 5. При открывании светофоров 14 и 16 транспортные средства, поворачивающие налево и направо, могут использовать полосу 4 для поворота, т.е. разъезжаться по двум полосам налево и направо.
2
2
Спустя некоторое время посредством светофора 10 включают для магистрали 2 одновременно красный (К) и желтый (Ж) сигналы и выключают зеленые сигналы на стрелках 11, 12 (фиг.6). Движение по магистрали 1 прекращается. Может оказаться, что к этому моменту водитель какого-то транспортного средства не успеет выполнить поворот налево. Тогда, чтобы не мешать впоследствии движению с полосы 3 в прямом направлении, этот водитель обязан или задним ходом подъехать к светофору 14 и остановиться у него, или пересечь границу 8 и встать в очередь за автомобилями, накапливающимися у светофора 14 (на чертеже эти маневры показаны пунктиром). Для выполнения указанных маневров, во-первых, формирование группы для движения прямо начинают на полосе 4, направление движения по которой совпадает с направлением проезда группы через перекресток (стрелочные указатели 18, 19 выключены). В результате этого не создается помеха для движения автомобиля по полосе 3 задним ходом. Во-вторых, формирование группы осуществляют из транспортных средств попутного и встречного направления путем пересечения вне перекрестка границы 8 между встречными полосами.
Чтобы не создавать помех попутному и встречному транспорту при пересечении границы, ее выполняют в виде имеющей меньший приоритет полосы 20, на которой в случае надобности осуществляют остановку транспортных средств. При этом транспортные средства при необходимости могут развернуться до перекрестка, не загружая его дополнительно, благодаря тому что границу вне перекрестка пересекают с любой стороны магистрали и в любом месте, при этом ширину границы вне перекрестка выполняют достаточной для размещения на ней транспортного средства (фиг.7). Изменяют ширину границы вне перекрестка для рационального размещения на ней транспортных средств.
На полосе 20 осуществляют стоянку транспортных средств, благодаря чему улучшаются условия проезда по магистрали. Во-первых, с полосы 20 после стоянки автомобиль может начать движение по магистрали 1 в любом направлении, что является преимуществом по сравнению со стоянкой у тротуара. Во-вторых, стоящие у тротуара автомобили практически блокируют движение по крайней правой полосе, мешают работе общественного транспорта, следующего большую часть маршрута по правой полосе, и препятствуют ходу снегоуборочной техники.
Ранее было сказано, что если водитель какого-то транспортного средства не успел выполнить поворот налево, то он обязан или задним ходом подъехать к светофору 14 и остановиться у него, или пересечь границу 8 и встать в очередь за автомобилями, накапливающимися у светофора 14. Если эти маневры он выполнить не смог, то должен будет при разрешающем сигнале светофора 10 проехать перекресток в прямом направлении. После проезда перекрестка он может пересечь границу 8 и, перестроившись в правый ряд, выполнить затем правый поворот на магистраль 2.
1
В условиях большой интенсивности движения по магистрали 1, когда описанный выше режим работы светофоров не обеспечивает проезд перекрестка без образования пробок, посредством сигналов светофора 10 запрещают выполнение с магистрали 1 левого поворота на перекрестке и разрешают движение через него в остальных направлениях. Для этого включают для магистрали 1 зеленые сигналы на светофоре 10 (З), стрелке 12 и выключают светофоры 14, 16 (фиг.8), при этом на магистраль 2 со светофора подают разрешающий поворот направо сигнал в виде стрелы, включенной вместе с красным сигналом светофора, и удерживают указанные сигналы до тех пор, пока интенсивность движения не уменьшится. В этих условиях левый поворот на магистраль 2 начинают после перекрестка посредством пересечения границы и последующего перестроения в правый ряд.
Внедрение изобретения позволит эффективно управлять движением транспортных средств на перекрестке и повысить его пропускную способность.
Источники информации
1. Пат.2134453 РФ, кл. G08G 1/08, 1999 - аналог.
2. Пат.2180139 РФ, кл. G08G 1/00, 2008 - прототип.