УДК 656.13.051/057

ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ПРИОРИТЕТА В ДВИЖЕНИИ ТРАНСПОРТУ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ

Скрипкин Павел Борисович1, Власов Алексей Александрович2
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, аспирант каф. «Организация и безопасность движения»
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, доцент, каф. «Организация и безопасность движения»

Аннотация
В статье приведен аналитический обзор методов предоставления приоритета в проезде транспорту общего пользования в автоматизированных системах управления движением. Обозначены перспективные направления разработки систем предоставления приоритета.

Ключевые слова: автоматизированные системы управления движением, задержка, индивидуальный транспорт, приоритет, транспорт общего пользования


BUSES PRIORITY SIGNALS IN URBAN TRAFFIC CONTROL SYSTEMS

Skripkin Pavel Borisovich1, Vlasov Aleksej Aleksandrovich2
1Penza State University of the Architecture and Building, graduate student of Department «Organization of Safety Road Traffic»
2Penza State University of the Architecture and Building, Associate Professor of Department «Organization of Safety Road Traffic»

Abstract
In article the analytical review of methods to buses priority signals in Urban Traffic Control Systems is resulted. Perspective directions of development to buses priority signals are designated.

Keywords: buses priority signals, delay, individual transport, Urban Traffic Control System


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Скрипкин П.Б., Власов А.А. Предоставления приоритета в движении транспорту общего пользования в автоматизированных системах управления движением // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 12. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/12/39788 (дата обращения: 29.09.2017).

Предоставление приоритета в движении транспорту общего пользования (ТОП), обеспечивая сокращение времени поездки пассажиров, повышает его привлекательность, и косвенно воздействует на интенсивность движения общего транспортного потока, сокращая его объемы. Важнейшим мероприятием, направленным на создание приоритетных условий движения для ТОП, является предоставление приоритета на регулируемых пересечениях. Однако, в настоящее время методы предоставления приоритета в движении ТОП на регулируемых пересечениях не получило должного распространения в городах Российской Федерации. Отсутствие отечественного опыта разработки и эксплуатации систем активного предоставления приоритета делает актуальным анализ используемых в современных автоматизированных системах управления движением (АСУД) методов предоставления приоритета.

Система SCRAM (Signal Coordination of Regional Areas in Melbourne) [1] и система предоставления приоритета для рельсового транспорта, предложенная McGinley и Stolz [2] являлись основными проектами по координации сигналов светофоров и введения приоритета для ТОП на пересечениях в Мельбурне, Австралия. SCRAM использовал расширенную версию SCATS, предоставляя приоритет для проезда трамвая на основе пассивного и активного методов. Пассивные методы предоставления приоритета выполняли расчет сигнальных планов, используя статистические данные по движению трамвая. Приоритет обеспечивался применением следующих стратегий:

– уменьшением длительности цикла;

– смещением разрешающегося сигнала к моменту подхода трамвая;

– выделением специальной фазы, активирующейся при подъезде трамвая и связанной с его  прогрессией;

– расчет сдвига, используя более низкую скорость сообщения.

Активный приоритет предоставляется при обнаружении  трамвая и предоставлялся в любой момент в цикле регулирования.

Целью разработки UTCS/BPS [3] являлось предоставление приоритетного проезда ТОП в пересечении, не вызывая задержку потока на пересекаемой улице. Использовалась такие стратегии предоставления приоритета, как продление разрешающего сигнала и сокращение запрещающей фазы. Если ТОП приближался во время запрещающей фазы, то обеспечивалось минимальное время разрешающего сигнала на пересекаемой улице. Если ТОП прибыл во время конца разрешающего сигнала, то фаза продлялся на время, пока ТОП не покидал пересечение.

В вышеупомянутых системах приоритет предоставлялся только с ограничениями на минимальную и максимальную продолжительность разрешающего сигнала, не учитывая влияние эффекта предоставления приоритета в проезде на индивидуальный автотранспорт. В отличие от указанных систем PRODYN, UTOPIA и SCOOT при предоставлении приоритета ТОП оценивают воздействие на остальной поток.

В системе SCOOT [4] с целью сокращения чрезмерных задержек на не приоритетных направлениях приоритет ТОП предоставляется при условии обеспечения определенной инженером степени насыщенности пересечения. Предоставление приоритета осуществлялось только для ТОП, которые отставали от расписания движения в форме продлений или прерывания фаз. Когда автобус прибывал в конце разрешающего сигнала, текущая фаза продлялась сверх номинальной длительности, что позволяло ТОП покинуть стоп – линию. Продление фазы осуществлялось при условии, что степень насыщенности в пересечении ниже порогового значения. Когда ТОП прибыл на запрещающий сигнал, разрешающий сигнал включается, если степень насыщенности была ниже установленного порога для пересечения. Полевые оценки показали, что происходит снижение задержки ТОП на 5 – 10 секунд без увеличения задержки  остальной части потока.

Система PRODYN [5] была инновационной разработкой в области  управления транспортными потоками. В  PRODYN задача оптимизации сигнальных планов для транспортной сети преобразовывалась в несколько меньших задач, каждая из которых была определена в пределах отдельного пересечения и решалась методом динамического программирования. Глобальная задача оптимизации решалась для сети, используя итерационную процедуру первичной оптимизации на уровне пересечения с последующей передачей решения верхнему уровню, где выполнялось моделирование сети с начальным решением и находилось оптимальное управление. Целевой функцией оптимизации была сумма задержек за период 15 интервалов, продолжительностью каждый 5 секунд с ограничениями на длительность максимального и минимального разрешающего сигнала. В оригинальной версии PRODYN уделялось первостепенное значение пропуску ТОП, рассматривая его как несколько индивидуальных автомобилей.

Появление системы UTOPIA (Urban Traffic OPtimization by Integrated Automation) [6] сделало возможным абсолютный приоритет ТОП на регулируемых пересечениях при фактическом улучшении движения индивидуальных автомобилей во всех состояниях потока. Аналогично PRODYN, проблема управления транспортными потоками  подвергалась декомпозиции на меньшие подпроблемы, принадлежащие двум различным классам – уровню пересечения и уровню области. На уровне пересечения решение задачи управления сигналами светофора принималась на основе предсказанного времени прибытия автомобилей к стоп-линии, оптимизируя функцию взвешенных сумм задержек, остановок транспортных средства, максимальной длиной очереди для каждой связи пересечения и задержках ТОП. Оптимизация проводилась с горизонтом времени прогноза 120 секунд и повторялась каждые 6 секунд. Уровень области обновляет веса в функции оптимизации путем оптимизации на период 30 минут полного времени движения индивидуальных автомобилей в пределах области.

В работах Yagar S.  и Han B. [7, 8]  предложена процедура Signal Priority Procedure for Optimization in Real-Time  (SPPORT) для нахождения сигнальных планов в реальном времени. В SPPORT поиск оптимального плана производился на основании базы правил (rule-based) предоставления приоритетов. Последовательность фаз определяется на основе индекса работы, который являелся полной задержкой пассажиров в течение анализируемого периода. Период анализа определен как период времени, для которого доступна прогнозируемая информация о потоке. Выбирается тот сигнальный план, который приведет к наименьшему количеству задержек. Эксперименты показали, что SPPORT предоставлял приоритет в проезде с минимальным воздействием на поток индивидуальных автомобилей. Однако авторы не рассматривали ситуацию преждевременного прибытия ТОП. Автобус, который появляется раньше срока, не имеет гарантированного приоритета над другими автомобилями. Кроме того, если велико отставание от расписания, то и весовой фактор для ТОП должен быть высоким. Следовательно, указанные факторы также необходимо учитывать в модели задержки для получения оптимального сигнального плана.

Chang G.L., Vasudevan M.  и  Su C.C. [9] исследовали преимущества объединения предоставления приоритета с адаптивным управлением для изолированных пересечений. Подобно SPPORT, их модель оценила эффект воздействия предоставления приоритета ТОП на других участников движения. Решение предоставить приоритет принималось ежесекундно, основываясь на индексе работы – взвешенной комбинации задержки пассажиров, транспортных средств и отставания автобуса от расписания. Целевая функция оценивалась для каждого возможного состояния сигналов, и самое выгодное решение выбиралось как оптимальное. При этом накладывались ограничения на минимальное время разрешающего сигнала для каждой фазы для обеспечения безопасности движения и для того, чтобы обеспечить разгрузку усредненной очереди. Следует отметить, что в отличие от других стратегий предоставления приоритета, данное исследование рассматривало эффект предоставления приоритета на соблюдение расписание движения ТОП. Однако, поиск сигнального плана производился на основе анализа работы системы в течение нескольких секунд без учета  будущих последствий.

В работе [10] был предложен метод, который предоставлял приоритет в движении ТОП не нарушая координацию сигналов светофоров вдоль магистрального направления. Цель проекта состояла в том, чтобы, не разрушая прогрессию, обеспечить приоритет за счет смены последовательности и продолжительности некоординированных фаз. Приоритет предоставлялся только тем автобусам, которые испытывали в нем потребность на основе определенных пользователем критериев. Система включала четыре модуля:

1) модуль предсказания времени прибытия;

2) модуль оценки приоритета;

3) модуль выбора стратегии;

4) модуль реализации стратегии.

Модуль предсказания времени прибытия, используя данные GPS и статистическую информацию, определял время прибытия ТОП к остановке, время стоянки и время прибытия к стопе – линии. В модуле оценки приоритета выполнялась оценка, был ли ТОП кандидатом на обработку приоритета или нет. В исследовании под данным критерием подразумевалось соблюдение расписания движения. Когда ТОП отстает от расписания на 5 минут, он генерировал запрос на предоставление приоритета. Другим ТОП приоритет не предоставлялся.

В модуле выбора стратегии выполнялся выбор способа предоставления приоритета – продление фазы, прерывание фазы или вызов отдельной фазы ТОП. Критерием выбора стратегии было то, что ни одна из фаз в рассчитанном плане не будет пропущена и каждая фаза, если была активизирована, имела хотя бы минимальную длительность. Как только стратегия выбрана, она исполнялась в модуле выполнения стратегий.

Эксперименты показали, что наблюдалось минимальное увеличение  полной задержки системы, при загруженности сети менее 0.95. Пересекаемые улицы испытали существенное увеличение задержек, что ожидаемо, так как данный метод не оценивал воздействие на индивидуальный автотранспорт при предоставлении приоритета ТОП.

Duerr. P.A. [10] предложил систему предоставления приоритета ТОП под названием DARVIN для улучшения прогрессии ТОП в смешанном потоке, оптимизируя полную работу сети. Основные цели системы состояли в том, чтобы уменьшить время прохождения для приоритетных автомобилей, повысить точность соблюдения графика движения и минимизировать воздействие на общий транспортный поток. DARVIN  использовала микроскопическую модель транспортного потока и генетический алгоритм для оптимизации сигнальных планов, минимизирующих взвешенную комбинацию задержек и остановок. Эксперименты показали, что DARVIN позволяет существенно сократить полные задержки пассажиров.

Обобщая выше изложенный опыт реализации предоставления активного  приоритета в проезде ТОП в современных АСУД можно сделать следующие выводы:

– целью предоставление приоритета в проезде ТОП может являться либо повышение скорости сообщения и соответственно сокращение количества подвижного состава на маршруте движения (или увеличения количества совершаемых рейсов), либо повышение равномерности движения и соблюдению расписания движения ТОП. В первом случае приоритет предоставляется всем транспортным средствам указанной категории, во втором – только отстающим от графика движения;

– при предоставлении приоритета в проезде ТОП необходим учет воздействия на индивидуальные транспортные средства на неприоритетных направлениях;

– применение оптимального управления, выполняющего минимизацию полных потерь пассажиров, позволяет не только учесть воздействие на индивидуальный автотранспорт эффекта предоставления приоритета, но и решить проблему обработки запросов с конфликтных направлений;

– снижению воздействия на индивидуальный автотранспорт и повышению эффективности предоставления приоритета способствует выполнение прогноза прибытия ТОП к пересечению.


Библиографический список
  1. Cornwell, P. R. Dynamic signal co-ordination and public transport priority. Road Traffic Monitoring and Control, 1986, pp. 158-161.
  2. McGinley, F. J., and D. R. Stolz. The design of tram priority at traffic signals. Journal of Advanced Transportation 19:2i, 1985, pp. 133-151.
  3. MacGowan C.J., Fullerton I.J.  Development and testing of advanced control strategies in the urban traffic control system. Public Roads, 43(3), 1979, pp. 97-105.
  4. Hounsell, N., J. Landles, R. D. Bretherton, and K. Gardner. Intelligent Bus Priority in London: Evaluation and Exploitation in INCOME. 6th World Congress on Intelligent Transport Systems, Toronto, Canada, 1999.
  5. Henry, J. J., J. L. Farges, and J. Tuffal. The PRODYN Real Time Traffic Algorithm. IFAC Symposium on Control in Transportation Systems, 1983, pp. 305-310.
  6. Mauro, V., and C. Di. Taranto. UTOPIA. Proceedings of the 6th IFAC/IFIP/IFORS Symposium on Control, Computers, and Communication in Transportation, Paris, France, 1989, pp. 245-252.
  7. Yagar, S. Efficient Transit Priority at Intersections. In Transportation Research Record 1390, TRB, National Research Council, Washington, DC, 1993, pp. 10-15.
  8. Yagar, S. and B. Han A Procedure for Real-Time Signal Control that Considers Transit Interference. In Transportation Research, 28B(4), 1994, pp. 315-331
  9. Chang, G. L., M. Vasudevan, and C.C. Su. Bus-Preemption under Adaptive Signal Control Environments. In Transportation Research Record 1494, TRB, National Research Council, Washington, DC, 1995, pp. 146-154.
  10. Balke, K. N., C. L. Dudek, T. Urbanik II. Development and Evaluation of an Intelligent Bus Priority Concept. Presented at the 79th Annual Meeting of the Transportation Research Board, Washington, DC, 2000.
  11. Duerr. P. A. Dynamic Right-of-Way for Transit Vehicles: An Integrated Modeling Approach for Optimizing Signal Control on Mixed Traffic Arterials. Presented at the 79th Annual Meeting of the Transportation Research Board, Washington, DC, 2000.


Все статьи автора «Власов Алексей Александрович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: