Проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния
 

Каталог ресурсов УралWeb Рейтинг@Mail.ru
 

Материалы XI международной (четырнадцатой екатеринбургской) научно-практической конференции

Координированное регулирование светофоров в реальном времени в условиях перенасыщения потоков

А.Ю. Клибавичюс

1. Введение. Рост уровня автомобилизации и ограниченность капитальных вложений на реконструкцию перекрестков в центральной части г Вильнюс привели к ситуации, когда на регулируемых перекрестках в часы пик пропускная способность исчерпана. Образуются длинные очереди автомобилей (до 148 автомобилей под конец часа пик) и очень большие транспортные потери времениПоэтому, нужны новые методы расчета оптимальных планов работы светофоров, с учетом фактических транспортных задержек и длины очереди автомобилей у СТОП линии в условиях перенасыщения потоков Расчеты оптимальных планов работы светофоров в реальном времени, транспортных задержек и длины автомобильных очередей в перенасыщенных потоках мало отражены как в отечественной, так и в зарубежной литературе.

2. Объект  и цели  исследований. Объект исследований – перенасыщенные транспортные потоки в часы пик. Цели исследования - на основе данных натурных обследований транспортных потоков городов Литвы  в утренние часы пик:

предложить методику расчета средних транспортных задержек в перенасыщенных потоках;

предложить методику расчета транспортных задержек под  конец  часа пик в  перенасыщенных потоках;

предложить методику расчета средней  длины очереди автомобилей в перенасыщенных потоках;

предложить методику расчета длины  очереди автомобилей под конец часа пик  в перенасыщенных потоках;

создать модели, моделирующие движение автомобилей в перенасыщенном потоке, которые давали возможность уменьшать транспортные задержки и длину очереди автомобилей  при расчете оптимальных планов работы светофоров в реальном времени, на основе многоцелевых функций оптимизации  [3,5,6]:    

3. Перенасыщенные потоки. Если в течение времени (болеечем три цикла регулирования [9 ) постоянно прибывают больше автомобилей,чем могут отбыть в период зеленого времени цикла, начинают накапливаться очереди автомобилей, Начинается период, в котором отдельные полосы движения на перекрестке функционируют в режиме перенасыщения транспортных потоков Классические формулы Вебстера, Миллера [7] для определения транспортных задержек (транспортных потерь времени), при степени насыщения потока g=1.0 дают бесконечные потери транспортных задержек  t w=∞ , так как они выведены для очень длинного процесса На практике часы пик длятся 1- 4 часа (на примере городов Литвы), а потом переходят в нормальный режим. 

Общие транспортные задержки t w в перенасыщенных потоках состоит из двух компонент:

t w =   t GWZ + t RWZ                                                             (1)

 t w - общие  транспортные задержки  в перенасыщенных потоках, сек/авт.;

t GWZ - основные  транспортные задержки  в не перенасыщенных потоках, сек/авт.;

t RWZ - дополнительные транспортные задержки  в перенасыщенных потоках,  когда автомобили не успевают проехать СТОП линию за один цикл, сек/авт.

Основные транспортные задержки определяются по формуле [2]:

                                                 (2)

Коэффициент неравномерного прибытия автомобилей к СТОП линии определяется [4]:

k =   t GWZ / t WGUZ                                                                                               (3)

t WGUZ - транспортные задержки, если автомобили прибывали равномерно, сек/авт.

Продолжительность  цикла регулирования в реальном времени рассчитывается на основе многоцелевых функций оптимизации  [1,5]:

               Tp = TF  + TS                                                                    (4)

Здесь:

М   -  величина прибывающего потока, авт/час;

S    -  величина потока насыщения ( ≈ 1800) , авт/час;

Tp   -  длина цикла регулирования, сек;

TF    -   длина зеленого сигнала в цикле регулирования, сек;                  

TS    - длина  запрещающих  сигналов в цикле регулирования, сек;

f    -  доля свободного  времени;

T   -  продолжительность времени  с перенасыщенными потоками;

U   - число циклов регулирования за 1 час;

g   - степень насыщения потоков;

m  -  число прибывающих автомобилей за 1 цикл;

nc  -  число автомобилей  убывающих за 1 цикл;

r   -  число автомобилей, остающихся ждать на следующий  цикл;

R  -   фактическая   длина очереди в каждом цикле, авт;       

 a,  b -  коэффициенты, определяемые на основе натурных обследований потоков. 

При расчете фактических транспортных задержек и длины очереди автомобилей в каждом цикле, главную роль играет степень насыщения прибывающего потока g и доля зеленого времени  в цикле  f для данного потока  [4,8]:

g = M / (f*S)                                                                   ( 5 )

f = TF / Tp                                                                                               ( 6 )

Число прибывающих автомобилей за 1 цикл  в каждом цикле меняется [8]:

m = M*Tp / 3600                                                             ( 7 )

При  среднем прибытии за 1 цикл   m =10 – 18  автомобилей, коэффициент неравномерного прибытия зависит от степени координации  светофоров на соседних перекрестках и на примере  городов Литвы определяется по формуле [8]:

k = 0.71 * g  + 0.56  - 0.004 * m                                               ( 8 )

Длина очереди автомобилей в каждом цикле зависит от начала времени перенасыщения потоков и  числа автомобилей, которые могут убыть за 1 цикл  nc ,  и определяется по формуле:

R  = a * Ub                                                                                            ( 9 )

Длина очереди автомобилей в каждом цикле зависит также от числа автомобилей   r, которые  остаются в очереди на следующий цикл,  от числа автомобилей   m , которые  прибывают за 1 цикл, от числа автомобилей, которые    могут убыть за 1 цикл  nc ,  и определяется по формуле:

( r + m ) / nc = l Rest h                                                    (10)

Транспортные задержки автомобилей в очередях перенасыщенных потоков tRWZ  имеет прямую зависимость от степени насыщения прибывающего потока g   в каждом конкретном цикле:

Если:

g < 1.0     при       ( m < nc )                   

то:

tRWZ  = q * Tp + r * tc + z *    Ts / m                                             (11)

Если:

g > 1.0     при       ( m > nc )                   

то:

tRWZ  = q * Tp + r * tc + z *    Ts / m                                              (12)

z = 0   если        l = 0    

z = h   если        l > 1.0

Средние транспортные задержки для 1 автомобиля за всё время регулирования в режиме перенасыщения определяем по формуле:

tW  =  (Ts + tc +  T *(  g -1)) /2                                         (13 )

Если должны быть подсчитаны  транспортные задержки для 1 автомобиля для конкретного   i-ого цикла регулирования, то применяем формулу:

tWi  = (    Ti - Tp / 2 )  * ( g – 1 )  + (  Ts   + tc ) /2             (14)

В 1 табл. приведены данные исследований и расчетов для цикла регулирования продолжительностью    Tp  =72сек.

Выводы

1.       При регулировании транспортных потоков светофорами в реальном времени должны быть известны не средние, а фактические транспортные задержки в каждом цикле.

2.       Для координации работы светофоров  на соседних перекрестках и расчета момента более раннего включения зеленого сигнала светофора для для конкретного   i-ого цикла  должна быть известна конкретная длина накопившейся очереди автомобилей, которая для важнейших критических перекрестков может определяться  транспортными детекторами очередей, а для остальных перекрестков вычисляться по формулам (13) и (14).

3.       Классические формулы Вебстера, Миллера  для определения транспортных задержек   (транспортных потерь времени) при степени насыщения потока   g =1.0  дают бесконечные потери транспортных задержек  t w= ∞ , так как они выведены для очень длинного процесса и не могут применятся для перенасыщенных потоков.    

4.       Чтобы избежать длинных очередей автомобилей на критических перекрестках, рекомендуется при координированном регулировании светофоров распределять очереди автомобилей между менее загруженными перекрестками методом дросселирования потоков дросселирующими светофорами. 

5.       Следует избегать длинных очередей автомобилей и больших транспортных задержек, так как это сильно коррелирует с большим перерасходом топлива и увеличением загрязнением окружающей среды  выхлопными газами в центральной части города.

6.       При больших транспортных задержках в условиях перенасыщенных транспортных потоков, увеличивается число нарушений Правил дорожного движения и  соответственно число ДТП.

Литература

1.      Буринскене М. Сбалансированное развитие городов. Вильнюс, Техника, 2003-252 с.

2.      Brilon W., Grossmann M., Blanke H.  Verfahren fuer die Berechnung der Leistungsfaeigkeit und Qualitaet des Verkehrsablaufes auf Strassen. Forschung Strassenbau und Strassenverkehrstechnik. Heft 669. 1994. Bundesministerium fuer Verkehr. Bonn- Bad Godesberg. 350 S.

3.      Empfehlungen fuer Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Strassen (EWS). FGSV Verlag. Koeln. 1997- 55 S.

4.      Handbuch fuer die Bemessung von Strassenverkehrsanlagen (HBS).Bergisch-Gladbach. 2001. 368 S.

5.      Клибавичюс А. Оценка негативного влияния транспорта на окружающую среду. - Вильнюс: Техника, 2003-40 с. /на лит. языке/

6.       Клибавичюс А. Многоцелевая оптимизация систем координированного регулирования. Городские улицы и дороги.- Вильнюс: Техника. 2001. с.34-37. /на лит. языке/

7.      TRANSYT 12.  User Guide. Crowthorn.2003. 104 p.

8.      Благоустройство городов. - Вильнюс. Техника, 2003-400 с. /на лит. языке/

9.     Pitzinger P. Lichtsignalanlagen: Abnahme, Betrieb, Wartung.  Forschungsbericht Nr. 398 auf Antrag der Vereinigung Schweizerischer Strassenfachleute VSS. Bundesamt  fuer Strassenbau.  Bern, 1998. 216 S.