Л. 3. Дорожное движение как объект управления

Л.3.ДОРОЖНОЕ ДВИЖЕНИЕ КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

Техническое совершенствование дороги и повышение уровня содержания значительно сокращают колебания транспортно-эксплуатационных качеств дорог во времени под действием погодно-климатических факторов, но не могут исключить их полно­стью. Вместе с колебаниями интенсивности движения и метео­рологических условий они приводят к изменению режимов движения, образованию заторов и повышению аварийности в отдельные периоды года и суток. Следовательно, для обеспечения удобного и безопасного движения недостаточно иметь автомобильную дорогу с заданными техническими параметрами, оборудованную дорожной информацией, задающей постоянный режим движения. Необходима гибкая система управления движением, позволяющая чутко реагировать на изменения условий движения, прогнозировать и задавать оптимальные режимы движения в рамках допустимых отклонений для данного участка дороги, всей дороги и сети дорог исходя из принятых критериев управления.

Система ДУ-ТП и ее управляющие воздействия

Входные Возмущающие воздействия Выходные

параметры окружающей среды параметры

Дорожное движение и его режим

Рис.1.2 Процесс управления движением как замкнутая система.

Процесс управления движением на автомобильной дороге формально можно считать разомкнутой системой, в которой нет очевидной связи между входами и выходами. Однако входные управляющие воздействия дорог (инженерное оборудование, организация движения, знаки и сигналы) определяют поведение транспортного потока, т. е. источника выходных характеристик. Другими словами, водители автомобилей исходя из реальных условий движения и указаний дорожных знаков и сигналов выбирают режим движения автомобилей, тем самым формируют соответствующие изменения в поведении транспортного потока, т. е. выходные величины, которые вновь воздействуют на процесс управления движением.

Реакция водителей на воздействия со стороны входных характеристик формирует выходные параметры и таким образом играет роль обратной связи, превращая процесс управления дорожного движения в замкнутую систему (рис. 1.2), где замыкающим звеном является режим движения транспортного потока. В формировании процесса движения большое значение имеет «человеческий фактор», который может быть источником помех при выборе и реализации управляющих решении. Этот фактор складывается из роли участников движения (водителей, пешеходов, пассажиров) и организаторов движения (работников дорожной службы, органов ГАИ и пр.). Особенно ве­лика роль водителей, формирующих стохастический характер дорожного движения, поэтому одной из главных задач управления является.обеспечение водителей четкой и достоверной, информацией об условиях и рекомендуемых режимах движения.

Главной особенностью системы ДУ—ТП является способность переходить в разные состояния под влиянием различных управляющих воздействий, причем всегда существует некоторое множество состояний, из которых необходимо обеспечить оптимальное.

Дорожное движение характеризуется многомерностью его выходных параметров, которая затрудняет выбор параметра обратной связи, особенно при оперативном управлении. Возникает необходимость создания обратной связи по нескольким параметрам (скорость, интенсивность, плотность, безопасность и др.) и ориентироваться на их осредненные или критические значения, чтобы в зависимости от конкретной задачи управления в данный момент времени контролировать соответствующий параметр.

Поскольку долгосрочные и кратковременные колебания условий и интенсивности движения и состояния дорог являются неизбежным и объективным фактом, оперативное управление дорожным движением также должно быть широким и гибким.

Как и всякое управление, управление дорожным движением базируется на основе переработки информации об условиях движения и выдачи управляющей информации.

Вся информация, циркулирующая в системах управления движением на автомобильных дорогах, может быть разбита на два встречно направленных потока (рис. 1.3). Первый поток — исходная информация, необходимая для принятия решения в центре управления, и второй поток — управляющая информация, сообщаемая из центра участникам движения. В свою оче­редь, исходная информация должна поступать в центр управ­ления от трех объектов: управляемого автомобильного потока, автомобильной дороги и окружающих условий.

Чтобы определить информацию, необходимую для принятия решения об управляющем воздействии, рассмотрим транспортный поток как объект управления, подвергаемый возмущающим и управляющим воздействиям. Весь транспортный поток, движущийся по многополосной магистрали, может быть разбит на три характерные составляющие: поток, движущийся непосредственно по магистрали; поток, съезжающий с магистрали; поток, въезжающий на магистраль. Эти составляющие транспортного потока могут характеризоваться следующими параметрами: интенсивностью, скоростью и плотностью движения по полосам магистрали; длиной очереди на въезд или количеством автомобилей, ожидающих въезда, которое зависит от спроса на въезд и возможности его осуществления (интенсивности въезда); длиной очереди на съезд или количеством авто­мобилей, ожидающих съезда, которое зависит от спроса на съезд и возможности его осуществления (интенсивность съезда); составом транспортного потока (по весовым категориям или по длинам автомобилей); количеством обгонов и перестроений; наличием заторов или ДТП.

Дорожные условия характеризуются: геометрическими параметрами дороги; коэффициентом сцепления (шероховатостью) покрытия; ровностью покрытия; неожиданными препятствиями, например выпавшими из кузова грузового автомобиля предметами, животными и т. п.

Метеорологические условия характеризуются: метеорологической дальностью видимости (МДВ); осадками; туманом; гололедом; силой и направлением ветра; объемом снегопереноса; температурой покрытия; температурой приземного слоя воздуха; влажностью воздуха. Некоторые из указанных факторов оказывают взаимное влияние друг на друга, как, например, туман и МДВ, осадки и гололед, поэтому знание части из этих факторов может дать практически полную характеристику метеорологических условий.

Особо должна учитываться освещенность дороги, зависящая от времени суток и метеорологических условий. Освещенность дороги и контрастность предметов на фоне покрытия, а также контрастность самого покрытия обусловливают дальность видимости реальных объектов, которая оказывает существенное влияние на режим движения.

Рис. 1.3. Общая схема циркуляции исходной и управляющей информации

После того, как в центре управления принята исходная информация, она должна быть обработана для получения управляющих воздействий на транспортный поток. Ввиду большого объема исходной информации и ограниченного времени для принятия решения об управляющих воздействиях обычно для этих операций используют быстродействующие электронные вычислительные машины с большой памятью, для которых разрабатывают специальные программы поиска оптимальных управляющих воздействий.

Эти программы строятся с использованием математических моделей, создаваемых на базе существующих теорий транспортного потока, данных статистических наблюдений и технико-экономических соображений.

В качестве управляющих воздействий используют предписание водителям допустимых (или рекомендуемых) скоростей движения по полосам магистрали, а также указание оптимальных маршрутов к тем или иным пунктам назначения. Такое воздействие на поток принято называть продольным регулированием.

Поперечным регулированием называют управление въездами на магистраль, в результате которого обеспечивается безопасный въезд оптимального количества автомобилей из числа ожидающих въезда, а также управление съездами с магистрали, в задачу которого входит, как правило, обеспечение нормального функционирования сети прилегающих дорог.

Кроме того, с помощью управляющих команд можно освобождать отдельные полосы магистрали для пропуска специальных машин, колонн автомобилей, автобусного движения, обеспечивать реверсивное движение по отдельным полосам магистрали, закрывать полосы из-за ремонта или ДТП, запрещать обгоны и пр.

Рассмотренные выше объемы исходной информации и управляющих воздействий предопределяют состав технических средств, необходимых для организации управления дорожным движением. К этому следует добавить линии и устройства связи, обеспечивающие бесперебойную циркуляцию всей информации, а также управление аварийными и дорожно-эксплуатационными службами.

Весь этот комплекс технических средств призван обеспечить нормальное функционирование дороги как объекта управления.

Для сбора исходной информации необходима организация контроля и измерения параметров, характеризующих дорожные условия, метеорологические условия и транспортный поток.

Сбор информации о дорожных условиях обеспечивается приборами для определения геометрических параметров дороги, коэффициента сцепления, ровности.

О ремонте того или иного участка дороги центр управления уведомляют заранее. Данные о неожиданных препятствиях на дороге сообщаются в центр управления сотрудниками ГАИ, патрульных служб, работниками дорожно-эксплуатационных организаций и участниками движения.

Следует отметить, что геометрические параметры дороги являются постоянными ее характеристиками и не требуют периодического контроля. Однако в осенне-весенний и зимний периоды содержания, а также при ремонте эти параметры могут изменяться и оказывать существенное влияние на режим движения, поэтому их необходимо контролировать и вносить соответствующие коррективы в управляющие воздействия.

Дополнительную (визуальную) информацию о дорожных условиях можно получать с помощью системы телевизионного обзора.

Сбор информации о метеорологических условиях обеспечивается приборами для определения: метеорологической дальности видимости, вида и количества осадков, зоны распространения и плотности тумана, гололеда, силы и направления ветра, температуры покрытия, температуры и влажности приземного слоя воздуха. Освещенность дороги измеряют с помощью люксметра. Дальность видимости реальных объектов может быть определена по номограмме с использованием значений МДВ и освещенности дороги.

Ввиду того, что ряд вышеуказанных параметров нельзя определить стационарными датчиками, могут быть использованы специальные передвижные лаборатории, оборудованные соответствующими измерительными приборами.

Сбор информации о параметрах транспортного потока обеспечивается детекторами транспорта и другими устройствами, контролирующими транспортный поток, например, с помощью системы телевизионного обзора, киносъемки, специального автомобиля-лидера, движущегося в контролируемом потоке, и т. п. По сигналам, получаемым с детекторов транспорта, можно определять средние и мгновенные скорости автомобилей, интенсивность, плотность и состав движущихся потоков, длины очередей на въездах и съездах. Имеются различные программы для отыскания с помощью ЭВМ мест заторов и предзаторовых состояний по характерным изменениям показаний детекторов транспорта. О местах заторов и ДТП также могут сообщать работники различных служб и участники движения.

Для связи участников движения с центром управления используются сигнально-переговорные стойки, располагаемые вдоль дороги через 1—2 км. Эти стойки служат для вызова скорой медицинской и технической помощи в случае ДТП, получения справок и передачи различных сообщений.

Передача управляющей информации участникам движения осуществляется: разметкой дороги, постоянными дорожными знаками, информационными табло и указателями направлений движения, направляющими островками, столбиками и т. п., дорожными знаками со сменной информацией, дорожными указателями направлений движения со сменной информацией, указателями рекомендуемой скорости движения, светофорами на въездах, съездах и пересечениях, устройствами автомобильной сигнализации, специальными радио- и телелепередающими станциями, ведущими передачи для автомобильных радио- и телеприемников.

В последнее время разрабатываются системы автоматического ведения автомобилей по заданным маршрутам без вмешательства водителей. Однако такие системы находятся еще в стадии эксперимента, требуют прокладки вдоль всего маршрута специальных энергонесущих линий и применения довольно сложного оборудования автомобилей. Кроме того, такие системы лишают водителя удовольствия самому управлять автомобилем и, на наш взгляд, будут иметь ограниченное применение.

Центр управления должен содержать в себе следующие технические средства; пульт управления, информационное табло с мнемосхемой, изображающей условными символами управляемый участок дороги; пульт диспетчерской связи; пульт управления сигнально-переговорными стойками, устройства визуального отображения исходной информации (телеэкраны, дисплеи и т.п.); электронные вычислительные машины для обработки исходной информации и отыскания оптимальных управляющих воздействий; аппаратуру приема сигналов исходной информации и передачи управляющих команд (центральный комплект аппаратуры, телемеханики); радиостанцию для связи с патрульными службами; ремонтное и вспомогательное оборудование.

Неотъемлемой частью любой системы управления является линия связи, соединяющая центр управления с приборами для сбора первичной информации и устройствами для передачи управляющей информации. Кроме того, в системе управления должна применяться аппаратура уплотнения каналов связи, устанавливаемая как в центре, так и на периферии. Периферийные комплекты этой аппаратуры удобно объединять в специальные шкафы, в которых целесообразно располагать также устройства местного управления знаками, указателями, светофорами и другим оборудованием, имеющим дистанционное управление.

На рис. 1.4. представлена схема-перечень технических средств, участвующих во всем процессе управления движением средств, участвующих во всем процессе управления движением на автомобильной дороге

Управление дорожным движением является составной частью управления функционированием автомобильно-дорожной системы в целом и может осуществляться как единое целое на уровне управления дорожным движением на сети существующих дорог, отдельно взятой дороге или отдельном участке дороги. В зависимости от уровня управления в рамках целевого функционала могут быть сформулированы конкретные задачи и пути управления, а также дано общее математическое описание поставленной задачи.

На сети дорог эти задачи формулируются следующим образом. Для заданной сети дорог с объемами грузо- и пассажиреперевозок, изменяющимися во времени по каждому маршруту, с учетом выделенных ресурсов на содержание и ремонт существующей сети дорог и их распределения по дорогам, а также с учетом характеристик метеорологических характеристик района, заданных законами распределения вероятностей, и известными зависимостями изменения состояния дорог, режима и безопасности движения от метеорологических условий необходимо определить наиболее целесообразное распределение транспортных потоков по сети автомобильных дорог в различные сезоны года, стратегию и тактику управления движением по каждому маршруту, обеспечивающие заданные показатели функционирования дорог.

На уровне управления дорожным движением для отдельной дороги задача управления в общем виде может быть сформулирована следующим образом. При заданных характеристиках транспортного потока, характеристиках аппарата обслуживания (постоянных и переменных параметров дороги), процесса обслуживания (характеристик уровня содержания дороги и организаций движения) и ресурсах на ремонт и содержание дороги с учетом метеорологических условий, заданных законами распределения вероятностей и зависимостей состояния дорог от метеорологических условий, обеспечить требуемые показатели функционирования дороги, определенные из условия обеспечения минимума приведенных дорожно-транспортных затрат на перемещение грузов и пассажиров. Исходя из этого разрабатывается стратегия и тактика управления дорожным движением для достижения поставленных целей.

Таким образом, можно сделать вывод, что дорожное движение как объект управления не может рассматриваться только как взаимодействие множества автомобилей в транспортном потоке. Оно должно рассматриваться как результат функционирования автомобильно-дорожной системы в целом и ее основной подсистемы ДУ—ТП.

Народнохозяйственная значимость и состояние дороги, уровень ее загрузки, неравномерность движения (суточная, недельная и сезонная), наличие материально-технических ресур­сов для содержания дороги и организации движения и прочие факторы могут оказать существенное влияние как на очередность принятия решения о введении на дороге системы управления того или иного технического уровня, так и на структуру системы. В свою очередь, функционирующая система управления будет оказывать существенное воздействие на многие из перечисленных факторов. Поэтому созданию систем управления должен предшествовать четкий технико-экономический анализ указанного взаимодействия, включающий в себя оценку эффективности системы управления.

Рис.1.4.

Рис.1.5.

Дата добавления: 2015-09-30