Управление светофором и координация - Traffic light control and coordination

Перекресток для дорожных транспортных средств и пешеходов, контролируемый светофорами в Великобритании. Различные движения транспортных средств и пешеходов разделены либо во времени, либо в пространстве для обеспечения безопасности и эффективности.

Для нормального функционирования светофоров требуется больше, чем просто контроль зрения и координация, чтобы движение транспорта и пешеходов было максимально плавным и безопасным. Для этого используется множество различных систем управления, от простых часовых механизмов до сложных компьютеризированных систем управления и координации, которые самонастраиваются, чтобы минимизировать задержку до людей, использующих перекресток.

История

Первая автоматизированная система управления светофорами была разработана изобретателями Леонардом Кашато и Йозефом Кейтсом и использовалась в Торонто в 1954 году.

Фазы и этапы

У этого перекрестка есть три фазы движения транспортных средств (A, B и C) и пешеходная фаза (D). Фазы работают вместе в три этапа (1, 2 и 3). Движущиеся фазы показаны зеленым, а остановленные - красным.

Контроллеры дорожного движения используют понятие фаз , которые представляют собой сгруппированные вместе направления движения. Например, простой Т-образный переход может иметь три фазы движения транспортного средства, по одной для каждого плеча перекрестка. Могут быть дополнительные фазы для других движений, таких как пешеходы, велосипедисты, автобусные полосы или трамвайные пути.

Стадия представляет собой группа неконфликтующих фаз , которые перемещаются в то же самое время.

В Австралии и Новой Зеландии терминология отличается. «Фаза» - это период времени, в течение которого группа транспортных средств получает зеленый сигнал - эквивалент концепции «сцены» в Великобритании и США. Один электрический выход контроллера светофора называется «сигнальной группой» - аналогично концепции «фазы» в Великобритании и США. PTV VISSIM также использует терминологию группы сигналов.

Системы управления дорожным движением

Сигналом светофора обычно управляет контроллер, установленный внутри шкафа. Некоторые электромеханические контроллеры все еще используются (по состоянию на 1998 год в Нью-Йорке все еще насчитывалось 4800 контроллеров , хотя сейчас их число меньше из-за преобладания блоков контроллеров сигналов). Однако современные контроллеры дорожного движения твердотельные. Шкаф обычно содержит силовую панель для распределения электроэнергии в шкафу; панель интерфейса детектора, для подключения к детекторам петли и другим детекторам; детекторные усилители; сам контроллер; блок отслеживания конфликтов; реле мгновенного переключения ; панель полиции, чтобы позволить полиции отключить сигнал; и другие компоненты.

Компьютеризированный блок управления дорожным движением

В США контроллеры стандартизированы NEMA , который устанавливает стандарты для разъемов, рабочих ограничений и интервалов. Стандарт TS-1 был введен в 1976 году для первого поколения полупроводниковых контроллеров.

Твердотельные контроллеры должны иметь независимый блок контроля конфликтов (CMU), обеспечивающий отказоустойчивую работу. ЦБ контролирует выходы контроллера, и при обнаружении неисправности ЦБ использует реле передачи вспышки, чтобы перевести перекресток во флэш- память , при этом все красные индикаторы мигают, а не отображать потенциально опасную комбинацию сигналов. CMU запрограммирован с допустимыми комбинациями огней и обнаружит, если контроллер дает конфликтующие направления, например, зеленый сигнал.

В конце 1990-х годов Институт инженеров транспорта в США предпринял национальные усилия по стандартизации, известные как усовершенствованный транспортный контроллер (ATC) . Проект пытается создать единый национальный стандарт для контроллеров светофора. Усилия по стандартизации являются частью программы национальной интеллектуальной транспортной системы, финансируемой за счет различных законопроектов об автомобильных дорогах , начиная с ISTEA в 1991 году, затем за TEA-21 и последующими законопроектами. Контроллеры будут взаимодействовать с использованием национальных транспортных коммуникаций для протокола ITS ( NTCIP ), основанного на интернет-протоколе , ISO / OSI и ASN.1 .

Аккумуляторные бэкапы установлены в шкафу отдельно от шкафа диспетчера наверху.

Светофоры должны быть проинструктированы, когда менять сцену, и они обычно координируются таким образом, чтобы смена сцены происходила в некоторой связи с другими ближайшими сигналами или нажатием кнопки пешехода, или действием таймера или ряда других входов.

Запасной аккумулятор

В зонах, подверженных перебоям в подаче электроэнергии, добавление резервных аккумуляторов к системам управления дорожным движением может повысить безопасность автомобилистов и пешеходов. Раньше для продолжения работы светофоров с использованием ламп накаливания требовалась большая мощность источника бесперебойного питания . Стоимость такой системы будет непомерно высокой. После появления новых поколений светофоров, в которых используются светодиодные фонари, которые потребляют на 85-90% меньше энергии, теперь можно включить резервные батареи в системы светофоров. Батареи резервного питания должны быть установлены в шкафу диспетчера или в собственном шкафу рядом с контроллером.

Резервные батареи могут управлять контроллером в аварийном режиме с мигающим красным светом или в полнофункциональном режиме. В 2004 году Энергетическая комиссия Калифорнии рекомендовала местным органам власти переоборудовать светофоры на светодиоды с резервным аккумулятором. Это снизит потребление энергии и повысит безопасность на основных перекрестках. Рекомендация касалась системы, которая подает полностью функциональные светофоры в течение двух часов после отключения электроэнергии. Затем сигналы будут мигать красным светом еще два часа.

Контроль фиксированного времени

Пешеходный светофор на Тайване с изображением "зеленого человечка" под дисплеем обратного отсчета, где когда-то стоял "красный человек".

В управлении движением простые и старые формы контроллеров сигналов - это так называемые электромеханические контроллеры сигналов. В отличие от компьютеризированных контроллеров сигналов, электромеханические контроллеры сигналов в основном состоят из подвижных частей (кулачков, шкал и валов), которые управляют сигналами, подключенными к ним напрямую. Помимо подвижных частей, также используются электрические реле. Как правило, электромеханические контроллеры сигналов используют таймеры набора с фиксированными временными планами перекрестков с сигнализацией. Продолжительность цикла сигнализируемых перекрестков определяется маленькими шестеренками, расположенными внутри таймеров. Циклические передачи, как их обычно называют, имеют диапазон от 35 до 120 секунд. Если цикловая передача в циферблатном таймере приводит к отказу, ее можно заменить другой циклической передачей, которая будет подходящей для использования. Так как таймер с циферблатом имеет только один план времени пересечения с сигнализацией, он может контролировать фазы на пересечении с сигнализацией только одним способом. Многие старые сигнальные перекрестки все еще используют электромеханические контроллеры сигналов, и сигналы, которые ими управляются, эффективны в односторонних сетях, где часто можно согласовать сигналы с указанным ограничением скорости. Однако они невыгодны, если синхронизация сигнала перекрестка выиграет от адаптации к доминирующим потокам, меняющимся с течением времени.

Скоординированный контроль

Диаграмма, демонстрирующая, что когда светофоры синхронизированы для движения в одном направлении (зеленые стрелки), движение в другом направлении не обязательно синхронизировано (синие стрелки).

Часто предпринимаются попытки разместить светофоры в согласованной системе, чтобы водители сталкивались с зеленой волной  -  последовательностью зеленых огней. Различие между скоординированными сигналами и синхронизированными сигналами очень важно. Все синхронизированные сигналы изменяются одновременно и используются только в особых случаях или в старых системах. Скоординированные (прогрессивные) системы управляются с главного контроллера и настроены таким образом, что огни «каскадируются» (прогрессируют) последовательно, так что взвод транспортных средств может проходить через непрерывную серию зеленых огней. Графическое представление фазового состояния на двухосной плоскости зависимости расстояния от времени ясно показывает «зеленую полосу», которая была установлена ​​на основе сигнального расстояния между перекрестками и ожидаемых скоростей транспортного средства. В некоторых странах (например, в Германии , Франции и Нидерландах ) эта система «зеленой зоны» используется для ограничения скорости в определенных областях. Фары рассчитаны таким образом, чтобы автомобилисты могли проехать без остановки, если их скорость ниже заданного предела, в основном 50 км / ч (30 миль в час) в городских районах. Эта система известна как «grüne Welle» по-немецки, «vague verte» по-французски или «groene golf» по-голландски (английский: « зеленая волна »). Такие системы обычно использовались в городских районах США с 1940-х годов, но сегодня они менее распространены. В Великобритании компания Slough в Беркшире экспериментировала с частью A4 . Многие города США устанавливают зеленую волну на улицах с двусторонним движением, чтобы они работали в направлении, по которому ехали более активно, вместо того, чтобы пытаться увеличить движение в обоих направлениях. Но недавнее введение мигающей желтой стрелки (см. Статью « Сигнализация и работа светофора» ) делает сигнал опережения, способствующий продвижению вперед, доступным для защищенных / разрешающих поворотов.

В современных скоординированных сигнальных системах водители могут преодолевать большие расстояния, не попадая на красный свет. Эта координация легко выполняется только на улицах с односторонним движением с довольно постоянным уровнем движения. Улицы с двусторонним движением часто устраиваются так, чтобы соответствовать часам пик, чтобы ускорить движение в более интенсивном направлении. Однако скопление часто может нарушить координацию. С другой стороны, некоторые светофоры скоординированы, чтобы водители не могли столкнуться с длинной цепочкой зеленых огней. Эта практика препятствует интенсивному движению, вызывая задержки, но предотвращая заторы или препятствуя использованию определенной дороги. Часто это делается по просьбе местных жителей в районах, где много пригородных поездов, «просто проезжающих». Скорость саморегулируется в системах согласованной сигнализации; водители, едущие слишком быстро, прибудут по красной индикации и в конечном итоге остановятся, водители, едущие слишком медленно, не успеют вовремя воспользоваться следующим сигналом, чтобы использовать зеленую индикацию. Однако в синхронизированных системах водители часто используют чрезмерную скорость, чтобы пройти как можно больше огней.

Этот светофор в Хобаре , Саудовская Аравия, управляется видеокамерой (чуть выше вертикально выровненных линз), а также показывает секунды, оставшиеся до перехода к следующему состоянию (в крайнем левом горизонтально выровненном объективе)

В последнее время стали применяться еще более изощренные методы. Иногда светофоры централизованно управляются мониторами или компьютерами, чтобы их можно было координировать в реальном времени, чтобы справиться с изменяющимися схемами движения. Видеокамеры или датчики, закопанные в тротуар, можно использовать для отслеживания движения транспорта в городе. Несогласованные датчики иногда препятствуют движению, обнаруживая затишье и окрашиваясь в красный цвет, как только автомобили прибывают с предыдущего светофора. Самые современные системы используют десятки датчиков и стоят сотни тысяч долларов за перекресток, но могут очень точно контролировать уровень трафика. Это избавляет от необходимости принимать другие меры (например, новые дороги), которые еще более дороги.

Преимущества включают:

  • Повышение пропускной способности дорог
  • Сокращение столкновений и времени ожидания как для транспортных средств, так и для пешеходов
  • Поощрять движение с ограничением скорости, чтобы встретить зеленые огни
  • Сокращение ненужных остановок и пуска движения - это, в свою очередь, снижает расход топлива, загрязнение воздуха и шума , а также износ автомобиля.
  • Сокращение времени в пути
  • Снижение раздражения водителя и агрессивного поведения на дороге

Примеры:

  • Нью-Йорк : 7660 (из 12 460) перекрестков с сигнализацией контролируются центральной компьютерной сетью и контролируются центрами управления дорожным движением.
  • Торонто : 83% его сигналов контролируются Главной системой дорожных сигналов (MTSS). 15% также используют SCOOT (метод оптимизации с разделением цикла и смещения), адаптивную систему управления сигналами.
  • Сидней : 3 400 светофоров, координируемых Сиднейской координированной адаптивной системой движения (SCATS). Спроектированная и разработанная RTA, система была впервые представлена ​​в 1963 году и с тех пор постоянно развивалась. К октябрю 2010 года SCATS получила лицензию на 33 200 перекрестков в 144 городах в 24 странах мира, включая Сингапур, Гонконг, Дублин, Тегеран, Миннеаполис и Детройт.
  • Мельбурн : 3200 светофоров по всей Виктории, включая такие региональные районы, как Джилонг ​​и Балларат, с использованием SCATS. Около 500 перекрестков также имеют приоритет в трамвае и автобусе.
  • Аделаида : 580 комплектов скоординированных светофоров по всему столичному региону, управляемых Системой согласованных дорожных сигналов (ACTS) Аделаиды.

Адаптивное управление

Считыватель RFID E-ZPass, прикрепленный к вехе и ее антенне (справа), используется для мониторинга дорожного движения в Нью-Йорке с использованием метода повторной идентификации транспортного средства
Основная статья: Адаптивное управление трафиком

Другие виды контроля

  • Сбои : если электричество по-прежнему доступно, мигающий желтый свет предупреждает о перекрестке. Методы отличия главной дороги от второстепенной дороги (и, следовательно, полосы отвода) включают использование знаков уступа (уступайте дорогу), знаков остановки или мигающего красного светофора на второстепенной дороге, а также письменных указателей. В некоторых странах, включая Австралию, правила дорожного движения описывают такие процедуры, как уступка права.
  • Неполный рабочий день : некоторые светофоры не работают ночью или при очень слабом движении. Некоторые из них могут работать только в определенное установленное время (например, в часы работы крупного завода) или только во время специальных мероприятий, таких как спортивные состязания или выставки. В нерабочем состоянии применяются те же меры, что и при сбоях. Неполный рабочий день имеет преимущества и недостатки.
  • Упреждение железной дороги : светофоры активируются, чтобы совпасть с приближением поезда, часто там, где перекресток находится рядом с железнодорожным переездом. См. Также приоритетное обслуживание железной дороги.
  • Приоритет автобуса и транспорта : светофоры активируются, чтобы совпасть с прибытием автобуса или трамвая на автобусную полосу, полосу для автобусов или трамвай. См. Также Приоритет шины.
  • Машины экстренных служб Некоторые огни за пределами пожарных или спасательных станций не имеют зеленого цвета, так как они могут загораться только желтым, а затем красным, когда пожарные машины , машины скорой помощи или другие машины экстренной помощи или подобные им выезжают со станции по пути в аварийную ситуацию. См. Также приоритет сигнала светофора.
  • Знаки скорости - это редко используемый вариант, чтобы указать водителям рекомендованную скорость для подъезда к следующему светофору в его зеленой фазе.

Программное обеспечение для проектирования

Системы светофоров проектируются с использованием такого программного обеспечения, как LINSIG , TRANSYT , CORSIM / TRANSYT-7F или VISSIM .

использованная литература

внешние ссылки