Внедрение АСУ дорожным движением на базе программы интеллектуальных транспортных сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Внедрение АСУ дорожным движением на базе программы интеллектуальных транспортных сетей

Реферат

автоматизированная система управления дорожное движение

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА, ИНФОРМАЦИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯ, ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПОТОКИ, АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ, ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ, ТРАНСПОРТНОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ, АППАРАТНО-ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.

Целью выполнения данной выпускной квалификационной работы является экономическое обоснование разработки и внедрения автоматизированной системы управления дорожным движением на базе разработанной программы интеллектуальных транспортных сетей, использующей принцип нейронных схем на участке улицы Дикопольцева от переулка Саперного до улицы Панькова.

Задачи, выделенные для достижения заданной цели:

изучение принципиальной схемы устройства АСУДД 3-го поколения;

характеристика использующейся в настоящее время в городе Хабаровске АСУДД «Сигнал»;

анализ существующих конкурентных зарубежных образцов комплексов АСУДД;

определение затрат на содержание и эксплуатацию разрабатываемой АСУДД;

определение экономического эффекта от внедрения разрабатываемой АСУДД.

Также автором разработана программа для расчета коэффициента дисконтирования на языке программирования Turbo Pascal 7.0.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Описание автоматизированной системы управления дорожным движением (АСУДД)

1.1 Основные понятия АСУДД

1.2 Структура АСУДД

1.3 Техническое описание существующей в настоящее время АСУДД г. Хабаровска

2 Оценка рынка конкурентов внедряемой АСУДД

3 Описание внедряемого продукта

4 Затраты на содержание и эксплуатацию

4.1 Затраты на текущий и профилактический ремонты

4.2 Заработная плата обслуживающего персонала системы

4.3 Амортизационные отчисления

4.4 Затраты на электроэнергию

4.5 План по внедрению

4.6 Пуско-наладочные работы

5 Расчет экономической эффективности

5.1 Расчет косвенного экономического эффекта

5.2 Оценка общественной эффективности организации

дорожного движения

6 Охрана труда

6.1 Условия и режимы труда работников

6.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов

6.3 Пожарная безопасность

6.4 Мероприятия по снижению негативных факторов

и улучшению условий труда

Заключение

Список использованных источников

Приложение_А. Текст программного продукта на языке программирования_Turbo_Pascal_7.0

Приложение_Б . Анализ аварийности по г. Хабаровску за 2010 год

ВВЕДЕНИЕ

Улично-дорожные сети являются дорогим и трудноизменяемым элементом городской инфраструктуры, их проектирование относят к числу наиболее сложных вопросов теории транспортной планировки городов /21, с 35/. Обоснование любых градостроительных решений, связанных с изменением УДС, включает детальный анализ существующего состояния сети. Поэтому оценка состояния УДС предшествует многим видам градостроительного проектирования, разработкам градостроительных регламентов и зонированию городских территорий, является обязательным элементом комплексных схем организации движения, проектов реконструкции дорожных сетей и организации дорожного движения /22, с. 54/.

В настоящее время в крупных городах большое внимание уделяется обеспечению централизованного управления светофорными объектами, информационными табло, дорожными знаками, наблюдению за транспортными потоками и транспортными ситуациями, мониторингу сети с целью поддержания ее целостности и стабильной обработки данных в режиме реального времени

Дорожное движение в настоящее время следует рассматривать как одну из самых сложных составляющих социально-экономического развития городов и регионов /8, с. 53/. В данной области должны использоваться самые современные технологии сбора и обработки информации о параметрах транспортных потоков (плотности, скорости, составе) с целью обеспечения безостановочного движения по улицам и дорогам. Происходящие в стране значительные социально-экономические преобразования предъявляют новые требования к уровню согласованности всех сфер жизнедеятельности общества - в том числе в системе транспортных перевозок. Между тем в последние десятилетия нарастает несбалансированность между потребностями в транспортных услугах и реальными пропускными способностями всех видов транспорта. Возможности экстенсивного пути удовлетворения потребностей общества в наращивании объемов перевозок пассажиров и грузов путем увеличения численности транспорта в значительной мере исчерпаны - особенно в крупных городах. В настоящее время в России ведется разработка и внедрение интеллектуальных транспортных систем (ИТС) разного масштаба.

Однако, назрело создание интеллектуальной транспортной системы нового поколения, соответствующей сценарию инновационного развития, вектор которого задан Транспортной стратегией Российской Федерации на период до 2030 года. Создание российской ассоциации ИТС - наиболее очевидный путь развития, учитывая высокие темпы внедрения инновационных технологий и насущную потребность для страны в более эффективном использовании транспортного ресурса при одновременном снижении отрицательных последствий автомобилизации и сокращении людских потерь.

В состав конкретных (городских, региональных) ИТС может входить ряд локальных подсистем, реализующих специальные функции, например, системы диспетчерского управления на городском пассажирском транспорте и контроля его движения, системы управления дорожным движением на улично-дорожной сети городов и скоростных магистралях, системы управления движением автомобилей спецслужб (скорая помощь, полиция, МЧС, аварийные службы и др.), системы информирования и планирования поездок для реальных и потенциальных участников движения: водителей, пешеходов, пассажиров общественного транспорта. В зависимости от особенностей транспортных систем и приоритетности проблем, стоящих перед субъектами управления, состав подсистем, их функциональные характеристики, особенности реализации могут меняться, что находит отражение в архитектуре каждой конкретной ИТС /12, с. 18/.

Объектом управления в системе дорожного движения является транспортный поток, состояние которого зависимо от большого количества факторов. Их учёт необходим, для рационального управления транспортными потоками, в программах координации движения. Характерной особенностью городских транспортных потоков является их нестационарность. Наблюдаются колебания их характеристик в течении суток, недели, в зависимости от времени года /4, с. 14/.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью управления транспортными потоками городов на основе светофорных объектов и обеспечивающих снижение временных затрат при существующем управленческом персонале для минимизации задержек личного и общественного транспорта, необходимостью снижения общего количества дорожно-транспортных происшествий, а так же уменьшения вредного воздействия транспортных средств на окружающую среду.

Практическая значимость и результаты внедрения. После внедрения системы будут синтезированы модели и механизмы обеспечивающие управление дорожными потоками города на основе предупреждения заторовых ситуаций, а также минимизацию реакции диспетчерских служб на исправление возникающих нежелательных ситуаций за счет интеллектуальной поддержки их деятельности.

Целью выполнения данной выпускной квалификационной работы является экономическое обоснование разработки и внедрения автоматизированной системы управления дорожным движением на базе разработанной программы интеллектуальных транспортных сетей, использующей принцип нейронных схем на участке улицы Дикопольцева от переулка Саперного до улицы Панькова.

Задачи, выделенные для достижения заданной цели:

изучение принципиальной схемы устройства АСУДД 3-го поколения;

_характеристика использующейся в настоящее время в городе Хабаровске АСУДД «Сигнал»;

_анализ существующих конкурентных зарубежных образцов комплексов АСУДД;

определение затрат на содержание и эксплуатацию разрабатываемой АСУДД;

определение экономического эффекта от внедрения разрабатываемой АСУДД.

Структура выпускной квалификационной работы. Данная работа состоит из введения, пяти глав, отдельной главы «охрана труда», заключения, ссылок на использованные источники, списка использованных источников и двух приложений.

1. ОПИСАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ (АСУДД)

1.1 Основные понятия АСУДД

Сегодня в России прирост числа автомашин значительно опережает темпы строительства новых дорог, причем показатель 100 автомобилей на тысячу человек в среднем по стране был превышен уже в 1998 году, а дорожно-транспортная инфраструктура городов по прежнему обеспечивает уровень не более 60-100 автомобилей на тысячу жителей /5, с. 28/. Данные маркетинговых исследований автомобильных дилеров и органов ГИБДД позволяют прогнозировать количество машин на дорогах городов примерно 230-300 на тысячу человек /1, с. 18/, а годовые продажи легковых автомобилей перешагнут отметку 3 миллиона, что может повлечь просто катастрофические последствия для существующих улично-дорожных систем городов, так как при чрезмерно высокой плотности транспортных средств скорость движения снижается настолько, что автомобиль полностью утрачивает одно из важнейших своих достоинств - динамичность.

В ряде крупных городов скорость движения транспортных потоков в часы пик составляет 10-15 км/ч /2, с. 180/, при этом повышается количество дорожно-транспортных происшествий, существенно увеличивается выброс вредных веществ в атмосферу и наконец, практически полностью парализуется жизнедеятельность города (люди опаздывают на работу, грузы не доставляются вовремя, т.е. налицо существенный экономический ущерб от возникающих заторов. Вышеперечисленные негативные факты наносят экономике России ущерб по оценкам независимых экспертов в размере 2,2-2,6 % ВВП /5, с. 36/. Поэтому в начале 2006 года Правительством РФ утверждена Федеральная целевая программа «Повышение безопасности дорожного движения в 2006-2012 гг.», одним из важнейших задач которой является минимизация заторов автотранспорта в городах. В перечень мероприятий программы вошли организационно-планировочные и инженерные меры, направленные на совершенствование организации движения транспортных средств и пешеходов в городах.

Решение подобной задачи требует применения комплекса мероприятий архитектурно-планировочного и организационного характера. Первые требуют значительных капиталовложений, не могут быть реализованы в быстрые сроки, а порой просто неосуществимы. Организационные мероприятия способствуют упорядочению движения на уже существующей улично-дорожной сети. При реализации таких мероприятий особая роль принадлежит внедрению технических средств регулирования с применением ПК, средств автоматики, телемеханики, диспетчерской связи и телевидения для управления движением в масштабах крупного района или целого города.

В настоящее время в городах России на базе диспетчерских центров управления дорожным движением действуют автоматизированные системы управления дорожным движением (АСУДД). Далее, при описании АСУДД будут использоваться следующие аббревиатуры и сокращения (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Используемые аббревиатуры и сокращения

Наименование	Определение
Улично-дорожная сеть (УДС)	Совокупность участков дорог, объединенных по административному или географическому признаку
Район управления дорожным движением (район управления)	Совокупность участков дорог, находящихся в зоне действия светофорных сигналов и управляемых знаков, охватываемых АСУДД
Транспортный поток (ТП)	Совокупность движущихся по дорогам транспортных средств
Пешеходный поток (ПП)	Совокупность движущихся по дорогам пешеходов
Состав транспортного потока (состав потока)	Процентное соотношение транспортных средств по видам или типам
Светофорный объект (СО)	Комплекс оборудования, установленный на участке УДС и предназначенный для управления транспортными и пешеходными потоками
Диспетчерское управление (ДУ) дорожным движением	Способ управления светофорной сигнализацией и позициями управляемых знаков оператором УП
План координации дорожного движения	План, регламентирующий порядок включения светофорных сигналов и позиций управляемых знаков с целью создания координированного управления дорожным движением
Промежуточный такт	период, в течение которого действует одна или несколько комбинаций светофорных сигналов, предназначенных для разгрузки перекрестка при переходе к следующему основному такту
Фаза	совокупность основного и следующего за ним промежуточного такта.

Автоматизированная система управления дорожным движением (АСУДД) - это комплекс программно-технических средств и мероприятий, направленных на обеспечение безопасности движения, улучшение параметров УДС, снижение транспортных задержек и улучшение экологической обстановки /3, с. 12/.

Для управления дорожным движением используются различные технические средства. К их числу относится светофорное регулирование. Оно может быть автономным, координированным, а также быть составным элементом автоматизированных систем управления дорожным движением /5, с. 48/.

Автономное светофорное регулирование осуществляется, как правило, на изолированных перекрестках. Координированное регулирование обеспечивает по возможности безостановочный проезд транспортных средств с определенной скоростью по улице или магистрали и охватывает два и более светофорных объекта. Суть координированного регулирования заключается во взаимосвязанной работе группы светофорных объектов, обеспечивающих включение зеленого сигнала к моменту прибытия группы автомобилей, движущихся с расчетной скоростью. Все светофорные объекты должны работать с одинаковой длительностью цикла регулирования. На отдельных пересечениях допускается длительность цикла, кратная основному циклу. Сдвиг фаз должен быть постоянным на соседних пересечениях. Основная цель введения АСУДД заключается в снижении суммарных задержек транспортных средств на перекрестках во всей зоне действия этой системы (район, город). Принцип действия АСУДД показан на схеме, представленной на рисунке 1.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.1 - Принцип действия АСУДД

Перекрестки оснащаются системами сбора информации (ССИ), которые включают транспортные детекторы и телевизионные камеры.

ССИ регистрируют параметры транспортных потоков (интенсивность, скорость, задержки на пересекающихся направлениях, длину очереди перед светофором). Эта информация по каналам связи передается в центральный управляющий вычислительный комплекс (ЦУВК), где происходит ее анализ и выбор программы светофорного регулирования для каждого перекрестка.

Причем расчет осуществляется таким образом, чтобы суммарные задержки для всей системы были минимальными. На основании расчета ЦУВК вырабатывает соответствующую команду, которая по линии связи передается в исполнительные устройства ИУ (контроллеры, сервомеханизмы). ИУ меняют режим регулирования светофора или (и) символ знака. Изменение режима регулирования приводит к изменению параметров транспортных потоков, что регистрируется ССИ и передается в ЦУВК. Однако, из-за отсутствия надежных методов прогнозирования распределения транспортных потоков в зоне обслуживания при наличии значительного количества вариантов проектных решений и большого числа факторов, существенно влияющих на интенсивность движения транспорта эффективность подобных систем управления довольно низка.

В свою очередь управленческие решения, принимаемые должностными лицами носят точечный, разрозненный характер направленный на ликвидацию уже возникших заторов, а не на их предупреждение, причем взаимодействие с другими службами, отвечающими за организацию и безопасность дорожного движения, крайне неоперативное. Все это не позволяет использовать потенциал регулирования транспортных потоков на основе светофорных объектов в полном объеме.

В последнее время приобрело особую важность решение вопросов, по управлению транспортными и пешеходными потоками в городах, так как пропускная способность улиц большинства крупных городов в настоящее время не справляется с возросшим потоком автотранспорта. Повышение интенсивности транспортных потоков (растущие скорости движения, увеличение числа движущихся объектов) и, как следствие, увеличение загрузки улично-дорожных сетей кардинально меняют требования к методам проектирования и управления магистральным движением с помощью координированного управления светофорными объектами как целых участков улично-дорожных сетей, так и их отдельных элементов.

Автоматизированные системы управления дорожным движением обеспечивают максимально эффективное использование улично-дорожной сети в интересах всех потребителей, на различных уровнях.

1.2 Структура АСУДД

Автоматическая система управления дорожным движением состоит из агрегатной системы средств управления дорожным движением (АССУД) и агрегатного комплекса технических средств управления дорожным движением (АКСУД). Структура представлена на рисунке 1.2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.2 - Структура АСУДД

Агрегатная система средств управления дорожным движением (АССУД) предназначена для построения АСУДД различной сложности в зависимости от городских дорожно-транспортных условий. Объектом управления в АСУДД являются транспортные потоки на дорожной сети города. Основные задачи, решаемые АСУДД, - минимизация времени проезда транспорта по УДС и повышение безопасности движения. АССУД состоит из математического (МО) и программного обеспечения (ПО).

АКСУД включает:

1) типовые функциональные блоки, реализующие законченные функции по получению, приему (передаче) информации или выработке управляющих воздействий в АСУДД;

2)_типовые конструкции - микроблоки, блок-каркасы, шкафы, контейнеры, выполненные на базе серийно выпускаемых унифицированных типовых конструкций УТ

3)_устройства, компонуемые из функциональных блоков на основе унифицированных систем сопряжений и размещаемые в шкафах или контейнерах УТК;

4) управляющие вычислительные комплексы (УВК), компонуемые из изделий агрегатной системы средств вычислительной техники АСВТ-М, серийно выпускаемых промышленностью.

Типовые конструкции, функциональные блоки и устройства АКСУД подразделяются на два основных класса - периферийные и центральные. Периферийные устанавливаются на ДС, центральные размещаются в отапливаемых помещениях и служат для построения УП. Отдельные изделия АКСУД выполнены на основе оригинальных конструктивов. К ним относятся управляемые знаки, указатели скорости, выносные пульты управления и др. МО и ПО АССУД представляют собой комплекс технологических алгоритмов и программ, построенных по модульному принципу и реализующих отдельные функции по переработке информации, поступающей в УВК, и принятию решений по управлению дорожным движением. МО АССУД включает алгоритмы работы, соответствующие нормальным и особым условиям дорожного движения (заторы, управление маршрутами "зеленая улица", приоритетный пропуск специальных ТЕ и т.д.).

ПО АССУД обеспечивает реализацию указанных алгоритмов и возможность их привязки к конкретному объекту управления.

Дорожные контроллеры (ДК) предназначены для переключения светофорных сигналов, позиций УЗН, УСК.

Устройства обмена информацией предназначены для приема и передачи информации - команд телеуправления (ТУ), телесигнализации (ТС) и телеизмерения (ТИ) - между устройствами УП и периферийными устройствами по двухпроводной линии связи, а также для согласования устройств АСУДД с линией связи.

Устройства обмена информацией подразделяются на два полукомплекта: периферийный и центральный.

Аппаратура приоритетного пропуска (АПП) предназначена для организации приоритетного (для общественного транспорта) и безостановочного (для специальных ТЕ) проезда регулируемых перекрестков. АПП состоит из стационарного (СКА) и передвижного (ПКА) комплектов аппаратуры СКА включает в себя само устройство, устанавливаемое вблизи контролируемой зоны, и приемопередающую антенну в виде индуктивной рамки, уложенной под полотном дорожного покрытия; ПКА - само устройство, устанавливаемое в кабине приоритетной ТЕ, и приемопередающую антенну, монтируемую под кузовом ТЕ. В устройстве ПКА предусмотрен кодер для набора кода специальной ТЕ или кода одного из 14 маршрутов движения общественного транспорта.

Передача информации, заложенной в ПКА, при въезде приоритетной ТЕ в зону действия антенны СКА происходит автоматически по индукционному каналу. СКА обеспечивает прием информации, поступающей от ПКА, и ретрансляцию ее в УП через блоки обмена информацией ДК, УОИП или УВО.

Управление светофорной сигнализацией на участках осуществляется при поступлении заявки от приоритетной ТЕ по командам УП.

Устройства управляющего пункта (УПП) предназначены для организации координированного и (или) диспетчерского управления светофорной сигнализацией на перекрестках ДС.

Контрольно-диагностическая аппаратура (КДА) предназначена для проверки и определения неисправностей устройств непосредственно на объекте.

Управляющий вычислительный комплекс (УВК) выполняет следующие функции:

- прием и обработку информации, поступающей от периферийного оборудования;

- выбор плана координации и выработку управляющих команд для периферийного оборудования;

- накопление, хранение и обработку статистической информации о параметрах транспортных потоков;

- модификацию выбранного плана координации в соответствии с реальными параметрами транспортных потоков;

- передачу управляющих команд периферийному оборудованию; обслуживание информационных и управляющих запросов оператора;

- формирование и вывод технологической информации о функционировании системы на мнемосхему;

- программный контроль функционирования периферийного оборудования и т.д.

1.3 Техническое описание существующей в настоящее время АСУДД г. Хабаровска

В городе Хабаровске на данный момент эксплуатируется автоматизированная система управления дорожным движением регулирующей транспортные потоки по четырём магистралям, подключён 61 светофорный объект из 180 установленных в городе. Управление ведётся по трем программам, разработанным в середине 70-х годов. АСУДД пытается решить проблемы увеличения пропускной способности улиц Хабаровска. Но для того, чтобы АСУДД заработала в полную меру своих возможностей, необходимы данные о постоянно меняющихся характеристиках транспортных потоков.

На сегодняшний день в качестве основного инструмента по изучению транспортных потоков привлекаются студенты профильных институтов. Студентами выпускающей кафедры «Автомобильные дороги» нашего института, ежегодно для научных и учебных целей осуществляется сбор основных параметров дорожного движения на городских дорогах /33, с. 4/.

Установленная в городе Хабаровске АСУДД создана как общегородская система, зоной действия которой является дорожно-транспортная сеть города. Поэтому для нее характерно наличие в составе большого числа пунктов управления и контроля за движением, оборудованных аппаратурой автоматики и удалённых на десятки километров от управляющего центра.

Основными компонентами, составляющими действующую АСУДД, являются:

? комплекс технических средств;

? программное (математическое) обеспечение;

? организационное обеспечение.

В комплекс технических средств входят детекторы транспорта, устройства передачи различных видов информации, образующие управляющий вычислительный комплекс системы, местные исполнительные устройства (дорожные контроллеры управления светофорной сигнализацией, знаками и указателями), средства диспетчерского контроля и управления движением, а также контрольно-проверочная аппаратура, применяемая для контроля работоспособности, настройки и программирования периферийных устройств.

Технические средства для управления дорожным движением, входящие в состав АСУДД, выпущены ЗАО «Автоматика-Д» г. Омска.

В светофорных объектах используются дорожные контроллеры с фиксированными длительностями фаз, осуществляющие переключение светофорных сигналов по заранее заданной программе, обмен информацией с устройствами управляющих пунктов в данных контроллерах не предусмотрен. Их дополняют дорожные контроллеры непосредственного подчинения, осуществляющие переключение светофорной сигнализации по командам из управляющего пункта. Каждый из контроллеров связан с управляющим пунктом отдельной линией связи, по которой получает управляющие воздействия и сигнализирует о режиме функционирования и состоянии светофорного объекта. В настоящее время, каждую АСУДД относят к одному из четырех поколений.

Первому поколению соответствует ручной ввод и расчет управляющих параметров в АСУДД.

Для второго поколения характерен автоматизированный расчет управляющих параметров, но ручной ввод их в АСУДД.

В третьем поколении реализован полностью автоматизированный расчет и ввод управляющих параметров. Управление ведется по прогнозу динамики транспортных потоков.

Четвертое поколение использует управление в реальном времени.

В соответствии с общепринятой классификацией структур по области применения и сложности функционирования АСУДД г. Хабаровска относится к третьему уровню. Она имеет центральный управляющий пункт с сетью ПК, выделенные телефонные каналы связи (включая радиосвязь) и неограниченное множество дорожных контроллеров (возможны варианты с контроллерами зонального центра). Обобщённая структурная схема АСУДД третьего уровня приведена на рисунке 1.3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.3 - Обобщенная структурная схема АСУДД третьего уровня

Как видно из схемы, любой ДК позволяет подключать к нему табло вызова пешеходное (ТВП) и управлять светофорными объектами (СО). На одну линию связи можно подключать ДК и детекторы транспорта (ДТ). Кроме того, по коммутированным каналам связи через модем можно передавать информацию с ЦУПа в ГИБДД. Один из перекрестков города оборудован детекторами транспорта, с помощью которых собирается информация о текущих характеристиках транспортных потоков.

Инфракрасные ДТ (ДТ-ИК) не требует проведения строительных работ при их монтаже и крепится над проезжей частью. Они собирают статистические данные по интенсивности движения транспортных потоков (ТП), скорости и времени присутствия. Детекторы можно закреплять на любых возвышающихся над дорожным полотном объектах (рисунок 1.4)



Рисунок 1.4 - Пример установки детектора на столбе освещения

Центральный управляющий пункт является центром, куда поступает различная информация о функционировании комплекса технических средств, параметрах транспортных потоков со всего района управления АСУДД.

ЦУП состоит из нескольких ПК, объединенных средствами локальной сети. Каждый ПК имеет свое конкретное назначение и выполняет прием и обработку информации, а также выдачу решений по возникающим проблемам.

Структура ЦУП относится к открытому типу, т.е. позволят компоновать и расширять систему устройствами для решения нескольких задач. На рисунке 1.5 приведена структурная схема ЦУПа АСУДД.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.5 - Структурная схема ЦУП АСУДД

Комплекс вычислительных средств ЦУПа включает следующие устройства:

СЕРВЕР - коммутационное оборудование, обслуживающее локальную сеть, линии связи с дорожными контроллерами и модемную связь;

АРМ деж. - ПК для оперативного дежурного ЦУПа (получение справок, ввод данных, поступающих по телефону);

АРМ инж. - ПК инженера системы для изменения рабочей конфигурации системы, ее отладки, сбора и анализа статистических данных о транспортных потоках;

КРЦ - контроллеры районных центров;

М - модем для выхода в городскую телекоммуникационную систему.

Объединение нескольких перекрестков в контроллеры районных центров позволяет более оперативно реагировать на изменение дорожной ситуации в отдельных районах города и координировать работу смежных ДК для достижения требуемых результатов (будь то обеспечение «зеленой волны» или реакция на плохие погодные условия).

В качестве линий коммуникаций между управляющим центром и дорожными контроллерами используются как выделенные волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) так и радиоканал, реализуемый с помощью комплекта GSM связи, использующего мощности операторов сотовой связи.

Программное обеспечение (ПО) АСУДД состоит из набора программ, реализующих конкретные алгоритмы управления транспортными потоками, и служебных программ, обеспечивающие взаимодействие различных частей управляющего вычислительного комплекса системы между собой, ввод и реализацию алгоритмов управления объектом, вывод результатов выполнения технологических программ. Кроме того, в состав ПО входят программы контроля и диагностики вычислительного комплекса, а также вспомогательные программы для его тестирования и наладки.

Оптимизация длительности циклов, фаз, промежуточных тактов и сдвигов разрешающих фаз светофорной сигнализации, упорядочение магистралей по загрузке, учет структуры и пропускной способности дорожной сети производится как на базе статистических данных об объекте управления, так и с использованием информации о характеристиках, получаемых непосредственно в процессе функционирования АСУДД.

Алгоритм желтого мигания (ЖМ) и алгоритм управления по жесткому циклу (ЖЦ) называются локальными. Они применяются в следующих случаях:

- при слабой загрузке дорожно-транспортной сети (например, в ночное время);

- при неисправности светофорного оборудования, при выходе из строя ДК АСУДД или потери связи с управляющим центром (в качестве резервной программы).

Реализация алгоритма ЖЦ заключается в отработке заранее заданной программы переключения светофорных сигналов, которая рассчитывается на основе геометрических параметров перекрестка, параметров транспортных потоков, движущихся через перекресток, и схемы организации движения.

Схема организации движения представляет собой распределение по фазам разрешенных направлений движения.

Основным же алгоритмом является алгоритм выбора программы координации дорожного движения (ПКД) по времени суток. Он предназначен для управления по одной из заранее рассчитанных ПКД, автоматически выбираемых по времени суток.

Для согласования фаз контроллеров с плановыми фазами после смены ПК или после окончания любого из режимов диспетчерского управления, а также при введении отключенного светофорного объекта в режим КУ используется алгоритм переходного периода.

Если поступила команда на смену ПКД, регулирование осуществляется по прежней ПКД до ближайшего переключения фаз на любом контроллере.

Также могут применяться специальные алгоритмы такие как:

алгоритм управления маршрутами «Зеленая улица»;

алгоритм обработки запросов на управление перекрестками.

Алгоритм управления маршрутами «Зеленая улица» (ЗУ) предназначен для обеспечения безостановочного проезда одной специальной транспортной единицы (СТЕ) или группы СТЕ по заданным маршрутам.

Маршрут ЗУ разбивается на участки. Включение ЗУ на участке осуществляется путем одновременного включения заданных фаз на всех перекрестках данного участка.

В качестве организационного обеспечения системы выступает штат специалистов, осуществляющих функции управления движением, а также эксплуатацию и обслуживание технических средств, подготовку и корректировку программ, составляющих ПО системы.

Эксплуатация комплекса технических средств и всей системы управления дорожным движением возложена на специализированное монтажно-эксплуатационное управление (СМЭУ). Для этого в структуре СМЭПа создан участок «Эксплуатация АСУДД».

Координированное управление по своему целевому принципу обеспечивает наиболее эффективные режимы организации дорожного движения. Управляющие воздействия такого рода предназначены для установления контролируемых распределений транспортных потоков.

В общем случае эффективность АСУДД имеет социальную и экономическую составляющие.

2. ОЦЕНКА РЫНКА КОНКУРЕНТОВ ВНЕДРЯЕМОЙ АСУДД

Научными учреждениями МВД СССР с 1974 по 1995гг. периодически проводились исследования качества функционирования отечественных АСУДД с привлечением специалистов заинтересованных организаций других министерств и ведомств (по отдельным направлениям).

Количественные значения показателей эффективности системы определяются количеством объектов управления, типом системы, качеством ее обслуживания и в некоторой степени некорректностью методик измерения или расчета отдельных параметров. В то же время для наглядного представления о возможностях координированного управления рассмотрим средние значения основных показателей, полученные в результате исследований эффективности функционирования АСУДД (по семи городам страны):

увеличение средней скорости поездки - 22-23 %;

сокращение времени задержек - 20-45 %;

сокращение времени сообщений - 14-27 %;

сокращение количества остановок - 32-66 %;

сокращение количества ДТП - 10-25 %;

сокращение площади износа дорожного покрытия - 13-25 %;

снижение расхода бензина - 11-16 %;

снижение выбросов окиси углерода (СО) - 17-24 %.

В зарубежном опыте наглядно продемонстрировать возможные эффекты от внедрения АСУДД могут следующие примеры:

Система информирования пассажиров, совмещенная с АСУДД (Хельсинки, Финляндия), позволила снизить суммарную задержку на 44 - 48 %, среднее время в пути на 11 %, потери времени на 35800-67500 человеко-часов в год.

Создание системы адаптивного управления дорожным движением (Лос-Анджелес, Вровард, Оакланд, США) уменьшило количество общих транспортных остановок на 28 - 41 %.

Внедрение адаптивной системы управления светофорными объектами с приоритетом общественного транспорта (Лондон, Великобритания) снизило среднюю задержку автобуса на 7-13 %. Система приоритета общественного транспорта (Саутгемптон, Великобритания) позволила снизить расход топлива автобусами на 13 %, за счет чего уменьшился на 15 % общий уровень выбросов в атмосферу.

Экологический эффект возникает за счет сокращения сбросов и выбросов вредных веществ (по большей части в атмосферный воздух), а также за счет снижения уровня шума в городах имеющих развитую транспортную сеть.

Синхронизация 640 светофорных объектов, с переводом их в двухфазный режим работы, реализованная в Оакланде, штат Мичиган, позволила снизить уровень выбросов в атмосферу окиси углерода 1.7 - 2.5 %, оксида азота -1.9 - 3.5 %, углеводородов - 2.7 - 4.2 %.

Система приоритета общественного транспорта реализованная в Саутгемптоне, Великобритания, позволила снизить расход топлива автобусами на 13 %, за счет чего снизился общий уровень выбросов в атмосферу от 13 % до 15 %.

Существует возможность и более широкого применения системы, путем создания на базе АСУДД региональных систем оперативного реагирования. Такое решение возможно потому, что АСУДД имеет около 60 % резерва по передаче потоков информации.

Основное назначение региональной системы оперативного реагирования заключается в получении в реальном масштабе времени информации об оперативной обстановке на дорогах города, своевременном реагировании на изменение в обстановке непосредственно или через административные органы.

В состав системы при полном развитии могут входить:

АСУДД;

система автоматического контроля местонахождения специальных автомобилей - патрульных, скорой помощи и др.;

система оперативного контроля загрязнённости воздушной среды - система «ЭКО»;

система предупреждения факторов посягательства на имущество и жизнь граждан - система «ПОСТ»;

система анализа условий движения транспортных потоков - АСУДТП.

Все перечисленные системы могут быть созданы на основе существующих в городе каналов приёма передачи дискретной информации с перекрёстков в центральный управляющий пункт АСУДД, где возможно её разделение по функциональным компьютерам.

В мире довольно давно начали разработку систем адаптивного управления транспортными потоками. Другое название таких комплексов - интеллектуальная транспортная система (ИТС).

Интеллектуальные транспортные системы (ИТС) - это системная интеграция современных информационных и коммуникационных технологий и средств автоматизации с транспортной инфраструктурой, транспортными средствами и пользователями, ориентированная на повышение безопасности и эффективности транспортного процесса, комфортности для водителей и пользователей транспорта

Наиболее значительных успехов и широкого распространения достигли лишь некоторые из них. Далее подробно рассмотрим три из них, а именно: ACS-Lite (Adaptive Control Software - Lite), SCOOT (Split Cycle Offset Optimisation Technique), UTOPIA (Urban Traffic Optimisation by Integrated Automation).

ACS-Lite- это программный комплекс, который начался разрабатываться компанией Siemens по контракту с The Federal Highway Administration (FHWA) по программе исследований, развития и технического совершенствования транспортного управления.

В то время как другие более сложные системы проектировались для транспортных систем достаточно крупных городов, имеющих сложную «матричную» конфигурацию, ACS-Lite разрабатывался специально под локальное применение на отдельных магистралях.

Он разрабатывался для получения значительных выгод от его использования при минимуме инвестиций ответственных органов в дополнительную инфраструктуру, обучение персонала и последующее обслуживание системы. Все это стало возможно благодаря возможности системы использовать уже существующие детекторы транспорта, которые были установлены и использовались на перекрестках ранее. Даже если конфигурация комплекса детекторов не идеальна система в состоянии предоставить измеримые улучшения в дорожном траффике. В отличие от других более сложных ИТС не требует большего числа или сложных дорогих детекторов транспорта.

ACS-Lite гибок в отношении размеров, положения развертываемого комплекса и требований к детекторам, используемым для сбора данных необходимых для регулировки смещений и секций.

Он позволяет субъектам, отвечающим за организацию и управление транспортным движением (администрации, управления, агентства и другие организации), значительно улучшить текущую транспортную ситуацию в подответственных объектах, использующих планы координации с фиксированными фазами по времени суток.

Комплекс функционирует в реальном времени. Суть его заключается в подстройке фаз из составленного заранее плана координации таким образом, чтобы они более полно соответствовали текущей обстановке на контролируемом транспортном объекте. Подстройка заключается в незначительных периодических корректировках смещений фаз (Offset) и секций регулирования (Split).

На каждом шаге оптимизации, интервал которых около 10 минут, система незначительно (например, на 2-5 секунд) изменяет смещения и секции регулирования циклов сигнализации, дабы они соответствовали изменениям в транспортном потоке.

Система легко конфигурируется через графический пользовательский интерфейс. Требуется минимум вводимой информации, так как большая часть конфигурационных данных загружается напрямую с дорожных контроллеров.

После того, как программный комплекс сконфигурирован мониторинг и управление его работой осуществляется через специальный планировщик, предоставляющий максимальный уровень контроля над системой.

Во время функционирования система постоянно добавляет новые сведения в базу данных, чтобы пользователи, изучая составленные отчеты, могли отследить изменения сделанные системой в циклах светофорного регулирования. Система также хранит архивные сведения, поступившие с дорожных контроллеров и детекторов транспорта, для возможности их последующего анализа специалистами. Система предоставляет безопасный доступ к инструменту управления и составленным отчетам как локально, так и удаленно - через интернет.

Данный комплекс может быть развернут «в поле» как самостоятельный объект, так и на сервере в центре управления. При развертывании системы рабочая платформа ACS-Lite устанавливается вместо или рядом с дорожным контроллером светофорного объекта. При этом требуется привести планы координации светофорного регулирования в соответствие семейству стандартов NTCIP. Система была разработана для запуска на Windows XP© развернутой на ПК-платформе, установленной в шкафу дорожного контроллера.

Для работы системы требуется установить также последовательный модем с пропускной способностью 9600 bps или обеспечить коммуникации на основе межсетевого протокола IP на каждом подключаемом перекрестке. Требуется как минимум один детектор возле стоп-линии на каждом направлении для возможности корректировки секций регулирования и минимум один дополнительный детектор на каждом направлении (любого типа будь то индукционные петли, видеодетекторы или радары) за 150 или более футов до стоп-линии для адаптивного управления смещениями фаз.

Комплекс специально разрабатывался для замкнутых (закрытых, самостоятельно функционирующих) систем. Так 90 % систем светофорной сигнализации в США считаются системами закрытого типа. Он не предназначен для работы на сложных городских транспортных сетях «матричного» типа или на пересечениях нескольких главных магистралей. Работа системы тестировалась на магистрали по одному маршруту, маршруты могут пересекаться, но тогда потребуется установка нескольких комплексов для каждого из маршрутов.

Комплекс не способен полностью избавить от негативных последствий плохой планировки и других конструкторских особенностей транспортной сети, которые приводят к появлению «бутылочных горлышек» и скоплений на магистралях. Управление фазами светофорного регулирования имеет лишь ограниченную возможность уменьшения скоплений транспорта.

Многочисленные полевые испытания подтвердили получение существенной выгоды от использования системы. Если оценить стоимость 1 часа ожидания транспорта в 12.10 дол. США, остановки - 0.014 дол. США за остановку, расхода топлива - 0.59 дол. США за литр, то можно подсчитать приблизительную величину этой выгоды на следующих объектах (таблица 2.1).

Таблица 2.1 - Примерный полученный эффект от использования АСУДД в США /8, с. 14/

Транспортный объект	Полученная выгода, в год, дол США
город Гаханна штат Огайо, участок магистрали из 9 регулируемых перекрестков	88 500
город Хьюстон штат Техас, участок магистрали из 8 регулируемых перекрестков	577 648

SCOOT - система адаптивного управления транспортными потоками в городе, разработанная в Великобритании лабораторией по исследованиям в сфере транспорта (TRL) совместно с ведущими производителями аппаратного обеспечения для транспортных систем.

Первые версии систем были испытаны в реальных условиях в конце 1970х годов в городе Глазго. Дальнейшее развитие SCOOT, как общедоступной системы, произошло в городе Ковентри, а первые коммерческая версия комплекс была установлена в Мейдстоне в 1980 году. Сейчас SCOOT используется в более чем 170 городах и мегаполисах Великобритании и в других странах мира.

SCOOT не только уменьшает скопления и задержки автотранспорта, но и предоставляет другие возможности управления. Например, комплекс спроектирован для возможности обнаружения общественных автобусов специальными детекторами или системой слежения за местоположением транспорта и при необходимости предоставления им приоритета.

Функция предоставления приоритета для общественного транспорта делает его использование более благоприятным и уменьшает тем самым возможные неудобства или ограничения для тех, кто не может воспользоваться личным автомобилем.

SCOOT быстро реагирует на изменения в траффике, но не настолько, чтобы привести к нестабильности в работе. Она избегает больших колебаний управляющих параметров, которые могут возникнуть вследствие реакции на временные изменения характеристики транспортного потока. В состав комплекса входим автоматизированная база данных о транспортной ситуации ASTRID. Система непрерывно отслеживает и сохраняет в базу данных сведения о транспортной ситуации для возможности их последующего использования и анализа.

В качестве одного из модулей системы входит INGRID - система автоматического обнаружения аварий в реальном времени. Ее работа основана на использовании двух алгоритмов. Модуль либо анализирует информацию о текущей обстановке на дорогах на внезапные изменения в потоке машин и его интенсивности. Либо использует архивную справочную информацию из базы данных ASTRID. Он обнаруживает аварии, сравнивая текущую транспортную ситуацию с ожидаемой из базы ASTRID.

По сравнению с установленными до этого системами, которые имели фиксированные планы координации по времени дня или представляли собой изолированные участки, SCOOT показало неплохие улучшения дорожных условий.

Так относительно грамотно составленных фиксированных планов координации, применение SCOOT на FoleshillRoad в Coventry способствовало уменьшению задержек транспорта в среднем на 27 %.

В Worcester использование SCOOT взамен фиксированных планов координации дало значительную экономию, которая было оценена в 83 000 машино-часов или ?357 000 (559 991 дол. США по текущему курсу) в год по ценам 1985 года.

Замена изолированных (замкнутых) систем светофорной сигнализации в Worcester на SCOOT позволила сохранить по оценке 180 000 машино-часов в год или ?750 000 (1 176 451 дол. США по текущему курсу).

В Southampton экономическая выгода, исключая сбережения от уменьшения числа аварий и ущерба от пожаров, составила примерно ?140 000 (219 604 дол. США текущему курсу) в год по ценам 1984 и это только для районов Portswood и St. Denys.

В 1993году демонстрация работы SCOOT в Торонто показала среднее уменьшение времени в пути на 8 % и задержек транспорта на 17 % по сравнению с предшествовавшими жесткими планами.В вечерние будние дни и по субботам задержки автотранспорта были уменьшены на 21 % и 34 % соответственно. В нестандартных ситуациях, как после бейсбольной игры, задержки транспорта уменьшились на 61 %, продемонстрировав способность SCOOT реагировать на неожидаемые непредсказуемые изменения /16, с. 84/.

В SaoPaulo в 1997 году наблюдение выявило, что SCOOT уменьшила задержки автотранспорта в среднем на 20 % в одной области эксперимента и на 38 % в другой по сравнению с жесткими планами, разработанными с помощью Traffic Network Study Tool (TRANSYT). Было подсчитано, что финансовая выгода в Сан-Паулу, полученная как результат уменьшения этих задержек, составила около 1,5 миллионов долларов США в год /43, с. 18/.

Измеренные результаты работы SCOOT зависят от эффективности предыдущего метода управления и особенностей контролируемого участка, таких как расстояние между перекрестками и интенсивность потоков машин.

Ранние результаты показали, что использование SCOOT позволило достичь в среднем около 12 % сокращения издержек в сравнении с современными жесткими планами координации, составленными с помощью TRANSYT. Результат, которого удалось добиться, очень важен, потому что комплекс TRANSYT используется повсеместно в мире и известен тем, что задает высокий стандарт качества, который другие системы адаптивного управления транспортом не смогли превзойти.

UTOPIA - система адаптивного управления транспортными потоками, разработанная в Италии для оптимизации параметров этих потоков и предоставления выборочного приоритета общественному транспорту без ущерба для движения частных автомобилей.

Начала разрабатываться в 1980е годы. Постоянное внедрение инновационных идей и расширение функционала сделали ее одной из самых продвинутых ИТС в мире. Сегодня данная система успешно функционирует во многих столицах, городах и городских агломерациях.

Система предоставляет непревзойденную эффективность особенно в условиях повышенной интенсивности дорожного движения и непредвиденных ситуациях.

Она помогает уменьшить автомобильные скопления и загрязнение окружающей среды транспортом в городских областях, так как способствует более оптимальным условиям для транспортных потоков даже в часы-пика.

Обмен свежими данными между соседними перекрестками производится каждые 3 секунды, а оптимизация управляющих параметров происходит каждые 2 минуты по принципу «простирающегося горизонта».

UTOPIA предлагает широкий выбор стратегий управления, разработанных чтобы подойти под любую конфигурацию дорожной сети. В полностью адаптивном режиме она постоянно отслеживает текущую транспортную ситуацию и предсказывает ее возможное развитие, а на основании полученных характеристик транспортных потоков или других состояний дорожной среды оптимизирует управляющую стратегию. Это дает высокую эффективность даже в непредсказуемых транспортных ситуациях. Можно назначать оценочный, выборочный или абсолютный приоритет определенным видам транспорта (например, автобусам и трамваям, выбившимся из графика) без негативных последствий для остального траффика.

Предоставляет транспортному инженеру полный набор инструментов для мониторинга дорожного движения в реальном времени и определения аварий на дорогах. Создает статистические отчеты. Немедленно предупреждает о сбоях в работе, предоставляя возможность быстрого вмешательства для обслуживания.

Возможность обмена с другими системами для предоставления данных в информационные службы или обработки запросов на предоставление приоритета для спецтранспорта (скорая помощь, пожарная охрана) /43, с. 18/.

Сведем все вышеизложенные сведения о ИТС в таблицу 2.2, уделив внимание лишь ключевым аспектам и добавив приблизительные стоимости установки каждой из систем.

Таблица 2.2 Приблизительная величина затрат и полученного эффекта от использования зарубежных аналогов разрабатываемой АСУДД

Показатель	Модель АСУДД
	SCOOT	ACS-Lite	UTOPIA
Поколение	3	3	4
Затраты
Цена за один перекресток, $ США	От 31372	От 40000	От 3500
Интеграция одного перекрестка в систему, $ США	Не требуется	Не требуется	От 30000
Полученный эффект
Среднегодовая выгода, $ США	141174	-	-
наибольшее сокращение задержек автотранспорта, %	29	50	25
Наибольшее сокращение времени остановки, %	25	15	50
Снижение расхода топлива, %	5,7	10	-
Снижение вредных выбросов в атмосферу, %	3,7	5	10
Увеличение скорости сообщения общественного транспорта, %	-	35	-

Традиционный процесс по пересчету режимов работы обычных светофоров требует очень много времени и существенное количество вручную собранной информации о транспортных потоках. Сначала собирается вся необходимая информация с помощью детекторов или другого специального оборудования. Затем полученные данные анализируются, и рассчитываются новые параметры светофорной сигнализации. В конце же производится обновление рабочих программ светофоров на новые. Обычно управляющие структуры имеют возможность проводить такой процесс пересчета планов координации только каждые 3-5 лет.

Традиционные фиксированные планы координации по времени суток не приспособлены к изменчивым и непредвиденным дорожным требованиям. Это все приводит к жалобам клиентов, повышенному утомлению водителей, лишнему расходу топлива, увеличению задержек и ухудшению безопасности. Жалобы клиентов являются зачастую главным критерием эффективности работы светофорной сигнализации. При отсутствии жалоб и недостатке информации могут пройти месяцы или даже годы, прежде чем неэффективные настройки светофорной сигнализации будут обновлены. Затраты на пересчет планов координации составляют в среднем около $1 800-3 500 на перекресток.