Оптимизация существующего светофорного цикла и цикла, рассчитанного по методике Ю.А. Врубеля программным средством транспортного моделирования TRANSYT

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Описание инструментария программных средств транспортного моделирования

2. Описание объекта исследования

3. Оптимизация светофорного цикла программными средствами транспортного моделирования

3.1 Оптимизация существующего светофорного цикла

3.2 Расчет светофорного цикла и оптимизация его в среде TRANSYT

3.3 Расчет двух связанных перекрестков при помощи программного продукта TRANSYT

4. Экономический эффект от оптимизации светофорного регулирования

5. Экологическое обоснование организационно-технических мероприятий по снижению ДТП в городе

5.1 Снижение токсичности отработавших газов автомобилей на городских дорогах в часы пик

5.2 Система утилизации автомобильных транспортных средств

6. Повышение уровня безопасности на пешеходных переходах

7. Сравнительный анализ расхода топлива при различных режимах светофорного регулирования

Заключение

Список литературы

Приложения



Введение

Автомобильный транспорт развивается качественно и количественно бурными темпами. В настоящее время ежегодный прирост мирового парка автомобилей равен 10-12 млн. единиц, а его численность - более 400 млн. единиц. Каждые четыре из пяти автомобилей общего мирового парка - легковые и на их долю приходится более 60 % пассажиров, перевозимых всеми видами транспорта. Помимо тех неоспоримых удобств, которые легковой автомобиль создает в жизни человека, очевидно общественное значение массового пользования личными автомобилями: увеличивается скорость сообщения при поездках; сокращается число штатных водителей; облегчается доставка городского населения в места массового отдыха, на работу и т. д.

Рост автомобильного парка и объема перевозок ведет к увеличению интенсивности движения, что в условиях городов приводит к возникновению транспортных проблем. Увеличивающаяся концентрация автомобильного транспорта в городах создает не только проблему обеспечения безопасности дорожного движения, но и становится причиной постоянно возрастающей транспортных задержек на подходах к перекресткам городских улиц, образованием очередей и заторов, увеличения количества остановок. Заторы являются следствием как сложившейся застройки городов, обуславливающей низкую пропускную способность проезжей части, так и организационно-управленческих причин, одной из которых является несоответствие режимов работы светофорной сигнализации реальным условиям движения. Все это приводит к низкой скорости сообщения, к неоправданному перерасходу топлива и повышенного изнашиванию узлов и агрегатов транспортных средств, а также к увеличению выбросов токсичных веществ.

Снижения отрицательного влияния автомобилизации можно достичь путем грамотного вмешательства в процессы, происходящие с транспортными и пешеходными потоками. Осуществить целенаправленное воздействие на участников дорожного движения с целью снижения задержек транспортных средств, количества остановок, расхода топлива можно при помощи оптимизации цикла светофорного регулирования.

Целью дипломного проекта является оптимизация существующего светофорного цикла и цикла рассчитанного по методике Ю. А. Врубеля программным средством транспортного моделирования TRANSYT, а также сравнительный анализ существующего цикла с результатами моделирования в программе TRANSYT, а также цикла рассчитанного по методике Ю. А. Врубеля с результатами моделирования данного цикла.

В качестве объекта исследования был принят регулируемый перекресток на пересечении улиц Мазурова, Кожара и Тимофея Бородина г. Гомеля.



1. Описание инструментария программных средств транспортного моделирования

Программное средство транспортного моделирования TRANSYT используется во всем мире для проектирования, моделирования и оптимизации начиная от отдельных изолированных перекрестков до больших и сложных транспортных сетей [15].

Исследования, проведенные в Великобритании связанные с улучшением управления дорожным движением в городских сетях в 1960-х годах, привели к развитию в 1967 году научно-исследовательской лабораторией транспорта (Transport Research Laboratory (TRL)), под руководством доктора Дэниса Робертсона (Dr. Dennis I. Robertson) программного средства транспортного моделирования TRANSYT 1 (от TRAffic Network StudY Tool). С помощью данной программы проводились два испытания ? одно в Глазго, а другое в Западном Лондоне. В результате данных испытаний уменьшилось среднее время в пути через сеть сигналов в Глазго примерно на 16 %. Похожие результаты были зафиксировано в Лондоне [16]. В связи с международной целесообразностью использования TRANSYT, TRANSYT является одним из наиболее широко используемых программ в настоящее время в мире, связанная с оптимизацией сигналов светофора.

Начиная с первого выпуска TRANSYT, TRL продолжил развивать данное программное средство. Всего выпусков TRANSYT ? 15 версий. TRANSYT 15 ? последняя версия, данная версия поддерживает новейшие операционные системы и имеет дополнительные инструменты, которые необходимы пользователям.

TRANSYT - инструмент компьютерного имитационного макроскопического моделирования. Имитационное моделирование дорожного движения - это метод, позволяющий строить модели, описывающие процессы на улично-дорожной сети (УДС) так, как они проходили бы в действительности. Макроскопические модели - это модели, которые описывают транспортный поток в терминах усредненных величин, таких как плотность или средняя скорость [13].

Основные возможности программы TRANSYT:

1 возможность применения различной техники исследования (нейронные сети и генетический алгоритм);

2 большое число используемых для оптимизации целевых функций: комбинации возможностей прогрессии, задержки, остановки, расход топлива, пропускная способность, накопление очереди;

3 возможность ориентировать процесс оптимизации для выполнения конкретных целей;

4 способность оптимизировать параметры светофоров (длительность цикла, фазовая последовательность, длительность фаз и смещение);

5 возможность анализировать более 10 однокольцевых сигнальных фаз на один перекресток.

Основные методики, используемые программой TRANSYT: методика активированной оценки; методика симуляции; методика разрешенного движения; методика совместных полос; методика управления знаками; методика некоординированных операций; редактирование входных данных (анализ чувствительности).

TRANSYT 15 разработан в 2012 году исходя из исследовательского проекта по транспорту в Лондоне, связанного с поведением пешеходов. Цель этой модели заключается в борьбе с отсутствием моделирования движения пешеходов, т.е. в предыдущих версиях предполагалось, что зеленый сигнал для пешеходов моделируется как время, которое соответствует красному сигналу для транспорта. Новая модель поведения пешеходов позволяет рассчитать вероятность и долю пешеходов, которые могут пересечь проезжую часть без ожидания зеленого сигнала.

В TRANSYT входит возможность, показывать двунаправленную анимацию пешеходных потоков (ПП) на каждом пешеходном переходе (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 ? Двунаправленная анимация ПП на каждом пешеходном переходе

TRANSYT 15 характеризуется 3D представлением сетей, 3D представлением потока, 3D отображение данных и результатов, а также импорт в 3D модель (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Режим 3D

На рисунке 1.3 показан 3D-вид отображения большого сети.

Рисунок 1.3 ? 3D-вид отображения большого сети

Режим 3D имеет возможность отображения трехмерных профилей движения, отображения сигнала светофоров каждой фазы. В сочетании с возможностью приведения в фоновое изображение аэрофотоснимков или чертежей САПР (система автоматизированного проектирования), сеть представляется довольно просто для понимания пользователей, которые не знакомы с TRANSYT. Кроме того, можно импортировать трехмерные модели зданий и уличной мебели в формате COLLADA (это формат, разработанный для обмена между 3D приложениями) (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Трехмерные модели зданий

Традиционно все версии TRANSYT были основаны на концепции, что оптимизируемая сеть работает на одной общей продолжительности цикла. В TRANSYT 15 пользователи теперь могут установить несколько длительностей циклов в пределах одной сети.

TRANSYT 15 является инструментом для автоматического расчета конфликтов транспортных сетей, а также инструментом для автоматических расчетов интегрированных масштабных сетевых графиков. TRANSYT 15 может автоматически просчитать потоки насыщения и позволяет пользователям импортировать файлы и экспортировать обратно в TRANSYT 14.

TRANSYT 15 имеет возможность остановки движения анимации, имеет временное колесо предназначенного для редактирования светофорного цикла (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 - Временное колесо

Временное колесо состоит из трех концентрических кругов. Внутренние кольцо показывает время цикла регулируемого потока. Среднее кольцо показывает стадии сигнала (синий цвет) и межстадии (белый цвет). Внешнее кольцо состоит из числе в скобках и без: числа в скобках ? продолжительность каждой из стадий (в секундах), без скобок начало и конец каждой из стадий.

TRANSYT 15 имеет значительно более быструю оптимизацию по сравнению с предыдущими версиями. Оптимизатор времени цикла расширен, с целью учета множества циклов.

С целью решения данной проблемы TRANSYT 15 оснащен возможностью сохранять изменения файлов, в процессе работы (дата, время и имя пользователя). TRANSYT 15 также сохраняет статус файла, который автоматический запрашивается при каждом сохранении. Окно «Audit Trail», показывающие изменения файлов, события и обновления статуса представлено на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 ? Окно «Audit Trail»

В зависимости от проекта и от предполагаемого конечного представления результатов, TRANSYT представляет возможность выбрать какие компоненты необходимы для включения в выходной отчет. Отчет может содержать только простую таблицу входных данных и расписание сигналов светофоров, или включать любой набор входных данных, или схему сети (в любом полной версии или пользовательского представления) и набор входных данных, или содержать показатели производительности. На рисунке 1.7 показано окно «Audit Trail», необходимое выбора компонентов для включения в выходной отчет.

Рисунок 1.7 ? Окно «Audit Trail»

Стоимость TRANSYT 15 составляет 2,480 у.е. [16].

Существует и американская версия TRANSYT: TRANSYT-7F. Для TRANSYT-7F доступна официальная русская версия TRANSYT-7FR. Версия TRANSYT 7 была «американизирована» для Федеральной администрации скоростных дорог (FHWA) ? отсюда и буква F в названии, буква R, в свою очередь, обозначает русскоязычную версию. На рисунке 1.8 показано последовательность появления версий TRANSYT-7FR [13].

Рисунок 1.8 - Последовательность появления версий

Разработка и сопровождение программного комплекса автоматизированного управления дорожным движением TRANSYT-7FR осуществляется специальным компьютерным транспортным центром McTrans Center в рамках направления исследований, развиваемого компанией при поддержке пользовательского сообщества.

Реализация проекта TRANSYT-7FR велась под руководством Уильяма М. Сэмпсона (William M. Sampson) из McTrans Center на факультете гражданского строительства и береговых инженерно-технических сооружений Университета Флориды [11].

TRANSYT-7FR - инструмент транспортного моделирования, расчета и оптимизации параметров режимов работы светофорных объектов.

Продукт TRANSYT-7FR применим на уровне магистралей и сетей, где имеет место согласованное множество явно определенных дорожных условий, и аппаратное обеспечение системы регулирования движения допускает возможность интеграции и координации с учетом фиксированной длительности цикла и общих значений параметров временных смещений.

TRANSYT-7FR оптимизирует режимы работы светофорных объектов, выполняя макромоделирование транспортного потока (ТП) в течение малых интервалов времени с учетом возможности варьирования параметров планов. Важными свойствами оптимизационного процесса TRANSYT-7FR являются широкие возможности применения различных приемов поиска (связанных с методом кратчайшего спуска и генетическим алгоритмом), разнообразие подлежащих оптимизации целевых функций в различных сочетаниях (например, комбинации функций беспрепятственного движения, задержки, остановки, расхода топлива, пропускной способности и накопления очереди), возможность адаптации процесса в широких пределах и способность оптимизировать параметры продолжительности цикла и выбора последовательности, длительности и смещения фаз.

Среди уникальных возможностей TRANSYT-7FR следует назвать способность анализировать сдвоенные циклы, множественные фазы зеленого света, перекрытия, повороты направо на красный свет, нерегулируемые перекрестки, полосы для городского транспорта и привилегированные полосы, «узкие места», общие полосы, запрещенные и (или) разрешенные повороты налево, ограничения пропускной способности, определяемые пользователем, и степень насыщения по направлениям движения при использовании полностью активной схемы управления. К другим сферам применения инструмента относятся оценка и имитация «сгруппированных перекрестков» (наподобие ромбовидных или близкорасположенных перекрестков, управляемых одним контроллером), а также перекрестков, регулируемых знаками [10].

В числе основных достоинств базовой макроскопической модели движения транспорта, принятой в TRANSYT-7FR, следует назвать возможности детального моделирования дисперсии транспортных групп, очередей (включая их переполнение), схем активного управления, а также гибкость процедуры анализа от полосы к полосе. В то время как другие модели ограничены возможностью анализа 4-5 подъездов к перекрестку, программа TRANSYT-7FR не предусматривает подобных ограничений. Широкое применение TRANSYT-7FR во всем мире обусловлено также простотой перехода от правостороннего к левостороннему движению, от метрических мер к англо-американским [11].

Программный продукт предназначен для расчетов одного или нескольких (до 99) связанных перекрестков.

Программа способна анализировать до 7 однокольцевых фаз сигналов на один перекресток (рисунок 1.9).

Рисунок 1.9 - Способность анализировать до 7 однокольцевых фаз сигналов на один перекресток

светофорный цикл транспортный моделирование

С помощью программы возможно моделирование пересечений со сложной геометрией до 7 полос на каждом приближении (рисунок 1.10).

Рисунок 1.10 - Возможность моделирование пересечений со сложной геометрией

К дополнительным возможностям программы относятся:

? возможность графического отображения моделируемой сети, а также возможность корректировать геометрию сети используя окно «Картa» (рисунок 1.11);

? графическое отображение координационных планов с возможностью их корректировки (рисунок 1.12);

? возможность отображения профилей: длин очередей; входящих и исходящих интенсивностей; потоков насыщения и т.д. (рисунок 1.13);

? импорт или экспорта данных из других программ по моделированию, например, TSIS, CORSIM, Aimsun, ArteryLite, а также возможность осуществления экспорта в различные версии TRANSYT, например 14, 15 [13].

Рисунок 1.11 - Возможность графического отображения моделируемой сети

Рисунок 1.12 ? Графическое отображение координационных планов

Рисунок 1.13 ? Возможность отображения профилей

С помощью средств TRANSYT-7FR проведен оптимизационный расчет на магистралях г. Нижний Новгород. Целевая функция оптимизации была представлена в виде минимизации общих неблагоприятных условий для движения транспорта: повышенный расход топлива, прирост очереди, эксплуатационные расходы, задержка транспортных средств (ТС) на светофорном объекте. В результате оптимизационного расчета разработаны рекомендации по организации дорожного движения с использованием адаптивных систем управления и изменению планов работы светофорных объектов и определены «новые» (после внедрения системы) значения показателей эффективности для каждого светофорного объекта [10].

Также TRANSYT-7FR применялся при разработке оптимальных схем организации дорожного движения при проведении работ по реконструкции транспортной развязки на пересечение Дмитровского шоссе и МКАД г. Москвы, с целью анализа пропускной способности для всех стадий реконструкции и эксплуатации [11].

Aimsun (Advanced Interactive Microscopic Simulator for Urban and Non-urban Networks) представляет собой программное обеспечение, способное воспроизводить реальные условия движения в городской сети, которые могут содержать и скоростные автомагистрали. Aimsun разработан в г. Барселоне (Испания) компанией TSS (Transport Simulation Systems). В настоящее время доступна русская версия продукта Aimsun.

Aimsun представляет собой полнофункциональный комплекс инструментов анализа ТП и перевозок, который может использоваться для планирования, детального моделирования и исследования требований и условий деятельности в сфере транспорта. Продукт реализует интегрированную платформу, пригодную для выполнения как статического, так и динамического моделирования, объединяющие в себе средства по работе с Macro-, Meso- и Micro- в рамках единого приложения [13]. Окно программы Aimsun представлено на рисунке 1.14.

Рисунок 1.14 - Окно программы Aimsun

Aimsun предназначен для моделирования движения городских транспортных сетей, автострад и автомагистралей, кольцевых дорог и дорожных разветвлений, т.е. Aimsun позволяет проводить операции любого масштаба и сложности. В пакете отсутствуют ограничения на размер сети.

Aimsun поддерживается возможность управления светофором, управления движением путем передачи сообщений о загруженности транспортных сетей и узлов. Ориентирован, в первую очередь, на специалистов в области транспорта и на лиц, занимающихся оптимизацией транспортных сетей и движения.

Передвижение ТС в программном продукте Aimsun реализуется двумя способами: либо по заданным маршрутам и процентному распределению потока, либо согласно заданной матрице корреспонденций. В последнем случае маршрут определяется тремя способами: ранее заложенной информацией, пересчетом маршрута, согласно матрице стоимостей и сложившейся ситуации на дороге, через определенные интервалы времени или путем динамического пересчета в ходе моделирования. Поведение ТС переопределяется каждую единицу модельного времени. Для смены полосы учитываются все параметры ТС (его габариты, скорость, угол поворота, вес), а также параметры окружающей обстановки (интенсивность движения, расстояние до ближайших автомобилей, их скорость, габариты и т.д.). В пакете реализована возможность детального сбора статистики о состоянии ТП на любом участке транспортной сети. Есть возможность сохранять данные в файлы формата *.xls [9].

Aimsun позволяет оценить взаимодействие ТС и пешеходов, может обрабатывать до 30000 пешеходов в час, работает одновременно моделирование людей и ТС. Это означает, что возможно запускать моделирование, в которой пешеходы могут пересекать проезжую часть в местах, заблокированных для движения, осуществлять посадки и высадки из общественного транспорта, такси и частных ТС, а также двигаться по тротуарам и проводить такие мероприятия, как вход и выход из различных зданий и пользоваться другой разновидностью уличной мебели [17].

Продукт Aimsun представляет собой расширяемую программную среду, архитектура которой допускает наличие неограниченного количества компонентов. Включает возможность 2D и 3D изображения. Пример 3D изображения в программе Aimsun представлен на рисунке 1.15.

Рисунок 1.15 - Возможность 3D изображения

Aimsun спроектирован таким образом, что его можно легко встроить в привычное пользователю рабочее окружение. Продукт способен импортировать и обрабатывать данные от различных геоинформационных систем, может считывать графическую информацию, САПР и растровые изображения, что упрощает задачи редактирования и представления проектной документации. Продукт поддерживает форматы данных и иных приложений, в числе которых, например, EMME/2, CONTRAM, SATURN, TRANSYT-7F, TRANSYT 12, VS-PLUS. Система Aimsun обеспечивает загрузку информации с датчиков (как хранимую в базах данных, так и получаемую в режиме реального времени) для целей моделирования, планирования или визуализации [10].

Исходные данные для моделирования:

? топологические характеристики УДС: количество полос, ширина полос, ширина обочины, геометрические данные пересечений, количество и расположение остановочных пунктов маршрутных транспортных средств (ОП МТС), расположение знаков регулирования дорожного движения;

? характеристики ТС: длина, ширина, максимальная допустимая скорость, максимальное ускорение, максимальное и нормальное торможение, время реакции водителя; минимальная дистанция между ТС, уровень потребления топлива, уровень выброса загрязняющих веществ;

? характеристики светофорных объектов: организация дорожного движения на перекрестках, фактические временные параметры работы светофорных объектов; наличие регистрирующих камер и управляющих детекторов на перекрестке;

? характеристики ТП: входная интенсивность движения, интенсивность движения на поворотных направлениях;

? особенности движения и парковки ТС на рассматриваемой УДС: наличие парковок в пределах исследуемой сети; количество автомобилей выезжающих с парковок, расположенных вдоль дорог [13].

Aimsun Micro - реализует принципы имитационного моделирования на микроуровне, в процессе имитации непрерывно моделируется движение каждого автомобиля в пределах дорожной сети с учетом заданных поведенческих моделей.

В процессе Meso - автомобиль также трактуется как отдельная сущность, однако поведенческие модели упрощены с незначительной потерей степени реализма, но с ориентацией на более адекватное воспроизведение событий.

Aimsun Macro ? это компонент Aimsun, решающий задачи транспортного планирования и анализа запросов. Macro спроектирован и реализован в помощь аналитику, применяющему на практике четырехступенчатую модель транспортного планирования. Основные функции приложения таковы: статическое распределение (назначение) движения (одно- и многопользовательское), анализ запросов (включая импорт или экспорт матриц, манипуляции с матрицами, анализ местоположения детекторов и корректировку матриц) и генерацию обходов [10].

Пример Micro, Meso и Macro уровней представлен на рисунке 1.16.

Рисунок 1.16 ? Micro, Meso и Macro уровней

Средства моделирования в Aimsun обеспечивают импорт цифровых планов и преобразование сторонних сетевых моделей. Реализуют мощные и гибкие функции редактирования. Поддерживают неограниченную глубину отмены и восстановления операций. Предлагают возможности работы с буфером обмена, высококачественной печати и пр.

Задачами моделирования в программе Aimsun являются:

? перераспределение ТП при закрытии улиц и дорог для ремонта или реконструкции;

? проектирование мероприятий по организации движения, позволяющих существенно снизить транспортную напряженность;

? оптимизация локальных мероприятий (режимы светофорных объектов и пр.) при ремонтах участков дорог и городских коммуникаций;

? оптимизация организации движения на перекрестках и при проектировании реконструкции городских магистралей, на рисунке 1.17 показан перекресток на пересечении улицы Садово-Спасская и проспекта Академика Сахарова в вечерний час пик при закрытии Рождественского бульвара г. Москвы до оптимизации и после в программе Aimsun;

Рисунок 1.17 - Пример оптимизации организации движения на перекрестке при проектировании и реконструкции городских магистралей

? вариантное проектирование при строительстве и реконструкции городских магистралей и транспортных развязок;

? оценка качества проектов на соответствие современным возможностям транспортной инженерии в части реализации максимальной пропускной способности, оценка конкретных планировочных решений при реализации предложений по градостроительному планированию транспортной инфраструктуры;

? оценку эффективности мероприятий;

? анализ воздействия на окружающую среду;

? анализ безопасности дорожного движения.

Пример результатов моделирования в программе Aimsun с целью снижения транспортной напряженности за счет оптимизации разметки на перекрестках и изменении организации движения (отмена правого поворота предназначенного для въезда на стоянку д. 10а по Ленинградскому шоссе г. Москвы) представлен на рисунке 1.18 [13].

Рисунок 1.18 - Пример снижения транспортной напряженности за счет оптимизации разметки на перекрестке и изменении организации движения

Aimsun применялся в Афинах, Сиднее, Нью-Йорке, Белу-Оризонти, Торонто и Гонконге [17]. В г. Москве применялся при моделировании развязки Ленинградского и Волоколамского шоссе (целью моделирования являлась оценка и выбор проекта организации дорожного движения во время открытия первого этапа развязки), при моделировании проекта перекрытия Окружного проезда (цель моделирования ? оценка проектного решения и корректировка предлагаемых решений), при моделировании проекта прокладки коммуникаций через Краснопресненскую набережную, а также при строительстве тепловой магистрали возле Ярославского шоссе, при моделировании проекта локального адаптивного управления дорожным движением перекрестка на Ленинградском проспекте, а также при моделировании УДС Нижнего Новгорода [13].



2. Описание объекта исследования

Произведем оптимизацию светофорного цикла на перекрестке на пересечении улиц Мазурова, Кожара и Тимофея Бородина при помощи программного средства транспортного моделирования TRANSYT-7FR. Фото перекрестка из карты представлено на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Фото перекрестка на пересечении улиц Мазурова, Кожара и Тимофея Бородина

Для работы в среде TRANSYT-7FR необходимо иметь следующую информацию о перекрестке:

? топология перекрестка (ширина проезжей части, количество полос в каждом направлении, ширина полос, расположение пешеходных переходов, разрешенные направления автомобильного транспорта и пешеходов, расположение ОП МТС, наличие выделенных полос для общественного транспорта);

? схема организации движения на перекрестке (схема фаз, работающих на данном перекрестке, расстановка знаков);

? существующая длительность фаз;

? информация об интенсивности движения ТС во всех разрешенных направлениях (авт./ч), соотношение грузовых и легковых ТС.

Перекресток на пересечении улиц Мазурова, Кожара и Тимофея Бородина является регулируемым. Масштабный план исследуемого объекта представлен в приложении А. Масштаб плана - 1:500.

Улица Мазурова является главной, улицы Кожара и Тимофея Бородина - второстепенными. На главной дороге имеется по две полосы движения в каждую сторону (ширина полосы 3,5 м), причем при подъезде к перекрестку (вход A и С) имеются полосы торможения для поворота налево или разворота (ширина полосы 3,5 м).

По улице Кожара общее количество полос - три (две в направлении перекрестка), общая ширина проезжей части составляет 12 м, ширина полосы движения составляет 4 м, а по улице Тимофея Бородина общее количество полос - две, общая ширина проезжей части ? 9 м, ширина полосы движения ?4,5 м. По улице Кожара и по улице Тимофея Бородина дорожная разметка отсутствует, поэтому количество полос определено в соответствии с пунктом 75 главы 10 Правил дорожного движения: количество полос движения для ТС (за исключением трамваев и одноколейных ТС) определяется дорожными знаками «Направления движения по полосам», «Направление движения по полосе», «Направление движения по полосам» и (или) горизонтальной дорожной разметкой, а если их нет, то самими водителями с учетом ширины проезжей части дороги, габаритов ТС и необходимых боковых интервалов между ними; при отсутствии дорожных знаков и горизонтальной дорожной разметки половина ширины проезжей части дороги, расположенная слева, считается ее встречной стороной [7].

По улице Мазурова со входа А встречные потоки разделяет разделительная зона, плавно переходящая в двойную сплошную полосу, со входа С - разделительная полоса. Для обеспечения безопасного пересечения проезжих частей пешеходами имеется островок безопасности по улице Мазурова (вход С).

На всем перекрестке движение регулируется транспортными светофорами Т.1, которые, в свою очередь, продублированы слева от дороги за перекрестком.

Переход проезжей части со всех входов осуществляется по пешеходным переходам, регулируемых светофорами П.2 по улице Мазурова и П.1 по улице Кожара и улице Тимофея Бородина и обозначенных дорожными знаками 5.16.1 и 5.16.2 «Пешеходный переход». Пешеходные переходы устроены под прямым углом к оси проезжей части, что соответствует пункту 5.6.25 СТБ 1300-2007 «Технические средства организации дорожного движения. Правила применения» [8]. Знак 5.16.1 установлен слева от проезжей части, знак 5.16.2 - справа, при этом знак 5.16.2 относительно приближающихся к переходу ТС находиться на ближней границе перехода, а знак 5.16.1 - на дальней. На дороге с разделительной полосой (островком безопасности) по улице Мазурова (вход С) дублирующий знак 5.16.1 установлен слева от каждой из проезжих частей на разделительной полосе (островке безопасности) на дальней границе перехода, что соответствует пункту 5.6.25 СТБ 1300-2007. Знак 5.16.1 размещен на оборотной стороне знака 5.16.2, что допускается требованиями пункта 5.6.25 СТБ 1300-2007. Пешеходные переходы по улице Мазурова обозначены разметкой 1.14.3, а по улице Кожара и улице Тимофея Бородина разметки не имеется. Перед пешеходными переходами по улице Мазурова имеется разметка 1.12 «Стоп-линия», расстояние от которой до пешеходного перехода не менее 3 метров (при расположении светофора сбоку от проезжей части), что соответствует требованию пункта 6.2.15 СТБ 1300-2007.

На исследуемом объекте имеются два ОП МТС, расположенные за перекрестком по улице Мазурова с обеих сторон дороги. ОП имеют заездные карманы для посадки-высадки пассажиров и оборудованы необходимым дорожным знаком 5.12.1 «Остановочный пункт автобуса и (или) троллейбуса» и необходимой дорожной разметкой 1.8, обозначающей границу между ОП МТС и основной полосой проезжей части. По верху бордюра на протяжении всех ОП, нанесена разметка 1.10, запрещающая стоянку ТС.

Имеются необходимые дорожные знаки приоритета 2.1 «Главная дорога» и 2.4 «Уступить дорогу», также используются запрещающие знаки: знак 3.24.1 «Ограничение максимальной скорости» (при въезде на улицу Тимофея Бородина), знак 3.27 «Остановка запрещена» (применяется на исследуемом объекте для запрещения остановки и стоянки ТС у края проезжей части, в соответствии с пунктом 5.4.38 СТБ 1300-2007). Также на исследуемом объекте применен информационно-указательный знак 5.8.1 «Направления движения по полосам», предписывающий знак 4.2.1 «Объезд препятствия справа» (на разделительной полосе) с необходимым сигнальные щитком с нанесенным на него разметкой 2.1.1, что соответствует пункту 6.3.2 СТБ 1300-2007.

По улице Мазурова имеется необходимая дорожная разметка: 1.1, 1.3, 1.5, 1.6, 1.7 и разметки 1.18.1, 1.18.3, 1.18.4. По улице Кожара и по улице Тимофея Бородина дорожная разметка отсутствует. Также применена необходимая разметка 1.10 на участках проезжей части, где запрещена стоянка ТС, нанесена по верху бордюра, что соответствует пункту 6.12.2 СТБ 1300-2007.

По улице Мазурова и Кожара имеются ограничивающие пешеходные ограждения.

Основное движение на данном перекрестке осуществляется по улице Мазурова. Основной состав ТП по улице Мазурова составляют легковые машины и общественный транспорт (имеются контактные линии для троллейбусов), по улице Кожара и по улице Тимофея Бородина основной состав ТП ? легковые машины. Скорость движения на подходах к перекрестку составляет 60 км/ч.

Состояние проезжих частей вблизи перекрестка удовлетворительное, наблюдаются отдельные выбоины, а также колейность. Обе улицы имеют достаточную степень освещения перекрестка.

Что касается видимости, то на всех входах исследуемого перекрестка величина треугольника боковой видимости при конфликтах транспорт-транспорт и транспорт-пешеход не меньше эталонных значений (50Ч35 и 50Ч8 соответственно). При этом прозрачность этого треугольника при конфликте транспорт-транспорт и транспорт-пешеход отличная. Основные элементы, которые составляют помеху видимости на данном перекрестке - опоры дорожных знаков, светофоров, опоры линии электропередач.

Основными объектами тяготения пешеходов на перекрестке являются остановочные пункты, ледовый дворец, жилые дома.

Продолжительность цикла регулирования на исследуемом перекрестке на пересечении улиц Мазурова, Кожара и Тимофея Бородина составляет 87 сек, светофорное регулирование - двухфазное. Схема пофазного движения и диаграмма регулирования представлены на рисунке 2.4.

Длительность первого основного такта составляет 50 с, второго - 25 с Длительности первого и второго промежуточных тактов составляют по 6 с. Длительности зеленого мигающего сигнала транспортных светофоров составляют по 3 с. Продолжительность включения сигала светофора разрешающего движение пешеходам П-2,4 составляет 53 с, длительности зеленого мигающего сигнала при этом составляет 3 с, запрещающего ? 34 с. Продолжительность включения сигала светофора разрешающего движение пешеходам П-1,3 составляет 28 с, длительности зеленого мигающего сигнала при этом составляет 11 с, запрещающего ? 59 с.

Рисунок 2.2 - Схема регулирования

а - схема пофазного движения; б - диаграмма регулирования

, ? соответственно первая и вторая фазы регулирования; 1?4 ? направления движения на перекрестке; П ? пешеходные потоки

Исследование интенсивности и состава ТП производилось на перекрестке на пересечении улиц Мазурова, Кожара и Тимофея Бородина, в течение 10 светофорных циклов с каждого входа (период времени с 17:00 до 18:00, час пик). Эскизный план перекрестка приведен на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Эскизный план исследуемого перекрестка

Результаты замера числа ТС по каждому циклу измерений по направлениям, на основании таблицы Б.1, приведены в таблице 2.1.



Таблица 2.1 - Результаты замера числа ТС, въехавших с каждого входа на перекресток для каждого цикла по направлениям

№ цикла	Вход А	Вход B	Вход C	Вход D
	налево	прямо	направо	налево	прямо	направо	налево	прямо	направо	налево	прямо	направо
1	3	15	4	?	?	2	5	21	3	1	?	2
2	5	16	2	?	?	1	5	18	1	?	1	2
3	4	23	2	1	?	2	6	17	1	4	1	1
4	2	16	?	?	1	2	6	31	1	?	?	?
5	1	7	1	1	2	?	3	16	3	2	?	4
6	2	25	3	?	?	2	5	19	1	3	?	1
7	2	14	2	3	1	5	6	23	?	?	?	?
8	5	16	3	1	?	1	3	35	?	3	?	1
9	3	28	5	?	?	1	6	32	1	?	1	2
10	1	21	1	?	?	2	6	15	2	?	1	3
?	28	181	23	6	4	18	51	227	13	13	4	16

Средняя интенсивность движения по направлениям определяется по формулам

где - суммарное время измерений, с

В соответствии с формулами (2.1)-(2.3) определим среднюю интенсивность движения по направлениям для входа А:

? левоповоротных

? транзитных

? правоповоротных

Результаты расчета средней интенсивности движения по направлениям для остальных входов представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Средняя интенсивность движения по направлениям

Вход	A	B	C	D
, авт./с	0,032	0,007	0,059	0,015
, авт./ч	115	25	212	54
, авт./с	0,208	0,005	0,261	0,005
, авт./ч	749	18	940	18
, авт./с	0,026	0,021	0,015	0,018
, авт./ч	94	76	54	65

Результаты замера интенсивности движения пешеходов на пешеходных переходах с каждого входа в течение 10 светофорных циклов, на основании таблицы Б.2, представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Результаты замера интенсивности движения пешеходов

Вход A	Вход B	Вход C	Вход D
56	19	50	51

На основании проведенных измерений подсчитаем значение интенсивности движения пешеходов,

где - суммарное время измерений, с.

В соответствии с формулой (2.4) определим значение интенсивности движения пешеходов для входа A:

Результаты расчета интенсивности движения пешеходов для каждого входа представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Интенсивность движения пешеходов

Вход A	Вход B	Вход C	Вход D
, чел./ч
232	79	207	211

По результатам исследования картограмма транспортных и пешеходных потоков приведена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 ? Картограмма транспортных и пешеходных потоков (чел./ч, авт./ч)

За 2014 г. на исследуемом объекте произошло 5 дорожно-транспортных происшествий (ДТП), из которых одно ДТП с пострадавшими. Статистические данные по учетным и неучетным ДТП приведены в таблице 2.5. Места расположения ДТП представлены на масштабной схеме (приложение А).

Таблица 2.5 ? Статистические данные по учетным и неучетным ДТП

№	Дата	П	Р	Дом/ОП	Улица	Пересекаемая улица	Вид ДТП
1	01.11.2012	0	1		Мазурова	Кожара	наезд на пешехода
2	15.01.2014				Мазурова	Кожара	столкновение
3	29.01.2014				Мазурова	Кожара	столкновение
4	24.12.2014			Ледовый дворец	Мазурова		столкновение
5	10.07.2014				Мазурова	Кожара	наезд на ограждение



3. Оптимизация светофорного цикла программными средствами транспортного моделирования

3.1 Оптимизация существующего светофорного цикла

В качестве ознакомительного исследования с DEMO-версией программы TRANSYT-7FR произведем оптимизацию светофорного цикла на перекрестке на пересечении улиц Мазурова, Кожара и Тимофея Бородина по шагам.

Первый шаг ? создание новой модели TRANSYT.Меню «Файл» - «Создать» (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Меню «Файл»

Заполняем окно «Создание входного файла TRANSYT» (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 - Создание входного файла TRANSYT

На приведенном выше рисунке 3.2 иллюстрируется ряд значений параметров, предлагаемых по умолчанию для нового файла.

Основные элементы окна:

1 Имя файла: файл под указанным здесь именем будет содержать входные данные TRANSYT-7FR, определенные в остальных полях окна.

2 Заголовок: заголовок включается в начало входного файла и верхнюю часть выходных отчетов.

3 Схема нумерации сегментов: выбранная схема применяется к создаваемому набору данных. Узел представляет перекресток, а сегмент ? направления движения транспорта между двумя узлами. Схема нумерации сегментов или узлов в TRANSYT-7FR может быть выбрана совершенно произвольно: TRANSYT-7FR (cтандартная схема нумерации сегментов или узлов) либо схема NEMA. Вариант рекомендуемой схемы (cтандартная схема нумерации) показан на рисунке 3.3 («хх» обозначает здесь числовой номер узла в интервале 01?99).

Рисунок 3.3 - Стандартная схема нумерации сегментов или узлов

В схеме NEMA, подразумевается номер узла 1, а сегменты направлений правых поворотов нумеруются числами вне диапазона стандартных номеров 1-8, принятых в NEMA (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 - Схема NEMA нумерации сегментов или узлов

В большинстве случаев TRANSYT-7FR подразумевает реализацию схемы нумерации сегментов, использующей числа от 1 до 12. Отсюда следует, что номера с 13-го и выше оказываются доступны для обозначения дополнительных полос, направлений движения или подъездов к перекресткам.

4 Количество узлов: узлы в указанном количестве создаются в новом наборе данных.

5 Количество дорог: дороги, допускающие организацию беспрепятственного движения, в указанном количестве создаются в новом наборе данных.

6 Длительность цикла: здесь задается общая длительность цикла для системы.

7 Продолжительность анализа: параметр определяет значение длительности сеанса имитации. Исходя из эмпирических соображений, по умолчанию предлагается величина 15 минут, поскольку в течение такого промежутка времени дорожно-транспортные условия можно считать постоянными.

8 Количество временных периодов: программа допускает наличие до 9 временных периодов в расчете на файл данных.

9 Англо-американские и метрические единицы: здесь задаются единицы представления данных в выходных отчетах.

10 Правостороннее и левосторонней движение: при установке флажка предполагается использование правил правостороннего или левостороннего движения.

11 Интенсивность движения: здесь определяется интенсивность движения ТС по умолчанию для каждого направления движения (ТС/час).

12 Коэффициент час пик: задается коэффициент часа пик (PHF), принимаемый по умолчанию для каждого направления движения. Коэффициент часа пик (PHF) ? показатель, который характеризует наиболее важный отрезок времени анализа, обычно представляющий 15-минутный период пиковой нагрузки. Если коэффициент меньше 1,00, это значит, что требуется смоделировать пиковый период внутри часового интервала, когда система испытывает несколько большую нагрузку в сравнении с типовой. Обычно выбирается одна из двух альтернатив:

? кодировать реально наблюдаемый часовой поток, подсчитать PHF по формуле (3.1) и определить период анализа равным 15 минутам

? кодировать интенсивности равными учетверенному потоку за 15-минутный пиковый период, приравнять PHF 1,0 и определить период анализа равным 15 минутам.

13 Поток насыщения: в этом поле задается величина интенсивности потока насыщения, предлагаемая по умолчанию для нового набора данных.

14 Длина сегмента: значение представляет расстояние между смежными перекрестками, предлагаемое по умолчанию.

15 Скорость движения без помех: здесь вводится скорость движения ТС без помех, предусмотренная по умолчанию для нового набора данных. Величина влияет на расход топлива и существенным образом воздействует на результат моделирования беспрепятственного движения.

16 Количество фаз: В поле указывается количество фаз в цикле регулирования. Число должно принадлежать интервалу 2-7.

17 Длительность желтого: поле служит для ввода значения продолжительности интервала желтого сигнала светофора.

18 Длительность общего красного: задается продолжительность периода действия общего красного сигнала (красно-желтый сигнал) для всех направлений движения. Общий красный сигнал не является обязательным для применения, поэтому допустимо вводить нулевую величину.

19 Интервал просвета: величина интервала просвета влияет на подсчет случайной транспортной задержки. Величина интервала просвета влияет на подсчет случайной задержки и способна потенциально влиять на расчет длительностей фаз при использовании модели оценки активной схемы управления. Если создаваемая сеть полностью отвечает модели предопределенного управления, параметр оказывается неуместным и им можно пренебречь.

20 Длина участка регистрации: в поле задается длина участка регистрации детектором наличия ТС, предусмотренная по умолчанию для нового набора данных. Длина участка регистрации способна потенциально влиять на расчет длительностей фаз при использовании модели оценки активной схемы управления. Если создаваемая сеть полностью отвечает модели предопределенного управления, параметр оказывается неуместным и им можно пренебречь.

Исследуемый перекресток отвечает модели предопределенного управления: способ функционирования регулируемого перекрестка, при котором продолжительность цикла, план и длительности фаз светофора зафиксированы.

Введем следующие параметры (рисунок 3.5):

? имя файла ? Модель перекрестка.tin;

? заголовок - Модель перекрестка;

? схема нумерации - оставляем без изменения;

? количество перекрестков - 1;

? количество дорог - 0;

? длительность цикла, с - 87;

? период анализирования, мин - 15;

? количество временных отрезков ? 1;

? метрическая система мер - ставим флажок;

? правостороннее движение - ставим флажок;

? интенсивность движения, ТС/час - 100;

? поправка на часы пик - так как интенсивность кодируется равной учетверенному потоку за 15-минутный пиковый период, поэтому поправка на часы пик PHF будет составлять 1,00;

? поток насыщения, ТС/чз - 1800;

? длина сегмента, м - оставляем без изменения;

? скорость свободного потока машин, км/ч - 60;

? количество фаз - 2;

? длительность желтого, с - 3;

? длительность общего красного, с - 3;

? разрыв между ТС (сек) и длина участка детектирования - оставляем без изменения, так как создаваемый перекресток отвечает модели предопределенного управления.

Рисунок 3.5 - Ввод соответствующих параметров

После заполнения - нажимаем клавишу «ОК».Второй шаг - создание полос движения.

Меню «Правка» - «Полосы». Создадим полосы во всех направлениях: север, юг, запад, восток (рисунок 3.6). Также можно выбрать команду меню «Правка» ? «Полосы» ? «Все подъезды» приводит к автоматическому открытию четырех экземпляров окна, по одному на каждый из подъездов к перекрестку.

Рисунок 3.6 ? Меню «Правка» - «Полосы »

Ни рисунке 3.7 показано начальное окно «Конфигурации полос» для северного направления.

Рисунок 3.7 ? «Конфигурации полос»: северное направление

Параметры окна:

1 Полоса №: поле ввода задает номер полосы, служащей объектом манипуляций. Полоса №1 всегда является крайней слева в направлении подъезда.

2 Использование полосы: раскрывающийся список содержит перечень опций использования полосы, номер которой выбран в соседнем поле ввода (рисунок 3.8): L - движение налево, T - прямо, R - направо, LT -налево и прямо, LR ? налево и направо, TR - прямо и направо, LTR - движение налево, прямо и направо.

Рисунок 3.8 - Использование полосы

3 Тип анализа: переключатель позволяет выбирать один из вариантов анализа ? «Группа полос» или (более точный) «По полосам». Выбор принимается во внимание только в том случае, если конкретное направление движения допускается для более чем одной полосы на подъезде. В ситуации, когда направлению отведена единственная полоса, анализ в любом случае сводится к варианту «По полосам», и переключатель автоматически блокируется.

Когда использование полос в группе общих полос достаточно равномерно, вся группа может моделироваться с приемлемой точностью как единый сегмент. Если же характер движения по полосам серьезно различается (характеризуется нетипичным распределение фаз, особые параметры интенсивности), результат моделирования будет более точным, когда для представления каждой отдельной полосы определен соответствующий сегмент.

4 Направление подъезда: в раскрывающемся списке выбирается подъезд к перекрестку.

5 Расстояние: поле ввода задает расстояние на текущем подъезде к перекрестку от предыдущего перекрестка. Считается, что зоны поворота обладают общей длиной сегмента, совпадающей с длиной смежного сегмента прямого направления, и длина такой зоны задается только в поле «Емкость зоны поворота». Когда сегменты подъезда кодируются как внешние (внешними называют сегменты, которые не имеют ближайших регулируемых перекрестков и демонстрируют случайный характер прибытия ТС), необходимости задавать расстояние нет.

6 Интенсивность: указывается интенсивность движения на каждом направлении сегмента (ТС/час). При выполнении анализа по полосам в условиях, когда несколько номеров сегментов используется для представления одного направления движения, в рассматриваемом поле ввода отображается значение, суммарное значение интенсивности по всем сегментам этого направления. В такой ситуации оказывается важным применение окна «Движение» с целью кодирования точных значений интенсивности для каждой полосы.

7 Коэффициент часа пик: поле ввода предназначено для задания коэффициента часа пик (PHF) для трех стандартных направлений движения.

8 Емкость зоны поворота: поле ввода определяет емкость очереди автомобилей в направлениях левого и правого поворота.

9 Добавить/Удалить: кнопка позволяет создавать и удалять полосы аналогично упомянутой выше опции контекстного меню диаграммы.

10 Номер узла: меню переключения между узлами перекрестка.

Введем следующие параметры для восточного направления (вход A):

Начнем с создания полосы № 3 ? либо щелчком правой кнопки мыши на полосе № 2 и выбором команды «Добавить после» (рисунок 3.9) контекстного меню, либо с помощью кнопки «Добавить/Удалить».

Рисунок 3.9 ? Создание полосы № 3

Вернемся к полосе № 1 (щелкнув левой кнопкой мыши на полосе сегмента либо введем в поле «Полоса №» номер полосы), затем выберем в раскрывающемся списке опцию L («налево»). Перейдем к полосе № 2, выберем в раскрывающемся списке опцию T («прямо»). Перейдем к полосе № 3, выберем в раскрывающемся списке опцию TR («прямо» и «направо»). Результаты установки направлений движения по полосам показаны на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10 ? Установка направления движения по полосам

Перейдем на полосу № 2 и установим переключатель в положение «По полосам» (рисунок 3.11). Установка переключателя в положение «По полосам» связана с неравномерным характером движения по полосам.

Рисунок 3.11 ? Установка переключателя в положение «По полосам»

Поле ввода «Расстояние» задает расстояние на текущем подъезде к перекрестку от предыдущего перекрестка. Примем следующие значения: в северном направлении и в южном, сегменты подъезда кодируются как внешние, поэтому необходимость задавать расстояние нет, в восточном направлении от ближайшего регулируемого перекрестка расстояние составляет 1000 м, в западном направлении 580 м. Сегменты в восточном и западном направлении являются внутренними сегментами, так как могут демонстрировать групповой характер прибытия ТС.

Далее необходимо ввести данные об интенсивности ТП в соответствии с картограммой, рисунок 2.4. Коэффициент час пик: оставляем по умолчанию, 1,00. Введем емкость зоны поворота, которое составляет около 6 автомобилей, аналогично и для подъезда в западном направлении. Результат второго шага связанного с созданием полос для восточного направления представлен на рисунке 3.12.

Рисунок 3.12 ? Восточное направление (вход А)

Для общего представления обо всем перекрестке, обратимся к соответствующим командам подменю «Правка» - «Перекресток», в появившемся окне также можно создавать и редактировать полосы (рисунок 3.13).

Рисунок 3.13 - Меню «Правка» - «Перекресток»

Следующий шаг состоит в использовании окна «Движение на перекрестке» (меню «Правка» ? «Движение» (рисунок 3.14)) для просмотра и редактирования интенсивности потоков и иных параметров движения (рисунок 3.15).

Рисунок 3.14 ? Меню «Правка» ? «Движение»

Рисунок 3.15 ? Редактирования интенсивности потоков и иных параметров движения

Параметры окна:

1 Общая интенсивность потока: указываются значения интенсивности указывается интенсивность движения на каждом направлении сегмента.

2 Интенсивность потока насыщения: отражает откорректированную величину интенсивности потока насыщения применительно ко всему сегменту.

3 Входящие потоки со второстепенных источников: второстепенный источник (крупные автостоянки, торговые центры, съезды со скоростных магистралей) необходимо моделировать, если на его долю приходится не менее 10 % транспорта, поступающего на сегмент-приемник.

4 Потери времени на старте: дополнительное время, требуемое нескольким автомобилям в голове очереди перед регулируемым перекрестком для реагирования на смену сигнала и ускорение, т.е. потери времени на старте возникают в начале периода зеленого сигнала.

5 Удлинение эффективного зеленого сигнала: имеет место в начале периода желтого сигнала, когда автомобили короткое время все еще продолжают въезжать на перекресток.

Для рассматриваемого перекрестка, предполагается, что значения длин сегментов заданы в окне «Конфигурации полос», потери времени на старте и удлинения эффективного зеленого сигнала в изменении не нуждаются, так как потери времени на старте обычно составляют около 2 с и удлинение эффективного зеленого сигнала также близко к 2 с. Однако, так как осуществляем анализ по полосам, то в такой ситуации оказывается важным применение окна «Движение» с целью кодирования точных значений интенсивности для сегментов № 113, 105, 114, 107, значения интенсивности по полосам приведены на рисунке 3.16.