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

Рисунок 3.16 - Интенсивности движения ТС по полосам и интенсивность движения пешеходов

На рисунке 3.17 показаны изменения интенсивности движения для сегментов № 105, 107, 113 и 114. Для доступа к сегментам № 113 и 114 потребуется воспользоваться кнопкой «Сегмент>».

Рисунок 3.17 ? Изменение интенсивности движения для сегментов № 105 ,107, 113 и 114

Четвертый шаг - задание фазовых таблиц (рисунок 3.18).

Рисунок 3.18 ? Задание фазовых таблиц

Экран, вызываемый командой меню «Правка» ? «Расписание», реализует возможности графического кодирования и просмотра расписаний управления сигналами и предлагает ряд полезных инструментов работы с диаграммами.

Параметры окна:

1 Фаза №: содержимое поля свидетельствует о том, какая фаза подлежит редактированию.

2 Активная: флажок определяет, является ли фаза активной. Модель TRANSYT предполагает, что если конкретное направление движения допускает актуализацию или прекращение действия фазы, такая фаза считается активной.

3 С / Ю / З / В: в списке выбирается подъезд (на север/юг/запад/восток), подлежащий редактированию.

4 <<< (влево) / ^^^ (прямо) / >>> (вправо): флажки используются для указания, какие из направлений активны в период действия текущей фазы, а также для добавления фаз в расписание и удаления из него

5 Координированный сигнал: устанавливается в случае, если узел является частью координированной сети.

6 Минимум: поле используется для задания минимальной длительности фазы (где длительность фазы равна сумме длин интервалов зеленого, желтого и общего красного сигналов).

7 Номер узла: меню переключения между узлами перекрестка.

8 Диаграмма фаз: диаграмма фаз служит графическим представлением расписания. Неактивные фазы обозначаются синими стрелками, а активные ? серыми. Привилегированным направлениям отвечают сплошные, а направлениям с разрешением ? штриховые стрелки.

9 Линейная диаграмма: линейная диаграмма, наряду с диаграммой фаз, является одним из самых важных компонентов окна «Расписания». При просмотре слева направо диаграмма дает пространственно-временное представление расписания. По горизонтальной оси откладываются длительности цикла и интервалов. Ширина каждого интервала на диаграмме пропорциональна его длительности. Линейная диаграмма согласуется с диаграммой фаз: начальные интервалы слева ассоциируются с первой фазой, а завершающие, расположенные справа, ? с последней фазой.

Интервалы зеленого, желтого и общего красного сигналов обозначаются на линейной диаграмме зеленым, желтым и красным цветом соответственно. Помимо того, интервалы желтого и общего красного могут заполняться штриховкой (меню «Сервис» ? «Параметры»).

10 Смещение: разность в секундах между моментами начала зеленых сигналов на смежных регулируемых перекрестках. Правильный выбор смещения способствует возможности беспрепятственного движения ТП через некоторое количество последовательно расположенных светофоров.

11 Опорный интервал: изменение значения приводит к смещению начала работы цикла. Параметр опорного интервала обеспечивает связь между регулируемыми перекрестками с целью достижения приемлемых условий для беспрепятственного движения и минимизации остановок. Опорный интервал обозначается на линейной диаграмме вертикальной стрелкой и сокращением «Нач.». Стрелка указывает на позицию начала отсчета смещения или точки остановки (термин применятся к координированным активным контроллерам) внутри цикла. Принято считать, что оба параметра отсчитываются от начала опорного интервала, и поэтому стрелка будет указывать на его левую границу. Когда речь идет о некоординированных операциях, ни опорный интервал, ни смещение не оказывают влияния на результат моделирования.

12 Добавить/Удалить: щелчок на кнопке позволяет легко добавить или удалить любую фазу для активного перекрестка.

13 Экспорт: кнопка дает возможность экспорта данных, включающих длину цикла, смещения и длительности фаз для соответствующего узла, во входной файл CORSIM (*.TRF) (CORSIM программа микроскопического моделирования движения производит сравнительную оценку расписаний-кандидатов, полученных в результате оптимизации в TRANSYT-7FR , в собственной системе моделирования).

Начнем с редактирования фазы № 1. В списке С / Ю / З / В выбираем подъезд на запад, подлежащий редактированию. Далее указываем, какие из направлений активны: прямо, направо и налево в продолжение текущей фазы для данного подъезда. Затем в списке С / Ю / З / В выбираем подъезд на восток и указываем, какие из направлений активны: прямо, направо и налево для данного подъезда. Аналогично редактируется и фаза № 2.

Установим продолжительность горения зеленого, желтого и общего красного в соответствии с диаграммой регулирования представленной на рисунке 2.2. В фазе № 1 продолжительность горения зеленого сигнала составляет 50 сек, а в фазе № 2 - 25 с. Продолжительность желтого и общего красного по 3 с. Минимальная длительность фазы при отсутствии перекрытия фаз должна превышать сумму длительностей желтого и общего красного сигналов, по меньшей мере, на 5 с, дабы удовлетворить интересы водителей, однако в соответствии с нормативами минимальное значение продолжительности горения зеленого сигнала составляет . Помимо того, минимальная длительность фазы при необходимости может быть дополнительно увеличена для обеспечения безопасности пешеходов или повышения эффективности расписания. В нашем случае минимальная длительность фазы дополнительно увеличена для обеспечения безопасности пешеходов. Продолжительность зеленого сигнала для пешеходов определяется по формуле

где - ширина проезжей части, пересекаемой пешеходами в i-й фазе, м.

В соответствии с формулой (3.1) определим продолжительность разрешающего сигнала для пешеходов:

I фаза

II фаза

Исходя из этого следует, что минимальная длительность первой фазы составляет 17 с, второй фазы - 24 с, при условии, что красный сигнал для пешеходов начинается одновременно с красно-желтым сигналом для транспорта.

Полностью заполненное окно «Расписание для перекрестка» представлено на рисунке 3.19.

Рисунок 3.19 - Заполненное окно «Расписание для перекрестка»

Пятый шаг - расчет потоков насыщения.

Экран предназначен в помощь пользователю при корректировке значений интенсивности потока насыщения. Если скорректированные значения интенсивности потоков насыщения уже известны, их можно ввести непосредственно на экране «Движение» и к окну калькулятора не обращаться вовсе.

Экран калькулятора интенсивности потока насыщения, открываемый командой меню «Правка» ? «Дополнительно» ? «Пропускная способность» рисунок 3.20, окно «Калькулятор интенсивности потока насыщения» показано (рисунок 3.21).

Рисунок 3.20 - Меню «Правка» ? «Дополнительно» ? «Пропускная способность»

Рисунок 3.21 - Калькулятор интенсивности потока насыщения

В верхней части окна, скорректированная интенсивность потока насыщения (S) представляет собой произведение базовой интенсивности потока насыщения ), количества полос (N) и одиннадцати коэффициентов корректировки:

? ? коэффициент корректировки ширины полосы;

? ? корректирующий коэффициент транспорта большой грузоподъемности;

? - коэффициент корректировки уклона;

? ? коэффициент учета существования полосы парковки и маневров парковки вблизи рассматриваемой группы полос;

? ? коэффициент корректировки эффекта блокирования потока местным общественным транспортом, который останавливается в области перекрестка;

? ? коэффициент корректировки для типа зоны;

? ? коэффициент использования полос;

? ? коэффициент корректировки для левых поворотов в группе полос;

? ? коэффициент корректировки для правых поворотов в группе полос;

? ? коэффициент влияния пешеходов или велосипедистов на левые повороты;

? ? коэффициент влияния пешеходов или велосипедистов на правые повороты.

Для расчета значения потока насыщения для каждого сегмента модели необходимо ввести следующие параметры:

1 Базисный свободный поток: указывается базисный поток насыщения.

2 Количество полос: указывается количество полос направления сегмента.

3 Ширина полосы: указывается ширина одной полосы.

4 Грузовой транспорт: указывается доля грузового транспорта на выбранном направлении сегмента в процентах.

5 Уклон: указывается угол наклона выбранного направления сегмента.

6 Количество парковок: указывается количество автомобилей выезжающих со стоянок. В случае если на выбранном направлении сегмента отсутствует стоянка, ставится «галочка» в поле «Стоянка запрещена».

7 Количество останавливающихся автобусов: указывается количество останавливающихся автобусов на протяжении выбранного направления сегмента (ОП МТС без карманов), обслуживающих локальные маршруты общественного транспорта.

8 Тип описываемой зоны: выбирается тип зоны, в которой находится описываемое направление движения сегмента (0,90 для центральных районов и 1,00 для остальных участков сети).

9 Использование полос: указывается качественно характер распределения ТС на направлении сегмента. Соответствующий раскрывающийся список допускает выбор одной из следующих опций: «Равномерное», «Слегка неравномерное», «Средне неравномерное» или «Сильно неравномерное». Им отвечают значения коэффициента корректировки 1,00, 0,95, 0,90 и 0,85. Если в поле «Количество полос» задано значение «1», список «Использование полос» блокируется и коэффициент корректировки степени использования полос предполагается равным единице.

10 Направление движения: указывается тип движения с направления сегмента.

11 Влияние пешеходов или велосипедистов налево: указывается степень влияния пешеходов или велосипедистов при повороте ТС налево.

12 Влияние пешеходов или велосипедистов направо: указывается степень влияния пешеходов или велосипедистов при повороте ТС направо.

В раскрывающемся списке влияние пешеходов или велосипедистов налево или направо допускает выбор одной из следующих опций: «Отсутствует», «Незначительно», «Среднее» или «Значительное». Им отвечают значения коэффициента корректировки 1,00, 0,95, 0,90 и 0,85. Сегмент прямого направления движения способен испытывать влияние блокировки из-за пешеходов или велосипедистов только в том случае, если он является главным сегментом в группе общих полос.

13 =: здесь отражается рассчитанный поток насыщения.

14 Сохраненное значение: здесь отражается сохраненное значение потока насыщения для выбранного направления сегмента.

15 Интервал движения: средний временной интервал следования ТС по любой заданной полосе и зависит от сохраненного значения.

16 Номер сегмента: меню переключения между сегментами.

17 Номер узла: меню переключения между узлами перекрестка.

Синяя стрелка в поле над кнопкой «Применить» указывает направление поворота для активного сегмента.

Экран калькулятора не обеспечивает оценки откорректированной интенсивности потоков насыщения для сегментов с разрешением или второстепенных общих сегментов, поскольку любые значения интенсивности потоков насыщения, кодируемые для подобных сегментов, игнорируются на уровне модели. Поэтому в раскрывающемся списке «Сегмент №» представлены номера только главных привилегированных сегментов.

Число ТС по видам для каждого сегмента представлено в таблице 3.1.

Таблица 3.1? Число ТС по видам для каждого сегмента

Номер сегмента	Направление	Число ТС по видам
106	налево	27Л, 1Г
113	прямо	127Л, 1Г
105	прямо	41Л, 2Г, 4O, 6С
111	направо	23Л
104	налево	6Л
103	прямо	4Л
110	направо	18Л
108	налево	50Л, 1Г
114	прямо	135Л
107	прямо	80Л, 3Г, 4О, 5C
112	направо	13Л
102	налево	13Л
101	прямо	4Л
109	направо	16Л

Долю в грузовых ТС для каждого сегмента определим по формуле

где - число ТС данного типа.

Уровни интенсивности насыщенного потока для сегментов с разрешением движения (№ 106 и 108) и второстепенных общих сегментов (№ 109-112) в кодировании не нуждаются, поскольку определяются внутри имитационной модели.

Рассчитаем значение потока насыщения для сегмента № 101: северное направление, крайняя правая полоса, движение прямо (улица Кожара). Необходимо ввести следующие параметры:

? номер сегмента: 101;

? базисный свободный поток: оставляем по умолчанию 1800 ТС/п/чз ( ТС на полосу за час зеленого сигнала);

? количество полос: 1;

? ширина полосы: 4 м;

? грузовой транспорт (доля): в соответствии с формулой (3.2) определим долю грузовых ТС для сегмента № 101:

? уклон: 0;

? ставим «галочку» в поле «Стоянка запрещена»;

? количество автобусных остановок на протяжении выбранного направления сегмента: 0;

? тип описываемой зоны: другой, так как исследуемый перекресток находится не в центральном районе;

? использование полос: список «Использование полос» блокируется, так как в поле «Количество полос» задано значение «1»;

? направление движения: прямо, остается по умолчанию;

? влияние пешеходов или велосипедистов налево: отсутствует;

? влияние пешеходов или велосипедистов направо: незначительное, так как сегмент прямого направления является основным сегментом в общей полосе с направлением движения направо, то он способен испытывать влияние блокировки из-за пешеходов или велосипедистов;

Для вступления в силу внесенных пользователем изменений необходимо нажать «Применить».

Экран «Калькулятор интенсивности потока насыщения» рассчитанный для сегмента № 101 представлен на рисунке 3.22.

Рисунок 3.22 - Калькулятор интенсивности потока насыщения: сегмент № 101

Параметры для всех сегментов № 101, 103, 105, 107, 113, 114 необходимые для расчета потока насыщения и результаты расчета сведены в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 ? Параметры для всех сегментов № 101, 103, 105, 107, 113, 114 необходимые для расчета потока насыщения

Номер сегмента	101	103	105	107	113	114
Базисный свободный поток, ТС/п/чз	1800
Количество полос	1	1	1	1	1	1
Ширина полосы, м	4	4,5	3,5	3,5	3,5	3,5
Грузовой транспорт, %	0	0	3	3	1	0
Уклон, %	0	0	0	0	0	0
Количество парковок	стоянка запрещена
Количество останавливающихся автобусов	0	0	0	0	0	0
Тип зоны	другой
Использование полос	список блокируется
Направление движения	прямо	прямо	прямо	прямо	прямо	прямо
Влияние пешеходов или велосипедистов на левом повороте	отсутствует	незначительное	отсутствует	отсутствует	отсутствует	отсутствует
Влияние пешеходов или велосипедистов на правом повороте	незначительное	незначительное	незначительное	незначительное	отсутствует	отсутствует
Поток насыщения, ТС/чз	1778	1787	1643	1643	1764	1782

Используем окно «Движение на перекрестке» (меню «Правка» ? «Движение» для просмотра результата корректировки величины потоков насыщения (рисунок 3.23). Следует отметить, что сегменты в северном и южном направлении закодированы как внешние сегменты, значение длин сегментов равно нулю, тогда полный пробег для сегментов не подсчитывается, и сегменты не рассматриваются в процессе вычисления средней скорости в масштабе всей сети. Полное время пробега на таких сегментах будет равно полной задержке.

Рисунок 3.23 - Откорректированные величины потока насыщения

Шестой шаг - параметры расчета.

Окно «Параметры расчета» (рисунок 3.25) открывается после нажатия клавиши «ОК» в окне «Создание входного файла TRANSYT» или вызывается через меню «Правка» ? «Анализ» (рисунок 3.24).

Рисунок 3.24 ? Меню «Правка» ? «Анализ»

Рисунок 3.25 ? Окно «Параметры расчета»

Параметры окна:

1 Моноциклическая или мультициклическая имитация: переключатель определяет режим имитации. Имитация представляет собой аналитический процесс, цель которого состоит в достоверном представлении событий реального мира.

Мультициклическая имитация применяется, чтобы гарантировать охват полного временного периода посредством последовательности циклов определенной длительности.

2 Имитация по шагам или сегментам: переключатель определяет выбор методики имитации TRANSYT. В режиме имитации по сегментам каждый сегмент моделируется отдельно и переход к следующему сегменту осуществляется по окончании имитации предыдущего. В режиме пошаговой имитации каждый сегмент сети имитируется в течение одного шага (или отрезка времени в секундах) и затем выполняется переход к следующему шагу. В общем случае пошаговый режим позволяет более реалистично моделировать ситуацию, в то время как имитация по сегментам требует меньшего времени вычислений.

Моноциклическую имитацию можно проводить как в пошаговом режиме, так и по сегментам. Мультициклическая имитация допускает только пошаговый вариант.

3 Имитация / Оптимизация / Оценка: переключатель позволяет определить характер предстоящих манипуляций с текущим расписанием: моделирование или оптимизация. Опция оценки активных схем также доступна, но она не сочетается с мультициклической имитацией и анализом по многим периодам.

При выборе режима имитации исходное расписание, заданное посредством команды меню «Правка» ? «Расписание», оценивается в единственном сеансе имитации. В режиме имитации максимальное и минимальное значения длины цикла принимаются равными.

4 Длина цикла / Последовательность фаз / Длительности фаз / Смещения: группа флажков представляет параметры расписания, которые могут быть объектами оптимизации. Если для оптимизации применяется генетический алгоритм, программа может оптимизировать любые из этих параметров отдельно либо в произвольном сочетании. При использовании метода кратчайшего спуска оптимизировать последовательность фаз не удастся.

Для изолированных и некоординированных перекрестков смещения не применяются и оптимизации не подлежат. Оптимизация последовательности фаз для координированных перекрестков эффективна, большей частью, с точки зрения улучшения возможностей беспрепятственного движения. С другой стороны, оптимизация длины цикла и длительностей фаз может принести выгоды для любых перекрестков, изолированных и координированных.

5 Минимальная длина цикла: поле предназначено для задания значения системной длины цикла для использования в процессе имитации или при проведении оптимизации, ограниченной пределами одного цикла.

6 Исходная длина цикла: значение используется в процессе оптимизации длины цикла по генетическому алгоритму. Величина исходной длины цикла влияет на выбор первой особи в первом поколении процесса. Обычно первая особь первого поколения отражает исходное расписание, заданное пользователем.

7 Максимальная длина цикла: значение используется только в сеансах оптимизации длины цикла. Когда пользователь хочет ограничить процесс анализа или оптимизации получением единственного значения длины цикла, максимальная и минимальная границы длины цикла принимаются равными.

8 Некоординированная сеть: если флажок установлен, все регулируемые перекрестки в сети трактуются как некоординированные. Для имитации одних перекрестков как координированных, а других как некоординированных предпочтительно выбрать режим координированных операций (сбросить флажок «Некоординированная сеть»), а затем обозначить требуемые отдельные перекрестки как некоординированные, сбросив флажок «Коорд. Сигнал» в окне расписания (команду меню «Правка - «Расписание») для каждого из них.

9 Шаг цикла: если минимальная и максимальная длительности цикла определяют границы диапазона оцениваемых значений, то в поле шага вводится интервал между значениями-кандидатами. Шаг, измеряемый в секундах, должен умещаться в диапазон целое число раз.

10 Генетический алгоритм / Алгоритм кратчайшего спуска: переключатель позволяет осуществить выбор между двумя возможными алгоритмами оптимизации.

Оптимизация длительности цикла с помощью алгоритма кратчайшего спуска предусматривает выполнение серии сеансов оптимизации длительности или смещений фаз с ограничением продолжительности единственного цикла в установленных пределах. Например, для длины цикла в диапазоне 60-100 с шагом поиска 10 с следовало бы выполнить пять сеансов оптимизации посредством алгоритма кратчайшего спуска. При использовании в тех же условиях генетического алгоритма требуется только один сеанс, в ходе которого проводятся эксперименты с различными длительностями циклов.

Для определения абсолютных или глобальных оптимальных решений более предпочтительным с математической точки зрения выглядит генетический алгоритм нежели метод кратчайшего спуска. С другой стороны, генетический алгоритм требует относительно большего компьютерного времени.

11 Количество поколений: при выборе опции генетического алгоритма поле определяет максимум поколений (итераций процесса оптимизации). В общем случае большее значение способствует большей эффективности процесса, однако требует дополнительных затрат времени вычислений.

12 Показатель эффективности: показатель эффективности (PI) («целевая функция») позволяет пользователю формализовать свои предпочтения в отношении эффективности функционирования дорожно-транспортной системы. Проще говоря, TRANSYT-7FR формирует расписание, которое способствует достижению оптимального значения PI. TRANSYT-7FR предлагает целый набор вариантов показателя эффективности, отражающих требования пользователя в отношении задержек, остановок, организации беспрепятственного движения, расхода топлива, образования очередей и пропускной способности сегментов сети. Доступные опции представлены на рисунке 3.26.

Рисунок 3.26- Доступные опции показателя эффективности

В общем случае система всегда пытается максимизировать PI ? за исключением случая, когда в качестве PI выбран показатель невыгодности (DI).

Показатель беспрепятственного движения (PROS) -- это количественный критерий, характеризующий способность транспорта следовать через несколько перекрестков подряд без остановок. Другими словами PROS - показатель «Зеленой волны».

Если PI определен как PROS/DI либо Пропускная способность/DI, программа будет пытаться одновременно максимизировать числитель и минимизировать знаменатель.

За исключением оптимизации DI по многим периодам, варианты пропускной способности и коэффициента накопления очереди в качестве показателей эффективности подчас выглядят наиболее подходящими для стандартной (по одному периоду) оптимизации в условиях перенасыщения.

Сочетания критериев ? PROS и DI и Пропускная способность и DI ? предусмотрены для использования при оптимизации по методу кратчайшего спуска, сочетание данных критериев приводит к минимизации DI, не вызывая при этом снижения PROS.

13 Показатель невыгодности: в раскрывающемся списке выбирается требуемый вариант показателя невыгодности (рисунок 3.27).

Рисунок 3.27 - Показатели невыгодности

Этот параметр служит критерием невыгодности (неэффективности) производимых операций по управлению движением и отражает такие отрицательные показатели, как остановки, задержки, непроизводительный расход топлива и т.д.

14 Беспрепятственное движение: в поле задается относительный весовой коэффициент PROS по отношению к DI. Содержимое поля находит применение в ситуации, когда в качестве показателя эффективности выбрано отношение PROS/DI. Допустимый диапазон значений составляет 1-1000 %. При вводе 0 по умолчанию устанавливается 100 %.

15 Период имитации: имеется в виду период времени (в минутах), в течение которого условия движения транспорта в сети считаются неизменными.

16 Период инициализации: период инициализации процедуры моделирования используется для подготовки характеристик ТП, определения профилей потока и длины очередей. По умолчанию продолжительность периода инициализации принимается равной длине фонового системного цикла, даже если задается как нуль. Для большинства практических приложений рекомендуется оставлять значение, предлагаемое по умолчанию, или устанавливать его равным длительности системного цикла. Поле оказывается доступным только при выборе режима имитации.

17 Максимальный показатель насыщения: при выборе в качестве показателя эффективности опции «Пропускная способность» в рассматриваемом поле задается максимальное отношение интенсивности к пропускной способности, которое, будучи превышенным на любом сегменте, влечет применение к PI штрафного коэффициента.

18 Превышение показателя насыщения: при выборе в качестве показателя эффективности опции «Пропускная способность» в рассматриваемом поле задается штрафной коэффициент, который применяется к PI при превышении максимального показателя насыщения.

19 Англо-американские / метрические единицы: Переключатель определяет выбор между англо-американской и метрической системами измерения таких значений, как, например, скорость (миль/час или км/час), расстояние (фут. или м), расход топлива (галл. или л).

20 Сокращенный / полный отчет: переключатель определяет формат выходного отчета или файла.

21 Исходное расписание: при установке флажка «Исх. расп.», игнорируется любая длительность зеленого сигнала, заданная пользователем, и программа самостоятельно определяет собственные значения продолжительности зеленого сигнала для целей анализа.

Если не установлен ни один из флажков «Исх. расп.», это значит, что пользователь собирается самостоятельно вводить значения смещений (или точек остановки), а также длительности всех фиксированных и переменных интервалов в окне расписания. Наличие флажка «Исх. расп. 1» свидетельствует, что пользователь вводит значения длительности всех фиксированных интервалов, пользуясь экраном расписания, а длительности интервалов зеленого генерируются программой в соответствии с моделью, обеспечивающей выравнивание степени насыщения на всех критических сегментах. «Переменные» интервалы ? это интервалы зеленого, которые могут быть оптимизированы, в то время как «фиксированные» интервалы оптимизации не подлежат. К фиксированным относятся интервалы желтого и общего красного.

Флажок «Исх. расп. 2» подобен флажку «Исх. расп. 1» за одним исключением: заданные пользователем смещения и точки остановки сохраняются.

22 Игнорирование признаков активности схемы управления: при установке флажка признаки активности схемы управления в файле данных игнорируются; это значит, что длительности фаз и задержки должны вычисляться исходя из предположения об использовании предопределенной схемы управления.

В качестве целевой функции в процессе оптимизации выберем функцию показатель невыгодности (DI), в качестве показателя невыгодности выберем задержки.

Для проверки правильности создания модели произведем имитацию существующих условий, для того чтобы убедиться, что программа верно отображает реальную ситуацию. Так как на исследуемом перекрестке рассматриваем предопределенную схему управления, то ставим переключатель на моноциклическую имитацию. Метод имитации выбираем по шагам, так как в общем случае пошаговый режим позволяет более реалистично моделировать ситуацию. В режиме имитации максимальное и минимальное значения длины цикла принимаются равными (87 с - локальная длина цикла). Период имитации: 15 мин., оставляем по умолчанию, поскольку в течение такого промежутка времени дорожно-транспортные условия можно считать постоянными. Период инициализации: 87 с, оставляем по умолчанию. Также для того чтобы при имитации оценить показатели эффективности выберем в качестве показателя эффективности ? показатель невыгодности (DI), в качестве показателя невыгодности выберем задержки. Окно «Параметры расчета» представлено на рисунке 3.28.

Рисунок 3.28 - Процесс имитации

Запустим модель нажав на значок «запустить TRANSYT-7FR» либо меню «Пуск» ? «Запустить TRANSYT-7FR». Если ошибок не выявлено, то на экране появится отчет о текущих транспортных данных рисунок 3.29. Следует отметить, что итоговые результаты для общих полос приводятся только применительно к основным сегментам (прямого направления).

Рисунок 3.29 - Результаты имитации

Также на этом экране можно оценить показатели эффективности управления дорожным движением такие как: общий пробег, время в пути, задержки, остановки транспорт, время нахождения в пробке, объем использованного топлива, эксплуатационные затраты и т.д. (рисунок 3.30).

Рисунок 3.30 - Показатели эффективности

Далее приступаем к оптимизации. Для этого выбираем меню «Правка» - «Анализ». В появившемся окне «Параметры расчета» выбираем «оптимизация», выбираем, что хотим оптимизировать - длительности фаз и длительность цикла. Для оптимизации существующего цикла: длительность цикла и длительность существующих фаз используем генетический алгоритм, так как он более предпочтителен с математической точки зрения, нежели метод кратчайшего спуска.

В качестве минимальной длины цикла установим 41 с, так как в окне «Расписание для перекрестка» установлены минимальны длительности фаз 17 и 24 с; в качестве максимальной длины цикла установим 90 с, так как существуют ограничения в длительность цикла в зависимости от количества фаз ( ? для двухфазного цикла; ? для остальных циклов). Шаг цикла установим равным 1 с.

Отредактированное окно «Параметры расчета» необходимое для оптимизации длительности цикла и длительности фаз представлено на рисунке 3.31.

Рисунок 3.31 ? Отредактированное окно «Параметры расчета»

После того как модель TRANSYT создана выполняется запуск оптимизационного расчета с учетом заданных параметров, нажатием на значок , в результате на экране появится окно, где можно просмотреть входные параметры генетического алгоритма, длительность цикла и длительность фаз (раздел.) до и после оптимизации, просмотреть изменение основных показателей работы перекрестка: средняя удельная задержка, количество остановок, расход топлива, время пробега (рисунок 3.32).

Рисунок 3.32 - Результаты оптимизационного расчета

Можно сделать вывод, что в результате оптимизации длительность цикла уменьшилась до 69 сек, длительность I фазы составляет 45 с, длительность II фазы - 24 с.

Чтобы получить типовой подробный выходной отчет TRANSYT (включающий, в том числе, информацию о загрузке сегментов, статистику дорог, таблицы расписаний сигналов и пр.), загрузим punch-файл (Punch-файл (*.PUN) по существу представляет собой копию исходного входного файла (*.TIN), содержит оптимальный вариант управления сигналами, полученный в результате оптимизации), и, используя данные этого файла, осуществим сеанс имитации.

Результаты имитации, в виде отчета о текущих транспортных данных представлены на рисунке 3.33, а данные представленные в виде показателей эффективности управления дорожным движением представлены на рисунке 3.34.

Рисунок 3.33 -Результаты имитации: отчет о текущих транспортных данных

Рисунок 3.34 - Результаты имитации: показателей эффективности управления дорожным движением

Следующий одностраничный форматированный отчет можно получить с помощью команды меню «Вид» ? «Отчет» (рисунок 3.35). Однако в данном отчете нет данных по определенным дополнительным сегментам № 113 и 114.

Рисунок 3.35 - Форматированный отчет: меню «Вид» ? «Отчет»

Диаграмма светофорного регулирования представлена на рисунке 3.36. Продолжительность цикла регулирования составляет 69 сек, светофорное регулирование - двухфазное. Длительность первого основного такта составляет 39 с, второго - 18 с. Длительности первого и второго промежуточных тактов составляют по 6 с. Продолжительность включения сигала светофора разрешающего движение пешеходам П-2,4 составляет 42 с, запрещающего ? 27 с. Продолжительность включения сигала светофора разрешающего движение пешеходам П-1,3 составляет 21 с, запрещающего ? 48 с.

Рисунок 3.36 ? Диаграмма светофорного регулирования:

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

При сравнении существующего цикла на перекрестке на пересечении улиц Мазурова, Кожара и Тимофея Бородина с циклом оптимизированным при помощи программного продукта TRANSYT-7FR, можно сделать вывод, что удельная задержка (с/авт.) уменьшилась на 28,6 %; количество остановок уменьшилось на 9 %; модельный расход топлива (значение расхода топлива, включает топливо, затрачиваемое во время движения (по сегментам ненулевой длины), при холостых оборотах и в периоды ускорения или торможения, литр/ч) уменьшился на 7 % (сегментами ненулевой длины являются сегменты по улице Мазурова, а сегменты по улице Кожара и Тимофея Бородина являются нулевыми, поэтому расход топлива включает топливо, затрачиваемое во время движения по улице Мазурова, при холостых оборотах и в периоды ускорения и торможения на всем перекрестке в целом), поэтому расход топлива включает топливо, затрачиваемое при холостых оборотах и в периоды ускорения и торможения); время пробега (время пробега определяется как произведение интенсивности движения на сегменте и полного времени, проведенного на сегменте, включая задержки, авт.-ч/ч) уменьшилось на 8,1 % (время пробега на внешних сегментах (улица Кожара и Тимофея Бородина) равно полной задержке); средняя скорость на сегментах (служит показателем эффективности организации движения и вычисляется как отношение полного пробега в автомобиле-километрах к полному времени пробега в автомобиле-часах, при вычислении исключаются все внешние сегменты (сегменты в северном и южном направлении) увеличилась на 8,1 %, при этом эксплуатационные затраты (оценка эксплуатационных затрат охватывает все расходы, связанные с функционированием ТС: дорожные расходы пользователя, включающие, в том числе, стоимость эксплуатации автомобиля, расход топлива и время пассажиров, у.е./час) уменьшилась на 6,4 %; индекс эффективности (показатель невыгодности: «задержки + остановки») уменьшился на 29 %; максимальная степень насыщения уменьшилась на 7 %, максимальная степень насыщения наблюдается на сегменте № 114 (вход С); максимальная длина очереди (авт./сегмент) уменьшилась на 19,5 %, при этом максимальная длина очереди наблюдается на сегменте № 114 равная 7,7 авт./сегмент при существующем цикле, 6,2 авт./сегмент при оптимизированном цикле при помощи программного продукта TRANSYT-7FR.

На рисунке 3.37 показана диаграмма результатов оптимизации существующего цикла.

Рисунок 3.37 - Диаграмма результатов оптимизации

3.2 Расчет светофорного цикла и оптимизация его в среде TRANSYT

Рассчитаем светофорный цикл на перекрестке на пересечении улиц Мазурова, Кожара и Тимофея Бородина по методике Ю. А. Врубеля (приложение В) [3].

На перекрестке со входа С интенсивность движения левого поворотного потока превышает 120 авт./ч, что противоречит ограничению (рисунок В.1), следовательно, вводим три фазы светофорного регулирования.

Режим работы светофорной сигнализации с пофазным разъездом ТС по направлениям на исследуемом перекрестке представлен на рисунке 3.38.

Рисунок 3.38 - Схема пофазного движения ТС и пешеходов:

, , ? соответственно первая, вторая и третья фазы регулирования; 1-4 - направления движения на перекрестке

Интенсивности движения ТС по полосам на исследуемом перекрестке представлены на рисунке 3.16.

Определим расчетные значения исходных параметров и минимальную продолжительность цикла регулирования по пешеходам и по транспорту.

Так как имеются полосы движения, с которых одновременно осуществляется транзитное и поворотное движения либо только поворотное, то произведем приведения интенсивности поворотного движения к транзитному направлению.

Коэффициенты приведения поворотных потоков к транзитному определим по формулам (В.5)?(В.7), а приведение интенсивности поворотного движения к транзитному направлению определим по формуле (В.4):

? I фаза

;

;

;

;

? II фаза

;

;

? III фаза

;

Определим динамический коэффициент состава ТП для каждой полосы в соответствии с формулой (В.9) и таблицей В.1 и коэффициент условий по потоку насыщения в соответствии с формулой (В.10) и таблицей В.2:

Поток насыщения определим по формуле (В.8):

? I фаза

? II фаза

? III фаза

Продолжительность зеленого сигнала для пешеходов определим по формуле (В.11):

Продолжительность переходного интервала для транспорта определим по формулам (В.2) и (В.3):

= 5,9 с.

В результате пешеходный цикл выглядит следующим образом (формула (В.12)):

с.

Продолжительность зеленого сигнала для транспорта определим по формулам (В.14) и (В.15):

? I фаза:

? II фаза

? III фаза

Для II фазы принимаем минимально допустимое значение

Таким образом, минимальная продолжительность цикла по транспорту в соответствии с формулой (В.13) будет составлять:

Полученные транспортные значения фазы ( сравниваем с аналогичными пешеходными ( и в качестве расчетных принимаем большие: для I и II фаз в качестве расчетных принимаем полученные транспортные значения фаз: 42 и 22 c, соответственно, для III фазы, в качестве расчетных принимаем полученные пешеходные значения фазы: 27 c

Таким образом, составим новый цикл:

Для нового цикла проверим, не выходят ли новые значения коэффициента , для этого определяем новые значения в соответствии с формулой (В.8):

? I фаза

? II фаза

? III фаза

Проверяем в соответствии с формулой (В.16):

? I фаза

? II фаза

? III фаза

Так как полученные значения коэффициента существенно превышает рекомендуемые значения, то произведем корректировку цикла, добавляя несколько секунд к соответствующему значению , и так до тех пор, пока значение не станут приемлемыми. Однако, так как предельное значение продолжительности трехфазного цикла должно быть не более 120 с (), то это условие никак не выполняется, поэтому согласимся на повышение (вплоть до его максимальных значений: ? для главных направлений, ? для второстепенных направлений), предельное значение продолжительность трехфазного цикла должно быть не более 120 с ().

Таким образом, скорректированный цикл выглядит следующим образом:

Проверим, не превышают ли новые значения коэффициента максимальных значений, для этого определяем новые значения в соответствии с формулой (В.8):

? I фаза

? II фаза

? III фаза

Проверяем в соответствии с формулой (В.16):

? I фаза

? II фаза

? III фаза

Для данного скорректированного цикла выполняются все ограничения, т.е. он является базовым.

Параметры базового цикла представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Параметры базового цикла

№ п/п	Полоса	A	B	C	D
	Параметр	Индекс	1	2	3	1	1	2	3	1	2
1	Приведенная интенсивность движения, авт./с		0,142	0,147	0,032	0,087	0,133	0,155	0,059	0,061	0,026
2	Коэффициент приведения		1,189	1,003	1,014	1,0	1,126	1,0	1,008	1,0	1,0
3	Поток насыщения, авт./с		0,398	0,471	0,423	0,446	0,420	0,473	0,425	0,446	0,446
4	Интенсивность движения пешеходов, чел./ч		232	79	207	211
5	Цикл регулирования, с		120
6	Зеленый сигнал для транспорта, с		55	55	21	28	55	55	21	28	28
7	Зеленый сигнал для пешеходов, с		28	55	28	55
8	Переходной интервал, с		4	4	6	6	4	4	6	6	6
9	Коэффициент загрузки полосы	X	0,8	0,7	0,4	0,8	0,7	0,7	0,8	0,6	0,2

Диаграмма регулирования представлена на рисунке 3.39. Продолжительность цикла регулирования составляет 120 сек, светофорное регулирование - трехфазное. Длительность первого основного такта составляет 55 с, второго - 21 с, третьего - 28 с. Длительности первого промежуточного такта составляет 4 с, второго и третьего - 6 с. Продолжительность включения сигала светофора разрешающего движение пешеходам П-2,4 составляет 55 с, запрещающего ? 65 с. Продолжительность включения сигала светофора разрешающего движение пешеходам П-1,3 составляет 28 с, запрещающего ? 92 с.

Рисунок 3.39 ? Рассчитанная диаграмма светофорного регулирования:

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

Так как в соответствии с нормативами на исследуемом перекрестке должно быть организовано трехфазное светофорное регулирование, то оптимизируем цикл, рассчитанный по методике Ю. А. Врубеля, при помощи программного продукта TRANSYT-7FR.

Для оптимизации цикла такого цикла в среде TRANSYT-7FR необходимо повторить шаги, как и при оптимизации существующего цикла.

Первый шаг ? создание новой модели TRANSYT (меню «Файл» - «Создать»), введем следующие параметры в окно «Создание входного файла TRANSYT» (рисунок 3.40):

? имя файла ? Модель перекрестка 3 фазы.tin;

? заголовок - Модель перекрестка;

? схема нумерации - оставляем без изменения;

? количество перекрестков - 1;

? количество дорог - 0;

? длительность цикла, с - 120;

? период анализирования, мин - 15;

? количество временных отрезков ? 1;

? метрическая система мер - ставим флажок;

? правостороннее движение - ставим флажок;

? интенсивность движения, ТС/ч - 100;

? поправка на часы пик - так как исследование интенсивности на перекрестке проводилось в пиковый период, поэтому поправка на часы пик будет составлять 1,00;

? поток насыщения, ТС/ч - 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, с, и длина участка детектирования, м - оставляем без изменения.

Рисунок 3.40 - Ввод соответствующих параметров

При выполнении второго и третьего шага: создание полос движения (меню «Правка» - «Полосы») и кодирование точных значений интенсивности для сегментов № 113, 105, 114 и 107, действия аналогичны, как и при оптимизации существующего цикла (рисунки 3.13 и 3.17).

Четвертый шаг - задание фазовых таблиц (меню «Правка» ? «Расписание»).

Начнем с редактирования фазы № 1. В списке С / Ю / З / В выбираем подъезд на запад, подлежащий редактированию. Далее указываем, какие из направлений активны: прямо, направо в продолжение текущей фазы для данного подъезда. Затем в списке С / Ю / З / В выбираем подъезд на восток и указываем, какие из направлений активны: прямо, направо. Аналогично редактируется фаза № 2 и фаза № 3 в соответствии со схемой пофазного движения (рисунок 3.38).

Установим продолжительность горения зеленого, желтого и общего красного в соответствии с диаграммой регулирования представленной на рисунке 3.39. В соответствии с нормативами минимальное значение продолжительности горения зеленого сигнала составляет: , поэтому минимальную длительность для второй фазы установим равную 20 с (переходной интервал составляет 6 с). Для первой и второй фазы минимальная длительность увеличена для обеспечения безопасности пешеходов (продолжительность разрешающего сигнала для пешеходов рассчитывается аналогично, как и при оптимизации существующего цикла: первая фаза ? 14 с, третья фаза - 21 с): первая фаза ? 18 с, третья фаза - 27 с, при условии, что переходной интервал составляет 4 с для первой фазы и 6 с ? для третьей.

В модели TRANSYT не предполагаются различия между интервалами желтого и общего красного. Можно скомбинировать интервалы желтого и общего красного как единый интервал желтого, задавая нулевую длительность красного, и это никак не скажется на результатах моделирования. Если в реальности желтого сигнала нет, «ложный» интервал желтого должен быть закодирован в любом случае, при этом минимальная длительность интервала желтого сигнала должна составлять не менее 1 секунды. Поэтому для второй фазы, в качестве «ложного» сигнала, продолжительность желтого введем равным 1 с, а продолжительность красного ? 5 с.

Заполненное окно «Расписание для перекрестка» представлено на рисунке 3.41.

Рисунок 3.41 - Заполненное окно «Расписание для перекрестка»

Пятый шаг - расчет потоков насыщения (меню «Правка» ? «Дополнительно» ? «Пропускная способность»).

Потоки насыщения, рассчитанные для сегментов № 101, 103, 105, 107, 113, 114, аналогичны, как и при расчете потоков насыщения при оптимизации существующего цикла (таблица 3.2). Уровни интенсивности насыщенного потока второстепенных общих сегментов (№ 109-112) в кодировании не нуждаются, поскольку определяются внутри имитационной модели. Однако уровни интенсивности насыщенного потока для сегментов № 106 и 108 необходимо определить, так как эти сегменты выделены в отдельную фазу, и не требуют разрешения движения.

Параметры для сегментов № 106 и 108, необходимые для расчета потока насыщения и результаты расчета сведены в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 ? Параметры для сегментов № 106 и 108 необходимые для расчета потока насыщения и результаты расчета

Номер сегмента	106	108
Базисный свободный поток, ТС/п/чз	1800
Количество полос	1	1
Ширина полосы, м	3,5	3,5
Грузовой транспорт, %	4	2
Уклон, %	0	0
Количество парковок	стоянка запрещена
Количество останавливающихся автобусов	0	0
Тип зоны	другой
Использование полос	список блокируется
Направление движения	налево	налево
Влияние пешеходов или велосипедистов на левом повороте	отсутствует	отсутствует
Влияние пешеходов или велосипедистов на правом повороте	отсутствует	отсутствует
Поток насыщения, ТС/чз	1625	1659

Используем окно «Движение на перекрестке» (меню «Правка» ? «Движение» для просмотра результата корректировки величины потоков насыщения (рисунок 3.42).



Рисунок 3.42 - Откорректированные величины потока насыщения

Шестой шаг - параметры расчета (меню «Правка» ? «Анализ»).

В качестве целевой функции в процессе оптимизации выберем функцию показатель невыгодности (DI), в качестве показателя невыгодности выберем задержки.

Для проверки правильности создания модели произведем имитацию существующих условий. Параметры для окна «Параметры расчета» аналогичны, как и при имитации существующего цикла. Запустим модель нажав на значок «запустить TRANSYT-7FR» либо меню «Пуск» ? «Запустить TRANSYT-7FR». Если ошибок не выявлено, то на экране появится отчет о текущих транспортных данных рисунок 3.43.

Рисунок 3.43 - Результаты имитации

Показатели эффективности управления дорожным движением представлены на рисунке 3.44.

Рисунок 3.44 - Показатели эффективности

Далее приступаем к оптимизации. Для этого выбираем меню «Правка» -«Анализ». В появившемся окне «Параметры расчета» выбираем «оптимизация», выбираем, что хотим оптимизировать - длительности фаз и длительность цикла. Для оптимизации цикла: длительность цикла и длительность фаз используем генетический алгоритм. В качестве минимальной длины цикла установим 65 с, так как в окне «Расписание для перекрестка» (меню «Правка» ? «Расписание») установлены минимальны длительности фаз 18, 20 и 27 с; в качестве максимальной длины цикла установим 120 с, так как существуют ограничения в длительность цикла в зависимости от количества фаз (? для двухфазного цикла; ? для остальных циклов). Шаг цикла установим равным 1 с.

Отредактированное окно «Параметры расчета» необходимое для оптимизации длительности цикла и длительности фаз представлено на рисунке 3.45.

Рисунок 3.45 ? Отредактированное окно «Параметры расчета»

После того как модель TRANSYT создана выполняется запуск оптимизационного расчета с учетом заданных параметров, нажатием на значок , в результате на экране появится окно, где можно просмотреть длительность цикла и длительность фаз (раздел.) до и после оптимизации, просмотреть изменение основных показателей работы перекрестка (рисунок 3.46).

Рисунок 3.46 - Результаты оптимизационного расчета

Можно сделать вывод, что в результате оптимизации длительность цикла уменьшилась до 92 сек, длительность I фазы составляет 45 с, длительность II фазы - 20 с, длительность III фазы - 27 с.

Чтобы получить типовой подробный выходной отчет TRANSYT, загрузим punch-файл, и, используя данные этого файла, осуществим сеанс имитации.

Результаты имитации, в виде отчета о текущих транспортных данных представлены на рисунке 3.47, а данные представленные в виде показателей эффективности управления дорожным движением представлены на рисунке 3.48.

Рисунок 3.47 -Результаты имитации: отчет о текущих транспортных данных

Рисунок 3.48 - Результаты имитации: показателей эффективности управления дорожным движением

Диаграмма светофорного регулирования представлена на рисунке 3.49. Продолжительность цикла регулирования составляет 92 с, светофорное регулирование - трехфазное. Длительность первого основного такта составляет 41 с, второго - 14 с, третьего ? 21 с. Длительности первого промежуточного такта - 4 с, второго и третьего - 6 с. Продолжительность включения сигала светофора разрешающего движение пешеходам П-2,4 составляет 41 с, запрещающего ? 51 с. Продолжительность включения сигала светофора разрешающего движение пешеходам П-1,3 составляет 21 с, запрещающего 71 с.

Рисунок 3.49 ? Диаграмма светофорного регулирования:

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

При сравнении цикла рассчитанного по методике Ю. А. Врубеля, на перекрестке на пересечении улиц Мазурова, Кожара и Тимофея Бородина с циклом оптимизированным при помощи программного продукта TRANSYT-7FR (три фазы), можно сделать вывод, что удельная задержка уменьшилась на 24,1 %; количество остановок увеличилось на 1 %, однако модельный расход топлива уменьшился на 5,7 % (расход топлива включает топливо, затрачиваемое во время движения по улице Мазурова, при холостых оборотах и в периоды ускорения и торможения на всем перекрестке в целом); время пробега уменьшилось на 10 % (время пробега на внешних сегментах (улица Кожара и Тимофея Бородина) равно полной задержке); средняя скорость на сегментах (по улице Мазурова) увеличилась на 12,3 %; при этом эксплуатационные затраты уменьшилась на 2,7 %; индекс эффективности уменьшился на 24,2 %; максимальная степень насыщения уменьшилась на 3 %, максимальная степень насыщения наблюдается на сегменте № 108 (вход С, крайняя левая полоса); максимальная длина очереди уменьшилась на 19,9 %, при этом максимальная длина очереди наблюдается на сегменте № 114 (вход С) равная 13,6 авт./сегмент при цикле, рассчитанном по методике Ю. А. Врубеля, 10,9 авт./сегмент при оптимизированном цикле при помощи программного продукта TRANSYT-7FR.

На рисунке 3.50 показана диаграмма результатов оптимизации цикла рассчитанного по методике Ю. А. Врубеля.

Рисунок 3.50 - Диаграмма результатов оптимизации

3.3 Расчет двух связанных перекрестков при помощи программного продукта TRANSYT

Программный продукт TRANSYT-7FR предназначен для расчетов одного или нескольких (до 99) связанных перекрестков. В качестве ознакомительного исследования с DEMO-версией программы TRANSYT-7FR произведем предположительный расчет двух связанных перекрестков: перекресток на пересечении улиц Мазурова, Кожара и Тимофея Бородина и на пересечении улиц Каменщикова, Мазурова и Огоренко - выполним оптимизацию беспрепятственного движения. Фото двух перекрестков из карты представлено на рисунке 3.51.

Рисунок 3.51 - Фото двух перекрестков из карты

Перекресток на пересечении улиц Каменщикова, Мазурова и Огоренко является регулируемым. Масштабный план перекрестка на пересечении улиц Каменщикова, Мазурова и Огоренко представлен в приложении Г. Масштаб плана - 1:800.

Улица Каменщикова является главной, улица Огоренко и улица Мазурова - второстепенными. На главной и второстепенной дороге имеется по две полосы для движения в каждую сторону (ширина полосы 3,5 м), причем при подъезде к перекрестку по улице Мазурова (вход С) имеется полоса торможения для поворота налево или разворота (ширина полосы 3,5 м). Следует отметить, что по отношению к главной дороге (вход B и D) исследуемого перекрестка второстепенная дорога смещена, тем самым перекресток имеет форму четырехстороннего остроугольного перекрестка (Х-образный).