экспертные методы управления транспортными потоками 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

Введение

 

    Способы управления в большинстве случаев  выбираются на основании нормальных условий, т. е. без насыщения, и целью  процесса управления было свести до минимума общее время остановок и количество останавливающихся транспортных средств. Однако реальная жизнь приносит заторы во время часов пик, которые появляются регулярно, а в случае ДТП — случайно. Такие заторы могут вызывать значительные проблемы, заключающиеся в том, что они полностью или частично блокируют транспортную сеть и в связанных направлениях. В таких случаях необходимо использовать экспертное управление, которое имитирует действия оператора, устраняющего последствия таких ситуаций. Следовательно, экспертное управление исходит в большинстве случаев из эвристических знаний эксперта. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Экспертные методы  управления

1.1. Определение проблемы насыщенных движением сетей

 

    Условия насыщения дорог связаны не только с ростом количества транспортных средств  и несравненно более медленными изменениями транспортной инфраструктуры городов, но и нежеланием части жителей пользоваться городским пассажирским общественным транспортом, несмотря на то, что он работает на фоне постоянно растущих транспортных очередей и способа вождения с остановками («Stop and go»). С этими проблемами можно встретиться не только в городах, но и на автомагистралях и других дорогах в незастроенной пригородной зоне.

    Несмотря  на то, что заторы при нормальных условиях длятся «всего» десятки  минут, их последствия являются очень  важными, так как кроме того, что чрезвычайно увеличивается потребление горючего со всеми экологическими последствиями для окружающей среды, супцествуют два не менее важных последствия:

    возможность полной блокировки сети стоящими транспортными  средствами, - длительная неустойчивость сети после ликвидации затора,

    резкое  увеличения вероятности возникновения  дорожно-транспортных происшествий.

    В нормальных (без насыщения) условиях управление используется с целью  повышения безопасности, плавности  движения и предотвращения возникновения

    колонн. В условиях насыщения основным требованием  является оптимальным образом исключить  образование колонн или свести до минимума их длину и стабилизировать  транспортную сеть. Поэтому, как правило, выбираются стратегии управления, отличные от стратегий управления узлом, в случае которых измеряются значения интенсивности на входах перекрестков, и узел управляется по этим параметрам.

    В транспортной сети, в которой появляются заторы, недостаточно измерять только один параметр, но необходимо классифицировать транспортный поток в выбранных точках сети1, а также необходимо измерять так называемый «всплеск количества транспортных средств». Последний обычно измеряется в точке входа на перекресток. В этом случае с целью упрощения часто используется измерение занятости индуктивной петли длиной около 30 м, которая способна оценивать степень затора.

    Насыщение появляется везде там, где требования транспорта превышают предельную пропускную способность дороги. Поэтому нужно  как можно точнее знать I суточную кривую распределения интенсивности движения в местах, в которых I появляются заторы. Из публикуемых до настоящего времени данных, касающихся | стратегии управления в условиях насыщения, которых, кстати, очень мало, вытекает, I что эффективность управления заметно растет со временем прогноза. Это значит, что I при управлении транспортом в условиях насыщенной сети необходимо использовать \ аппарат прогнозирования, который позволит определить место и скорость перехода I в состояние насыщения.

    Насыщение транспортного потока

    Основным  требованием, предъявляемым к системе  управления транспортным I потоком, является обеспечение наиболее благоприятных  условий участникам в данной I сети. Целью является обеспечение хотя бы плавного движения транспортных средств I и при минимальной скорости движения. Уровень загрузки дороги на данном участке I характеризует уровень удобства движения, также называемый уровень обслуживания I (Level Of Service), создается объективно или субъективно и соответствует определенной I транспортной нагрузке. В соответствии с установленными состояниями транспортного I потока от 1 до 5, состояние насыщения транспортного потока выражается степенью 5,

    когда колонна останавливается и транспортные средства движутся неравномерно. Задачей  системы управления является идентифицировать место, в котором

    начинают  образовываться заторы, т. е. найти точку  образования насыщения.

    Определение насыщения: элемент транспортной сети находится на пределе насыщения, если любое и минимальное ухудшение  транспортных условий и/или увеличение уровня загрузки движением вызывает скачкообразное изменение времени движения.

    Типичным  примером такого скачкообразного изменения  является состояние \ насыщения на управляемом  светофорами перекрестке, где транспортное средство I должно остановиться более одного раза. В результате этого увеличивается продолжительность остановок и вместо соответствующей части длительности цикла I оно становится равным n-кратному значению длительности цикла. Таким образом, можно наблюдать скачкообразное изменение на участке дороги, который транспортное средство не проходит с равномерной, хотя и малой, скоростью. Изменение проявляется в увеличении длительности остановок в колонне транспортных средств.

    Целью является определить самое вероятное  появление очередей транспортных средств.

    На  основании ряда измерений было установлено, что насыщение транспортного  потока проявляется графически в  системе координат «Использование дороги (IX) V) - требование транспорта (плотность)»  в виде необратимого процесса. На рис. 2.29 показана взаимная связь между использованием дороги и требованиями транспортного потока1. Транспортный поток в каждый момент времени представлен одной точкой данного графика. С ростом требований ухудшается степень использования дороги. Это состояние выражается отрезком линии между точками 1 и 2. В данный момент начинают проявляться транспортные проблемы (колонны, блокировка направлений поворота и т. п.). В точке 2 потенциальная нагрузка стала равной пропускной способности дороги. Дальнейшее повышение требований вызывает скачкообразное изменение степени использования дороги. Крутизна кривой между точками 2 и 3 определяется двумя факторами:

    — длительностью существования «перегрузки»,

    - значением виртуальной перегрузки.

    

    Рис. 1.1. Графическое представление насыщения 

    Если  требования становятся ниже уровня, представленного  точкой 3, то система не переходит  в исходное состояние, и линия, соответствующая  выходу из состояния насыщения, находится ниже «исходной» линии, которая отражает переход в состояние насыщения. Условия насыщения образуют кривую гистерезиса, площадь которой определяет потери качества транспортного потока. Площадь, ограниченная линиями, связана со степенью и длительностью перегрузки. Направление возрастающей нагрузки соответствует движению вдоль линии 1-2, и направление уменьшающейся нагрузки соответствует движению вдоль линии 3-5. Линии 2-3 и 5-6 являются по существу теоретическими и с точки зрения времени они являются однонаправленными. Предложенная стратегия управления влияет на соотношение нагрузки дороги и степени качественного состояния транспортного потока и она может оказывать существенное влияние на поведение всей сети.

    Необходимо  отметить, что насыщение, как правило, появляется в «слабых» местах транспортной сети. В этих местах оно может возникать случайно как результат отказа транспортного средства или происшествия, а также регулярно в результате высоких

    Для упрощения предполагается линейная зависимость.

    Транспортный  поток во всей сети образован взаимно  соединенными элементами. Насыщение  может появиться на изолированных  улицах или узлах практически  без воздействия на ситуацию в  транспортной сети (ограниченное насыщение  в одной точке), или оно переносится в оставшуюся часть системы и существенно влияет на ее функционирование (это состояние иногда называют «гангренным» насыщением), причем в таком режиме необязательно, чтобы все улицы или узлы находились в состоянии насыщения.

1.2. Модель задержки в транспортном узле

 

    В данном разделе сначала рассматривается  модель задержки в узле, если не выполняются  условия насыщения. В таком случае можно использовать способ транспортно- зависимого регулирования транспортной сети. Далее отмечается возникновение  очередей, которые следовало бы постоянно оценивать и ввести экспертное управление еще до того, как они увеличатся до такой степени, что ухудшат условия движения транспортного потока во всей сети. Более подробный анализ ооведения узла в условиях насыщения можно найти в [37].

    В теории управления транспортными потоками принципиальное значение имеет определение  задержки и длины очередей в узле или группе узлов, так как этим способом можно оценивать выбранную  стратегию управления. Транспортная задержка и длина очередей - это основные качественные параметры оценки состояния транспортного потока в узле и последующего определения расхода горючего и экологической нагрузки среды в окрестности узла.

    В настоящем разделе рассматриваются  очереди, возникающие на перекрестках как результат систематического процесса и стохастических составляющих. Систематическая составляющая транспортного потока основана на аналитически выраженной аналогии гидродинамической модели, используемой в физике. Основные параметры транспортного потока, такие как интенсивность, скорость и плотность, соответствуют параметрам протекающей жидкости физического вещества. Параметры транспортного потока при использовании этой модели изменяются непрерывно в пространстве и времени.

    Стохастическая  составляющая транспортной задержки на перекрестках основана на статистическом распределении в месте подъезда к перекрестку, т. е. к стоп—линии, и на статистическом распределении уезжающих транспортных средств, связанных с распределением длительностей сигнала «Проезд разрешен», определяемых системой управления.

    Как уже было сказано, модель задержки транспортных средств в узле содержит систематическую  и стохастическую составляющие. Систематические  составляющие [оцениваются при выполнении следующих требований:

    (а) Нулевая длина очереди в конце зеленого сигнала.

    (б) Равномерный приезд транспортных средств с крутизной q в течение цикла длительностью с; равномерный отъезд транспортных средств с крутизной насыщения £ в случае образования колонны и с крутизной д после рассасывания колонны.

    (в) Интенсивность в области приезда не превосходит пропускную способность въезда, определенную произведением интенсивности насыщения на въезде 51.

    

    Рис. 1.2.

    Систематические составляющие модели задержки: отношение эффективной длительности интервала зеленого сигнала1, уменьшенного на 2-4 с для учета времени разгона транспортных средств в начале зеленого сигнала и увеличенного на 2-3 с для учета проезда при желтом сигнале, к длительности цикла ^с.

    Принципиальная  диаграмма, описывающая модель задержки и профиль очереди, созданный  на основании данной теории, показана на рис. 2.30. Площадь под кривой представляет собой общую систематическую  задержку. По этому графику можно, кроме основного параметра, каким является средняя задержка в пересчете на транспортное средство (общая задержка всех транспортных средств, деленная на их количество), определить и другие

    важные  параметры, как количество остановившихся транспортных средств максимальное количество транспортных средств в очереди £тах и среднее

    значение  длины очереди Эта модель соответствует  действительности в диапазоне интенсивности  от малой до средней, когда отношение  интенсивности к потоку насыщения меньше значения 0,5. При большем значении отношения может не выполняться условие нулевой длины очереди в начале цикла.

    Считается длительностью зеленого сигнала.