Визначення раціональних параметрів координованого управління дорожнім рухом на міських магістралях

Abstract

Дисертаційна робота присвячена рішенню науково-прикладної задачі визначення раціональних параметрів координованого управління дорожнім рухом на міських магістралях (ММ) з розділювальною смугою. Актуальність роботи визначається необхідністю розвитку функціонуючих у містах України локальних систем світлофорного регулювання, які мають обмежену ефективність. Для визначення найкращого варіанту розвитку був проведений аналіз існуючих підходів до визначення параметрів роботи світлофорних об’єктів (СО) і методів побудови планів магістральної та мережевої координації світлофорів. В результаті було встановлено, що на даний час переконливих вказівок на ефективні напрями координації роботи СО в містах ще не існує, а більшість праць присвячена налаштуванню адаптивних СО на забезпечення ефективної реакції світлофорів на динамічний характер транспортних потоків (ТП), у тому числі в мережах, де функціонує декілька світлофорів на суміжних перехрестях. Методичні керівництва з організації дорожнього руху (ОДР) різних країн світу в основному пропонують використовувати для створення планів координації (ПК) просторово-часову діаграму (ПЧД) лінійної координації, хоча при цьому визнають її занадто спрощений характер і не надають чітких рекомендацій стосовно особливостей її практичного використання. Іншим варіантом координації є використання створеного на цей час програмного забезпечення (ПЗ) з жорсткої або адаптивної координації, в якому також використовуються спрощені математичні моделі для створення ПК. При цьому, з фінансової точки зору, перехід до координованоїроботи локальних світлофорів у транспортних системах українських міст є найбільш доступним напрямом розвитку світлофорного управління (СУ) рухом. Це вказало на потребу в удосконалені існуючих методів формування планів магістральної координації, за рахунок поглибленого врахування головних особливостей процесу координованого руху транспортних засобів (ТЗ), які полягають в їх груповому прибутті з пачки зеленої хвилі (ЗХ) на чергове перехрестя; наявності ТЗ, що доповнюють пачку ЗХ, починаючі з другого перехрестя координованого фрагменту магістралі; і додаткових можливостях налаштування ПК, які забезпечуються наявністю на магістралі розділювальної смуги та світлофорних циклів (СЦ) з виділеним в окрему фазу лівим поворотом. Розроблена в дослідженні двоетапна процедура створення лінійного ПК дозволила врахувати особливості групового прибуття пачки ЗХ до чергового регульованого перехрестя на ділянці ММ, що координується, і наблизила кінцеве рішення цієї задачі до глобального мінімуму часу очікування можливості проїзду ТЗ через регульоване перехрестя. Створена в роботі за умови повного роз’їзду черги автомобілів протягом дозвільного сигналу аналітична модель затримок на регульованому перехресті надала можливості визначити граничний рівень завантаження другорядних підходів до ММ з координованим управлінням, який має враховуватися при побудові ПК. За допомогою імітаційного експерименту, вона також дозволила обґрунтувати можливість використання формули затримки Вебстера на другому, емпіричному етапі побудови плану. Оцінка ймовірності виникнення неповної пачки автомобілів при координованому управлінні на ММ привела до отримання аналітичної залежності, яка збіглась з аналогічною ймовірністю в однолінійній системі масового обслуговування зі стандартною дисципліною обслуговування FIFO (First In First Out) і з показниковим законом розподілу часу обслуговування. Завдяки цьому діапазон застосування залежності шуканої ймовірності від навантаження розширився на регульовані перехрестя, що, внаслідок її зворотного лінійного характеру, дозволило позбавитися обмежень на вибір раціонального розміру пачки і робити його виходячи виключно з міркувань мінімізації часу затримок учасників руху при поїздках координованим фрагментом ММ. Об’єктом для вивчення характеристик координованого руху в роботі обраний фрагмент однієї з магістральних вулиць загальноміського значення міста Харкова – просп. Науки, від просп. Незалежності до вул. Мінської, який має розділювальну смугу, достатню довжину і кількість СО. На ньому спостерігається постійно висока інтенсивність руху (ІР) протягом навантаженого денного періоду робочої доби, яка приводить до високого рівня завантаження більшості під’їздів до регульованих перехресть і, відповідно, до значних затримок при його подоланні. Саме для цього випадку, за допомогою розробленого ПЗ, в дослідженні створений ПК роботи світлофорів, ефективність якого оцінювалась трьома різними способами: якісним, за допомогою сервісу Google Maps, методом «тестового автомобіля» і за допомогою сервісу TomTom. Всі вони переконливо засвідчили перевагу ПК над функціонувавшим до нього локальним варіантом роботи світлофорів на досліджуваному фрагменті просп. Науки. Покращення умов руху вдалося досягти не лише на маршруті руху пачки ЗХ, а й для всіх інших напрямків руху, які його торкаються. При цьому, зростання швидкості поїздок відбулося на фоні значного підвищення ІР ТП, що свідчить про великий позитивний вплив координації роботи світлофорів на пропускну спроможність (ПС) ММ та її значні переваги по зрівнянню з функціонуванням локальних світлофорів в адаптивному режимі. Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що вперше: - створено новий метод формування плану магістральної координації, який на відміну від існуючих, базується на визначенні загальної тривалості світлофорного циклу на перехрестях, що координуються, на основі вибору раціональної довжини пачки транспортних засобів у зеленій хвилі; - отримано аналітичну оцінку ймовірності виникнення неповної пачки автомобілів у залежності від рівня завантаження напрямку руху, яка на відміну від існуючих, заснована на стандартних, для світлофорів з постійним циклом, припущеннях. Отримали подальший розвиток методи світлофорного управління транспортними потоками в містах за рахунок визначення критичного навантаження на другорядних підходах до ММ, що координується. Удосконалені методи планування розвитку систем ОДР у містах. Практичне значення результатів дослідження полягає у створенні комп’ютерної програми формування раціонального плану координації на ММ з розділювальною смугою та впровадженні створеного за її допомогою плану на ділянці просп. Науки від просп. Незалежності до вул. Мінської в місті Харкові.