Управление методическое руководство по

ВикиЧтение

Управление бизнес-процессами. Практическое руководство по успешной реализации проектов
Джестон Джон

МИНИСТЕРСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ РСФСР

Государственный дорожный проектно — из ы скатель ский и научно — исследовательский институт

ГИПРОДОРНИ И

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

ПО СТРАТЕГИИ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМИ
ПОТОКАМИ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ
МАГИСТРАЛЯХ
( АРДАМ )

Утверждено

Ги продорнии .

Протокол № 2

от 28.03.80

Москва 19 80

В настоящем издании на основе опыта разработки первой
в стране системы автоматизированного управления движе н ием н а автомобильной магистрали Москва — Рига ( система АР Д АМ ) излагаются материалы по стратегии управления транспортными потоками , которые могут найти применение при проектировании анало ги чных систем .

Даны основные принципы организации движения на автомобильной магистрали , оборудованной системой АРДАМ , и описан и е комплекса применяемых в системе технических средств .

Приведена блок — схема объемлющего алгоритма управления , а также методическая основа контура ручного упра в ления и модельная основа контура автоматического управления . Подробно рассмотрены алгоритмы опре д еления допустимых скорост е й , расчета управляющих программ , анализа входных сигналов , оценивания фазовых переменных транспортного потока и пропус к ной способности участков магистрали , синтеза корректирующих уп равлений . В двух приложениях приведены результаты исследова ни я характеристик транспортного пот ока на автомобильных магистралях и иссле д ов ания работы въезда на магистраль .

В основу настоящего издания положены результаты научных
исследований ,
связанных с разработко й системы АРДАМ и проведе н ных в Ги продорнии в 1 973 — 1 978 гг . под руководством канд . техн . н аук , доцента А . П . Васильева . Им осуществлено научное
редактирование издания и написаны пп . 1; 4.1; 4.4 ; 4.5; 5. Канд . т ехн . н аук В . Д . Б еловым написаны п . п . 1; 3; 4.1; 4.2; 5 и приложения . Канд . т ехн . н аук М . Я . Б линк ины м написаны п . п . 1; 4.1 ; 4.3; 4.5 — 4.9; 5, он также принял участие в подготовке
приложени й . Материалы С КБ Пром ы шленной автоматики легли в
основу п .
2 и частично использованы в п . 4.1.

Директор Гипродорнии

канд. техн. наук Е.К.
Купцов

1 .
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Возрастающие объемы автомобильных пер е возок , увеличени е
скорос тей и интенсивности движения и связанный с ними рост
числа дорожно — транспортных происшествий предъявляет новые , все боле е высокие требования к техническому совершенству автомобильных дорог , их инженерному оборудованию и состоянию , транспор тн о — э ксплуа тационны м хара к теристикам и организации движения в
процессе эксплуатации . Важную роль в решении этих задач играет
создание автоматизированных систем управления движением . Первая в отеч е ственной практике такая система — система АР Д АМ — включена в проект участка МКАД — И с тра автомобильной дороги Москва — Рига .

1 .1 . Необходимой пред п осылкой создания систем управления движением на автомобильных магистралях является формирование стратегических концеп ц ий , комплекса моделей управляемого объекта и основанных на них алгоритмов пер е работки информации и принятия управля ющ их решений .

1 .2 . Объектами управления в этих системах являются : транспортный поток на автомобильной магистрали и транспортные потоки на въездах ; состояние поверхност и покрытия и обочин автомагистрал и .

К средствам управления относятся управляемые многопозиционные знаки основной магистрали , знаки и светофоры на въездах и съездах , а также технически е средства и ресурсы дорож н о — э к сплу атаци онн ой службы ( аварийно — патрульной и службы зимнего
содержания ).

1 .3 . Конечной целью управления функционированием автомобильной дороги и дорожным движением является обеспечение высокой народнохозяйственной эффективности транспортировки грузов и пассажиров путем повыш е ния эффективности работы автомобильного транспорта и автомобильной дороги , удобств и безопасности движения .

Для отдельной дороги цель управления может быть сформулирована следую щ им образом :

При заданных характеристиках транспортного потока и аппарата обслуживания ( т . е . постоянных и переменных парам е трах автомагистрали ), процесса обслуживания ( т . е . характеристик уровня содержания дороги и организации движения ), с учетом состояния метеорологич е ских условий в каждый момент времени обеспечивать требуемые показатели функционирования дороги и дорожного
движения
( скорость , пропускную способность и безопасность движения ), определяемые из условия минимума приведенных дорожно — транспортных затрат на перемещение грузов и пассажиров .

Исходя из этого целью управления на технологическом уровне
являются достижение удовлетворительного компромисса между задержками первого рода , в качестве которых здесь выступают задержки на въездах , и второго рода , вызванные снижением скорости
при повышении плотности транспортного потока, и уровнем безопасности движения .

1 .4 . Вследствие выше сказанного специфика систем управления транспортным потоком на автомобильных магистралях коренным образом отличается от по л учивших широкое распространение в отечественной и зарубежной практике систем светофорного регулирования в городах . Она обуславливает появление обширного круга вопросов , относя щ ихся к стратегии управления указанным объектом , решение которых необходимо для проектирования и функционирования системы АР Д АМ .

1 .5 . Принципиальные ограничения на стратегические концепции и конкретные алгоритмы управления обуславливаются геометрическими параметрами и тра н спортно-э ксплуатационными характеристиками дороги , схемой организации движения и составом технических средств системы АРДАМ . В свою очередь , с тратегия и алгоритмы управления оказывают влияние на выбор указанных параметров и характеристик дорог , а также методов и схем организации движения . Поэтому разработка систем автоматизированного управления и проектирование автомагистрали должны выполняться одновременно .

1 .6 . Формирование основных положени й стратегии управления в системе АРДАМ сводится к решению следующих научно — технических задач :

постановка цели управления движением на содержательном
уровне и введение формализованного критерия качества управления ;

выбор структуры объемлющего алгоритма управления ;

рациональное ра с преде ление задач между контурами автоматического и ручного управления ;

разработка модельной основы алгоритмов из контура автоматического управления и методической основы работы оператора
( контур руч н ого управления );

выбор принципов переработки ма к роуро вневой информации о п араметрах т ран спортного потока и использования информации о
параметрах окружающей среды и дорожных условий .

1 .7 . Решени е большинства из пер е численных задач может быть осу ще ствлено лишь на базе изучения характеристик транспортного потока на существ ующи х автомобильных магистралях . Поэтому была осуществлена программа натурных экспериментов по сбору таких данных и отработка основных алгоритмов управления на их основе .

С целью уточнения пр е длагаемых рекомендаций для каждой
вновь проектируемой системы целесообразно проведение д о полнительных исследований условий движения и параметров транспортного
потока на дорогах или участках дорог со своими характеристиками , близкими к проектируемой дороге .

2 .
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СИСТЕМЫ АРДАМ^*)

^*) Раздел составлен по материалам ,
предоставленным СК В Про мавтоматик а .

Комплекс техничес к их средств системы АРДАМ включает в
себя устройства центрального управляющего пункта , п е риферийные технические средства , линии связи ,
систему телевизионного обзора , систему аварийной связи , сервисное оборудование и контрольно — измерительную аппаратуру .

2. 1 . В состав оборудования централь н ого управляю щ его пункта входят : у п равл яющий вычислительный комплекс , пульт управления и аппаратура обм е на информации .

Управляющий вычислительный компл е кс ( УВК )
системы АРДАМ — с пецифиц ированный комплекс , ском п онованный на ос н ове сер ий но — выпу ск аемой ЭВМ с использованием допо л нительных модулей и устройств из ном е нклатуры средств вычислительной техники .

ЭВМ ,
на базе которой компону е тся УВК , должна удовлетворять
следу ющ им требованиям :

возможность реализации радиальной схемы связи между периферийными устройствами и УВК ;

обеспечение циклического опро с а периферийных устройств с
циклом
1 раз в се кунду ;

осуществление управления периферийными ус т ройст вами в реальном масштабе времени ;

выдерживание мультипроцессорного режима работы в реальном
масштабе времени ;

обладание достаточным объемом оперативной памяти и быстродействие м ;

вычислительная мощность УВК должна обеспечивать развитие
с истемы .

В качестве базы д л я компановки УВК на нынешнем этапе развития техники целесообразно выбирать вычислительный комплекс
СМ — 2
серии СМ ЭВМ , оперативная память которого имеет емкость до 12 в К . В минимальный набор модулей и устройств вычислительного
комплекса входят : два процессора , канал прямого доступа , устройства оперативной памяти , коммутаторы , согласоват ел ь ввода — вывода и таймеры . Двухпроцессорная структура комплекса позволяет использовать разделение задач управления между процессорами и одновременное их выполнение . При выходе из строя одного из
процессоров все задачи , в соответствии с присвоенными приоритетами , будут решаться вторым процессором .

Для получения требуемой конфигурации вычислительный комплекс СМ — 2 дополняется рядом моду л ей и устройств . Так , связь УВК с периферийным оборудованием осуществляется чере з
специальные дуплексные регистры ( Д Р ) и блоки обмена информацией ( Б ОИЦ ). В состав УВК включены устройства для работы с перф о ленточны ми носителями информации для загрузки в У ВМ системных
перфолент , ввода тестовых задач при проведении п р оф илактических и ремонтных работ , вывода перфоле н точн ого носи теля ( н ап ри мер , после отладки программы ). Для выбора и фиксирования информации на бумаге в состав УВК включен ряд устройств печати , пр е дназначенных для обслуживания запросов оператора , вывода суточного журнала функционирования системы и различных форм до ку ментов , вывода на печать информации об отказах оборудования и режимах функционирования системы . В качестве аппаратных средств связи оператора системы с УВК используются дисплейные модули . Вывод технологической информации о функционировании системы на мнемосхему осуществляется через бесконтактные модули кодового управления , подключение которых к УВК производится через мультиплексные расширители интерфейса . В состав УВК включены также — у с тройства вн еш не й пам яти на магнитных дисках (4 ,8 Мбайта ) и лентах (40 Мбайт ).

2.2 . Вклю ч енная в состав оборудования центрального управляющего пункта мн е мосхема выполняет следующие функции :

а )
сигнализиру е т оператору о состоянии каждого дорожного
контроллера ,
управляемого указателя направлений и скорости :

красным цветом — НЕИСПРАВНОСТЬ ;

белым цветом — ОСОБЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ , т . е .
диспетчер с кое управление или ручное управлени е ;

б )
выдает обобщенную информацию об условиях движения и
состоянии оборудования для каждого километра магистрали :

зеленый цвет — движение свободно , оборудование исправно ;

желтый цвет — движение затруднено , затор или ДТП ;

красный цвет — оборудование неисправно ;

в )
высвечивает введенную оператором в ЭВМ информацию о
дорожных условиях (О СА ДКИ , ГОЛОЛЕД , ТУМАН , РЕ МО НТ ) и ДТП (АВАРИЯ ) д л я каждого участка магистрали ;

г )
высв е чивает номера телефонов системы аварийной связи , с которых поступает сообщение об аварии или заторе с маги с трали ;

д )
информирует оператора о включенных сигналах светофоров
на каждом въезд е .

Мнемосхема выполняется в виде схематич е ского изображения магистрали с размещенными на нем инди к аторами , на которой предусматриваются места для размещения теле в изионных экранов , куда поступает информация с элементов магистрали , включенных в систему телевизионного обзора ( в первую очередь с развязок ).

2.3 . Пульт управления совмест н о с аппаратурой обмена информации позволя е т : взять на ко н троль и управление любое периферийное устройство , подключенное к одному ( любому ) каналу с в язи ; в ывести на индикацию содержание любого из байтов контрольной информации этого канала связи ; осуществить контроль исправности сигнальных ламп пульта и мнемосхемы .

2.4 . В состав периферийных технических средств системы АР Д АМ входит ряд специализированных устройств , впервые разрабатыва е мых для этой системы , и устройства из состава агрегатной системы средств управления дорожным движением ( АС С — УД ). Из состава А СС — УД могут быть использованы : дорожные контроллеры для переключения позиций управляемого указателя направлений и упра в ляемого указателя скорости ; детекторы транспорта различных типов для определения прохождения или присутствия транспортной единицы в контролируемой зоне , времени прохождения автомобил е м участка заданной дл и ны , состава транспортного потока ; периферийное устройство обмена информаци е й и ряд других устройств . Специально для системы АРДАМ разработаны следу ю щие п ериферийные
устройства : дорожный контроллер управления въездом , выносной пульт управления , указатель скорости , управляемый указатель направлений .

2.5 . Также специально для системы АРДАМ разрабатывается передвижная лаборатория КП -508, предназначенная для сбора метеорологич е ской информации и информации о состоянии по к рытия с н еобходимой доработкой аппаратуры приоритетного пропуска из состава АСС — УД . Указанная лаборатория собирает данные по метеорологической дальности видимости , коэффициенту сцепления и скорости бокового ветра .

2.6 . В состав технических средств входит такж е сервисное оборудование , включа ю щее передвижной комплект контрольно — измерительной аппаратуры , стационарный комплект диагностической а п паратуры , и контрольно — изм е рительная аппаратура .

3 .
ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ НА АВТОМОБИЛЬНОЙ МАГИСТРАЛИ, ОБОРУДОВАННОЙ
СИСТЕМОЙ АРДАМ

3. 1 . Задачи организации движения

3. 1 .1 . Организация движения на автомобильной магистрали , оборудованной системой АРДАМ , тесным образом связана со стратегией управления движением и направлена на решение задач по обес п ечению
в озможн ос ти движения интенсивных транспортн ы х потоков с большими скоростями и высоким уровнем безопасности движения . В соответствии со стратегией , подробное описание которой приводится ниж е ,
движение транспорта на автомагистрали организуется таким образом : на магистраль производится дозированный и координированный во врем е ни и по длине магистрали впуск автомобилей с прилега ю щей сети дорог . При этом количество впускаемых на каждом въезде автомобилей должно быть таков о ,
чтобы загрузка магистрали не превышала некоторого оптимального уровня . Поток , движущийся по магистрали , дифференцируется по скоростям , величина их определяется в системе на основе сбора данных и анализа условий движения . Производится дросселирование скоростей движения автомобилей по каждой полосе вдоль магистрали , осуществляемое в случае резкого сниж е ния скорости либо затора в каком — либо месте магистрали , вызванного ДТП или другой причиной . Система закрывает отдельные полосы , либо участки магистрали в случае возникновения серьезных ДТП , либо заторов , а также организует обходные маршруты по прилегающей сети дорог .

3. 1 .2 . Решение указанных задач обеспечивается планировочными мероприятиями и применением различных средств организации движения . Планировочные решения должны удовлетворять требованиям п лавности изменения скоростей движения , полной ясности для водителей направления движения и соответствия траекторий движения автомобилей направлениям предназначенных для этого полос . К числу планировочных мероприятий относится устройство проезж их
частей , имеющих достаточное число полос движения , разделительных полос , развязок в разных уровнях , переходно — скоростн ы х полос , применение вертикальных и горизонтальных кривых большого радиуса , устройство продольных уклонов , обеспечивающих движение с расчетной скоростью . Эти мероприятия заложены в проекте дороги и выполня ю тся в процессе ее строительства .

К числу основных ср е дс тв , применяемых для организации движения , следует отнести дорожные знаки , разметку , ограждающие и
направляющие устройства .

3.2 . Особенности режимов движения автомобилей на автомагистралях

Характерной особенностью автомобильных магистралей является движение по ним и н тенсивных потоков автомобиле й с высокими скоростями движения . В этих условиях резко увеличивается длина тормозного пути автомобиля ; во время дождя появляется вероятность возникновения гидропланирования ; возрастает воздействие бокового ветра , меняется восприятие водителем процесса
движения .
В часы « пик »
значительно усложняется управление автомобилем , так как водитель движется в плотном потоке с высокой
скоростью . Водитель вынужден удалять взгляд на значительное
расстояние от автомобиля , что является с ледствием увеличения тормозного пути и возникновения мелькания в глазах боковых предметов дорожно й обстановки . Чтобы рассмотреть какой — либо предмет
знак или сигнал на высокой скорости водитель должен сосредотачивать на нем свой взгляд издалека , иначе у него просто не хватит времени , чтобы опознать его . Малое время , которое водитель может затратить на опознавание средств организации движения , должно учитываться при их применении .

Другой характерной особенностью р е жима дви ж ения на автомагистрали является мно го полосность . Это также затрудняет восприятие водителем информации на знаках и сигналах , осуществляющих управление движением , что накладывает отпечаток на размещение
информации и ее качество .

Однако , условия безопасности движения на автомагистралях
намного лучше ,
так как нет близко идущего встречного потока , отсутствуют потоки транспорта и пешеходов , пересека ющ их основной поток , значительно легче производится процесс обгона . Следовательно , на автомобильных магистралях применяется ограниченное количество предупреждающих и запрещающих знаков и возраста е т роль информационно — указательных знаков и знаков серви с а .

3.3 . Особ енн ости прим ене ния дор ож ных знаков

Дорожные знаки , применяемые на автомобильной магистрали , оснащ е нной системой АР Д АМ , могут быть как с постоянной информацией , т ак и с переменной . При этом для оперативного управления движением используются только знаки с п е ременной информацией .

3.3 .1 . Из числа предупреждающих зна к ов чаще всего используется знак 1 .8 « Светофорное регулирование », который устанавливается перед светофорами , регулирующими въезд на автомагистраль .

3.3.2 . Из знаков приоритета применяются знаки : 2. 1 ^*)« Главная дорога », 2.2 « Конец главной дороги » и 2.4 « Уступите дорогу », устанавливаемые на развязках для организации движения в местах слияния транспортных потоков , а в местах въездов на магистраль у светофоров — знак « Уступите дорогу ».

*) Здесь и далее номера знаков указаны в соответствии с ГОСТ 10807-78 « Знаки дорожные . Общие технические условия ».

3.3. 3 . Из запрещающих знаков применяются знаки 3. 1 « Въезд за п рещен », устанавливаемые в конце участков , на которых организовано односторонне е движение , но возможен ошибочный въе з д со встречного направления , а также знак 3.24 « Ограничение максимальной скорости », размещенные на съездах в конце полос замедления . Величина скорости выбирается исходя из геометрии съезда и качества покрытия .

3.3.4 . Из группы предписывающих знаков наиболее часто применяются следующие :

4. 1 .1 — « Движение прямо » устанавливается на ма ги страли перед въездами на нее в начале полосы ускорения , а такж е в местах примыканий , где повороты могут служить причиной выезда на съезды с односторонним движением н австречу п от оку ;

4 .1.2 — « Движение направо » размещается в местах выезда с АЗС и других объектов на проезды с односторонним движение м ;

4.2. 1 — « Объезд препятствия справа » устанавливается на развязках в местах разветвления потоков , движущихся в противоположных направлениях .

3.3.5 . Наиболее представительная группа знаков на магистрал я х — информационно — указательные . Среди них чаще всего применяются знаки :

5 .1 — « Автомагистраль » устанавливается с табличкой 7.1.1 перед ближайшим к началу на автомагистрали местом разворота или перекрестком , а также с табличкой 7. 1 .3 или 7 .1 .4 перед съездами на магистраль ;

5 .2 — « Конец автомагистрали » применяется в конце автомагистрали и в начале съездов с нее , а также предварительно с табл и чкой 7. 1 .1 на расстоянии 400 и 1 000 м от конца автомагистрали ;

5 .18 — « Ре к оменду емая скорость » указывает величину скорости , с которой рекомендуется движение на данном участке дороги ;

5.20. 1 и 5 .2 0.2 — « П ред варительный указатель направлений » служат для указания направлений движения к населенным пунктам или другим объектам . Знак 5.20. 1 устанавливается на расстоянии не менее 300 м от начала полосы замедления на развязках и повторяется не менее чем за 800 м до начала полосы зам е дления . Знак 5.20.2 размещается над проезжей частью непосредственно перед началом полосы замедления ;

5 .21.1 — « У к азатель направлений » применяется на развязках автомагистрали в местах разделения транспортных потоко в ;

5 .24 — « Н ачало населенного пункта » и 5.25 « Конец населенного пункта » устанавливаются в начале и конце участков автомагистрали , проходящих по территории населенного пункта ;

5 .2 6 — « Н аи ме новани е объекта » дается непосредственно перед объектами , через которые или рядом с ними проходит автомагистраль ;

5 .2 7 — « У к азатель расстояний » применя е тся для указания расстояний до населенных пунктов , расположенных на маршруте . Он устанавливается на выездах из городов и других крупных населенных пунктов , а также между ними не реже , чем через 40 км ;

5 .2 8 — « Ки ломет ровый знак » применяется для указания расстояния от места его установки до одного из конечных пунктов марш ру та . Ус танавл ивается через каждый километр на разделительной полосе или с правой стороны дороги для каждого направле н ия движения ;

5 .2 9.1 — « Номер маршрута » указывается в начале дороги и повторяется через 1 5 — 20 км , а знак 5.29.2 — перед развязками ;

5 .3 3 — « Стоп — л ини я » устанавливается при всех въездах на магистраль у светофоров , где транспорт останавливается при запрещенном сигнале . Он дублирует разметку 1 .1 2 и размещается справа от дороги , непосредственно в створе нанесения разметки 1 .1 2.

3.3.6 . На магистрали , как правило , должен предусматриваться целый комплекс знаков , и н формирующих водителей об объектах сервиса . Размещение и номенклатура этих знаков зависят от места располож е ния отдельных объектов и видов обслуживания .

Знаки сервиса устанавливаются непосредственно у объектов , у мест поворота к ним , если они расположены в стороне от дороги , в последнем случае на знаке должно указываться направлени е
движения к объекту и расстояние до него . Знаки сервиса должны ра з мещаться предварительно за 60 — 80, 1 5 — 20 км и 400 — 800 м от обозначаемого объекта . В этом случае на знаках должно указываться расстояние до объекта .

3.3.7 . Применяемые на автомагистрали знаки имеют увеличенные размеры по сравнению со знаками на дорогах с двумя и тремя поло с ами движения . Так , сторона треугольника предупреждающих знаков составляет 1 ,2 м , а диаметр запрещающих и предписывающих знаков — 0 ,9 м .

Зна к и индивидуального проектирова н ия , у с танавливаемые на автомаги с трали , также имеют существенные отличия от таких же
знаков ,
применяемых на других дорогах . В частности фон знаков 5.20. 1 и
5.20.2 при указании на них нескольких направлений движения должен быть зеленого цвета . На этих знаках надпись , содержащая названи е населенного пункта или объектов , движение к которым осуществляется не по автомагистрали , должна быть выполнена на вставке с синим фоном , а при установке такого знака в пределах населенного пункта наименования объектов этого населенного
пункта выполняются на вставке с белым фоном .

Знак
5.20.2 при указании на нем одного направления движения должен иметь : зеленый фон , если указыва е тся направление движения к н аселенному пункту или объекту , движение к которому осуществляется по автомагистрали , синий
— если движение осуществляется не по автомагистрали , белый
— если указанные объекты
находятся в населенном пункте . Такие знаки с зеленым фоном обычно устанавливаются над основными полосами движения , а с синим и белым — над перех одн о — скорост ны ми полосами для потоков , уходящих с магистрали .

Знаки
5.2 1 .1 должны иметь зеленый фон , если движение к указанным на них населенным пунктам или объектам осуще с твляется по автомагистрали , синий ,
если движение осуществляется по другим дорогам , и белый ,
если указанные на знаке объекты расположены в населенном пункт е .

Знаки
5.24 « Начало населенного пункта », 5.25 « Конец населенного пункта », 5.26 « Наименование объекта », 5.27 « Указатель расстояний», 5.28 « Километровый знак », 5.29. 1 и
5.29.2 « Номер маршрута » должны на автомагистрали также иметь зеленый фон .

Высота шрифта , которым выпо л няются надписи на знаках
5.20. 1 , 5.20.2, 5.21.1
— 5.27, п редназначенных д ля установки на
автомагистрали , должна быть равна 400 или
500 мм .

Наличие на автомобильной магистрали сист ем ы АР Д АМ об у славли вает применение управляемых знаков со сменной информацией . Номенклатура таких знаков зависит от задач , реша е мых в каждой
конкретной системе , но чаще других это знаки , ограничивающие максимальную скорость , либо рекомендующие движение с определенной скоростью , а также предварительные указатели направлений .

В случаях , когда автомагистраль осв е щена , должны прим е няться знаки с внутренним освещением .

3.4 . Особенности применения разметки

Условия движения по автомагистрали отличаются от условий
на обычных дорогах , поэтому применяемая на ней разметка имеет
ряд особенностей . Одной из характ е рных особенностей является
то , что на магистрали применяются не все линии разметки , а чаще всего следующие линии для обозначений :

1 .2 ^*) — края проезжей части ;

^{* )} Здесь и далее номера линий разметки даны в соответствии с ГОСТ 13508-74 « Разметка дорожная ».

1 .5 — границ полос движения ;

1 .8 — грани ц ы между полосой разгона или торможения и основной полосой проезжей части ;

1.9 — полос , предназначенных для реверсивного движения в случаях , когда магистраль не имеет разделит е льной полосы ;

1 .1 2 — места остановки автомобилей на въездах у светофоров , в случае регулирования съезда на магистраль ;

1 .1 6 — направляющих островков в зоне развязок ;

1 .22 — номера дороги или маршрут а ;

2.4 — направляющих столбиков ;

2.5 и 2.6 — боковых поверхностей дорожных ограждени й ;

1 .3 — для разделения транспортных потоков противоположных направле н ий в случаях , когда авто м агистраль не имеет разделительной полосы и

1 .11 — попутных направлений в случаях примыкания к проезжей части магистрали дополнительной полосы , чтобы исключить ее блокирование ав т омобилями , движущимися по правой полосе ;

1 .1 8 — для указания разрешенных направлений движения по полосам .

Важным фактором , который долж е н учитываться при приме н ении на автомагистрали дорожной разметки , является обеспечение ее
видимости при высокой скорости движения . С этой целью на автомагистрал я х , не и м еющи х искусственного освещения , применяется разметка , обладающая с в етов озв ращ ающи ми свойствами , дальность видимости которой в несколько раз выше обычной разметки . Кроме того , ширина ли н ий , обозначающих край проезжей части , берется в 2 раза шир е (0,2 м ), чем на обычных дорогах .

Учитывая высокую скорость движения , размеры штрихов и разрывов между ними у линий разметки 1 .5, 1 .8
и 1 .11 берутся максимальными .

Одной из наиболее важных особенностей применения разметки
на магистрали является использовани е износоустойчивых материалов с тем , чтобы сохранить достаточно продолжительный с рок службы разметки в условиях интенсивного движения . Для этого ,
как правило , применяются термопластики , либо краски типа « Пл астирут » ( рис .
1).

Рис . 1 . Износоустойчивость разметки из различных м а териалов :

1 — краски на основе ал кидны х смол ;
2 — краски на основе алкидны х смол и хлоркауч у ка ;
3 — краски на основе хлоркауч ук а ;
4 — термопластики

3.5 . Особенности применения светофорной сигнализации

На автомобильной магистрали , оснащенной системой автоматизированного управления движением , могут применяться два типа светофоров . Один из них предназначен для регулирования движения по основным полосам , а второй устанавливается на въездах .

Регулирование движения по полосам осуществляется с помощью
светофоров типа
3^*). Оно применяется с целью закрытия отдельных
участков полос движения при возникновении на них ДТП . Регулирование дви жения м о же т п р именяться не по всем полосам , а лишь по предназначенным для реверсивного движения . Введение реверсивного регулирования обычно должно производиться при одновременном
наличии следу ю щих условий :

интенсивность движе н ия в час « пик »
составляет более 500 ед ./ ч на каждую полосу проезжей части в более загруженном направлении ;

суммарная интенсивность движения в час « пик »
в прямом направле н ии превышает интенсивность встречного движения более
чем на
500 ед ./ ч ; указанная неравномерность движения систематически изменяется по направлениям в течение суток или по дням
недел и ;

проезжие части , предназначенные для различных направлений
движения ,
не отделены друг от друга разделительной полосой .

^*) Кла с сифик аци я светофоров соответствует ГОСТ 23457 -79 « Технические средства организации дорожного движения . Правила применения ».

Светофоры типа 3 устанавливаются в начале полосы ( над ней )
и повторяются таким образом , чтобы расстояние между этими светофорами обеспечивало видимость водителями транспортных средств
сигналов не менее двух последовательно расположенных светофоров .

Регулирование въездов осуществляется с помощью обычных
трехсе кци онны х светофоров типа I ,
которые в случае однополосного въезда устанавливаются на правой стороне въезда . Если въезд осуществляется по двум полосам одновременно , то один светофор устанавливается на колонке у правой полосы , а второй ( дублирующий ) подвешивается над левой полосой . В случае , когда на двухполосном въезде каждая полоса работает самостоятельно , то светофоры размещаются над каждой полосой .

3.6 . Организация движения по магистрали

3.6. 1 . В соответствии с задачами организации движения на автомобильной магистрали транспортный поток ди ф ференцируется по скоростям движения , что позволяет наиболее полно использовать динамические качества автомобилей и создает для водителя возможность двигаться в наиболее удобном для него режиме . Наличие многополосной проезжей части позволяет выделить для групп автомобилей , движущихся с различными скоростями , самостоятельные полосы движения , что осуществляется с помощью линий разметки .

Величина скорости , рекомендуемая для автомобилей на каждой полосе , определяется в системе по алгоритмам , изложенным ниже , в зависимости от условий движения по магистрали ( погодные условия , загрузка магистрал и , наличие Д Т П и заторов ) и доводится до сведения водителей путем размещения над каждой полосой
знаков ,
которые повторяются по всему протяжению магистрали
через некоторое расстояние . Оптимальная его величина была определена экспериментально , путем наблюдения за движением автомобилей по участкам дороги , на которых производилось управление
скоростью по каждой полосе движения ( см . п риложение 1). Было получено , что н езависимо от полосы и величины скорости оптимальным расстоянием повторения знаков является 1 ,5 — 2,0
км , так как
при большем расстоянии водители не соблюдают ограничений скорости ( с м . р ис . 4, прилож . 1 ).

3.6.2 . В случае воздействия неблагоприятных погодных условий , заторов или ДТП возникает задача снижения скоро с ти движения либо закрытия отдельного участка магистрали . При этом целесообразно такое снижение скорости производить постепенно по отдельным тактам с таким расчетом , ч тобы о но ос у ществлялось
плавно и не было бы двух соседних участков маги ст рали с высокой разницей скоростей движения ( рис . 2 ).

Рис . 2 . Потактное снижение скорости
по полосам магистрали

Закрыти е движ е ния по отд е льным участкам полос осуществляется с помощью с ветофоров . Д л я этого необходимо , чтобы на д каждой полосой в местах размещения знаков , регламентирующих скорость движения , были и светофоры .

3.6.3 . Организация движения на въездах на автомагистраль может быт ь осущ ествлен а различными способами в зависимости от интенсивности движения , возможностей получения оперативных данных об изменении характеристик транспортного потока и желаемой степени автоматиза ц ии управления въездом .

В самых простых случаях в часы « пик »
въезд может быть з акрыт на некоторое время . Этот метод прим е няетс я обычно , когда поток , движущийся по магистрали , ра ве н ее пропускной способности и л ишняя доза транспорта , въезжающего на магистраль , может привести к затор у .

В случаях , когда поток на магистрали достаточно высокий , но он еще не приближается к величине пропускной способности , может применяться дозированный впуск по жесткой программе . Программы могут меняться во времени , но суммарный поток на магистрали
и въезде не должен превышать ее пропускную способность .

В с лучаях , когда с помощью детекторов с обирается информация о характеристиках транспортного потока на магистрали перед
въездом ,
могут быть использованы различные методы организации
движения ,
реагирующие на случайное изменение этих характеристик . К ним ,
в частности , относятся :

метод анализа спроса и пропускной способ н ости , при котором автомобилям по одному разрешается въезд на магистраль в моменты , когда спро с не превышает пропускной способности магистрали ;

метод контроля занятости участка магистрали перед въездом , когда для различного уровня занятости подсчитывается возможная
доза впуска на магистраль ;

метод замера интенсивности движения на крайней по л осе , при котором количество впускаемых автомобиле й на магистраль за
единицу времени зависит от интенсивности на крайней ( правой ) полос е ;

метод по иск а п риемле мого интервала , когда автомобилям разрешается въезд на магистра л ь в интервалы между автомобилями на
правой полосе ;

метод по иск а приемлемого интервала со световой индикацией , при котором вдоль въ е зда устанавливается световая индикация , показывающая величину приемлемо г о интервала и скорость его движения . Этот метод обычно применяется , когда видимость на въезде неудовлетворительна , либо его геометрические характеристики отличаются от обычных .

Самым прогрессивным методом является координированный впуск,
завися щ ий от параметров транспортного потока н а всей магистрали , когда анализируют с я состояния движения на всех у частках магистрали и въездах и с помощью ЭВМ принимаются решения о до пу стимы х потоках на любом въезде , исходя из условий обесп е че ния минимальных зад е рже к транспорта , максимально й про пус кной способности либо другого выбранного критерия .

Организация регулиру е мого движения автомобилей на въездах
требует оборудования их светофорами и детекторами транспорта .

3.6.4 . При высокой загрузке первой ( крайней ) поло с ы движения может возникнуть задача обеспечения входа на эту полосу автомобилей , въезжающих на магистраль . С этой целью может быть использована техника искусственного создания разрывов в потоке на первой полосе . Она заключается в том , что с помощью снижения скорости д вижения на э той полосе можно добиться того , что часть автомобилей с этой полосы уйдут на соседнюю полосу движения и тем самым на ней появятся интервалы , при е млемые для въезда на нее .

3.7 . Организация обход ны х маршрутов

Несмотря на высокие технико — эксплуатационные характеристики автомобильных магистралей на них не исключены дорожно — транспортные происшествия . При этом ,
как показывает практика , вследствие высоких скоростей движения эти ДТП имеют цепной характер , т . е . в них могут участвовать несколько автомобиле й , следующих один за другим . Возникновение таких ДТП может вызвать полное
или частичное блокирование проезжей части и тем самым явиться
причиной серьезных заторов . Причиной заторов может быть также
чрезмерная загрузка магистрали в случае , когда не применяется ограничение потока на въездах .

Организация маршрута , обходящего участок с затором , помогает избежать роста затора
и з — за прибывающих автомобилей и
тем самым снизить их задержки . Естественно , что организация обходных маршрутов возможна лишь при условии наличия параллельных дорог и сети дорог , соединяющих их с магистралью .

Возможны два варианта организации обходных маршрутов . При одном из них автомобили минуют закр ыты й у часток магистрали по
дороге ,
проходящей справа по направлению движения , а при другом — по дороге , проходящей слева . Принципиальная разница этих
вариантов заключается в том , что при первом варианте автомобили , идущие по обход у , выполняют левы е повороты на дороге параллельной магистра л и , а при втором — на с амой магистрали по развязкам . Это важное обстоятельство должно учитываться , так как первый вариант не всегда может быть приемле м .

При организации обходных маршрутов приходится решать две
основные задачи : направление потока на съезд и информация водителей о направлении движения по обходному маршруту . Это выполняется с помощью управляемых знаков и светофоров . П ервая задача решается пут е м постепенного снижения скорости движения по
полосам и их выравнивания , а затем постепенного закрытия основных полос д вижения , начиная с левой полосы ( рис .
3).

Рис . 3 . Направление потока на съезд при организации обходного
маршрута

Вторая — путем установки предварительных указателей направлений
движения на всех пересечениях , где обходной маршрут меняет свое
направление
( рис . 4 и 5).

Рис . 4 . Пример расстанов к и управляемых дорожных знаков на обходном маршруте для направления движения из пункта А в пункт Б

Рис . 5 . Управляемые дорожные знаки , используемые для организации обходных маршрутов при закрытии участка магистрали :

а — знаки , устанавливаемые в начале перехо дн о — скоростно й полосы ; б — знаки , устанавливаемые за 1 000 и 500 м до съезда

4 .
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СТРАТЕГИИ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМИ ПОТОКАМИ В СИСТЕМЕ АРДАМ

4. 1 . О бъе м лющий алгоритм управле ния

4. 1 .1 . Алгоритм управления транспортными потоками в системе АРДАМ построен по р е зультатам разработок Ги продорни и и С КБ Пром автом атики , с учетом зарубежного опыта в данной области и от е чественного в области городских систем управления движением . Его блок — схема приведена на рис . 6. Блоки , соответству ю щие объекту у п равлени я — транспортном у потоку и т рем основным генераторам входных перем ен ны х — тра н спортной ситуации на примыкающей с ети , дорожным условиям на магистрали и окружающей ср е де , введены в целях наглядности .

4. 1 .2 . Движени е транспортного потока на автомобильной магистрали рассматривается как система обслуживания в том смысл е , что в нем выделяются два взаимосвязанных , но различных элемента :

спрос на обслуживание , т . е . на пользовани е магистралью , который создается потоками в граничных створах магистрали , а такж е потоками въездов и съездов ;

процесс обслуживания , обеспечиваемы й аппаратом обслуживания и над е ленный определенной дисциплиной обслуживания , т . е .
процесс функционирования объекта управления , параметрами которого являются фазовые переменны е транспортного потока ( плотности , средние пространственные скорости по полосам и участкам
магистрали и длины очередей на въездах ).

Аппаратом обслуживания является при этом автомобильная
магистраль как и н женерное сооруже ни е , параметры которой , изменяющиеся под воздействием окружающей среды , также являют с я управляе мыми .

Под дисциплиной обслуживания понимается порядок удовлетворения спроса на пользовани е магистралью , который устанавлива е тся действующей в системе АРДАМ с т ратегие й управления и реализуется
через объ е млющий алгоритм управления .

4. 1 .3 . Алгоритм состоит из контура автоматичес к ого управления и контура , замкнутого на человека — оп е ратора .

Рис . 6 . Блок — схема а лгоритма управления

В контуре р учного управл е ния по предложению канд . т ехн . наук Васильева А . П . предусмотрен блок управления состоянием
автомобильной магистрали ( блок II ). Для его реализации предполагается , что в рамках системы АР Д АМ дорожные службы , прикрепленные к управляемому участку магистрали , находятся в оперативном подчинении оператора системы . Все другие блоки относятся исключительно к управлению транспортным потоком .

4. 1 .4 . Контур автоматического управления имеет сложную многоуровневую структуру . Принципиальным моментом является принятие двухуровн е вой схемы реализации управления :

уровень А — управляющие программы , т . е .
координированные наборы управля ю щих воздействий на скорости движения по автомагистрал и и работу въездов , являющ и еся оптимальными по заданному
критерию и рассчитанны е вне реального масштаба времени для существенно различных ситуаций по спросу на по льзование магистралью и ( или )
условиям окружающей среды ;

уровень В — рассчитываемые в реальном масштабе времени корректирующие управления . На этом уровне осуществляются реакции
управляющего алгоритма на рассог л асования фактических и номинальных для программы уровня А параметров транспортного потока .

4. 1 .5 . Различаются четыре уровня локализации управления как по масштабам координации управляющих воздействий , так и по объему релевантной информации :

уровень локального управления « 0 »
относитс я к управляющим
воздействиям ,
рассчитанным для рассматриваемых изолированно
въездов и полос движения в пределах элементарного участка ;

уровень локального управления «1» предполагает координацию управлений в пределах элементарного участка ;

уровень координированного управления «2» предполагает управление системой последовательно расположенных въездов и
координированное задание скоростей в пределах определенного
участка магистрали ( например , для всего участка МКАД — Истра );

уровень координированного управления «3» включает возможность перераспределения потоков на примыкающей сети ; в частности , сброс транспортного потока с управляемого участка , формирование альтернативных маршрутов следования и т . д .

4. 1 .6 . К блоку 1 отнесены алгоритмы первичной обработки информации о параметрах объекта управления , которые обрабат ыв ают ежесекундно поступающую информацию с детекторов интенсивности , врем е ни присутствия , с корости , состава движения и формируют соответствующие массивы исходных данных . Эти алгоритмы разработаны в СК Б П ро мавтоматик а .

4. 1 .7 . Алгоритмы блока 2, осу щ ествляющи е обнаружение заторов и дорожно — тран с портных происшествий ( разработаны в СК Б Промавтоматика ), основаны на модели распространения ударн ы х волн в плотном транспортном потоке . Блок замкнут на оператора . Тем самым предполага е тся наличие экстренных ситуаций , реа кци я на которые в контуре ручного управления опережает реакцию контура автоматического управления , где та же информация пройдет по каналу

Б 1 →Б 14 → Б 7 →Б 8 , Б 9
или

Б 1 → Б 4 → Б 13 → Б 8

4. 1 .8 . С учетом необходимости реагирования на изменения условий окружающей среды (ОС), дорожных условий , а также возможности н е посредственного выхода на исполнительные блоки контур , замкнуты й на оператора , выглядит следующим образом :

ТП→ Б 1 →Б 2 →Б3→ Б 8 , Б 9, Б 11

ОС →Б 6

Организация блока 3 выполнена в виде человеко — машинной
процедуры ,
которая обеспечивается как набором инструкций непо с редственного пользования , так и алгоритмами , обеспечивающими диалог оператора и ЭВМ . Контур ручного управления описан в п . 4.2.

4. 1 .9 . Координирующим в контуре автоматического управле ни я является блок 7, осуществляющий выбор упр авля ющей программы , соответствующей данному уровн ю спроса на пользова н ие автомобильной магистралью ( дуга 1 4- 7), задействованной альтернативе сетевого управления ( дуга 5 — 7) и с остоянию окружающей среды ( дуга 6 — 7). Указанный выбор происходит путем просмотра списка управляющих программ , р ассчитанного вне реального масштаба времени .

Расчет управляющих программ происходит в блоке 1 2, который является ключевым в стратегической концепции , выдвинутой в Гип ро дорни и в ходе разработки с истемы АР Д АМ . Алгори т м из блока 1 2, наряду с алгоритмами блоков 4 и 1 3, базируется на разработанных в Гипродорнии макроскопических моделях транспортного
потока .
Алгоритм использует при формировании критерия оптимальности знач е ния скоростей по участкам и полосам магистрали , вычисл е нные для ситуации , соответству ю щей данной программе , в блоке 1 0 по моделям С КБ Пр о мавто матики . Верхние ограничения скоростей ( так называемые допустимые скорости ) определяют по рекомендациям п . 4.4.

4. 1 .1 0 . Управляющая программа реали з уется через исполнительные блоки 8 и 9. Одновременно с ней в блоке 1 2 вычисляется соот в етствую щая ей оптимальная фазовая траектория объекта управления. Степень рассогласования между оптимальной и фактической траекторией определяет , в силу алгоритма из блока 1 3, величину корректиру ю щего управления . Корректирующие управления реализуются путем изменения интенсивностей движения на въездах , т . е . сменой уставок соответствующих контроллеров ( блок 8).

4. 1 .11 . Алгоритм сетевого управления ( блок 5), разработанный в С КБ Промавтоматики , использует информацию о транспортной ситуации на автомобильных дорогах , примыкающих к управляемому участку , и выдает решения о необходимости сброса определенных объемов движения на дорогу — дублер .

4. 1 .1 2 . Блок 1 4 базируется на алгоритмах фильтрации и прерывания , разработанных в Гипродорнии ( п . 4.6 .), и алгоритме п рог ноза из матобеспечения АС С — УД ( разработка С КБ Пр о мавтоматик а ). Фактическая фазовая траектория объекта управления оценивается в блоке 4 с помощью алгоритма , разработанного в Гипродорнии и основанного на методе нелинейной фильтрации К алман а ( п . 4.7 .).

4. 1 .1 3 . Алгоритмы блока 6 должны осуществлять идентификацию любого конкретного состояния дорожных и погодных условий на принадлежность к одному из заранее выделенных и существенно различных , с точки зрения принятия решений , классов . Необходимый материал изложен в п . 4.4 . Часть информации на вход этого блока поступает от передвижной лаборатории КП — 50 8, описанной в п . 2 .

4. 1 .1 4 . Важным частным случаем управляющих программ являются программы , допускающие частичную или полную декомпозицию , т . е . относящие с я к уровням локализации « 0 » и «1». К ним принадлежат в первую очередь алгоритмы управления отдельным въездом в различных режимах ( блок 8). Этот мат е риал разработан в СК В
Про мавтоматик а и Гип родорнии .

4.2 . Методиче с кая основа контура управления , замкнутого на оператора

Важнейшая роль в обеспечении эффективного функционирования
автомагистрали принадлежит оператор у . Среди задач ,
решаемых им , следует выделить три , наиболее важные : наблюдение за работой
системы ,
ручное управление движением и осуществление связи с
дорожными и другими организациями .

4.2. 1 . Набл ю дение за работой системы производится оператором с целью своевременного обнаружения возмущений в транспортном потоке , вызванных заторами , ДТ П , либо сложными погодными условиями , а также о б наружения неисправностей в работе систе м и принятия мер по их устранению . Необходимость такого наблюдения вызвана т е м , что оператор , используя систему телевизионного обзора , может на самой ранней стадии обнаружить п редзаторо вые ситуации , в то время как контур автоматического управления обнаружит их только при наличии существенных изменений в характеристиках транспортного по тока . Оператор следит за индикацией на мнемосхем е ,
сигнализирующей об исправности оборудования и состоянии погодных услови й .

4.2.2 . Ручное управление движением производится оператором в случае получения им информации по системе телев и зион ного обзора или радио о наличии на дороге затора или ДТП , образования гололеда , снежного заноса , а также при необходимости специального режима движения при пропуске спецавтомобилей . Оно может осуществляться на одном или группе въездов , а т ак же на каком — либо участке перегона , либо на перегоне в целом .

4.2.3 . Управление движением на въезде может решать две задачи : выделение наиболее благоприятных условий для тр а нспорта , движущегося по магистрали , и предоставление приоритета транспорту , в ъ езжающе му на магистраль с боковой дороги . Решение первой задачи станов и тся необходимым в момент , когда на магистрали во з никает предзат о ров ая ситуация , либо затор , а также беспрепятственный пропуск по магистрали спе ц машин . Вторая задача характерна для случая , когда спецмашинам необходимо обеспечить быстрый и беспрепятственный въезд на магистраль . Д л я этого в первом варианте по команде оператора на въезде загорается кр а сный сигнал светофора и горит до тех п о р , пока оператор не отме н ит команду . Во в т ором , наоборот , на светофоре на въе з де загорается зеленый сигнал , а по магистрали на первой полосе закрывается движение либо снижается его скорость на участке , находящемся перед въездом . Организация такого движения показана на рис . 7 .

Р ис . 7 . Схема организации движения при п редоставлении приоритета транспорту , в ъ езжающему на магистраль

4.2.4 . Управле н ие оператором движением на п е регонах включает в себя управление скоро с тью движения и закрытие или открытие отдельных полос движения или участков магистрали . Управление скоростью движения должно осуществляться оп е ратором в случаях получения информации , с помощью имеющихся у него средств связи ( до поступле н ия сигналов от датчиков в ЭВМ ), о воздействии неблагоприятных погодных факторов либо при вероятности их скорого появления . Он м о жет снизить рекомендуемую скорость движе н ия как на всей дороге , так и на отдельных ее перегонах . При выборе скорости оп е ратор м о жет руководствоваться показаниями устройства для электрического мод е лирования условий и режимов движения на магистралях , либо назначать их в соответствии с рекомендациями о назнач е нии скоростей движения при различных погодных условиях .

За к рыт ие оператором участка полосы движения осуществляется
в момент получения информации о возникновении на этом участке
ДТП , либо другого обстоятельства , мешаю щ его проезду транспорта . В результате на ближайшем к закрываемому участку знаке , находящемуся над данной полосой движения , загорается сигнал в виде
двух перекрещивающихся наклонных полос красного цв е та , а с помощью предыдущих знаков на этой же полосе производится сниж е ние скорости движения до минимальной величины . Соответственно меняются величины рекомендуемых скоростей движения на знаках , установленных на соседних полосах движения ( рис .
8).

Рис . 8 . Схема организ а ции движения при закрытии участка
полосы движения

Закрытие полосы движения может осуществляться оператор о м в случае проведения на ней ремонтных работ , а также при необходимости пропуска по ней спецмашин . Для этого на всех указателях рекоменду е мой скорости движения , установленн ы х над этой
полосой ,
включается сигнал в виде двух перекрещивающихся наклонных полос красного цвета , а на указателях , размещаемых над
другими полосами , значение безопасной скорости движения . Причем , если на закрытой полосе производятся ремонтные работы , то оператор сам выбирает значения безопасной скорости движения на соседних полосах . Если же полоса закрывается для пропуска спецмашин , то величина рекомендуемой скорости выбирается ЭВМ на
основе реализуемой ею стратегией управления движением .

Закрытие участка магистрали между двумя развязками о с уществляется оператором в случаях, когда на магистрали набл ю дается серьезный затор , вызванный ДТП , проводятся дорожные работы , либо имеются другие причины , не позволяющие осуществлять движение транспорта . Транспортный поток по соединительным дорогам
переводится на параллельные дороги . Поскольку соединительные
дороги ,
как правило , имеют небольшую пропускную способность , то пропуск по ним интенсивных потоков может осуществляться с
пониженными скоростями . Движение перед закрытыми участками организуется таким образом : производится постепенное замедление
транспортного потока с помощью указателей скорости и закрытие
основных полос движения , а с помощью изменения информации на
предварительных указателях направлений движения осуществляется
перевод потока на соединительную дорогу ( см . р ис . 4).

4.2.5 . Взаимодействие оператора и контура автоматического управления определя е тся следующими принципами :

1 . При любых де й ствиях оператора контур автоматического управления осуществляет автоматическую подстройку всей совокупности управляющих воздействий под изменения , вносимые оператором . В этом случае в оптимизационной подсистеме решается та же задача оптимального управления , а управляющие воздействия , н азначенные оператором , рассматриваются как дополнительные ограничения на пространство управлений .

2 . Контур автоматического управления не позволяет оператору устанавливать режимы , которые для имеющихся на дороге условий движения могут быть опасными .

3 . Перед закрытым участком полосы , либо участком с ограниченной скоростью должно производиться постепенное сниже ни е скорости движения с шагом не более 20 км / час . При этом если величины скоростей по полосам перед таким участком были разли ч ны , то скорости на них сначала необходимо в ы ровн ять по меньшему значению , а затем снижать .

4 . При установлении по полосам рекомендуемых различных скоростей движения их величины на соседних полосах не должны отличаться более чем на 20 км / час .

5 . Закрытие оператором участка магистрали должно сопровождаться автоматич е ской организацией обходного маршрута .

4.2.6 . С целью успешного и безопасного функционирования магистрали оператор осуществляет связь с дорожными и другими организациями , обслуживающими магистраль . Такая связь особенно необходима в случаях возникновения ДТП , выпадения снега , в периоды гололеда , при повр е ждениях покрытия проезжей части , при падении груза на проезжую часть и т . п .

Когда оператор получа е т сообщение о ДТП ( по радио ,
с помощью телевидения или от сиг н ально — перегов о рны х устройств ), немедл е нно по телефону извещает об этом службу скорой помощи , органы ГАИ и дорожную службу . В необходимых случаях он дол ж ен вызывать техническую помощь .

При выпадении с нега и образовании на отдельных уча с тках гололеда , либо повреждении проезжей части оператор сообщает об
этом подчиненной ему дорожной слу ж бе . Если при этом оператор
самостоятельно ограничивает скорость движения , то отмену введенных им ограничений он осуществляет только после получения
информации об устранении помех движению от передвижных лабораторий или работников дорожной службы .

4.3 . Модельная основа конт ура автоматического управления

4.3. 1 . Для описания транспортного потока на автомагистрал и как объекта управления используется макроскопическая нелинейная м одель в агрегированных переменных , отражающая его дина м ику , структуру локал ь ных взаимодействий и отклик на управляю щ ие воздействия [ 4 ]. Выбор макроскопических моделей в качестве аппарата исследования и оптимизации движения транспортного по ток а , т . е . моделирование феномена его коллективного поведения на уровне динамики средних , обосновывается следующими положениями :

управляющие воздействия носят коллективный характер , т . е .
предназначены не отдельному автомобил ю , а их определенной пространственно — временной совокупности . Поэтому естественно рассматривать объект управления на уровне агрегированных переменных , характеризу ющи х эту совокупность ;

в теории оптимальных систем для самых различных задач
управления используется физическая методология , связанная с выявлением связей типа законов сохранения и уравнений состояний . Такие связи в транспортном потоке выявляются лишь на макроскопическом уровне ;

однонаправле н ный плотный транспортный поток о пи сывается на базе физико — механических аналогий , а именно в случае плотного
транспортного потока возникают наиболее содержательные и пр а ктически важные з адачи управления движ е нием .

4.3.2 . В качестве фазовых переменных управляем о го о бъекта
выбираются плотности , средние пространственные скорости и длины очер е дей на въездах .

Модель основана на специального вида дискретизации системы
уравнений ,
состоящей из стандартного уравнения неразрывности
и уравнения состояния объекта типа сжимаемой жидкости с релаксационным членом в правой ча с ти .

Формально построенная модель является аппроксимацией системы уравнений в частных производных с помощью разностной схемы
первого порядка . С физической стороны постулируется , что значения некоторой фазовой координаты в последующий момент времени
зависят
( наряду с управляющими и входными п е ременными ) только от значений « соседних » фазовых координат в предыдущий момент
време н и, т .е . от па рамет ров потока на участках , непосредственно примыка ющ их к данному . Таким образом , уравнения модели имеют
следующий вид :

               ( 4. 1 )

где X_ij = { ρ_ij ; V_ij } — п а ра фазовых координат — плотность и простра н ствен ная скорость потока на полосе j участка i автомагистрали ;

F_ij — оператор , соответствующий графу Ф _ij , прич е м Ф¹ _ij — множество индексов фазовых переменных д л я графа , Ф² _ij — множество индексов входных переменных ; Ф³ _ij — множ е ство индексов управлений въездами ; Ф⁴ _ij — множество индексов управлений перестроениями ;

UR _α , UV_ij ; UL_{i αβ} — управляющие переменные ( соответственно въездами с коростями , перестроениями);

t — дискретная переменная времени ;

Δ — временный шаг модели ( величина порядка — 0,0 1 часа );

l_i — пространственный шаг модели или длина
э л ементарного участка ( порядок — 1 км ).

Если
Ф² _ij ≠ Æ , т . е .
на данную полосу возможен въезд , следу е т при с оединить уравнение длины очередей X_{i 0} :

X_{i 0} (t + 1) = X_i0(t)
+ ΔZ⁺_i(t) — min{ X_i0(t) + ΔZ⁺_i(t); ΔC_i(X_i-1,1(t), UR_i(t)}           ( 4 .2 )

где Z ⁺ _i — интенсивность спроса на данный въезд ;

C _i ⁺ — функция динамической пропускной способности .

Для начального участка автомагистрали вводится функция
спроса f_j .

4.3.3 . Операторы F_ij определяются только структурным графом , а не конкретной парой индексов ( i , j ) . При их выборе были учтены следу ю щие механизмы макротеории транспортного потока , вв е денные различными исследователями на основе экспериментального изучения однонаправленного плотного потока :

закон сохранения числа автомобиле й ;

диаграмма « скорость — плотность »;

эффект релаксации ;

— » — инерции ;

— » — торможения — всасывания ;

механизм смены полос по Оливер у — Лэм у ;

динамическая пропускная способность въезда .

В типичном случае с учетом перечисленных эффектов
уравнение
( 4.1 .) перепишется в виде :

                                           ( 4.3 )

где I ₁ ^ij = ρ_{i -1,j} (t )V_{i -1,j} (t );

I ₂ ^ij = — ρ_ij (t )V_ij (t );

I ₃ ^ij = — UL_{ij , j +1} ( t ) P_{i , j , j +1} ρ ²_ij (t )[

I ₄ ^ij = — UL_{i , j +1} ( t ) P_{i , j +1. j} ρ ²_{i,j +1} (t )[

а I ₅ , I ₆ выражается аналогично I ₃ , I ₄ с заменой j
+ 1
на j — 1 ;

слагаемое инерции —

слагаемое релаксации —

,

с лагае мое торможения — всасывания —

Здесь R ₁ , R ₂ , R ₃ (1), R ₃ (-1) — к оэффициенты ин е рции , релаксации , торможения и всасывания . Формула ( 4.1 .) раскрывается для других графов с небольшими видоизменениями .

4.3.4 . Конкретные условия движения , в частности , влияние факторов окружающей среды , вводятся в модель ( 4.1 ) и ( 4.2 ) через з н ачени я динамических ( R_j ) параметров , в первую очередь через коэффици е нты формул для V_ij ( ρ ) . Адекватность модели 4.1 и 4.2 , в силу экспериментального происхождения формиру ю щих ее элементарных механизмов , определяется выбором значен и й ее параметров .

Выяснение физических допустимых наборов значений параметров было произведено в ходе разработок п утем сопоставления результатов численных экспериментов на ЭВМ и натурных наблюдений . Числовые параметры P _{i αβ} и параметры зависимостей V_ij ( ρ ) были оценены в одной процедуре с фазовыми переменными по материалам
с п ециально проведенного эксперимента ( см . п риложение 1).

4.4 . Определ ени е допустимых
скоросте й движения автомобилей с учетом метеорологических и дорожных условий движения

4.4. 1 . Величина максимально допу с тимой скоро с ти по условиям безопасности движения определяется состоянием комплекса « водитель — автомобиль — дорога — среда » ( ВА Д С ). Количественные характеристики состояния этого комплекса отражены в условиях движения , т . е . подразумевается та реальная обстановка на дороге , в которой движется автомобиль в данный момент времени .

4.4.2 . Условия движения включают в себя дорожные условия , т . е . совокупность параметров и тра н спортно-э ксплуатационных
качеств дороги , имеющих непосредственное отношение к движению , транспортный поток ( состав , интенсивность , плотность ) и состояние окружающей среды . Параметры , входящие в условия движения , могут изменяться в ту или иную сторону . Следовательно , существует оптимальное сочетание этих параметров , обеспечивающее наиболее эффективное функционирование комплекса В АД С . Такое сочетание называют эталонными условиями движения . Для дорог первой категории за эталонные могут быть приняты условия движения одиночного легкового автомобиля по любой из поло с при условиях движения , приведенных в табл . 1 .

4.4.3 . Максимальную допустимую или максимальную во з мож ную скорость движения одиночного легкового автомобиля в эталонных усло в иях движения принято называть расчетной скоростью . Отклонение значений параметров от указанных в табл . 1 , ведущее к снижению эффективности функционирования комплекса ВАДС , вызывает соотв е тственное уме н ьшение расчетной скорости . Для сравнения максимальной безопасной скорости движения в данных условиях ( V _ф ) с максимальной безопасной скоростью в эталонных условиях ( V _э ) канд . т ехн . н аук А . П . Васильевым предложены коэффициенты обеспеченности расчетной скорости K _рс , равные отношению этих скоростей . Если K _рс получены по отклонению какого — либо одного параметра ( X_i ) от эталонного , то эти коэффициенты обеспеченности расчетной скорости называют частными ( K _{рс xi} ). В основу определения итогового коэффициента обеспеченности расчетной скорости ( K _рс ^итог ) положена гипот е за о н али чии сложной функциональной связи между итоговым и частными коэффициентами обеспеченности расчетных скоростей :

K _рс ^итог = f ( K _{рс x 1} , …, K _{рс xn} ).

В этом случае максимальная допустимая скорость движения

V _max = K _рс ^итог V _э .                                                              ( 4.4.)

4.4.4 . Все параметры и характеристики условий движения разделены на постоянные и переменные . К постоянным относятся параметры неизменные при см е не погодно — кл и мати чески х факторов : геометрические параметры дороги ( если с воевреме нно убирают снег и не создают снежных валов , уменьшающих ширину проезжей части дороги и геометрическую дальность видимости ), параметры автомобиля и пр . Значения других параметров могут изменяться в довольно широких пределах . Важнейшими из этих параметров ( по условиям безопасности движения ) являются коэффициенты с цепления , определяющие длину тормозного пути автомобиля , метеорологич е ская дальность видимости ( МДВ ) и скорость бокового ветра .

Метеорологическая дальность видимости, м

Рис . 9 . Зависимость коэффициента снижения расчетной и допустимой скорости
д вижения одиночного автомобиля от МДВ и коэффициента сцепления :

1 — V = 1 20 к м / ч,
φ = 0,5;

2 — V
= 1 40 к м / ч, φ = 0,5;

3 — V = 1 20 к м / ч , φ = 0, 3;

4 — V
= 1 40 к м / ч, φ = 0,3

На рис .
9 представл е ны зависимости K _рс и V _max от МДВ
при различных значениях коэффициента сцепления , полученные расчетно — а н али ти чески м путем , исходя из теоретических моделей
взаимоде й ствия автомобиля с дорогой . На рис .
10 представлены
зависимости K _рс и V _max от скорости бокового ветра .

Таблица 4 .1

Основные характеристики эталонных условий
движения

Система комплекса ВАДС и их параметры	Единица измерения	Величина
Эталонные па р аметры дороги
Прямой горизонтальный уча с ток дороги , продольный уклон	‰	0
Ширина полосы движения	м	3,75
Ширина обочины	— » —	3,75
в том числе укрепленной	— » —	2,00
Геометрическая видимость	— » —	750
Эталонное состояни е дороги
Покрытие шероховато е, коэффициент сцепления сухого покрытия	—	0,8
То же , мокрого покрытия	—	0,6
Ровность покрытия ( просвет под трехметровой рейкой или сумма неровностей по ПК РС -2)	мм см / км	5 300
Сопротивление качению	—	0 ,01
Эталонный автомобиль ( Легковой автомобиль В АЗ — 21 03, ГАЗ — 24)
Максимальная скорость	км / ч	1 40
Ширина кол е и	мм	1 345
Габаритная ширина	— » —	1 611
Длина к узова	— » —	4073
Максимальная мощность двигателя	л . с .	75
Эталонные у словия погоды
Сезон года	—	лето
Температура воздуха	°С	20
Осадки , интенсивность	мм / ч	0
Ветер , скорость	м / с	0
Метеорологическая дальность видимо ст и	м	более 750

Полученные резуль т аты относятся к движению одиночного
автомобиля .
При назначении рекомендуемых скоростей движения
потока они выступают в роли верхних ограничений .

4.4.5 . По условиям безопасности для определения максимально допу с тимой скорости движения автомобилей в потоке ( V _доп ^пот ) в сложных метеорологических условиях может быть , с некотор ы ми допущениями , использована формула , аналогичная ( 4.4 ):

V _доп ^пот = V _э ^пот (ρ) K _рс ,                                                      ( 4.5)

где V _э ^пот (ρ) — максимальная допустимая ск орость автомобилей в
потоке при эталонных метеорологических и дорожных условиях движения ;

ρ — плотность потока автомобилей . Ожидаемые зависимости V _э ^пот (ρ) от плотности получены на основе
натурных н а блюдений на шестиполосном участке МКАД .

Рис . 1 0 . Зависимость ко эф фици ента снижения расчетной
и допустимой скорости движения одиночного автомобиля
от скорости бокового ветра :

1 — двигатель впереди ;
2 — двигатель сзади

4.4.6 . Так как дорожные контролле р ы ДК -7, применяемые в системе АР Д АМ для упра в ления указателями скорости , имеют шесть значений позиций рекомендуемой скорости движения , то результаты с овместной оценки по формуле ( 4.5 ) удобно представить в виде таблицы . Для этого метеорологические и дорожные условия движения разбиты на шесть зон опасности ( табл . 4.2 и 4.3 ). Передвижная дорожная лаборатория на основании показаний приборов для определения коэф ф ициента сцепления , МДВ и скорости б окового ветра устанавливает номер зоны и после прохождения каждого управляемого участка передает его в центр управления в виде четырехзначного двоичного кода , причем , I зоне соответствует кодовая комбинация 000 1 ; II зоне — 00 1 0; III зоне — 0011 ; IV зоне — 0 1 00; V зоне — 0 1 01 ; VI зоне — 0110.

Центр управления , располагая полученной информацией о зоне
опасности метеорологических и дорожных условий , а также информацией о плотности потока автомобилей на управляемых участках
автомагистрали ,
устанавливает зону усло вий движения ( см . т абл . 4.4), которая позволяет определить значения допустимых скоростей движения ( см . т абл . 4.5), соответствующих четырехполосному участку автомагистрали ( за первую полосу принята крайняя
правая полоса движения ).

Трехполосному участку соответствует 1 , 2 и
4 столбцы , д вухполосному 1 и
4 стол б цы — 2 . 5.

Таблица 4.2

Соответстви е зон опасности величине метеорологической
дальности видимости и коэффициента сцепления
( при V _ветра = 1 0 м / с )

Коэффициент сцепления , φ	Метеорологическая дальность видимости , м
75	150	225	300	450	600	750
0,6 — 0,8	—	—	III	IV	V	V	VI
0,5 — 0,6	—	—	III	IV	IV	V	V
0,4 — 0,5	I	II	III	III	III	IV	IV
0,3 — 0,4	I	II	III	II	III	III	III
0,2 — 0,3	I	I	I	II	II	II	II
0 — 0,2	I	I	I	I	I	I	I

Та б лица 4 .3

Изменение зон опасности при различных значениях
скорости бокового ветра

Зоны опасности при V ветра = 10 м / с ( из табл . 4.2 )	Скорость бокового ветра , м / с
12	18	24	30
VI	VI	V	VI	III
V	V	V	IV	III
IV	IV	IV	IV	III

Таблица 4.4

Определение зон условий движения через зоны
опасности и плотность потока автомобилей

Зона опасности из табл . 4.3 .	Плотность потока , авт ./ км
10	18	25	30
VI	6	5	4	3
V	5	5	4	3
IV	4	4	4	3
III	3	3	3	3
II	2	2	2	2
I	1	1	1	1

Таблица 4 .5

Допустимы е скорости движени я ( км / ч )
по полосам для
различных зон условий движения

Зоны условий движения из табл . 4.4	Полосы движения
4	3	2	1
6	1 20	11 0	1 00	9 0
5	1 00	90	80	80
4	80	80	70	70
3	60	60	60	60
2	40	40	40	40
1	20	20	20	20

4.5 . Расчет управляющих программ

Расчет программных управлений , соответствующих различным условиям движения и уровням спроса на пользование автомагистралью , является одним из важнейших моментов при проектировании систем управления движением .

4.5. 1 . Задача расчета управляющей программы для дачного участка автомагистрали и фиксированного отрезка времени T = N Δ формулируется следующим образом : на основе принятой модели ( 4.1 ) при параметрах , соответствующих заданным условиям движе н ия , и переменных входа , соответствующих заданному спросу , найти управление U = { UR , UV , UL }, оптимальное в смысле принятого критерия функциониро в ания . При этом выбор критерия функционирования должен соответствовать стратегическим целям системы управл е ния , в частности , при высоком уровне спроса на пользование магистралью отражать неизбежный компромисс между плотностью потока и временем ожидания въе зд а . Критерий формализуется введением целевого функционала J { X ( t ) , V ( t )} , на управление накладываются ограничения физической реализуемости ( UR — неотрицательн ы и целоч и сленны; UV — соответствуют значениям указаний скорости , содержащихся в управляемых знаках ; число переключений ограничено ). Помимо ограничений физической реализуемости на переменны е UV накладываются огранич е ния по величине допустимой скорости ( см . п . 4.4 .).

4.5.2 . Расчет программных управлений сводится к решению следующей задачи дискретного оптимального управления :

                                    ( 4.7)

где (4.7) — векторная запись уравнений ( 4.3);

Ω t — область допустимых управлений .

4.5.3 . В качестве наиболее универсальных предлагаются функционалы :

                                          ( 4.8 )

который соответствует критерию максимального потока в наиболее
« узком »
из контрольных сечений ( ма к сималь ный критерий пропускной способности )

                              ( 4.9)

сумма квадратичных форм от плотностей потоков и длин очередей
на въездах , которая соответствует критерию обобщенной задержки
[ 3]. В зависимости от конкретных условий становится оправданием
применение одного из введенных критериев . Наличие же активных ограничений на UV делает разницу между ними несуществе н ной ввиду малости области допустимых управлений .

Во в ремя часа « пик », когда урове н ь загрузки превышает оптимальный , в нормальных условиях движения следует использовать
ф ункцион ал ( 4.8).
При этом режим движения на дороге в целом будет назначаться исходя из условий наиболее полного использования пропускной способности дороги .

Во второй характерной ситуации , когда уровень загру з ки ниже оптимального и условия движения благоприятны , следует использовать функционал ( 4.9).

В третьей характерной ситуации — при действии неблагоприятных погодно — кл и матически х факторов и в ночное время — ограничения на область допустимых управлений по условиям безопасности движения выступают в роли активных и по этой причине вид
целевого функционала не имеет определяющего значения .

Из л оженная концепция о критериях управления была выдвинута канд . т ехн . н аук А . П . Васильевым .

Таким , образом , управляющие программы вычисляются как решение оп т имальной задачи с ограничениями . Компромисс « безопасность — задержки I рода — задержки II рода » разрешается при этом следующим образом : ограничения по безопасности движения , накладываемые условиями , имеют безусловный характер ; в рамках этих ограничений вычисляются управления , оптимальные по критерию стоимостного ( различные варианты суммирования задержек ) или минимаксного типа ( различные варианты учета пропускной
способности участка ).

4.5.5 . Сформулированная задача имеет большую размерность (60 — 80 в практически интересных случаях ), но весьма простую структуру , задаваемую элементарными графами . Ее численное решение осуществляется с п омощью комбинации известных методов : случайного поиска и локальных вариаций , причем области постоянства целевого функционала параметризуются с помощью штрафных функций . Следует отметить , что в качестве диспетчерского решения ( нулевого , приближения оптимального ) используется так называемые « нейтральное управление » — въезды открыты , скорости ограничены только по з н ачениям V * ( ρ ) , смена полос разрешена . Отличия оптимального уп равления от диспетчерского характеризуют преимущества координации локальных управляющих воздействи й .

4.5.6 . Эффективность предлагаемог о алгоритма была проверена в эксперименте на ЭВМ , проведенном по реал ь ным данным для головного участка (7,2 км ) дороги Москва — Р ига . Он продемонстрировал успешную работу алгоритма как в стандартных , так и в ряде экстремальных ситуаций ( закрытие о дн ой или двух полос в пределах отдельного участка ).

4 .6 . А лгоритм ана лиз а входных
си гна лов

4.6 .1 . Одним из типичных случаев смены программных управлений является ситуация значительного изменения спроса на пользование автомагистралью , связанного с неравномерностью суточной интенсивности движения . Резкие перепады интенсивности в различных сечениях автомагистрали могут вызываться локальны м заторами , ДТП и другими обстоятельствами , требующими оперативного вмешательства . Поэтому важной задачей управления движе н ием является фиксация момента существенного изменения интенсивности движения на фоне ее неизбежных случайных флуктуаций . Для решения это й задачи предлагается процедура фильтрации интервальных (за такт Δ) значений интенсивности движения .

4.6.2 . Процедура основана на модели Бре й ман а [ 12 ] для случайного процесса интервальных отсчетов J , силу которой

J (t) = Y_t
+ Z_t.                                                                  ( 4.10)

Медленно меняющийся процесс Y_t подчиняется условию :

E [| Δ ² Y_t |] ≤ β ,                                                                   ( 4 . 11 )

где E
— оператор математического ожидания ;

Δ ² — оператор в торой конечной разности ;

β = const .

Z_t — стационарный гауссовс ки й процесс с параметрами

E [ Z_t ] = 0 , E [ Z_t , Z_s ] = δ_tsσ ² ,

причем δ_ts =   символ К ронек ера , а отношение β / σ — мало .

По материалам наблюдений за интенсивностью движения , проведенных на дорогах Московского транспортного узла , установлен следующий диапазон для величин β / σ : 0,00 1 ≤ β / σ ≤ 0,0 1 при Δ = 1 мин .

4.6.3 . Модели ( 4.10 ), ( 4.11 ) приводятся к стандартной форме линейного стохаст и ческого разностного уравнения :

                                              ( 4 .1 2 )

где

В такой постановке задача фильтрации интервальных отсчетов интенсивности сводится к оценке « переменной состояния » по набл юд ениям сигнала J ( t ) [ 3].
Ковариационные матрицы ω , ξ и начальной оценки равны соответственно :

где

Задача решается с помощью алгоритма фильтрации К алман а .

4.6.4 . Предложенный алгоритм осуществляет разделение шкал измен е ний интенсивности на шкалу существенных изменений и шкалу флуктуации . На рис . 11 представлены фактическая и сглаженная траектория интервальных отсчетов для 50 — минутного интервала наблюдений , произведенного на МКАД ( лето 1 978 г .) . Сглаже н ные траектории соответствуют h = 0,0001 и h = 0,0000 1 .

Рис . 11 . С глаживание случайного процесса интервальных отсчетов

4.6.5 . Оптимальные значения параметров фильтра определялись на материале реальных данных на стационарном ( 1 40 мин .) и нестационарном (393 мин .) тестах . Значения параметров фильтра таковы : К = || 0,0 796; 0,0795; 0,0 765|| в стационарном случае и K = || 0,1 41 5; 0,1 41 5; 0,1 322|| в нестационарно м .

Ковариационные матрицы равны соответственно :

4.6.6 . Другим эффективным алгоритмом сглаживания является алгоритм с запаздыванием , построенный на результатах [ 12 ]. А л горитм основан на нахо жд ении параметров { a _k } , обеспечивающих минимум выражения

в классе последовательностей { Y },
удовлетворя ю щих условию ( 4.11).

Здесь δ — параметр запаздывания и , разумеется , W _δ < W ‘ _δ при δ > δ ‘ .
Коэффициенты вычисляются по формулам :

где    

Ниже приведены значения a _i при δ = 1 0 и типичном значении γ
= 46.

a ₀ = 0,051 523; a ₁ = a _-1 = 0,051 411 ;

a ₂ = a _-2 = 0,0 51 076; a₃ = a _-3 = 0,050521;

a ₄ = a _-4 = 0,0 49753; a ₅ = a _-5 =
0,048776;

a ₆ = a_-6
= 0,0 47601; a ₇ = a _-7 = 0 ,046239;

a ₈ = a _-8 = 0,0 44701; a ₉ = a _-9 =
0,043002;

a _{1 0} = a _-10 = 0,0411 57.

Алгоритм реализован на ЭВМ и предлагается в качестве а л ьтернативного (или дополнительного ) варианта реализа ц ии блока 1 4.

4.6.7 . Сглаженная траектория интервальных отчетов дает оператору и контуру автоматического управления информацию об истинном , « свободном от флуктуации » уровне интенсивности .

Алгоритм прерывания устанавливает ко л ичественную меру существенности изменения и момент прерывания периода , в котором уровень интенсивности считается постоянным . Он основан на статистике Б рей ман а :

                                   ( 4.13 )

где J ( t ) — определено в п . 4.6.2 .;

σ ² — дисперсия одиночного отсчета . Согласно результатам Бреймана статистика B ( t ) распределена нормально с параметрами 0 и
1.

4.6.8 . Алгоритмы прерывания

Шаг
0. Положить t = 0.

Шаг
1. Вычислить B ( t ) .

Шаг
2. Е с ли | B ( t )| < α , т о { t : = t + 1 , перейти к шагу 0}.

Шаг
3. Найти ближайш е е t ₀ < t , где | B ( t )| ≤
1 ; п е рейти к шагу 0.

Точка t ₀ является точко й преры в ания . Рекомендуемое значение α = 3,5. При этом вероятность ошибочного прерывания
( например, на интервале 1 00 Δ ) равна :

P { max | B ( t )| > α } = 0, 04 .

0 ≤ t
≤ 100

4.6.9 . Применение теста к анализу изменения интенсивности в период с 7.00 до 1 3.30 на одной из автомобильных дорог московского транспортного узла по реальным данным показало его высокую эфф е ктивность . По р езультатам те с та выделены с ледующие
промежутки со статистически значимыми изменениями интенсивности :

Первый промежуток 7.00 — 8. 1 4 …………….. 1 577 авт / ч ;

Второй          — » —            8. 1 5 — 9.47 …………….. 1 880     — » —

Третий          — » —            9.48 — 1 3.30 …………… 1 978 авт / ч .

4 .7 . Оц е нивани е фа зовых пер е менных трансп о ртного потока

4.7. 1 . Фазовые переменные транспортного потока не поддаются непосредственным измерениям в рамках технического обеспеч е ния , используемого в системах управления движением . По этой причине в цепи обратной связи таких систем должен присутствовать преобразователь информации , осуществляющий оценивание фазовых переменных объекта управления по текущим значениям его непосредственно измеряемых параметров . В рамках прилагаемой технологии управления оцениванию подлежат средние плотности и скорости по пространственно — временной совокупности , соответствующей данной полосе движения в пределах определенного участка магистрали и временного такта . Задача оценивания решается изолированно для отдельного участка магистрали , при этом непосредственным изме р ениям подлежат интенсивности и средние за такт Δ скорости движения по каждой полосе начального и конечного сечения участка .

4.7.2 . Помимо значений непоср е дственно измеряемых параметров транспортного по ток а используется информация , закл юч енная в моделях динамики транспортного потока и связей между фазовыми переменны м и и сигналами на выходе . Эти модели представляют собой систему стохастических разностных уравнений :

где X
— пополненный вектор ф азовых переменных , его к омпонентами являются плотности и средние пространственные скорости ТП , а также априори неопределенные параметры модели ;

W — вектор , составленный из интенсивностей и скоростей
на входе в участок и скоростей на выходе из участка ;

Y — вектор , и н тенсивностей на выходе из участка;

α и β — гауссовс ки е шумы с известными ковариацион н ыми матрицам и
[ 2].

Уравнения ( 4.14) представляют собой стохастический аналог
уравнений
( 4.1 .), упрощенный путем использования известных текущих значений вектора W .
Уравнения ( 4.15)
вытекают из стандартного соотношения « скорость — плотность — интенсивность » — λ = ρV , которое для истинных ( в отличие от средних значений ) переменных транспортного потока является верн ы м с точностью до
случайного слагаемого с известной дисперсией .

4.7.3 . Задача оценивания вектора фазовых переменных решается на основе моделей ( 4.14 ) и ( 4.15 ) с помощью расширенного фильтра К алман а — Бь юси . Оценка для X (0) делается на основе гармонической средне й скорости автомобилей , проходящих в конечном сечении участка за такт Δ и соотношения « скорость — плотность — интенсивность ». Рис . 12 отражает результаты применения алгоритма к экспериментальным данным , описанным в п рилож . 1 .

4 .7.4 . Первоначально ал г оритм был испытан на данных , имевшихся в зарубежной литературе [ 16 ]. Испытания подтвердили высокую эфф е ктивность этого алгоритма , одновременно выяснилось значение априорной информации , заключенной в численных з н ачениях элементов , следующих ковариационных матриц :

R ( α ) — ковариа ции ошибки модели состояния ;

R ( β ) —        — » —                — » —           — » —     наблюдения .

Рис. 1 2 . Результат ы оценивания плотности транспортного потока
на одной из полос шестиполосного участка магистрали

Наибольшее влияние на точность оценки оказывают отношения
верхних шести диагональных элементов матрицы R ( α ) и диагональных элементов м а трицы R ( β ).

По материалам эксперимента , совмещавшего одновременную посе кундную киносъемку участка и ручное фиксирова н ие скоростей и числа проходящих автомобилей, удалось получить ряд конкретных
оценок .
Так была получена последовательность рекуррентных
оценок ковариационной матрицы ошибок корректированных
оценок ,
которую можно использовать далее в качестве приближения
для R ( α ). Основной интерес представляет значение верхней
левой подм а трицы , где находятся дисперсии и к ов ариации скоростей и плотностей транспортного потока .

Подматрица P ₆ таков а :

и была в ы числена при

.

Ниже приведены также рассчитанные по тому же материалу значения матричных элементов фильтра :

.

В Ги про дорнии имеется программа , реализую щ ая описанный
алгоритм как в варианте , рассчитанном на исследовательские
цели , так и для работы с реальными данными .

4.8 . Синтез корректирующих управлений

4.8. 1 . О с нованием для смены управля ю щих программ является значительное изменение спроса или условий движения . Однако , в рамках примерно постоянных значений этих внешних переменных происходят отклонения истинной трае к тории объекта управления X ( t ) от расчетной X ⁰ ( t ) для данной программы управления , связанные со стохастической природой транспортного потока . Задача синтеза корректирующих управлений заключается в нахождении алгоритма , ос ущ еств ляющ его соответствие δ X ( t ) → δU ( t ), между отклонениями от расчетной траектории и корректиру ю щим управлением , оптимальным в смысле заданного критерия .

4.8.2 . Для использования в системе АР Д АМ предлагается один из возможных подходов к решению этой задачи , связанный со сведением ее к известному классу задач синтеза — л и нейному
оптимальному управ л ению с квадратичным критерием . Так как потактные переключения управлений имеют физический смысл только для назначений допустимых потоков на въездах UR_i , то в рамках каждой конкретной задачи синтеза UV_ij и UV_{i αβ} п ред полагают ся фиксированными . Необходимая в этом случае модель представляет собой линеаризацию модели ( 4.1 ) в окрестности стационарной устойчивой траектории . Ее следует трактовать как модель распространения флуктуации в многорядном транспортном потоке при наличии управлении .

4.8.3 . Мерой отклонения объекта управления от расчетной траектории считается математическое ожидание суммы квадратичных форм от δ X и δU . Решение задачи задается линейным оператором L ( t ), не зависящим от статистических характеристик помехи и вычисляе м ым стандартным образом .

На рис .
13 показаны траектории одной из фазовых переменных
для ситуации непродолжительного (3 мин )
резкого торможения потока . Управление δU обеспечивает здесь более умеренную « воронку » скоростей за счет своевременной задержки транспорта на
въездах .

Рис . 13 . Сгл а живание « воронки скоростей »

4.8.4 . Сформированной здесь моделью завершается построение модельной основы предлагаемого варианта технологии управления транспортными потоками на автомобильной магистрали . Она включает в себя двухуровневую стратегию управления и цепь обратной связи , состоящую из блока оценивания и блока коррекции . Существенные колебания спроса , зарегистрированные в блоке фильтрации ( блок 4 ), наряду с внешними факторами ( блок 6 ), которые могут изменять значения динамических параметров модели , дают основания для очередной смены управляющих программ . Программы рассчитаны вне реа л ьного масштаба времени . С каждой из них связ а на
определенная номинальная траектория и , как пр а вило , постоянный оператор обратной связи L. Рассогл а сования между номинальной и фактической траекторией определяют в силу величину корректирующего управления .

4.9 . Оценка пропускной способности в реальном м а сштабе времени

4.9. 1 . Пропускная способность различных участков автомобильной магистрали является важнейшей характеристикой э того
инженерного сооружения как аппарата обслуживания . Факторы , влияющие на этот показатель , описаны в специальной литературе [ 5 , 11 ] . Оперативная оценка пропускной способности имеет определя ю щее значение для работы блока управления функционированием дороги ( блок 11 ).

4.9.2 . Для определения пропускной способности контрольного сечения автомобильной магистрали ( сечения , оборудованного детекторами скорости ) канд . т ехн . н аук М . Я . Б ли нкины м была предложена процедура , дающая оценку этого показателя в реальном масштабе времени и использующая только текущую информацию о параметрах транспортного потока . Известные методы [ 9 ] предполагают либо наличие априорной информации , либо организации специальных режимов движения ( например , искусственного затора ). По этой причине их применение в системах управления движением нецелесообразно .

4.9.3 . Процедура определения пропускной способности по максимуму функции регрессии ( МФ Р ) реализуется с помощью комплекса , состоящего из нескольких ( по числу полос движ е ния ) детекторов скорости и работающего синхронно с ними п реди ктора — выч и сли тельной системы , реализованной а пп аратурно или программно .

4.9.4 . Процедура МФР основана на совместном измерении инт е рва льных , например минутных , объемов движения и скоростей проходящих автомобилей , рекуррентного уточнения по полученным данным р е грессионной зависимости между плотностью и интенсивностью транспортного потока в диапазоне полученных данных и определении пропускной способности как максимума функции регрессии методом стохастической аппроксимации .

Для простоты изложения в описанной ниже процедуре МФР
предполагает с я наличие трех детекторов , использование линейной по параметрам функции регрессии и простейшего варианта ал г о ритм а К ачм аж а [ 10] для рекуррентной оценки ее параметров .

4 .9.5 . Процедура МФ Р .

Шаг
1. Ввод уставок Δ , Т , а ⁰ , b ⁰ , u ⁰ .

( Здесь Δ — временный такт , по которому осре дняют ся параметры его порядок 1 /1 00
¸ 1 /30 ч ;
T
— число тактов в процедуре ; T Δ — полное время процедуры ; a ⁰ — вектор , В ⁰ — матрица , да ю щие начальное приближение для линейных регрессионных зависимостей:

где i = 1, 2 , 3 — ин д екс полосы ;

t — индекс временного такта ;

u ⁰ — начальное приближение для плотности , соответствует пропускной способности .

λ_i^t и ρ_i^t — интенсивность движения и средняя плотность
за такт t ).

Шаг
2 . t : = 0. ( Включение счетчика дискретного времени , t )

Шаг
3 . τ : = 0.

( τ ≤ Δ , включение счетчика непрерывного времени внутри такт а ).

Шаг 4 D 1 K ₁ : = 0; S ₁ : = 0;

Шаг 4 D 2 K ₂ : = 0; S₂
: = 0;

Шаг
4 D 3 К ₃ : = 0; S ₃ : = 0.

( Ш аги с индексом D_i относятся к функционированию детектора i ,
с индексом P — к функционированию предиктор а ; K _i — переменная числа прошедших автомобилей по полосе i ;
S_i — переменная суммы обратных значений скоростей ).

Ш аг 5. Если τ > Δ, то {τ : =
0 ; переслать K _i и S_i в память предиктора ; перейти к шагу 4}.

Шаг 6 D 1 . В случае срабатывания детектора скорости на полосе 1 { K ₁ = K ₁ + 1; S ₁ : = S ₁ + v ^-1 _{1, k} ; перейти к шагу 5}.

Шаг
6 D 2. Аналогично для полосы 2.

Шаг 6 D 3. Ан а логично для полосы 3.

( З десь v_{i , k} —
скорость k — того по счету автомоби л я , прошедшего по
полосе i в данном такте .)

Шаг
6 Р . Если очередные значения S_i и k_i по с тупили , то

{ для i = 1 , 2, 3; λ^t_i : = k_i /Δ ; v_i^t = k_i /S_i ;                                            ( 4. 1 6 )

            ( 4.17)

Здесь используются сл едующи е обозначения :

вектор W_i^t = { ρ_i^t , ρ_i^tρ ₁ ^t , ρ_i^tρ ₂ ^t , ρ_i^tρ ₃ ^t };

— » — C_i^t
= {a_i^t, b_i1^t, b_i2^t;
b_i3^t};

— » — e_j — единичный орт оси j в пространстве { W } ;

скаляр P^t — текущая оценка пропускной способности ;

α_t , β_t — числовые последовательности из метода стохастической аппроксимации , удовлетвор яющи е условиям

Формула ( 4.16) — рекуррентное соотношение из алгоритма К ачм аж а [ 10] , формула ( 4.17) — рекуррентное соотношение из алгоритма
стохастической аппроксимации Роббинса — М онро [ 8], предназначенного для отыскания максимума ф ункции регрессии .

Ша г 7. Если t < Т , то
{ t : = t + 1; перейти к шагу 3}

Шаг
8. Конец .

4.9.6 . В рамках алгоритма управления системы АР Д АМ процедуру М Ф Р следует регулярно применять в различных хара к терных
дорожных условиях . Применение процедуры МФ Р вне систем управления движением станет возможным после ее аппа р атурной реализации в рамках предлагаемого комплекса « детектор скорости — пре ди ктор пропуск н ой способности ». В этом случае процедура может быть повсеместно испо л ьзована в практике « с целью оценки возможности пропуска колонн автомобилей , получения дополнительных коэффициентов снижения пропускной способности , а также оценки эффективности мероприятий по повышению пропускной способности » [ 9 ].

5 . ВЫВОДЫ

Стратегия управления в системе АР ДАМ взаимообусл о влена со схемой организации движения на участке МКАД — Истра и номенклатурой предполагаемых технических средств , системное использование которых она призвана обеспечивать . Алгоритм управления движением в системе АРДАМ , реализующий стратег и ческие концепции состоит из дв ух контуров , обусловленных необходимостью управления д в ижением , как в автоматическом режиме , так и вручную .

Контур автоматического управления включает в себя двухуровневую стратегию ( в узком смысле ) управления и цепь обратной связи , состоящую из блока оц е нивания и блока коррекции . Существенные колебания спроса , зарегистрированные в блоке фильтрации ( наряду с внешними факторами ), дают основания для очередной смены управляющих программ . Программы рассчитаны вне
реального масштаба времени , в каждой из них связана определенная
номинальная траектория и оператор обратной связи . Р ассогласования между номинальной и фактической траекториями определяют величину корректирующего управления .

Контур ручного управления ограничен кругом задач , направленных на оперативное изменение управляющих воздействий . Необходимость их решения возникает в случаях , когда оператор с помощью имеющихся у него средств наблюдения и связи первым получает информацию о существенных изменениях в нарушении нормального функционирования аппарата ( автомобильная магистраль ) или процесса обслуживания ( движение транспортного потока ). Другими поводами для включения к о нтура ручного управления является необходимость создания особых режимов движени я , связанных с обеспечением приоритетного пропуска определенных автомобилей или
проведением на дороге работ , требующих введения соответствующих ограничений . При этом контур автоматического управления
осуществляет автоматическую подстройку всей совокупности управляющих воздействий под изменения , вносимые оператором . В этом случае в оптимизационной подсистеме решается та же задача оптимального управления , а управляющи е воздействия , назначенные оператором , рассматри в аются как дополнительные ограничения на п ространств о управлени й .

Основные алгоритмы опт им изацио нно й и информационной подсистемы контура автоматического управления следует базировать
на ра з работанных кан д . т ехн . н аук М . Я . Б линки ны м макроскопических
моделях транспортного потока , позволяющих учесть возможность
координированного применения комплекса технических средств . Данный класс моделей предложен на основе принципов физическо й методологии в теории оптимальных систем и экспериментальных фактов,
характеризующих многорядны й однонаправленны й плотный транспортный поток на автомобильной магистрали как объект управления .

Совокупность предложенных моделей проверена на адекватность и к али брована по результатам натурных экспериментов . В ходе последних были получены данные о скорости , интенсивности и плотности движения транспортных потоков по полосам , отклика транспортного п о тока на управляющие воздействия , а также данные о величинах приемлемых интервалов на въезде на маг и страль . Ряд их получен для автомагистралей нашей страны впервые .

Ограничения на рекомендуемые скорости движения , определяющие область допустимых управлений , следует рассчитывать по методике канд . т ехн . н аук А . П . Васильева , позво л яющей связать допустимые скорости движения с полной с овокупностью дорожных и метеорологических факторов .

Задача расчета управляющих программ для системы АР Д АМ в рамках данной стратегии и разработанных моделей отно с ится к классу задач дискретного оптимального управления , а коррекции — к классу задач
д искретного линейного оптимального управления .

Основной информацией для смены управляющих программ служат
данные об изменении уровня спроса на пользование участками магистрали . В связи с этим разработаны алгоритмы фильтрации интервальных объемов движения , параметры которого рассчитаны по реальным данным . Алгоритм обладает преимуществом перед стандартными процедурами сглаживания за счет использования априорной
информации ,
специфичной для транспортного потока .

Для решения задачи оценивания фазовых переменных транспортного потока в реальном масштабе времени предложена стохаст и ческая макроскопическая модель . Алгоритм фильтрации , основанный на предлагаемой модели и настроенный на параметры , в ы численны е по реальным данным , дает ,
в частности , возможность получать оценки плотностей транспортного потока раздельно по полосам движения
— параметров , недоступных для непосре д ственного измерения техническими средствами .

Результаты настоящей работы были использованы при разработке объектно — ориентированного математического обеспече н ия системы АР Д АМ и нашли применение в дальне й шем при разработке АСУД на автомобильных магистралях ; для анализа проектных решений и схем организации движения на проектируемых автомобильных магистралях ; расчета допустимых скор о стей движения при использовании знаков со сменной информацией ; при экспертизе по вопросу целесообразности приобретения зарубежных АСУД ; для подготовки специалистов по безопасности и управлению движ е нием соответствующих учебных курсах .

Приложение
1

Исследование
характеристик транспортного потока на автомобильных магистралях

1 .1 . Исследовани е х а рактеристик транспортного потока проводилось с целью получения данных о режимах движения тран с порта на автомобильных магистралях , на основе которых были установлены ди а пазоны значений численных параметров различных блоков объемлющего алгоритма управления . Также требовалось получить данные по отклику транспортного потока на управляющие воздействия — предписания по скоростям движен и я . Для этих целей в качестве исходного материала были необходимы данные об интенсивности , скорости и плотности транспортного потока и в первую очередь для магистралей , имеющих различное число полос движения ( от 4 до 8), отдельно для каждой полосы движения . Частично такие да нны е имеются в отечественной и зарубежной литературе , однако они являются не вполне удовлетворительными для этой области применения ввиду значительной разницы состава потока на дорогах нашей страны и за рубежом , а также ввиду того, что отечественные данные были получены преимущественно на городских магистралях [ 11 , 15 ].

1 .2 . Методика проведения исследований заключалась в проведении на магистралях натурного эксперимента со съемкой транспортного потока на кинопленку . В качест в е магистралей были выбраны Ярославское шоссе ( обход г . П ушкино ) и Горь к овское шоссе ( перед поворотом на Ногинск ), имеющие четыре полосы движения , МКАД на участке с шестью полосами движения и Каширское шоссе за МКАД , имеющие восемь полос движения . Все магистрали имеют разделительные полосы .

Для проведения ки н осъемки был изготовлен комплекс аппаратуры , позволяющий вести покадровую съемку с интервалами 0,5; 1, 0; 2,0; 4,0 и
8,0 сек . Съ е мка во всех случаях велась c путепроводов , что позволило охватить участок магистрали значительно й протяженности . Для оценки плотности транспортного потока
регис т рация его параметров осу щ ествлялась си н хронн о в двух
створах ,
отстоящих друг от друга на 500 м .
В этих случаях в одном из створов использовался руч н ой метод по л учения данных ( с помощью с к оростеметров ).

1 .3 . Методика проведения эксперимента по изучению отклика транспортного потока на управляю щ ие воздействия зак л ючал ась в экспозиции над каждой полосо й д в ижения дорожных знаков , ограничивающих скорость движения , и проведении автоматической покадровой ки н осъемки через 1 с участка дороги , находящегося за знаком . Съемка производилас ь непосредственн о в месте установки знаков и за 20 0, 500 и 1 200 м за ним и .
Знак и , ограничивающие скорость движения , устанавливались над по л осами дви ж ения в следующей последовательности : 40 и 40 км / ч , 40 и 60 км / ч , 60 и 60 км / ч , 60 и 80 км / ч , 600 и 1 00 км / ч ( рис . 1 , п рил ож . 1 ).

Экспозиция каждой пары знаков менялась после прохода под
ними 500 — 60 0 автомобилей . Знаки имели III — й типоразмер и были
изготовлены в соот в етствии с ГОСТ 13508-74 . Съемка велась на 1 6 мм ки н опленку с эле к тромеханически м спусковым устройством , позволяющим менять время между съемкой последо в ательны х кадров
в пределах от 0,25 до 3 с .

1 .4 . О бработка да н ных съемки проводилась путем проектирования кадров на масштабны й экран и измерения п е ремещ ений автомобилей за время между двумя соседними кадрами . Полученные таким образом данны е затем обрабатывались на ЭВМ для определения необходимых статистических характеристик .

1. 5 . В результате обработки данных были получены :

1 . Средние значения скоросте й движения автомобилей ( без разделения по составу ), дисперсия скоростей и распределение их величин для каждой полосы движения ( табл . 1 , п рилож . 1 ).

2 . То же , для легковых автомобилей ( табл . 2 , прилож . 1 )

3 . То же , для грузовых автомобилей ( табл . 3 , прилож . 1 ).

4 . Интенсивность движения за каждую минуту по полосам и типам автомобилей совместно со средними с к оростями движения за эти же интервалы .

5 . Уровни факторов и дисперсионный анализ массива скоростей в трех ф ак торной схеме ( фактор знака , полосы движения и типа транспортного средства ) отражены в табл . 4 , прилож . 1 .

6 . Зависимость уровней з агрузк и о тдельных по л ос при различной интенсив н ости движения по магистрали ( см . рис . 1 , п рилож . 1 ).

Рис . 1 . Загрузка полос движения на автомагистрали :

а — четырехполосной ; б — шестиполосной ;
в — восьмиполосной ( 1, 2, 3 , 4 — полосы движения )

Р ис . 2 . Распределение величин приемлемых интерв а лов при въезде а втомобилей на магистраль :

1 — сходу ;
2 — после ост а новки

7 . Распределение величин приемлемых интервалов автомобиле й на въезде на магистраль ( рис . 2 прило ж . 1 ).

1 .6 . Получе н ная в результате обработки данных информация позволила выполнить ряд операци й по обработке отдельных блок о в алгоритма управления в систем е АР Д АМ на реальных данных :

произвести оптимиза ц ию работы программных управлений в
заторовых ситуациях ;

определить параметры ф ильтров случа й ного процесса изменения интен сив ности движения и фазовых переменных транспортного
потока ;

исследовать работу с ъез дов на магистраль , работающих в режиме поиска разрыв в потоке .

Рез у льтаты обработки приведены выше при описании блоков 4, 1 2, 1 3, 1 4.

1 .7 . Влия н ие каждого из рассматриваемых факторов можно увидеть на более подробном анализе материалов массива , п олученного н епосредственно за знаком .

Значение , уровни факторов таковы :

фактор состава —

легковые                                               T ₁ + 3,5 08

грузов ы е                                               T ₂ = -3,5 08,

фактор полосы —

1                                                             L ₁ = — 4 ,558,

2                                                             L ₂ = +4, 5 58,

фактор знака , км / ч —

40                                                           E ₁ = -3,259,

60                                                           E ₂ = 0,088,

80                                                           E ₃ = 3,892,

1 00                                                         E ₄ = 1 ,842

отсутствие з н ак а : E ₀ = 1 ,785.

Значен и е уровней факторов T и L являются вполне лог и чными и соответствуют средней разности между скоростями легковых и грузовых автомобилей 7,0 1 6 км / ч ,
между полосами движения — 9, 11 6 км / ч .
Уровни факторов знака находятся в логическом соответствии с содержанием соответствующих знаков , но их количественные значения находятся весьма далеко от разностей
между указанными на знаках скоростях .

1 .8 . Анализ распределения скоростей движения в месте установки дорожного знака , ограничивающего скорость движения , показывает , что попытки р езк ого о г рани чения скорости без дополнительно й информации , поясняющей причину такого ограниче н ия , не приводят к желаемому результату . Кроме того, это вызывает значительное расширение диапазона скоро с тей движения транспортных средств , так как лишь небольшая часть водителе й начинает двигаться с установленной скоростью , что приводит к появлению в потоке боль ш ого числа обгоняющих автомобилей и увеличению шума ус к орения . Тем самым значительно ухудшаются условия безопасности движения .

Анализ изменения в е ли чин средних скор о стей дви ж ения по длине дороги за местом установки знака прив е ден на рис . 3 пр и лож . 1, где показано и зменение скоросте й д виж ения после установки з н аков по отношению к скорости движения на этом же участке до уста н овки знаков . Из этого рисунка видно , что изме не ние скорости д в иж ения транспорта на п е рвой и второй полосе различно . На перво й п о лосе , где транспортные средства на подходе к знаку
им еют невысокие скорости движен и я ( порядка 60 км / ч ),
наличие знаков ограничения скорости дви ж ения до 40 и 6 0 км / ч одинаково вызывало с нижени е до уровня 0,9 от первоначального значения . М а к сим альное с н ижение скорости наблюдалось на участке от 200 до
600 м за знаком . Д а лее скорость движе н ия восста н авливалась до первоначального з н ачения .

На второ й полос е , где средняя скорость движения транспорта
до устано в ки знаков была довольно высока ( более 60 км/ ч ), зн ак и ограничен ия скорост и вызывали более резкое ( до уровн я 0,75) изменение скорости в месте установки знака . Уви д ев , что это ограниче н ие не имеет как и х — либо ос н ований , они восстанавливают
свою перв о начальную скорость дв иж ения и , чтоб ы компенсировать
п о терю времени , начинают двигаться с повышенной скоростью . Причем водители грузовых автомобиле й , имеющие, как правило, больший опыт работы , после снижения скорости дви ж ения под знаком сразу начинают ее увеличивать и на расстоянии 600 м полностью восстана в ли вают ее до первоначального значения . Водите л и л егковых автом о билей , в числе которых большо й процент любителе й , после сниж ени я скорости под знаком движутся с пониженной скоростью около 400 м ,
а затем на ра с стоянии 1 000 м восстанавливают е е первоначальное значе ни е .

Рис . 3 . Изм е нение величин средних скоростей движения
за местом установки знаков :

а — на первой полосе ; б — на второй полосе ; 1 — легковые ; 2 — грузовые автомобил и

Та блица 1

Средние значения скоростей движения автомобилей ( без разделения по составу ), дисп е рсия скоростей и распределение их величин для каждой полосы на ш ест ип олосн ой магистрали

Распределение , до	Средние по полосам
52,837	68,798	82,038
Среднеквадратичные по полосам
8,270	8,564	10,760
1 0	0,0000	0,0000	0,0000
1 5	0,0007	0,0000	0,0000
20	0,0034	0,0000	0,0000
25	0,034	0,0000	0,0000
30	0,0 1 44	0,0000	0,0000
35	0,0239	0,0000	0,0000
40	0,0574	0,0000	0,0000
45	0, 1 811	0,00 1 4	0,0000
50	0,4395	0,0 1 24	0,0000
55	0,7068	0,0606	0,0000
60	0,8722	0,22 1 8	0,0 1 89
65	0,950 1	0,4477	0,0566
70	0,98 1 5	0,6543	0, 1 604
75	0,99 11	0,84 1 6	0,349 1
8 0	0,9973	0,9270	0,5660
85	0,9993	0,9793	0,698 1
90	1 ,0000	0,9972	0,7830
95	1 ,0000	1 ,0000	0,9 1 51
1 00	1 ,0000	1 ,0000	0,9528
1 05	1 ,0000	1 ,0000	0,98 11
11 0	1 ,0000	1 ,0000	1 ,0000

Таблица 2

Средние значения скоросте й движения легковых а в томобилей , дисперсия скоростей и распределение их величин для каждой
полосы шестиполосной магистрали

Распределение , до	Средние по полосам
57,304	69,967	82,633
Среднеквадратичные по полосам
9,771	8,531	10,907
1	2	3	4
25	0,0000	0,0000	0,0000
30	0,0044	0,0000	0,0000
35	0,0 1 76	0,0000	0,0000
40	0, 0 529	0,0000	0,0000
45	0, 1 366	0,0000	0,0000
50	0,2906	0,0073	0,0000
55	0,4626	0,0388	0,0000
60	0,6960	0, 1 977	0,0204
65	0,8458	0,3857	0,06 1 2
70	0,9339	0,589 1	0, 1 429
75	0,9692	0, 81 76	0,3265
8 0	0 ,9 868	0,9050	0,5306
85	0,9956	0,9748	0,6735
90	1 ,0000	0,998 1	0,7653
95	1 ,0000	1 ,0000	0 ,9 082
1 00	1 ,0000	1 ,0000	1 ,9490
1 05	1 ,0000	1 ,0000	0,9796
11 0	1 ,0000	1 ,0000	1 ,0000

Таблица 3

Средние значения скорости движения грузовых автомобилей, дисперсия скорости и распределение их величин для к аж дой полосы шестиполосной магистрали

Распределение , до	Средние по полосам
52,017	65,924	74,750
Среднеквадратичные по полосам
7,606	7,942	4,380
1	2	3	4
1 0	0,00 0 0	0,0000	0,0000
1 5	0,0008	0,0000	0,0000
20	0,0040	0,0000	0,0000
25	0,0040	0,0000	0,0000
30	0,0 1 62	0,0000	0,0000
35	0,025	0,0000	0,000
40	0,0583	0,0000	0,0000
45	0, 1 893	0,0048	0,0000
50	0,4668	0,0238	0,0000
55	0,75 1 6	0, 11 43	0,0000
60	0,9045	0,28 1 0	0,0000
65	0,9693	0,6000	0,0000
70	0,9903	0,8 1 43	0,3750
75	0,995 1	0,9000	0,6250
8 0	0 ,9 992	0,9810	1 ,0000
85	1 ,000 0	0,9905	1 ,0000
90	1 ,0000	0 ,9 952	1 ,0000
95	1 ,0000	1 ,0000	1 ,0000

Таблиц а 4

Результаты дисперсионного а нализа

Источник дисперсии	Сумма квадратов	Число степеней свободы	Средний квадрат	F	F табл . α = 0,005
Экспозиция знаков	SE = 1 24,66	4	σE 2 = 3 1 ,1 65	FE = 1 0,7	3,7 1 5
Полоса движения	SL = 476,57	1	σL 2 = 476,57	FL = 1 64,3	7 ,8 8
Вид тр а нспорта	ST = 309,68	1	σT 2 = 309,68	FT = 106,3	7,88
Внутри групп	S ξ = 2452,5	842	σξ 2 = 2,978	Гипотеза о равенстве средних отвергается по всем факторам на 0,5 % уровне значимости
Полная сумма квадратов	SS = 3965,41	848	σ 2 = 4,676

Приложение 2

Исследование
работы въездов на магистраль

2. 1 . Полученные в результате натурного эксперим е нта данные о величинах интервалов , принимаемых водителями при входе автомобиля в поток на магистрали , а также да н ные о распределении транспорт н ых средств по полосам , п о зволили ис след овать работу въездов на всех запроектированных пересечениях участка магистрали от М КАД до г . Истра , при регулирован и и движения на них по алгоритму поиска разрывов в транспортном потоке ( рис . 4 , прило ж . 2 ).

Рис . 4 . Работа автоматической системы , регулирующей въезд на магистраль по алгоритму поиска разрыва в потоке :

а — обнаруживание приемлемого интервала ; б — перенос приемлемого интервала ; в — вхождение в основной поток ; 1 — приемлемый интервал ; 2 — детектор ; 3 — светофор на въезде

М е тодика исследований включает д в а этапа . Первый из них
заключался в применении метода статистического моделирования
на ЭВ М , которы й позволял п о лучить пропускну ю
способность въезда , а также ожидаемые задержки транспорта на въезде при
любо й транспортно й нагрузке [ 1].

2.2 . Модель построена таким образом , что автомобили , движущиеся по магистрали , проходят в зоне въезда без задержек . Автомобил и ,
желающ и е влиться в поток транспорта на магистрали , входят в него по мере появления на первой полосе магистрали таких интервалов , в которые автомобили на в ъ езде успевают безопасно присоединиться к потоку . Если автомобиль , желающи й попасть на магистраль , подходит к въезду в тот момент , когда на ма г истрали имеется приемлемый интервал , то на светофоре на въезде загорается зелены й сигнал и он входит на магистраль без задер ж ек .

В противном случае загорается красный сигнал и автомобиль
останавливается ,
начиная ждать приемлемый интер в ал . С появлением последнего опять загорается зеленый сигнал и автом о биль на въезде трогается , но в этом случае ему наз на чается задержка . Все события , происход я щие в модели ( прибытие автомобилей , их задержка , от п равление и т . п . ), фиксируются во времени и производится подсчет задержек , очередей и количества автомобиле й , успевших пройти пересече н ие во время моделирования .

Принято , что распределение интервалов прибытия сл еду ет смещенному экспоненциальному закону .

Кроме того, в модели при н яты следующие допущения :

1 . Различаются д ва типа приемлемых интервалов Δ t и
Δt ₀ в зависимости от того , происходит ли вливан и е в основной поток автомобиля , желающего попасть на магистраль сходу или после остановки у стоп — линий . Кроме того, величина этих интервалов зависит от интенсивности движения по первой полосе магистрали , что учитывается специальным коэ фф ициентом .

2 . Если автомобиль останавливается и стоит в очереди первым , ему после отправления назначается задержка на ускорение и трогание .

3 . Когда автомобиль выезжает на магистраль после остановки со второго места в очереди , ему на значается меньшая з а держка ускорения и задержки подхода к стоп — л инии .

4 . Если автомобиль выезжает на магистраль с третьего места в очереди и далее , то задержка на ускорение и подход к стоп — л инии имеет еще меньшее значение .

5 . Автомобили въезжают на магистраль один за другим , н е обгоняя друг д руга .

Статистическая модель реализована Алгол — программой , составленной по разработке канд . т ехн . н аук В . Д . Белова [ 1]. В результате проведенного моделирования были получены зависимость возможного потока на въезде от интенсивности движения
по первой полосе магистрали ( рис .
5, п рилож . 2), а также ожидаемые в еличины задержек транспорта и очередей на въезд в зависимости от интенсивности движения на первой полосе магистрали и
въезде
( см . табл . 4, прилож . 1).

2.3 . Второй этап исследований основан на аналитическом моделировании , с использованием результатов Дрю [ 7 ] и Ф еррари [ 19] и вычислениях на ЭВМ . Выходной характеристикой въезда ( при данном расположении на магистрали и геометрических параметрах ) является так называемый критический интервал ( T ), который определяется как медиана случайной ве л ичины ξ :

ξ = ατ ₀ + (1 — α ) t ₁ ,

где τ ₀ — максимальный из отвергнутых , а τ ₁ — приемлемый для данного экипажа интервал , 0 ≤ α ≤ 1. По данным американских авторов эта величина находится в пределах 2,7 — 4,7 с [ 13], отечественные данные представлены на рис . 2 п рилож . 1.

Рис . 5 . Зависимость возможного потока на въезде от интенсивности движения на первой полосе :

1 — данные статистического моделирования ;
2 — данные аналитического моделирования

Здесь предполагается , что поток прибытий ( интервал И ) на въез д является пу ассоновски м ( с параметром λ). Справедливость приводимых здесь результатов в незначительной степени
зависит от этого допущения , в то время как его принятие значительно упрощает итоговые формулы .

Работу « аппарата обслуживания » характеризует распределение случайной величины X
— времени ожидания головного автомобиля очереди . Суммарное время ожидания V представляет собой
сумму

V = X + W,

где W
— время нахождения автомобиля в очереди . Математическое ожидание V равно :

Величина 3600/ Ex равна пропускной способности въезда .

Величины Ex и Dx ,
через которые выражаются время ожидания , длина очереди , пропускная способность , зависят в свою очередь от распределения интервалов на полосе движени я .

Здесь удовлетворительным ( это проверялось на экспериментальном материале ) и аналитически удобным является предположение о том , что интерв а лы на полосе движения подчинены
распределению Эрланга :

где Q — инте н сивность движения ; k
— параметр регулярности . Случай k = 1 соответствует пу ассоновскому распределению , при k →∞ функции f_k ( t ) сходятся к δ — распределению Дирака . При k ≥ 6 фу н кции f_k ( t ) вполне удовлетворительно аппроксимируются н ормальным распределением . Первые два статистичес ки х момента случайной величины равны соответственно :

Et = 1/Q                                                                         ( 1)

Dt = (Et)²/k ,                                                                   ( 2)

Известно , что k возрастает с ростом Q .
Следуя Феррари , принимае м , что k = 1 при Q
≤ 1 /6 авт / с (60 авт / ч ),
а при больших интенсивност я х растет ступенчат о

k = entier(9Q — 0,5),                                                       ( 3)

здесь entier ( Z ) — целая часть Z .

Значения Ex и Dx вычислены в работе
[ 14], эти формулы таковы:

                                                    ( 4 )

                                            ( 5)

С учетом формулы 4 п рилож . 2, имеем выражение для пропус кн ой способности въезда :

C AP (Q)
= 3600/Ex.

В макроскопической модели 4.3 для CAP ( Q ) используются по лин оми нальны е аппр о ксимации . Численные результаты получены счетом по специально разработанной программе на ЭВМ
М -222.

Полиноминальные аппроксимации при различных T имеют общий вид :

САР (Q) = a₀
+ a₁Q + a ₂Q ² + a ₃Q ³                                                       ( 7)

и сведены в табл . 5.

Таблица 5

Коэффициенты аппроксимирующих полиномов

T	Степень	Коэф фициент детерминации	a 0	a 1	a 2	a 3
3	1	0,998	1 724,88	-0,7697	0	0
4	2	0,998	1 691 ,21	— 1 ,31 76	0,23706 · 10-3	0
5	2	0,997	1 577,07	— 1 ,6041	0 ,411 01 · 10-3	0
6	2	0,995	1 41 0,05	— 1 ,651 2	0, 4 851 2 · 1 0-3	0
7	2	0,99	1 230,53	— 1 ,5676	0,49459 · 1 0-3	0 -6
8	3	0 ,9 94	1 226,72	-2, 1 487	0, 1 2741 5 · 1 0-2	-0,255 1 6 · 1 0-6
9	3	0,992	1 091 ,89	-2,0785	0, 1 3301 4 · 1 0-2	-0,2 85272 · 106
1 0	3	0,99	97 1 ,1 3	-1 ,957	0 ,1 31 984 · 1 0-2	-0,2 95741 · 1 0-6

Наличие конкретны х данн ы х для формулы ( 7) п рилож . 2 позволяет предложить способ регулирования потока на въезде , основанный не на непосредственном ограничении на впус к , а на выборе такого T , для которого ограничение выполняется автоматически . Та ко й способ обеспечил более равномерный впуск в течение
шага регулирования .

2.4 . Полученные данные используются в процедуре макроскопического моделирования , но имеют также и самостоятельный интерес , например , в задачах проектирования въе з дов на автомобильную магистраль .

ЛИТЕРАТУРА

1 . Белов В . Д . Исследование работы транспортных нере гу ли руемы х пересечений в одном уровне методом моделирования . Из д — во « М осп роект — 1» , М ., 1 968, 75 с .

2 . Бл инкин М . Я . Оценка фазовых переменных в системе АР Д АМ . Труды Ги продорни и, в ып . 1 5, 1 975, 73 — 78 с .

3 . Блинкин М . Я . Вопросы расчета и смены управляющих программ в системе АРДАМ . Труды Ги прод орнии , вып . 16 . М ., 1 976, 1 48 — 1 61 с .

4 . Блинкин М . Я . Задача оптимального управления транспортным потоком на автомобильной магистрали . Автоматика и телемеханика , 1 976, № 5.

5 . Васильев А . П . Состояние дорог и безопасность движения автомобилей в сложных погодных условиях . М ., « Транспорт », 1 976.

6 . Васильев А . П ., Фри мштейн М . И . Управление движением на автомобильных дорогах . М ., « Транспорт », в печати .

7 . Др ю Д . Теория транспортных потоков и управление ими . М ., « Транспорт », 1 973, 424 с .

8 . Ермольев Ю . М . Методы стохастического программирования . М ., « Наук а », 1 976, 240 с .

9 . Методические рекомендации по оценке пропускной способности автомобильных дорог . М инавтодор РСФСР . М ., « Транспорт» , 1 976.

10 . Райбман Н . С ., Чадеев В . М . Адаптивные модели в системах управления . М ., « Советское радио », 1 966.

11 . Си ль ян ов В . В . Теория транспортных потоков в п роектировании дорог и организации движения . М ., « Транспорт », 1 977, 303 с.

1 2 . Эйкхо фф П . Основы идентификации систем управления , М ., « Мир » , 1 975.

13 . Breiman L ., Lawrence R .L . Time Scales, Fluctuation and Constant Flow Periods in Uni -directional Traffic . «Transportation Research », 1 973, vol. 7, p. 7 7 — 105.

14 . Ferrari P . Congestion Phenomena on Freeway Entrance . «11th Int. Stady Week Traffic Eng . and Safety.
Brussels, 1 972, Proc .» London, 1 973.

15 . Kendall D . Some Problems of the Theory of Queues . «J . of the Royal Statistics Society », vol.
XIII, № 2 , 1 951.

16 . Munjal P.K ., Hsu Y.S . Characteristics of Freeway Traffic and Freeway Lanechanging Behavior.
«Highway Research Record », 19 73, № 4 53.

17 . Munjal P.K ., Guan -Shic Hsu. Experimental Validation of Lanechanging Hypothesis of Aerial Data.
«Highway Research Record », 19 73, №
456 , p. 8 — 19 .

СОДЕРЖАНИЕ

Методические руководства

5 шагов к бюджетному управлению

«5 шагов к бюджетному управлению» — методическое руководство для специалистов предприятий, самостоятельно осуществляющих постановку системы бюджетирования, которое представляет собой детальное пошаговое описание процесса постановки системы бюджетного управления на предприятии.

Первая версия данного руководства была разработана специалистами «ИНТАЛЕВ» в 2000 г.  и практика использования данной методики показала, что методическое руководство от «ИНТАЛЕВ» — это реальный работающий инструмент, который с успехом применяется на российских предприятиях для разработки системы бюджетного управления. Наиболее яркий пример — Южно-Уральский криолитовый завод, где специалистами предприятия самостоятельно осуществлена не только постановка, но и автоматизация бюджетирования.

Содержание 

• Методические основы управления по центрам финансовой ответственности через бюджеты.
• Детальное пошаговое описание процесса постановки бюджетного управления.
• Примеры, иллюстрирующие весь процесс постановки бюджетного управления.
• Результаты постановки бюджетного управления, отраженные в примерах регламентных документов.

Полное содержание руководства «5 шагов к бюджетному управлению» можно скачать здесь.

5 шагов к процессному управлению

«5 шагов к процессному управлению» — методическое руководство, представляющее собой детальное пошаговое описание процесса постановки и автоматизации процессного управления.

Целью руководства является освоение практики управления бизнес-процессами для совершенствования и оптимизации деятельности предприятия силами собственных сотрудников. В результате вы сможете осуществить постановку процессного управления самостоятельно.

Вы сможете:

• улучшить координацию работ между подразделениями;
• сократить время и стоимость выполнения процессов;
• уменьшить потери информации при передаче между сотрудниками;
• подготовиться к сертификации по стандартам ИСО;
• разработать должностные инструкции, отвечающие текущей ситуации в компании;
• начать работать по идеологии процессного управления.

Содержание

Полное содержание руководства «5 шагов к процессному управлению» можно скачать здесь.