Пильгейкина Ирина Александровна. Организация движения на основе адаптации режимов работы светофорных объектов к динамике автотранспортного потока

Краткое описание

Пильгейкина Ирина Александровна. Организация движения на основе адаптации режимов работы светофорных объектов к динамике автотранспортного потока;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет»], 2021

Министерство науки и высшего образования РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АРХИТЕКТУРЫ
И СТРОИТЕЛЬСТВА»
На правах рукописи

ПИЛЬГЕЙКИНА Ирина Александровна ОРГАНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ АДАПТАЦИИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СВЕТОФОРНЫХ ОБЪЕКТОВ К ДИНАМИКЕ АВТОТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА
Специальность 2.9.5. Эксплуатация автомобильного транспорта
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, Власов Алексей Александрович
Пенза- 2021

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1 Методы управления светофорными объектами 10
1.2 Координированное управление светофорными объектами 17
1.3 Критерии формирования зон координированного управления 19
1.4 Многопрограммное управление светофорными объектами 26
1.5 Показатели эффективности организации транспортного обслуживания 31
1.5.1 Показатель безопасности дорожного движения 31
1.5.2 Экономические показатели организации дорожного движения 35
1.5.3 Показатели экологической безопасности дорожного движения 36
1.5.4 Показатель устойчивости функционирования улично-дорожной сети.... 37
1.5.5 Энергетические показатели организации дорожного движения 39
Выводы по главе 1 41
2. Теоретические исследования процессов движения автомобилей по дорожной
сети 43
2.1 Общая схема теоретических исследований 43
2.2 Методы расчета режимов работы светофорных объектов 44
2.2.1 Оптимизации режимов работы светофорных объектов при локальном управлении 45
2.2.1 Методы расчета планов координации, основанные на максимизации прогрессии 47
2.2.2 Методы расчета планов координации, основанные на минимизации потерь 53

3
2.3 Модели группового движения транспортных потоков 53
2.3.1 Модель группового движения в форме кусочно-постоянной функции ... 54
2.3.2 Модель группового движения в форме ряда Фурье 57
2.3.3 Модель группового движения в форме циклических профилей 61
2.3.4 Модели группового движения при конфликте транспортных потоков 64
Выводы по главе 2 66
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ
ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ 68
3.1 Цель и задачи экспериментальных исследований 68
3.1 Методика проведения экспериментальных исследований 69
3.1.1 Микроскопическое моделирование транспортных потоков в программе SUMO 70
3.1.2 Калибровка параметров модели движения 73
3.2 Исследование дисперсии групп автомобилей 84
3.2.1 Модель транспортной сети для исследования дисперсии групп автомобилей и сценарии моделирования 84
3.2.2 Результаты моделирования дисперсии групп автомобилей и сценарии моделирования 87
3.2.3 Калибровка параметров модели дисперсии групп 89
3.3 Экспериментальные исследования влияния эффекта координации на задержку
транспортных средств 93
3.3.1 План проведения исследования влияния эффекта координации на задержку транспортных средств 94
3.3.2 Обработка результатов экспериментальных исследований влияния эффекта координации на задержку транспортных средств 96
Выводы по главе 3 97

4
4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ МНОГОПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
СВЕТОФОРНЫМИ ОБЪЕКТАМИ И ОЦЕНКА ЕЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ .... 98
4.1 Разработка методики практического применения результатов исследования . 98
4.1.1 Сбора исходных данных и их обработка для выполнения расчетов 101
4.1.2 Расчет длительности светофорного цикла и фаз регулирования 103
4.1.3 Расчет многопрограммного управления светофорными объектами 104
4.1.4 Калибровка модели дисперсии групп 106
4.1.5 Формирование зон координированного управления 109
4.1.6 Расчет координированного управления 110
4.2 Оценка эффективности использования результатов исследований 110
4.2.1 Исследование условий движения и разработка модели пересечения .... 111
4.2.2 Расчет сигнального плана 113
4.2.3 Оценка эффективности методики расчета многопрограммного управления светофорными объектами на примере ул. Измайлова - ул. Стрельбищенская г. Пензы 116
Выводы по главе 4 119
Заключение 120
Литература 124
Приложение А 140
Приложение Б 143
Приложение В 146
Приложение Г 152
Приложение Д 154
Приложение Е 156
Приложение Ж 157

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По результатам проведенных исследований установлено, что основным методом управления транспортными потоками в условиях городского движения является управление путем остановки транспортных средств. Управление реализуется при помощи светофорных объектов путем установки параметров многомерного вектора управления, компонентами которого являются длительность цикла регулирования, разбиение его эффективной длительности между фазами и временные сдвиги включения фаз;
Основным способом формирования сигнального плана является максимизация ширины ленты времени и минимизации потерь автотранспорта. Метод максимизации ширины ленты времени для решения задачи поиска оптимального управления требует только информации о длительности фаз и расстоянии между светофорными объектами, но при этом не позволяет адаптировать режим работы к изменению условий движения.
Анализ критериев качества организации движения выявил две основные группы. В первую группу входят критерии, не зависящие от управления светофорными объектами - показатели безопасности движения и устойчивости функционирования улично-дорожной сети. Критерии второй группы, экономические показатели, выбросы токсичных компонентов отработанных газов и энергетические показатели коррелированы с задержкой транспортных средств. Именно данный показатель следует использовать в качестве основного критерия оценки качества управления светофорными объектами.
Оценка задержки транспортных средств при координированном управлении транспортными средствами проводится на основе преобразования профилей транспортного потока. Основной задачей при этом является моделирование преобразование исходящего транспортного потока при движении по перегону.

121
Наибольшей гибкостью в адаптации к изменению условий движения обладает рекуррентная модель дисперсии групп, используемая в программе TRANSYT.
Для проведения экспериментальных исследований с помощью имитационной модели проведено исследование характеристик транспортных потоков на улично-дорожной сети. Установлено, что скорость движения транспортных средств описывается логнормальным законом распределения. Калибровка микроскопической модели производится путем модификации максимальной желаемой скорости движения всех входящих в транспортную сеть.
Экспериментальные исследования движения транспортных средств по улично-дорожной сети показали существенное влияние дисперсии скоростей транспортного потока на распад групп при их движении по перегону.
Калибровка модели дисперсии групп с использованием генетического алгоритма показало, что фактор сглаживания рекуррентной модели TRANSYT слабо зависит от условий движения и может быть принят в диапазоне от 0,15 до 0,17 при шаге моделирования 3 с. Большее влияние на распад групп и прогноз их прибытия к перекрестку оказывает актуализация скорости движения.
Проведенный анализ литературных источников показал экспертный способ формирования зон координированного управления. Известные критерии и индексы координируемости светофорных объектов могут быть использованы только при экспертной оценке возможности координации смежных светофорных объектов. Для проведения технико-экономического обоснования обустройства координированного управления на улично-дорожной сети или динамического формирования зон координации в режиме реального времени в рамках АСУД необходимо получение зависимости, позволяющей производить количественную оценку эффекта присоединения перекрестка к зоне координации.
Проведенное экспериментальное исследование влияния координации на задержку транспортных средств позволило получить эмпирическую зависимость,

122
позволяющую проводить оценку снижения задержки при присоединении светофорного объекта к зоне координированного управления.
На основании результатов исследования была разработана «Методика повышения эффективности транспортного обслуживания на основе многопрограммного управления светофорными объектами с учетом динамики интенсивности движения», в основе которой находятся рекомендации, отраженные в ОДМ 218.6.003-2011 «Методические рекомендации по проектированию светофорных объектов на автомобильных дорогах». Произведена оценка предполагаемой эффективности от внедрения предложенной методики.
С учётом изложенного, сформулированы следующие основные выводы.
1. Решена научно-практическая задача повышения эффективности транспортного обслуживания путем совершенствования методики расчета сигнальных планов на регулируемых пересечениях на основе многопрограммного управления светофорными объектами с учетом динамики интенсивности движения и воздействия факторов внешней среды.
2. Анализ методов локального и координированного управления светофорными объектами показал, что для повышения эффективности транспортного обслуживания необходимо совершенствование методики формирования многопрограммного управления светофорными объектами с учетом динамики интенсивности движения и воздействия факторов внешней среды.
3. Показано существенное влияние дисперсии скоростей транспортного потока на распад групп при их движении по перегону. Формализована задача калибровки модели группового движения автотранспорта, позволяющая минимизировать отклонение модельного циклического профиля транспортного потока от наблюдаемого. Калибровка модели дисперсии групп с использованием генетического алгоритма показала, что фактор сглаживания модели движения

123
циклического профиля по перегону при шаге моделирования 3 с варьируется в диапазоне от 0,15 до 0,17.
3. Разработана эмпирическая модель влияния включения светофорного объекта в зону координированного управления на задержку транспорта. Об адекватности полученной модели свидетельствует значение коэффициента корреляции 0,94;
4. Разработана методика формирования многопрограммного управления светофорными объектами, основанная на расчете суточного сигнального плана и определение периода активности программ регулирования методом k-средних. Применение Методики для расчета сигнальных планов позволит сократить время задержки автомобилей при проезде через регулируемое пересечение. Предполагаемый экономический эффект от внедрения заключается в сокращении расхода топлива вследствие сокращения задержки, что составит более 3,92 тыс. руб. за 1 рабочий день недели. Предполагаемый экологический эффект от внедрения Методики заключается в сокращении эмиссии токсичных компонентов отработанных газов: СО -10,01 кг/сутки, CH - 0,51 кг/сутки, NOx - 0,09 кг/сутки за 1 рабочий день недели.