 |
Датчики дорожного движения
|
|
|
|
Идентификация транспортных средств является важнейшим компонентом любой системы управления дорожным движением. Благодаря использованию датчиков идентификации осуществляется обратная связь между центральным пунктом управления и дорожной сетью. Сущность обратной связи в контуре автоматического управления состоит в сборе информации о параметрах транспортных потоков.
Классификация датчиков дорожного движения, используемых для идентификации транспортных средств, приведена на рис. 5.5.
По принципу действия датчики дорожного движения можно подразделить на три группы: контактного типа; излучения; измерения параметров электромагнитных систем.
Датчики контактного типа (электромеханические, пневмоэлектрические и т. п.) не получили распространения в системах управления дорожным движением из-за низкой надежности, зависимости от метеоусловий и сложности обработки получаемых данных, так как они регистрируют не число транспортных средств, а число осей.
Среди датчиков, устанавливаемых непосредственно в дорожном полотне, наибольшее распространение получил индуктивный датчик, отличающийся от других типов датчиков простотой конструкции, надежностью работы и более низкой стоимостью.
Рис. 5.5. Классификация наиболее распространенных датчиков
Дорожного движения
Индуктивный датчик (рис. 5.6) представляет собой провод, расположенный в канавке дорожного полотна, который может иметь одну петлю или более различной формы.
Провод для удобства контроля в эксплуатации через монтажный колодец соединен с контроллером, передающим сигнал датчика в систему управления дорожным движением.
|
|
|
Рис. 5.6. Схема индуктивного датчика
На петлю подается переменный электрический ток, частотой 10...200 кГц, который создает электромагнитное поле.
Когда транспортное средство проезжает по петле, его шасси действует как проводник, сокращая индуктивность петли. Уменьшение индуктивности увеличивает резонансную частоту колебания в петле с ее номинального значения, и на электронную плату посылается импульс. Изменение частоты должно достигнуть некоторого предела прежде, чем контроллер интерпретирует это изменение как прохождение или наличие транспортных средств. Способность петли обнаруживать транспортные средства зависит от расстояния между проводом петли и металлическим шасси транспортного средства.
Форма индуктивной петли должна быть выбрана, исходя из условий и размера объекта. Чувствительность оптимальна, если петля не больше, чем обнаруживаемый объект.
В противном случае на индуктивность петли будут влиять другие транспортные средства, проходящие вне зоны детектирования. Увеличение размера петли уменьшит изменение индуктивности, вызываемое проездом транспортных средств. Например, если транспортное средство изменяет индуктивность на 1 % при проезде над петлей размером 1,8 
1,8 м, то же самое транспортное средство изменит индуктивность на 0 5 % при проезде над петлей размером 1,8 3,6 м.
Прямоугольная форма петли наиболее подходит для того, чтобы обнаруживать легковые автомобили и грузовики. Петли, установленные под углами 45° относительно дороги, идеально подходят для обнаружения велосипедов. Петля в форме восьмерки устанавливается перед железнодорожными путями.
Индуктивные датчики по конструкции индуктивной петли можно подразделить на следующие виды:
• датчики с малой областью обнаружения, обычно состоящие из единственной короткой петли средним размером 1,8 1,8 м; как правило, используются для обнаружения приближающихся к светофору автомобилей для управления работой светофора;
|
|
|
• датчики с большой областью обнаружения, применяемые для фиксации присутствия транспортного средства в зоне контроля (до 20 м), что позволяет реализовать алгоритм адаптивного управления на основе поиска разрыва в транспортном потоке. В качестве такого вида датчиков используют длинные индуктивные петли, которые в последнее время для повышения надежности заменяют на несколько последовательных коротких петель, устанавливаемых вдоль дорожного полотна перед стоп-линией. Для реализации широкой зоны обнаружения транспортного средства используют широкие индуктивные петли, применяемые для продления зеленого сигнала в случае образования затора. Когда автомобили занимают всю детектируемую зону рамки, происходит продление горения зеленого сигнала на это направление. Если нет полного заполнения этой зоны (автомобили стоят не на всех полосах), продления разрешающего сигнала не происходит.
С помощью индуктивных датчиков можно реализовать следующие управляющие воздействия по управлению дорожным движением:
• определение моментов времени проезда транспортного средства над определенным сечением дороги;
• определение интенсивности транспортного потока и объема Движения за промежуток времени любой длительности;
• определение средней пространственной скорости потока на заданном участке дороги;
• обнаружение затора на заданном участке дороги;
• определение плотности потока на заданном участке дороги;
• определение длины очереди автомобилей у перекрестка в заданном направлении.
Индуктивные датчики широко используют для предоставления приоритета в движении общественному транспорту. Чаще всего применяют различные устройства, которые формируют управляющий импульс, распознаваемый контроллером. После этого алгоритм управления вырабатывает решение о продлении горения или включения зеленого сигнала светофора. При наличии выделенной полосы для движения общественного транспорта могут использоваться две последовательно установленные индуктивные петли. Контроллер получает сигнал одновременно от двух датчиков, если по полосе движется автобус, тогда как легковой автомобиль не может одновременно занять пространство над двумя датчиками.
|
|
|
Датчики, устанавливаемые над дорогой, характеризуются более простой установкой, но являются более дорогими по сравнению с индуктивным детектором, точность их показаний в большей степени зависит от метеоусловий. Чаще всего для фиксации присутствия транспортных средств из этой группы датчиков используют акустические и инфракрасные.
В России наибольшую популярность получил радиолокационный детектор транспортных средств. Детектор может быть использован для работы в АСУДД, адаптивного управления движением транспортных средств, контроля интенсивности движения, контроля на въездах-выездах скоростных дорог, проведения транспортных обследований, автоматического обнаружения ДТП и т.д.
Принцип работы детектора основан на бесконтактном зондировании проезжей части дорожного полотна сигналом сверхвысокой частоты с линейной частотной модуляцией. Одновременно он может охватить несколько полос. Детектор монтируется на опорах освещения, опорах контактной сети, стенах зданий или других искусственных сооружениях, расположенных сбоку от проезжей части, устанавливается и настраивается без остановки движения транспортных средств.
Детектор выполняет две основные функции:
• регистрирует наличие движущихся транспортных средств в зонах контроля;
• ведет статистический учет динамических параметров транспортных потоков (общее число транспортных средств, прошедших зону контроля; занятость зоны контроля как отношение времени, в течение которого зона контроля была занята транспортным средством, ко времени статистического учета; средняя скорость транспортного потока; число длинномерных транспортных средств).
Данные сведения могут накапливаться во внутренней памяти детектора для последующего считывания или сразу передаваться в АСУДД.
Необходимость использования комбинированных детекторов вызвана тем, что применение более простых устройств не позволяет с удовлетворительной точностью определять все параметры транспортных потоков. Комбинированный детектор включает в себя следующие устройства:
|
|
|
• микроволновый радар, обеспечивающий измерение скорости движения каждой транспортной единицы;
• ультразвуковой детектор, обеспечивающий классификацию транспортных средств по сканированию их профилей, а также индикацию стоящих транспортных средств;
• многоканальный инфракрасный детектор, обеспечивающий подсчет и уточнение интенсивности движения и занятость полосы движения. Если активизирован режим экономии электроэнергии, этот детектор применяется также для включения и выключения радара.
Комбинированные детекторы устанавливают над каждой полосой движения.
Наиболее перспективными датчиками считаются видеодетекторы. Система состоит из одной или нескольких видеокамер, сигналы от которых обрабатываются специальным быстродействующим программным обеспечением, позволяющим устройству выполнять следующие функции:
• определять общее число прошедших транспортных средств по каждой полосе движения за заданный промежуток времени;
• классифицировать прошедшие транспортные средства по типам: мотоциклы, легковые автомобили, пикапы и малые грузовики (длиной менее 12м), автобусы, большие грузовики (длиной более 12 м);
• подсчитывать среднюю скорость движения по каждой полосе для разных типов транспортных средств;
• определять заполнение каждой дорожной полосы транспортным средством (если транспортные средства в момент окончания заданного периода времени наблюдения не движутся или движутся со скоростью менее 5 км/ч, ситуация на дороге классифицируется как транспортная пробка);
• фиксировать расстояние между транспортными средствами для каждой полосы движения.
Одна видеокамера позволяет одновременно считывать данные с четырех полос движения. Существенным достоинством видеодетекторов является возможность параллельного видеонаблюдения за зоной контроля.
Эффективность АСУДД
Основываясь на гибкой технологии, АСУДД имеют преимущества по сравнению с жестким регулированием (в определенных пределах) и направлены на повышение пропускной способности дороги.
Согласно ГОСТ 24.501 - 82 основными показателями эффективности использования АСУДД являются:
время задержки транспортных средств на перекрестках;
число остановок транспортных средств на перекрестках;
расход топлива;
средняя скорость движения транспортных средств;
пропускная способность дорожной сети;
уровень безопасности дорожного движения.
Перечисленные показатели не являются взаимно независимыми, поэтому в качестве основного показателя эффективности АСУДД чаще всего используют величины задержек транспортных средств.
|
|
|
За более чем 30-летнюю историю внедрения АСУДД собрано значительное количество данных по эффективности их применения. В то же время опыт, накопленный в различных городах мира, указывает на значительный разброс эффективности в зависимости от применяемых методов и конкретных условий в местах установки систем.
Применение локальных адаптивных алгоритмов управления обеспечивает снижение средней задержки транспортных средств на 10...15 % по сравнению с жестким регулированием при сокращении количества остановленных транспортных средств на 30 %. В то же время применение методов этого класса может существенно повысить уровень безопасности дорожного движения за счет повышения плавности движения. Применение совершенных алгоритмов локального адаптивного управления типа MOVA обеспечивает снижение задержек транспортных средств на 13 % и уровня аварийности - на 30 % по сравнению с традиционными адаптивными алгоритмами.
Значительный опыт использования алгоритмов жесткого сетевого управления позволяет обобщить данные по эффективности координированного управления в крупных городах. Внедрение координированного управления позволяет:
повысить среднюю скорость сообщения на 20 %;
сократить задержки транспортных средств до 55 % при низком уровне загрузки дорожной сети и до 20 % при уровне загрузки, близком к предельному;
сократить среднее время поездки до 25 %;
уменьшить количество остановок транспортных средств на 60 %;
снизить число ДТП на 10...25 %;
уменьшить площадь зоны повышенного износа дорожного покрытия на 20 %;
снизить расход топлива на 15 %;
снизить объем выброса оксида углерода на 20 %.
Эффективность жесткой сетевой координации существенно зависит от технологической поддержки системы - своевременного обновления планов координации и полноты их набора.
Эффективность системы снижается с течением времени из-за изменения транспортной ситуации, и, как показывает мировой опыт, не реже, чем 1 раз в 3 года необходимо проводить их корректировку.
Эффект от использования адаптивных сетевых алгоритмов управления по сравнению с жесткими сетевыми алгоритмами детально исследован для алгоритма SCOOT как нашедшего наиболее широкое применение. В среднем SCOOT обеспечивает снижение задержек на 20 % по сравнению с жестким регулированием. Время поездки сокращается на 15 %, количество остановок - на 17 %, выбросы оксида углерода - на 5 %.
|
|
|
