Спосіб визначення пропускної здатності нерегульованого перехрестя з головною і другорядною дорогами

Реферат: Спосіб визначення пропускної здатності нерегульованого перехрестя з головною і другорядною дорогами заснований на скануванні зони впливу перехрестя з точки над його геометричним центром конусним видом лазерної розгортки одночасно двома оптичними променями, причому оптична вісь одного з положень розгортки першого променя вибирається так, щоб він описував коло на проїжджій частині перехрестя в області стоп-ліній всіх його підходів, а другий промінь формується в одній площині з першим, але зі зміщенням на півперіоду по колу розгортки, а оптичні осі обох променів, що формують вхідні і вихідні межі контрольованих зон, змінюють по черзі через кожен період сканування так, щоб радіус другого концентричного кола на поверхні проїзної частини зменшувався на певну задану величину. UA 110804 U (12) UA 110804 U UA 110804 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до систем регулювання дорожнього руху (ДР) і може бути використана при розробці агрегатної системи засобів управління ДР, при розробці АСУ-ДР, в системах інформаційного забезпечення завантаження перехресть ВДМ, а також для підвищення ефективності управління рухом транспорту міської мережі. Цей спосіб може бути використаний для одночасного визначення основних параметрів транспортних потоків (ТП): моменту проїзду транспортним засобом (ТЗ) контрольованої зони (КЗ) та перехрестя в цілому, швидкості, типу і напрямку руху ТЗ, їх інтенсивності руху по кожній смузі за будь-який проміжок часу, інтервалів рухів між ТЗ та їх черги на підходах до перехрестя по кожній смузі другорядних доріг. Відомий спосіб визначення затримок транспортних засобів на нерегульованому перехресті заснований на скануванні двома гостроспрямованими лазерними променями зони перехрестя з точки над його геометричним центром конусним видом розгортки, одночасно всіх підходів і виходів перехрестя, що дає можливість забезпечити визначення комплексу вищевказаних параметрів ТИ по кожній смузі руху в залежності від результатів сканування. Оптична вісь одного з положень розгортки першого променя вибирається так, щоб він описував коло на проїжджій частині перехрестя радіусом (R1) в області "стоп-ліній" всіх його підходів, а друге положення розгортки відповідає відхиленню лазерного променя, при якому радіус (R2) другого концентричного кола на поверхні проїзної частини зменшується на певну задану величину (R1-R2-1м), при цьому формується вихідна межа КЗ, а зміна положень розгортки здійснюється з високою швидкістю по черзі кожен період сканування. Другий оптичний промінь лазерної розгортки формується у одній площині з першим, але зі зміщенням на 180° по колу розгортки (див. фіг. 2) і формує вхідну межу КЗ. Цей промінь, як і перший, за допомогою відповідного дискретного сканістора на кожному наступному періоді сканування змінює: одну оптичну вісь розгортки (з радіусом кола R3 на проїжджій частині перехрестя) на іншу (з радіусом R4) і формує концентричних кола з різницею радіусів R3-R4=1м. Оптичні фотоприймачі в процесі розгортки лазерного променя по одному з кіл послідовно сприймають сигнали, відбиті від ТЗ, що рухаються по різних смугах руху як на підходах, так і на виходах перехрестя. При цьому почергова з високою швидкістю зміна радіусів сканування дозволяє точно визначити моменти перетину кожним ТЗ входу і виходу КЗ, швидкість і тип ТЗ, довжину черги, їх інтенсивність і інтервали руху між ТЗ по кожній смузі в зоні "стоп-ліній" і на вході в КЗ. Фіксацію ТЗ, що в'їжджають в КЗ і виїжджають з неї, здійснюють по їх задніх бамперах при пересіченні одного з кіл (наприклад R3 та R1). Це дозволяє підвищити точність визначення загальних транспортних затримок на нерегульованому перехресті за рахунок врахування затримок не тільки в КЗ, але і в зоні перехрестя та на його виході, а також затримки ТЗ по смугах головної дороги (Опис до патенту на корисну модель № 105751 від 10.06.2014 р., бюл. № 11/2014). Цей спосіб є найбільш близьким до способу, що заявляється, і тому вибраний як найближчий аналог. Недоліком цього способу є вузькі функціональні можливості, оскільки він не дозволяє визначити такий важливий параметр нерегульованого перехрестя як його пропускна здатність (ПЗ). Це пов'язано з тим, що для визначення ПЗ нерегульованого перехрестя, окрім вищевказаних параметрів руху ТП на підходах до перехрестя, необхідно визначати критичні інтервали руху для всіх типів ТЗ з урахуванням їх різних напрямків руху з усіх смуг по другорядних дорогах перехрестя. В основу запропонованого способу поставлена задача розширення функціональних можливостей існуючого способу, що дає можливість одночасно з виміром вищевказаних параметрів визначати і ПЗ нерегульованого перехрестя. Поставлена задача вирішується тим, що у запропонований спосіб поставлено конусне покрокове сканування одночасно двома вузько спрямованими лазерними променями інфрачервоного діапазону тимчасово всіх підходів і виходів перехрестя, що дає можливість забезпечити визначення комплексу необхідних параметрів ТП по кожній смузі руху в залежності від результатів сканування. На фіг. 1 представлена схема, яка розкриває основні відмінні особливості запропонованого способу і послідовність його дій. Відповідно до запропонованого способу, розгортка лазерного променя здійснюється скануючим блоком 1, який розташовується над перехрестям на спеціальному кронштейні в точці, що відповідає геометричному центру перехрестя. У скануючому блоці, залежно від висоти його розміщення, одну з оптичних осей розгортки підбирають так, щоб перший лазерний промінь описував конусну поверхню з колом на проїжджій частині перехрестя (R1) в області 1 UA 110804 U 5 10 15 20 25 "стоп-ліній" всіх його підходів. До складу скануючого блока входять оптичні відхиляючі пристрої (дискретні сканістори), один з яких забезпечує відхилення осі першого лазерного променя в необхідне друге положення, при якому радіус кола (R2) на поверхні проїзної частини зменшується на задану величину (наприклад на їм). Таким чином, блок сканування на кожному наступному періоді сканування змінює розгортку першого лазерного променя з одної оптичної осі на іншу та описує в зоні перехрестя на його поверхні два концентричні кола з різницею радіусів (R1-R2=1 м). Другий оптичний промінь лазерної розгортки формується в одній площині з першим, але зі зміщенням на 180° по колу розгортки (див. фіг. 2). Цей промінь, як і перший, за допомогою відповідного дискретного сканістора 5 2 на кожному наступному періоді сканування змінює одну оптичну вісь розгортки (з радіусом кола R3 на проїжджій частині перехрестя) на іншу (з радіусом кола R4) і формує два концентричних кола з різницею радіусів R3-R4=1м. Оптичні фотоприймачі 2 (ФПі) в процесі розгортки лазерних променів 81 та 82 по одному з кіл на вході і виході КЗ послідовно сприймають сигнали, відбиті від ТЗ, що рухаються по різних смугах руху як на підходах, так і на виходах перехрестя. Фіксацію ТЗ, що в'їжджають в КЗ, здійснюють по їх задніх бамперах при пересіченні одного з кіл (наприклад R3), при цьому завдяки періодичному скануванню зі зміною оптичної осі лазерного променя (з радіуса R3 на R4 і навпаки) визначається момент в'їзду, швидкість, довжина, тип, кількість і послідовність ТЗ, що реально в'їхали в КЗ по кожній смузі руху за період вимірювань. Радіус R3, що формує вхідну межу КЗ, бажано вибирати за умови, щоб він перевищував найбільш можливу чергу ТЗ, яка може збиратися по одній зі смуг руху по другорядних дорогах перехрестя. Інформація про довжину, тип та час пересування ТЗ на вході в КЗ або в зоні "стоп-ліній" дозволяє послідовно визначити реальні значення коефіцієнтів приведення до легкового автомобіля КПРі як відношення величини середнього значення часового інтервалу t в і проїзду дистанції R3-R4=1м (або R1 – R2=1м) конкретним типом ТЗ до величини середнього значення часового інтервалу t лі проїзду цієї дистанції легковим автомобілем: КПРі  t в і / t лі . (1) 30 35 Вимірювання цього параметру на вході і виході КЗ, на вході і виході з перехрестя дозволяє не тільки чітко визначити напрямки руху кожного ТЗ по кожній смузі перехрестя, але і прив'язати до цього параметру конкретні значення граничних інтервалів в залежності від типу ТЗ, смуг і напрямків їх руху. Далі в процесі руху ТЗ по кожній j-й смузі головної дороги на вході в КЗ здійснюється вимір інтервалів руху hmj між кожною парою ТЗ (m-им та m+1). Одночасно впродовж всього часу виміру TВ здійснюється підрахунок усіх ТЗ, що в'їхали в КЗ по кожній j-й смузі і потім виїхали з зони перехрестя як у фізичних Nфj, так і приведених NПРі одиницях. Кількість ТЗ у приведених одиницях визначається через коефіцієнти приведення КПРі : 40 NПРj  KПР1N1  NПР2N2  ...  KПРіNi , 45 50 55 (2) де Ni - число транспортних засобів i-го типу у потоці. Фіксація ТЗ, що повністю покинули зону перехрестя здійснюється за моментами перетинання їх задніми бамперами кола сканування з радіусом R1 на виході перехрестя одночасно по всіх смугах руху. В процесі роз'їзду ТЗ зі смуг другорядних доріг визначаються реальні значення критичних інтервалів для ТЗ різного типу, різних напрямків і смуг руху, які враховують різноманітні особливості топографії конкретного перехрестя. Значення граничних інтервалів tгр визначаються за моментами перетину переднім бампером ТЗ спочатку лінії сканування першого променя на виході з КЗ (наприклад R1), а потім заднім бампером цієї ж лінії сканування на виході з перехрестя. Практичне визначення реальних значень trp для умов конкретного перехрестя дає змогу накопичувати інформацію для всіх типів інтервалів у обчислювальному пристрої 7 (див. фіг. 2) і при необхідності з часом корегувати ці значення при зміні умов руху (наприклад для зими або ожеледиці). Більш того, можливість виміру швидкості та типу ТЗ на вході і виході КЗ дає змогу 2 UA 110804 U 5 розділити і окремо використовувати значення trp для умов, коли ТЗ по другорядним дорогам проїжджають КЗ без зупинки, і коли вони зупиняються перед стоп-лінією. Процес визначення ПЗ нерегульованого перехрестя за прийнятий час виміру ТВ включає підрахунок всіх ТЗ, що за цей час повністю послідовно виїхали з КЗ і зони перехрестя по всіх смугах як головної, так і другорядної дороги N  10 n  Nфj . (3) j 1 При цьому в процесі руху ТП по усім смугам як на вході в КЗ, такі на її виході (зона стоп-лінії) здійснюється вимір швидкості, типу, коефіцієнтів приведення і інтервалів руху всіх ТЗ. Завдяки цьому у ТП, що рухається по смугам головної дороги, визначаються вільні інтервали hBЛ, які за значенням більше, ніж tгр для легкових ТЗ прямого напрямку руху по смугам другорядних доріг (тобто мінімальних t min ). гр Такі інтервали hВЛ по смугам головної дороги можливо фіксувати у випадку відсутності ТЗ в КЗ, якщо час пересування відповідних ТЗ при їх максимальній швидкості руху не буде 15 перевищувати t min (при відповідному значенні R3, що формує вхідну межу КЗ). гр В цьому разі, при відсутності ТЗ в черзі або в КЗ по смугам другорядних доріг, до значення N додається по одному ТЗ з кожної смуги другорядної дороги. Навіть у разі, коли з другорядної дороги у вільний інтервал ТЗ здійснюють маневр через головну дорогу, до значення N додається по одному ТЗ з кожної вільної від руху смуги другорядної дороги. Якщо 20 вільний інтервал hВЛ по головній дорозі буде більшої кратності по відношенню до t min , до гр значення N додається величина Np  d   , (4) де d - кількість смуг руху на підході до перехрестя по другорядним дорогам; 25   hВЛ / tmin - коефіцієнт кратності вільного інтервалу. гр Таким чином, упродовж всього часу виміру ТВ всі інтервали руху, що відповідають умові tmin  hВЛ штучно заповнюються додатковими ТЗ другорядних доріг (граничними інтервалами гр 30 t min ) і забезпечують безперервний ТП максимально можливої сумарної інтенсивності, що не гр приводе до заторового стану на перехресті. Значення ПЗ в цьому випадку за одиницю часу виміру ТВ визначається як: q Р  N   Npi , (5) i 1 35 40 45 де q - кількість вільних інтервалів в ТП по головній дорозі за час виміру ТB. Для уточнення та визначення статистично значущих значень ПЗ перехрестя, необхідно обстежити мінімум 15-20 годинних циклів у пікові часи руху. Але оперативне визначення ПЗ перехрестя (в реальному масштабі часу) в умовах можливих різких змін ПЗ (затори, хурделиця або ожеледиця) дає можливість отримати важливу і корисну інформацію для систем мережевого регулювання руху на ВДМ міста з урахуванням всіх топографічних особливостей конкретного перехрестя. Все це істотно розширює функціональні можливості існуючого способу та дає можливість підвищити ефективність управління рухом транспорту міської мережі. На фіг. 2 представлена структурна схема пристрою, що розкриває основні відмінні риси запропонованого способу. Скануючий блок 1 має у своєму складі лазерний випромінювач 3 вузько спрямованого інфрачервоного променя і вузол розгортки 4, які формують двопроменеве конусне покрокове сканування зони перехрестя за допомогою двох дискретних сканісторів 5 1 і 52. Зміна положень кутів розгортки променів 81 та 82 здійснюється в реперній точці по черзі на кожному періоді 3 UA 110804 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 сканування сигналом, що надходить з реперного фотоприймача 2 (ФП0) на входи дискретних сканісторів 51 та 52. Обидва оптичні промені 81 та 82 формуються вузлом розгортки в одній площині зі зміщенням напівперіоду (180°), що дає змогу розпізнавати у реперній точці кожний з них і чітко виконувати окрему програму їх відхилення у задані положення та фіксувати відбиті від ТЗ сигнали на вході і виході КЗ та перехресті в цілому. Зміна і чергування кутів нахилу розгортки (з R1 на R2 та з R3 на R4 або навпаки) необхідна для однозначного визначення положення ТЗ щодо кіл сканування, їх типу, кількості і послідовності руху в КЗ, напрямків руху ТЗ в зоні перехрестя по кожній смузі руху, а також інтервалів їх руху по всім смугам. Оптичні фотоприймачі 2 (ФПі) в процесі розгортки другого лазерного променя 8 2 по одному з кіл послідовно сприймають сигнали, відбиті від ТЗ, що рухаються по різних смугах руху на входах в КЗ. При цьому почергова з високою швидкістю зміни радіусів сканування (з R3 на R4 і назад) дозволяє точно визначити моменти перетину, час переміщень ТЗ на дистанції (R3-R4), швидкість, тип, коефіцієнти приведення до легкового автомобіля та інтервали їх руху по всім смугам. В процесі розгортки першого лазерного променя 81 по одному з кіл оптичні фотоприймачі 2 (ФП|) послідовно сприймають сигнали, відбиті від ТЗ, що рухаються по різних смугах руху як на підходах, так і на виходах перехрестя. При цьому почергова з високою швидкістю зміна радіусів сканування (з R1 на R2 і навпаки) дозволяє точно визначити моменти виїзду кожного ТЗ з КЗ, час їх переміщення на дистанції (R1-R2), їх швидкості руху, а потім послідовно довжину, тип, коефіцієнти приведення ТЗ до легкового автомобіля, інтервали їх руху по всім смугам, число ТЗ, що покинули КЗ по кожній смузі за будь-яке фіксоване значення часу виміру 7B, а також черги ТЗ перед стоп-лінією по смугам другорядних доріг перехрестя. Порівняння усіх цих параметрів ТЗ в зоні сканування (R1-R2) на виході з КЗ та на виході з перехрестя дає змогу чітко визначити напрямки руху ТЗ по усіх смугах в зоні перехрестя та граничні інтервали tгр для різних типів ТЗ, смуг і напрямків руху з другорядних доріг з урахуванням усіх топографічних особливостей конкретного перехрестя. Перетворювач 6 сигналів кожного ФПі відповідної смуги руху перетворює їх в імпульсноцифрові коди, які вводяться в обчислювальний пристрій 7, де далі визначаються всі вище перелічені параметри за будь-який час виміру (або необхідну кількість циклів виміру). Для цього на входи обчислювального пристрою 7 подаються сигнали зі скануючого блока 1 та перетворювача сигналів реперного фотоприймача 60. Якщо в обчислювальний пристрій 7 закладається алгоритм, правила і константи, відповідні діапазонам тимчасових інтервалів руху ТЗ у зоні перехрестя при всіляких змінах напрямків їх руху по смугах, зберігається і накопичується інформація про моменти перетину ТЗ входу і виходу з КЗ, коефіцієнти приведення, склад ТЗ та поточні значення черг ТЗ по смугах другорядних доріг, тоді з'являється можливість визначення не тільки усіх перелічених вище параметрів, але і значення граничних інтервалів для різноманітних умов руху по смугах другорядних доріг та ПЗ нерегульованого перехрестя. Таким чином, запропонований спосіб дає можливість одержання найбільш повного комплексу інформації для контролю ТП, визначення граничних інтервалів і ПЗ нерегульованих перехресть з урахуванням всіх топографічних особливостей конкретного перехрестя і змін умов руху. Перевагою запропонованого способу також є те, що його реалізацію можна здійснити одним загальним пристроєм, розташованим в зоні перехрестя для контролю широкого спектра параметрів руху ТП. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Спосіб визначення пропускної здатності нерегульованого перехрестя з головною і другорядною дорогами, який заснований на скануванні зони впливу перехрестя з точки над його геометричним центром конусним видом лазерної розгортки одночасно двома оптичними променями, причому оптична вісь одного з положень розгортки першого променя вибирається так, щоб він описував коло на проїжджій частині перехрестя в області стоп-ліній всіх його підходів, а другий промінь формується в одній площині з першим, але зі зміщенням на півперіоду по колу розгортки, а оптичні осі обох променів, що формують вхідні і вихідні межі контрольованих зон, змінюють по черзі через кожен період сканування так, щоб радіус другого концентричного кола на поверхні проїзної частини зменшувався на певну задану величину, що дозволяє визначити моменти в'їзду і виїзду кожного транспортного засобу з контрольованої 4 UA 110804 U 5 10 15 зони і перехрестя в цілому, швидкість, тип і їх напрямки руху по кожній смузі, коефіцієнти приведення до легкового автомобіля, інтервали їх руху та черги по всім смугам, який відрізняється тим, що відстань між вхідною і вихідною межами контрольованої зони вибирають за умови, щоб час її проїзду будь-яким типом транспорту на допустимій швидкості був більше мінімального граничного інтервалу для транспортних засобів, що рухаються з другорядних доріг, при цьому послідовно визначаються граничні інтервали різних типів транспорту з різних смуг і напрямків руху з другорядних доріг за моментами перетину переднім бампером спочатку лінії сканування першого променя на виході з контрольованої зони, а потім заднім бампером цієї ж лінії сканування на виході з перехрестя, кількість всіх транспортних засобів, що за час виміру повністю послідовно виїхали з контрольованої зони і зони перехрестя по всіх смугах як головної, так і другорядної дороги, вільні інтервали по головній дорозі, що забезпечують можливість перетину перехрестя зі смуг другорядних доріг, а кожний вільний інтервал штучно заповнюється додатковими транспортними засобами по кожній смузі другорядних доріг з урахуванням коефіцієнтів кратності вільного інтервалу, при цьому пропускна здатність за одиницю часу виміру визначається як сума всіх транспортних засобів, які повністю виїхали із зони перехрестя по всім смугам руху та додаткових транспортних засобів, яки заповнюють вільні інтервали і забезпечують безперервний транспортний потік максимально можливої сумарної інтенсивності, що не приведе до заторового стану на перехресті. 5 UA 110804 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6