Спосіб визначення пропускної здатності ділянки дороги

Реферат: Спосіб визначення пропускної здатності ділянки дороги належить до систем регулювання дорожнього руху (ДР) і може бути використаний при розробці агрегатної системи засобів керування ДР, при розробці АСУ-ДР, в системах інформаційного забезпечення завантаження ділянок ВДМ, а також для підвищення ефективності керування рухом транспорту на міській та заміській ВДМ. Спосіб базується на покроковому скануванні вузькоспрямованими лазерними променями інфрачервоного діапазону одночасно всіх смуг руху прямого і зворотного напрямку як на вході, так і на виході вибраної ділянки дороги та забезпечує визначення комплексу параметрів ТП по кожній смузі руху залежно від результатів сканування. Цей спосіб дає можливість одночасного визначення основних параметрів транспортних потоків (ТП) на границях ділянки дороги: моменту проїзду транспортним засобом (ТЗ) зон сканування, швидкості, типу, інтервалів, дистанції і вільних інтервалів руху ТЗ, інтенсивності руху у фізичних або приведених одиницях та пропускної здатності окремої смуги або ділянки дороги. UA 115923 C2 (12) UA 115923 C2 UA 115923 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до систем регулювання дорожнього руху (ДР) і може бути використана при розробці агрегатної системи засобів керування ДР, при розробці АСУ-ДР, в системах інформаційного забезпечення завантаження ділянок доріг вулично-дорожньої мережі (ВДМ), а також для підвищення ефективності керування рухом транспорту на ділянках доріг. Цей спосіб може бути використаний для одночасного визначення основних параметрів транспортних потоків (ТП): моменту проїзду транспортним засобом (ТЗ) входу і виходу контрольованої зони (КЗ), швидкості, типу і напрямків руху ТЗ, їх інтенсивності руху в фізичних та приведених одиницях по кожній смузі за будь-який проміжок часу, інтервалів руху і дистанції між ТЗ, одночасну кількість ТЗ на контрольованій ділянці дороги та коефіцієнти приведення до легкового ТЗ. Відомий спосіб визначення пропускної здатності (ПЗ) регульованого перехрестя, заснований на скануванні одночасно трьома гостроспрямованими лазерними променями зони перехрестя в точці над його геометричним центром конусним видом розгортки, 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 друге положення розгортки відповідало відхиленню лазерного променя, при якому радіус другого концентричного кола на поверхні проїзної частини зменшується на певну задану величину, при цьому зміна положень розгортки здійснюється з високою швидкістю по черзі через кожен період сканування. Другий оптичний промінь лазерної розгортки формується зі зміщенням на 120 по колу розгортки і формує вхідну межу першої 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 кола R 4) і формує два концентричних кола з різницею радіусів R4-R3=1 м. Третій оптичний промінь лазерної розгортки формується зі зміщенням по відношенню до другого ще на 120° по колу розгортки і формує вхідну межу другої КЗ. Цей промінь, як і обидва інші, за допомогою відповідного дискретного сканістора на кожному наступному періоді сканування змінює одну оптичну вісь розгортки (з радіусом кола R 5 на проїжджій частині перехрестя) на іншу (з радіусом кола R6) і формує два концентричних кола також з різницею радіусів R6-R5=1 м. Оптичні фотоприймачі в процесі розгортки лазерних променів по одному з кіл на входах і виходах 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 обидві КЗ, здійснюють по їх передніх бамперах при пересіченні одного з кіл (наприклад R6, або R4), при цьому завдяки періодичному скануванню зі зміною оптичної осі лазерного променя (з радіуса R 3 на R4 і навпаки та з R5 на R6) визначаються 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 першої КЗ, вибирають за такої умови, щоб відстань між R3 та R) відповідала (з урахуванням реальної відстані, на якій водій реагує на зміну сигналу світлофора) максимальному з можливих зупиночному шляху (ЗШ) різного типу ТЗ, що перетинають вхідну межу першої КЗ з максимально дозволеною швидкістю (60 км/год.). Наявність подвійного сканування (R3, R4) на вході першої КЗ дає можливість точно визначити тип ТЗ, склад ТП та кількість ТЗ mj у черзі по кожній j-й смузі руху на підходах до перехрестя на момент зміни сигналу світлофора на зелений або на момент початку руху перших у черзі ТЗ. Крім того, це дозволяє визначити швидкість ТЗ на вході в першу КЗ на момент зміни сигналу світлофора з зеленого на жовтий і по швидкості та типу ТЗ розрахувати його ЗШ та прийняти рішення про завершення проміжного такту (ПТ). Подвійне сканування третім променем (R5, R6) на вході в другу КЗ дозволяє визначити тип, точний час та кількість ТЗ, що в'їхали в цю КЗ по кожній зі смуг руху і послідовно визначити реальні значення коефіцієнтів приведення до легкового автомобіля КПРі черги ТЗ по всіх смугах руху на підходах до перехрестя та картограму інтенсивностей руху ТЗ за невеликі періоди часу (цикл світлофорного регулювання) як у фізичних, так і у приведених одиницях. Протягом кожного циклу світлофорного регулювання одночасно і послідовно визначаються параметри руху транспортних потоків на підходах і в зоні перехрестя, основні, проміжні такти і цикл світлофорного регулювання, а також коефіцієнти приведення до легкового автомобіля, потоки насичення по кожній смузі руху на підходах до перехрестя, а потім пропускна здатність підходів до перехрестя, як сукупність потоків насичення окремих смуг, з урахуванням часу основного такту та циклу регулювання, а пропускна здатність всього перехрестя визначається як сукупна пропускна здатність окремих підходів (Опис до патенту на корисну модель № 101064 від 25.08.2015 р., бюл. № 16) 1 UA 115923 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Цей спосіб є найбільш близьким до способу, що заявляється, і тому обраний як найближчий аналог. Недоліком цього способу є вузькі функціональні можливості, оскільки він не дозволяє одночасно визначити пропускну здатність окремих ділянок доріг. Крім того, відомі теоретичні та розрахункові способи визначення ПЗ ділянок доріг, не розраховані на реальну оцінку ПЗ за короткий час виміру в залежності від особливостей ділянок, інтенсивності ТП, ширини смуг руху та швидкості руху ТЗ в контрольованій зоні, стану покриття, організації руху та стану погодних умов на час виміру. В основу запропонованого способу поставлена задача розширення функціональних можливостей відомого способу при одночасному визначенні широкого комплексу параметрів на вході і виході ділянки багатосмугових доріг. Поставлена задача досягається тим, що в основу запропонованого способу покладено покрокове сканування вузькоспрямованими лазерними променями інфрачервоного діапазону одночасно всіх смуг руху прямого і зворотного напрямку як на вході, так і на виході вибраної ділянки дороги, що дає можливість сформувати вхідні і вихідні межі КЗ та забезпечити визначення комплексу вищевказаних параметрів ТП по кожній смузі руху. Це досягається за рахунок розташування над проїжджою частиною на вході та виході ділянки дороги (КЗ) на спеціальному тимчасовому переносному кронштейні блока сканування та фотоприймачів (фіг. 1) таким чином, що при зміні положення кута нахилу променя у поперечному розрізі дороги на її поверхні утворюються дві паралельні лінії з дистанцією між ними в 1 м. На фіг. 1 представлена схема, яка розкриває основні відмінні особливості запропонованого способу і послідовність його дій. Відповідно до запропонованого способу, розгортка лазерного променя здійснюється блоком сканування 1, який розташовується на спеціальному кронштейні в точці, що відповідає середині проїжджої частини. До складу блока сканування входить оптичний відхиляючий пристрій (дискретний сканістор), який забезпечує відхилення вісі лазерного променя в необхідне друге положення, при якому у поперечному розрізі дороги на вході і виході КЗ на її поверхні утворюються дві паралельні лінії з дистанцією між ними в 1 м. Оптичні фотоприймачі 2 (ФПі) в процесі розгортки лазерних променів 81 та 82 по лініям сканування на входах і виходах КЗ послідовно сприймають сигнали, відбиті від ТЗ, що рухаються по різним смугам і напрямках руху. Фіксацію ТЗ, що в'їжджають в КЗ з обох напрямків, здійснюють по їх передніх бамперах при пересіченні однієї з ліній сканування (наприклад R1 або R4), при цьому завдяки періодичному скануванню зі зміною оптичної осі лазерного променя (з R 1 на R2 і навпаки та з R3 на R4) і проїзду ТЗ дистанції в 1 м, визначається момент в'їзду, швидкість, довжина, тип, кількість і послідовність ТЗ, що реально в'їхали в КЗ по кожній смузі руху за період вимірювань. Наявність подвійного сканування на вході в КЗ забезпечує можливість послідовного виміру на границях ділянки також таких параметрів, як дистанції Lj і інтервали tj між ТЗ, що послідовно рухаються в ТП по кожній j-й смузі руху, інтенсивності руху N j у фізичних одиницях та коефіцієнтів приведення до легкового автомобіля КПРі як відношення величини середнього значення динамічного габариту D ві конкретного типу ТЗ до величини середнього значення динамічного габариту D лі легкового автомобіля: 45 50 55 K ПРі  Dві / D лі . (1) Вимірювання такого комплексу параметрів на вході і виході КЗ дає можливість також визначити інтенсивність руху ТЗ за будь-яке фіксоване значення часу виміру ТВ у приведених одиницях: NПРj  К ПР1N1  К ПР2N2  ...  К ПРіNі , (2) де NПРj - інтенсивності руху ТЗ у приведених до легкового автомобіля одиницях по j-й смузі руху; N і - число транспортних засобів типу і у потоці; КПРі - коефіцієнт приведення ТЗ типу i до легкового автомобіля. Фіксація ТЗ, що повністю проїхали КЗ, здійснюється за моментами перетинання їх задніми бамперами лінії сканування R1 або R4 (залежно від напрямку руху) на виході з КЗ одночасно по всіх смугах руху. В процесі проїзду ТЗ вхідних і вихідних ліній сканування здійснюється визначення реальних значень інтервалів руху t ji різного i-го типу ТЗ по різних смугах і напрямках руху, які враховують різноманітні особливості топографії конкретної ділянки дороги. 2 UA 115923 C2 5 Практичне визначення реальних значень t ji для умов конкретної ділянки дороги (та конкретної смуги) 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, типу, інтервалів і дистанцій руху ТЗ на вході і виході КЗ дає змогу визначати вільні інтервали hВЛ , які за значенням більше, ніж t min для легкових ТЗ по кожній конкретній смузі руху. ji Процес визначення ПЗ ділянки дороги за прийнятий час виміру ТВ включає підрахунок всіх ТЗ, що за цей час повністю послідовно в'їхали і виїхали з КЗ по всіх смугах руху N  10 n  фj . (3) j 1 Вільні інтервали hВЛj по смугам руху можливо фіксувати у розрядженому ТП у випадку відсутності ТЗ на вході в КЗ, якщо інтервали пересування відповідних ТЗ перевищують відповідні значення t min . ji В цьому разі, при наявності таких інтервалів до значення Nф j додається по одному додатковому ТЗ по відповідній смузі руху. Якщо вільний інтервал hВЛ j буде більший кратності 15 відносно до t min , до значення Nф j - додається величина ji Nдj  hВЛj , (4) t min ji що по суті відповідає коефіцієнту кратності даного вільного інтервалу. Таким чином, упродовж всього часу виміру Т В всі інтервали руху, що відповідають умові min t ji  hВЛj штучно заповнюються додатковими ГЗ по кожній смузі руху і забезпечують 20 безперервний ТП максимально можливої сумарної інтенсивності, що не приводить до заторового стану на цій ділянці дороги. ПЗ окремої смуги руху за одиницю часу виміру ТВ визначається як: q Pj  Nфj   ді , (5) i 1 25 де q - кількість вільних інтервалів в ТП по j-й смузі руху за час виміру Т В. А значення ПЗ ділянки дороги в цьому випадку за одиницю часу виміру Т В визначається як: P  N  30 35 40 45 50 n q   N ді j 1i 1 . (6) Для уточнення та визначення статистично значущих значень ПЗ смуги або ділянки дороги, необхідно обстежити мінімум 15-20 годинних циклів у пікові часи руху. Але оперативне визначення ПЗ ділянки (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 конкретної ділянки. Таким чином, оперативне визначення реальних параметрів руху (швидкості, типу, габаритів, дистанції і інтервалів між ТЗ, і т.д.) окремих видів ТЗ по усіх смугах руху на підходах до зазначеної ділянки дозволяє шляхом високошвидкісного сканування одержати (в реальному масштабі часу) точні значення ПЗ як окремих смуг, так і всієї ділянки у фізичних або приведених одиницях. Цей спосіб дає змогу миттєво реагувати на будь-які зміни усіх параметрів, від яких залежить ПЗ, на зміну погодних умов, на топографічні особливості перехрестя: ширину смуг, поздовжній ухил, кривизну траєкторій руху поворотних потоків і т. д. Все це істотно розширює функціональні можливості існуючого способу та дає можливість підвищити ефективність управління рухом транспорту міської та позаміської мережі. На фіг. 2 надана спрощена структурна схема пристрою, що розкриває основні відмінні риси запропонованого способу. Блок сканування 1 має у своєму складі лазерний випромінювач 3 вузькоспрямованого інфрачервоного променя і вузол розгортки 4, які формують двопроменеве покрокове сканування зони входу і виходу ділянки дороги 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 сканування сигналом, що поступає з реперних фотоприймачів (ФП 0 21 та 22) на входи дискретних сканісторів 51 та 52. 3 UA 115923 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Сканування кожним променем здійснюється у двох паралельних площинах таким чином, що при зміні положення кута нахилу променя у поперечному розрізі дороги на її поверхні утворюються дві паралельні лінії з дистанцією між ними в 1 м (фіг. 2). Зміна і чергування кутів нахилу розгортки необхідні для однозначного визначення положення ТЗ щодо ліній сканування на кожному періоді розгортки і визначення швидкості, типу, довжини, часу перетину ліній сканування кожним окремим ТЗ, дистанції Lj і інтервали tj між ТЗ, що послідовно рухаються в ТП по кожній j-й смузі руху, інтенсивності руху Nj в фізичних одиницях та коефіцієнтів приведення до легкового автомобіля КПРі . Для цього фотоприймачі (ФП0 21 та 22) реперного сигналу відповідного блока сканування 1 1, 12 у моменти проходження променів реперних точок видають сигнали на входи перетворювача 60 реперного сигналу та на входи відповідних дискретних сканісторів 5 1 і 52, які сигналами зі своїх виходів діють на вузли розгортки 4 та змінюють кути нахилу променів при переході реперної точки. Сигнали з виходів відповідних блоків сканування 1 1, 12 та перетворювача 60 фотоприймачів реперного сигналу подаються на відповідні входи обчислювального пристрою 7 для чіткого визначення положення кожного променя за смугами руху відносно реперної точки. Відбитий від ТЗ оптичний сигнал (при наявності ТЗ в зоні, що сканується) вловлюється відповідними фотоприймачами 2 (ФП1… ФПn) кожної смуги руху як на входах, так і на виходах ділянки. Перетворювач 6 сигналів кожного ФПі відповідної смуги руху перетворює їх в імпульсно-цифрові коди, які вводяться в обчислювальний пристрій 7, де далі визначаються всі вище перелічені параметри за будь-який проміжок часу виміру. В процесі сканування границь ділянки здійснюється практичне визначення реальних значень інтервалів руху t ji для умов конкретної ділянки дороги (та конкретної смуги), що дає змогу накопичувати інформацію для всіх типів інтервалів у обчислювальному пристрої 7 і при необхідності з часом корегувати ці значення при зміні умов руху (наприклад, для зими або ожеледиці). Більш того, можливість виміру швидкості, типу, інтервалів і дистанцій руху ТЗ на вході і виході КЗ дає змогу визначати вільні інтервали hВЛ , які за значенням більше, ніж t min для ji легкових ТЗ по кожній конкретній смузі руху. Якщо в обчислювальний пристрій 7 закладається алгоритм визначення ПЗ, правила і константи, відповідні значення тимчасових інтервалів руху різних типів ТЗ на ділянці, зберігається інформація про коефіцієнти приведення, склад ТЗ та поточні значення вільних інтервалів по смугах руху, тоді з'являється можливість визначення не тільки усіх перелічених вище параметрів, але і ПЗ у фізичних або приведених одиницях. Таким чином, запропонований спосіб дає можливість одержання найбільш повного комплексу інформації для контролю і оперативного (в реальному масштабі часу) визначення ПЗ ділянки дороги для конкретних дорожніх умов та подальшого управління рухом на міській та заміській ВДМ. Перевагою запропонованого способу також є те, що пристрій для його реалізації можна виконати як переносний і здійснювати виміри ПЗ на багатьох ділянках ВДМ. Зважаючи на малу потужність лазерного інфрачервоного випромінювання, воно не буде мати шкідливого впливу на водіїв і пішоходів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 Спосіб визначення пропускної здатності ділянки дороги, заснований на скануванні одночасно двома гостроспрямованими лазерними променями вхідних і вихідних меж ділянки з точки, що відповідає середині проїжджої частини, причому забезпечують відхилення осі кожного лазерного променя в необхідне друге положення, при якому у поперечному розрізі дороги на вході і виході ділянки на її поверхні утворюються дві паралельні лінії з певною дистанцією між ними, а зміну положень розгортки здійснюють з високою швидкістю по черзі через кожен період сканування, подальшому прийомі відображених оптичних сигналів фотоприймачами і перетворенні цих сигналів в імпульсно-числові коди, за якими визначають швидкість, тип, довжину, час перетину ліній сканування кожним окремим транспортним засобом, дистанції і інтервали між транспортними засобами, що послідовно рухаються по кожній смузі руху, інтенсивність руху у фізичних одиницях та коефіцієнти приведення до легкового автомобіля, який відрізняється тим, що в процесі сканування границь ділянки здійснюють визначення реальних значень інтервалів руху різного типу транспортних засобів по різних смугах і напрямках руху, накопичують інформацію про всі типи інтервалів у обчислювальному пристрої і з часом корегують ці значення при зміні умов руху, визначають вільні інтервали, які за 4 UA 115923 C2 5 10 значенням більше мінімально можливих інтервалів для легкових автомобілів по кожній конкретній смузі руху, кількість всіх транспортних засобів, що за час виміру повністю послідовно виїхали з зони ділянки по всіх смугах, а кожний вільний інтервал за час виміру штучно заповнюють додатковими транспортними засобами по кожній смузі ділянки з урахуванням коефіцієнтів кратності вільного інтервалу для даної конкретної смуги, при цьому пропускну здатність окремої смуги руху ділянки за одиницю часу виміру визначають як суму всіх транспортних засобів, які повністю виїхали за цей час із зони ділянки, та додаткових транспортних засобів, які заповнюють вільні інтервали, а пропускну здатність ділянки дороги як у фізичних, так і приведених одиницях визначають як суму пропускних здатностей окремих смуг, що забезпечують безперервний транспортний потік максимально можливої сумарної інтенсивності, який не приводить до заторового стану на ділянці дороги. 5 UA 115923 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6