Управление и координация светофора
Нормальная работа светофора требует большего, чем просто зрительный контроль и координация, чтобы обеспечить максимально плавное и безопасное движение транспорта и пешеходов. Для этого используются различные системы управления, от простых часовых механизмов до сложных компьютеризированных систем управления и координации, которые самонастраиваются, чтобы минимизировать задержку для людей, использующих перекресток.
История [ править ]
Первая автоматизированная система управления сигналами светофора была разработана изобретателями Леонардом Кашиато и Йозефом Кейтсом и использовалась в Торонто в 1954 году. [1] [2] [3]
Терминология [ править ]
В Австралии и Новой Зеландии терминология другая. «Фаза» — это период времени, в течение которого ряд транспортных средств получает зеленый сигнал, что эквивалентно понятию «этап» в Великобритании и США. Один электрический выход контроллера светофора называется «группой сигналов» - аналогично концепции «фазы» в Великобритании и США. PTV VISSIM также использует терминологию группы сигналов.
Фазы [ править ]
Фазы представляют собой индикацию для движения по аспектам светофора (один световой сигнал на сигнальной головке). Например, зеленая фаза дает всему движению с определенного подхода право проезда через перекресток (движение с поворотом на перекладине). В Великобритании фаза фильтрации позволяет бесконфликтному транспорту совершать определенные повороты (обычно налево или вперед) через перекресток. [4] [5] [6]
Движение – это любой путь через перекресток, по которому разрешено движение транспортных средств или пешеходов. Движение противоречиво, если эти пути пересекаются. Обычно конфликтующие движения не допускаются, за исключением встречных поворотов направо или налево (в зависимости от стороны движения) или, в некоторых юрисдикциях, пешеходов и транспортных средств, движущихся в параллельных направлениях. [4]
Этапы и периоды [ править ]
Стадия — это группа неконфликтующих фаз, которые движутся одновременно. [7] [4] Например, перекресток с четырьмя подъездными путями может работать в двухэтапном режиме, когда каждой дороге присваивается зеленый цвет, или в трехэтапном режиме, когда главной дороге присваивается зеленый цвет, а затем по очереди каждой боковой дороге присваивается зеленый цвет. Цикл – это одна полная последовательность стадий. Время цикла – это время, необходимое для завершения цикла. В некоторых юрисдикциях установлено максимальное время цикла. Например, в Великобритании это 120 секунд или 90 секунд при наличии пешеходных дорожек. При активированном управлении реверс является этапом, на который регулировщик вернется в случае отсутствия спроса. [4]
Межстадийный . или межзеленый период — это период между окончанием зеленого сигнала в одной фазе и началом зеленого сигнала в следующей фазе Обычно это включает желтый сигнал на подходах, где заканчивается зеленая фаза, и полностью красный этап, когда все меняющиеся сигналы становятся красными, чтобы разрешить развязку перекрестка. Все красные этапы приводят к потере времени, поскольку ни один из участников дорожного движения не может проехать через перекресток. [4] [8]
Интервал – это период между сменой стадий сигнала. Например, зеленый интервал для транспортных средств — это период времени, в течение которого для движения транспортных средств подается зеленый сигнал. Интервал фиксирован при предварительном управлении и варьируется при активированном управлении. В активированных настройках минимальный интервал минимального времени, в течение которого сигнал будет оставаться зеленым перед изменением. Для местных дорог это время может составлять всего 2 секунды, а для магистральных дорог может потребоваться до 15 секунд. Максимальный интервал — это максимальное время, в течение которого на одной дороге будет разрешен зеленый сигнал, если на другой дороге присутствует спрос. [4] [9]
Для пешеходов период приглашения – это период времени, когда пешеходам предлагается начать переходить дорогу. Обычно это изображается в виде шагающей фигурки зеленого или белого мужчины. [4]
Регулировщики дорожного движения [ править ]
Сигнал светофора обычно контролируется контроллером, установленным внутри шкафа. [10] Некоторые электромеханические контроллеры все еще используются ( по состоянию на 1998 год в Нью-Йорке их все еще было 4800, хотя сейчас это число меньше из-за преобладания блоков контроллеров сигналов). [11] ). Однако современные регулировщики являются полупроводниковыми. Шкаф обычно содержит панель питания для распределения электроэнергии в шкафу; интерфейсная панель извещателя для подключения к шлейфовым извещателям и другим извещателям; детекторные усилители; сам контроллер; подразделение по мониторингу конфликтов; переключения флэш-памяти реле ; полицейский пульт, позволяющий полиции отключить сигнал; и другие компоненты. [10]
В США контроллеры стандартизированы NEMA , который устанавливает стандарты для разъемов, эксплуатационных пределов и интервалов. [10] Стандарт TS-1 был введен в 1976 году для первого поколения твердотельных контроллеров. [12]
Твердотельные контроллеры должны иметь независимый блок мониторинга конфликтов (CMU), который обеспечивает отказоустойчивую работу. CMU контролирует выходы контроллера, и в случае обнаружения неисправности он использует реле переключения флэш-сигналов, чтобы перевести перекресток в режим МИГАНИЕ , при этом все красные огни мигают, а не отображают потенциально опасную комбинацию сигналов. В CMU запрограммированы допустимые комбинации огней, и он будет обнаруживать, если контроллер дает противоречивые указания, например, зеленые сигналы, обращенные как к северному, так и к восточному движению на перекрестке. Мониторы конфликтов подвержены ложной активации во время грозы из-за скачков напряжения и шума, вызванного близлежащими ударами молний.
попытку национальной стандартизации, известную как усовершенствованный транспортный контроллер в США предпринял В конце 1990-х годов Институт инженеров транспорта (ATC) . [12] Проект пытается создать единый национальный стандарт для контроллеров светофоров. Усилия по стандартизации являются частью программы Национальной интеллектуальной транспортной системы , финансируемой различными законопроектами о шоссе, начиная с ISTEA в 1991 году, затем TEA-21 и последующих законопроектов. Контроллеры будут общаться с использованием протокола National Transportation Communications for ITS ( NTCIP ), основанного на интернет-протоколе , ISO/OSI и ASN.1 . [12]
Светофоры должны получать инструкции о том, когда менять этап, и они обычно координируются таким образом, чтобы смена этапов происходила в некоторой связи с другими близлежащими сигналами, нажатием кнопки пешехода, действием таймера или рядом других входных сигналов.
Резервная батарея [ править ]
В районах, подверженных перебоям в подаче электроэнергии, добавление резервных батарей к системам диспетчеров может повысить безопасность автомобилистов и пешеходов. Раньше требовался источник бесперебойного питания для продолжения полноценной работы светофоров с использованием ламп накаливания большей мощности . Стоимость такой системы будет непомерно высокой. После появления новых поколений светофоров, в которых используются светодиодные фонари , которые потребляют на 85-90% меньше энергии, теперь в системы светофоров можно включать резервные аккумуляторные батареи. Резервные аккумуляторы будут установлены в шкафу диспетчера или в отдельном шкафу рядом с контроллером.
Резервная батарея позволяет управлять контроллером в аварийном режиме с миганием красного индикатора или в полнофункциональном режиме. В 2004 году Комиссия по энергетике Калифорнии рекомендовала местным органам власти перевести свои светофоры на светодиоды с резервным аккумулятором. Это снизит потребление энергии и повысит безопасность на основных перекрестках. Рекомендация касалась системы, которая обеспечивала бы полнофункциональный сигнал светофора в течение двух часов после отключения электроэнергии. Затем еще два часа сигналы будут мигать красным светом. [13]
Виды контроля [ править ]
Существует ряд типов механизмов управления перекрестками, управляемыми светофорами:
| Тип | Значение | Условия | Пример использования |
|---|---|---|---|
| Изолированный заранее | Фиксированная длина цикла | Для временной эксплуатации, когда обнаружение недоступно | Дорожные работы |
| Скоординированный заранее | Фиксированная длина цикла | Где трафик стабильный | Центры городов, развязки |
| Полуприводной | Нет фиксированной длины цикла, по умолчанию одно движение. | Дисбаланс трафика - | Дорожные операции |
| Полностью активированный | Нет фиксированной длины цикла, обнаружение используется на всех подходах, реагирует на условия | Где обнаружение используется на всех дорогах | Сельская местность, высокоскоростные места или две магистрали |
| Скоординированное срабатывание | Фиксированная длина цикла | Плотное движение на магистралях | Пригородная магистраль |
Фиксированный контроль времени [ править ]
В управлении дорожным движением простые и старые формы контроллеров сигналов известны как электромеханические контроллеры сигналов. В отличие от компьютеризированных контроллеров сигналов, электромеханические контроллеры сигналов в основном состоят из подвижных частей (кулачков, циферблатов и валов), которые управляют сигналами, подключенными к ним напрямую. Помимо подвижных частей, также используются электрические реле. Как правило, электромеханические контроллеры сигналов используют таймеры набора номера, которые имеют фиксированные, сигнализированные планы времени пересечения. Продолжительность цикла сигнализированных перекрестков определяется небольшими шестеренками, расположенными внутри таймеров. Циклические передачи, как их обычно называют, варьируются от 35 до 120 секунд. [ нужна ссылка ] Если велосипедная шестерня в таймере вышла из строя, ее можно заменить другой велосипедной шестерней, подходящей для использования. Поскольку таймер набора номера имеет только один план времени сигнализированного пересечения, он может управлять фазами на сигнализированном перекрестке только одним способом. На многих старых регулируемых перекрестках до сих пор используются электромеханические сигнальные контроллеры, и сигналы, которые они контролируют, эффективны в односторонних сетях, где часто можно согласовать сигналы с установленным ограничением скорости. Однако они невыгодны, когда время сигнала на перекрестке можно было бы адаптировать к доминирующим потокам, меняющимся в течение дня. [14]
Скоординированный контроль [ править ]
Часто предпринимаются попытки разместить сигналы светофора в скоординированной системе, чтобы водители встречали зеленую волну — последовательность зеленых огней. Различие между скоординированными сигналами и синхронизированными сигналами очень важно. Все синхронизированные сигналы изменяются одновременно и используются только в особых случаях или в старых системах. Скоординированные (прогрессивные) системы управляются главным контроллером и настроены таким образом, чтобы огни «каскадировали» (прогрессировали) последовательно, чтобы взводы транспортных средств могли проходить через непрерывную серию зеленых огней. Графическое представление фазового состояния на двухосной плоскости зависимости расстояния от времени четко показывает «зеленую полосу», установленную на основе сигнализированного расстояния между перекрестками и ожидаемой скорости транспортного средства. [15] В некоторых странах (например, в Германии , Франции и Нидерландах ) эта система «зеленой полосы» используется для ограничения скорости в определенных районах. Освещение рассчитано таким образом, что автомобилисты могут проезжать без остановки, если их скорость ниже заданного предела, в основном 50 км / ч (30 миль в час) в городских районах. Эта система известна как «grüne Welle» на немецком языке, «vague verte» на французском языке или «groene Golf» на голландском языке (по-английски: « зеленая волна »). Такие системы обычно использовались в городских районах США с 1940-х годов, но сегодня они менее распространены. В Великобритании в Слау в Беркшире экспериментировали с частью А4 . Многие города США устанавливают зеленую волну на улицах с двусторонним движением, чтобы двигаться в направлении с более интенсивным движением, вместо того, чтобы пытаться развивать движение в обоих направлениях. Но недавнее введение мигающей желтой стрелки (см. статью « Сигнализация и работа светофора ») делает сигнал опережения-запаздывания, способствующий прогрессу, доступным при защищенных/разрешенных поворотах. [15] [16]
В современных скоординированных системах сигнализации водители могут проезжать большие расстояния, не встречая красный свет. Такая координация легко осуществляется только на улицах с односторонним движением и достаточно постоянным уровнем движения. Улицы с двусторонним движением часто устраиваются так, чтобы соответствовать часам пик, чтобы ускорить движение в направлении с более интенсивным движением транспорта. Однако перегруженность часто может нарушить координацию. С другой стороны, некоторые сигналы светофора скоординированы таким образом, чтобы водители не столкнулись с длинной чередой зеленых огней. Эта практика препятствует большому объему движения, вызывая задержки, но предотвращая заторы или препятствуя использованию определенной дороги. Зачастую это делается по просьбе местных жителей в районах с большим «просто проходящим» трафиком. Скорость саморегулируется в скоординированных сигнальных системах; водители, едущие слишком быстро, прибудут по красному сигналу и в конечном итоге остановятся, водители, едущие слишком медленно, не успеют вовремя добраться до следующего сигнала, чтобы использовать зеленый индикатор. Однако в синхронизированных системах водители часто используют чрезмерную скорость, чтобы проехать как можно больше светофоров.
В последнее время стали применяться еще более сложные методы. Светофоры иногда управляются централизованно с помощью мониторов или компьютеров, что позволяет координировать их работу в режиме реального времени с учетом меняющихся моделей дорожного движения. [17] Видеокамеры или датчики , спрятанные в тротуаре, можно использовать для наблюдения за дорожным движением по всему городу. Нескоординированные датчики иногда препятствуют движению транспорта, обнаруживая затишье и загораясь красным светом, когда автомобили приезжают со светофора предыдущего дня. Самые современные системы используют десятки датчиков и стоят сотни тысяч долларов за перекресток, но могут очень точно контролировать уровень дорожного движения. Это избавляет от необходимости других мер (например, новых дорог), которые еще более дороги.
Преимущества включают в себя: [18] [19]
- Повышение пропускной способности дорог
- Сокращение столкновений и времени ожидания как для транспортных средств, так и для пешеходов [20]
- Поощрение поездок с соблюдением ограничения скорости, чтобы встретить зеленый свет
- Сокращение ненужных остановок и троганий с места - это, в свою очередь, снижает расход топлива, загрязнение воздуха и шум , а также износ транспортных средств.
- Сокращение времени в пути
- Снижение разочарования и гнева водителей на дороге
Примеры:
- Нью-Йорк : 7 660 (из 12 460) регулируемых перекрестков контролируются центральной компьютерной сетью и контролируются центрами управления дорожным движением. [11] [21]
- Торонто : 83% сигналов контролируются Главной системой светофоров (MTSS). 15% также используют SCOOT (метод оптимизации разделенного цикла и смещения), адаптивную систему управления сигналами. [22]
- Сидней : 3400 сигналов светофора, координируемых Сиднейской системой координированного адаптивного движения (SCATS). Система, спроектированная и разработанная RTA, была впервые представлена в 1963 году и с тех пор постепенно развивалась. К октябрю 2010 года лицензия SCATS была получена на 33 200 перекрестках в 144 городах 24 стран мира, включая Сингапур, Гонконг, Дублин, Тегеран, Миннеаполис и Детройт. [19] [23] [24]
- Мельбурн : 3200 светофоров по всей Виктории, включая такие региональные районы, как Джилонг и Балларат, с использованием SCATS. Около 500 перекрестков также имеют приоритет для трамвая и автобуса. [25]
- Аделаида : 580 комплектов скоординированных светофоров по всему столичному региону, управляемые системой скоординированных светофоров Аделаиды (ACTS). [18]
Адаптивное управление [ править ]
- Адаптивная сигнальная система Медоулендса для сокращения дорожного движения (MASSTR) - Комиссия Медоулендса штата Нью-Джерси контролирует в своей администрации Линдхерста строительство этой « интеллектуальной транспортной системы », первой в своем роде в штате, с регулируемыми перекрестками и детекторами транспортных средств в Медоулендс . По состоянию на 2013 год [update], она находится в эксплуатации и планирует охватить 128 перекрестков к 2014 году. Чтобы сократить задержки из-за запланированного двухлетнего закрытия северных полос Pulaski Skyway , которое начнется примерно в марте 2014 года, эта система будет синхронизировать светофоры еще на 15 перекрестки вдоль шоссе US 1/9 Truck и шоссе 440 в Кирни-Пойнт и Джерси-Сити . [26] [27] [28] [29]
- Midtown in Motion — адаптивная система управления дорожным движением Нью-Йорка , использующая несколько технологий. Камеры, микроволновые датчики движения и с радиочастотной идентификацией (RFID) считыватели меток E-ZPass используются в качестве входов для мониторинга транспортных потоков. Данные передаются через выделенную государством широкополосную беспроводную инфраструктуру в центр управления дорожным движением для использования в адаптивном управлении светофорами. [30]
- Масштабируемое управление городским движением
- Сиднейская скоординированная адаптивная система дорожного движения
Другие виды контроля [ править ]
- Изолированный контроль – это когда время перекрестка или пересечения не связано с другими перекрестками или пересечениями.
- Неисправности : если электричество все еще доступно, мигающий желтый свет используется для предупреждения о перекрестке. Методы отделения главной дороги от второстепенной дороги (и, следовательно, права отвода) включают использование знаков уступи дорогу, знаков остановки или мигающего красного света на второстепенной дороге, а также письменных указателей. В некоторых странах, включая Австралию, в правилах дорожного движения описываются такие процедуры, как уступка дороги направо. Эта система иногда используется, когда сигнал светофора устарел из-за отсутствия необходимости.
- Работа неполный рабочий день : некоторые светофоры не работают ночью или при очень слабом движении. Некоторые могут работать только в определенное время (например, в рабочее время крупного завода) или только во время особых мероприятий, таких как спортивные состязания или выставки. В нерабочем состоянии применяются те же меры, что и при отказах. Работа на условиях неполного рабочего времени имеет свои преимущества и недостатки. [31] [32]
- Преимущество железной дороги : сигналы светофора активируются одновременно с приближением поезда, часто там, где перекресток находится рядом с железнодорожным переездом. См. также Преимущество железной дороги.
- Приоритет автобусов и транспорта : сигналы светофора активируются одновременно с прибытием автобуса или трамвая на автобусную полосу, автобусную полосу или трамвайную дорогу. См. также Приоритет шины.
- Транспортные средства экстренной помощи Некоторые огни за пределами пожарных или спасательных станций не имеют зеленого цвета, поскольку они могут загораться только желтым, а затем красным, когда пожарные машины , машины скорой помощи или другие машины скорой помощи и т.п. покидают станцию по пути к месту чрезвычайной ситуации. См. также Преимущество светофора.
- Знаки скорости - редко используемый вариант, указывающий водителям рекомендуемую скорость для приближения к следующему светофору в его зеленой фазе.
Программное обеспечение для проектирования [ править ]
Системы светофора проектируются с использованием такого программного обеспечения, как LINSIG , TRANSYT , CORSIM/TRANSYT-7F или VISSIM .
Справочники [ править ]
В США существуют следующие справочники:
- Сейфрид, Роберт К. (1 января 2013 г.). Справочник по устройствам управления дорожным движением . Институт инженеров транспорта . ISBN 978-1-933452-67-8 .
- «Справочник по системам управления дорожным движением» . Операционный офис FHWA . Федеральное управление автомобильных дорог Министерства транспорта США. Октябрь 2005 г.
Ссылки [ править ]
- ^ Энгельманн, Фредерик К. (1996) История австрийской миграции в Канаду , Carleton University Press, ISBN 978-0-88629-283-6 , с. 184
- ↑ Маклин, Джеймс В. (1966) « Фальшивый огр автоматизации », Montreal Gazette , 26 февраля 1966 г., получено 31 октября 2010 г.
- ^ «Йозеф Кейтс нашел способы распутать трафик и решить бизнес-проблемы с помощью компьютеров» . Джеймс Р. Хагерти, Wall Street Journal , 27 июля 2018 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г «Терминология проектирования светофоров» . www.traffic-signal-design.com . Проверено 2 октября 2022 г.
- ^ «Информационные листовки по дорожному движению с 1989 по 2009 год» . GOV.UK. Проверено 24 августа 2023 г.
- ^ «Терминология проектирования светофоров» . www.traffic-signal-design.com . Проверено 24 августа 2023 г.
- ^ Основы. Архивировано 16 декабря 2008 г. в Wayback Machine , Обучение работе с сигналами светофора, NIATT / Университет Айдахо.
- ^ Информационный буклет DfT о дорожном движении 1/06, часть 4 - https://tsrgd.co.uk/pdf/tal/2006/tal-1-06_4.pdf
- ^ «Руководство по синхронизации сигналов светофора: Глава 5 – Оперативное управление» . ops.fhwa.dot.gov . Проверено 17 апреля 2022 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Светофорные сигналы 101 , Министерство транспорта Миннесоты , 2006 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Хореография танца светофоров, New York Times, 17 сентября 1998 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Стандарты светофоров. Архивировано 26 июня 2008 г. в Wayback Machine , Национальная коалиция транспортных операций.
- ^ «Законопроект Сената 84 XX «Программа резервного питания батареями для светофорных сигналов» (PDF) . Калифорнийская энергетическая комиссия. Май 2004 года . Проверено 20 января 2014 г.
- ^ URL-адрес изучения политики управления светофорами, доступ 6 марта 2009 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Робинсон, Ларри. «Прогресс светофора» . Проверено 22 мая 2014 г.
- ^ Робинсон, Ларри. «Операция-задержка с мигающей желтой стрелкой» . Проверено 22 мая 2014 г.
- ^ Система SCOOT
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Департамент транспорта, энергетики и инфраструктуры (23 августа 2002 г.). «Система координации дорожного движения в Аделаиде (ACTS)» . Транспортная сеть - Организация дорожного движения . Правительство Южной Австралии. Архивировано из оригинала 26 мая 2009 г. Проверено 11 декабря 2010 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Управление дорог и дорожного движения. «СКАТС – Особенности продукта» . СКАТ . Правительство Нового Южного Уэльса . Проверено 11 декабря 2010 г.
- ^ Сяо-Фэн Се и др. Управление дорожным движением в режиме реального времени для устойчивой городской жизни . Международная конференция IEEE по интеллектуальным транспортным системам (ITSC), Циндао, Китай, 2014: 1863–1868.
- ^ Инфраструктура NYCDOT и светофоры
- ^ Город Торонто. «Трафик - Часто задаваемые вопросы» . Транспорт - Трафик . Город Торонто . Проверено 11 декабря 2010 г.
- ^ Управление дорог и дорожного движения. «Практический контроль: Центр управления транспортом Нового Южного Уэльса» (PDF) . ТМЦ . Правительство Нового Южного Уэльса . Проверено 11 декабря 2010 г.
- ^ Управление дорог и дорожного движения. «Обзор деятельности: транспорт» (PDF) . Годовой отчет за 2009-10 гг . Правительство Нового Южного Уэльса . Проверено 11 декабря 2010 г.
- ^ ВикРоудс. «Светофорные сигналы СКАТ» . Дорожное управление и проектирование . Правительство штата Виктория. Архивировано из оригинала 26 февраля 2011 г. Проверено 11 декабря 2010 г.
- ^ «Адаптивная сигнальная система Meadowlands для снижения трафика» (PDF) . Комиссия Нью-Джерси Медоулендс. Июль 2013. Архивировано из оригинала (PDF) 24 октября 2013 года . Проверено 16 октября 2013 г.
- ^ Фрассинелли, Майк (5 сентября 2013 г.). «Во время закрытия Pulaski Skyway светофоры будут отрегулированы на местных дорогах» . Стар-Леджер . Ньюарк, Нью-Джерси . Проверено 12 октября 2013 г.
- ^ Вена, Джозеф Р. (5 сентября 2013 г.). « Адаптивные сигналы ускорят движение в Джерси-Сити и Кирни во время строительства Pulaski Skyway» . Журнал Джерси . Джерси-Сити, Нью-Джерси . Проверено 16 октября 2013 г.
- ^ Мааг, Кристофер (29 ноября 2013 г.). «Высокотехнологичная сигнальная система помогает ускорить движение транспорта в Медоулендс» . Рекорд . Вудленд-Парк, Нью-Джерси . Проверено 30 ноября 2013 г.
- ^ «Отмеченная наградами система управления дорожным движением Нью-Йорка» . ИТС Интернешнл . Январь–февраль 2013 г. Проверено 3 мая 2014 г.
- ^ «Отключение режима мигания сигнала во время работы поздней ночью или ранним утром» . Управление проектирования безопасности Федерального управления автомобильных дорог США . Проверено 23 октября 2011 г.
- ^ «Мигающие сигналы» . ITETRAFFIC (Список рассылки) . Проверено 23 октября 2011 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Кунсе, Питер; и др. (июнь 2008 г.). Руководство по синхронизации сигналов светофора (отчет). США Федеральное управление автомобильных дорог . FHWA-HOP-08-024 . Проверено 5 апреля 2010 г.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
