Застосування адаптивних алгоритмів «Smart Intersection» для керування транспортними потоками на регульованому перехресті

Abstract

Сьогодні ми спостерігаємо тенденцію переселення людей до міських зон. Така тенденція є характерною для більшості міст. Як наслідок, це приводить до збільшення учасників руху – як пішоходами, так й транспортними засобами[1]. У зв’язку з цим, постає проблема в ефективному управлінні транспортними потоками. Найбільшої уваги заслуговують саме перехрестя, оскільки це основна причина виникнення заторів. Перехрестя – це місце перехрещення, прилягання або розгалуження доріг на одному рівні, межею якого є уявні лінії між початком заокруглень країв проїзної частини кожної з доріг[2]. У міських умовах найчастіше зустрічаються регульовані та нерегульовані перехрестя. Основним засобом управління дорожнім рухом на перехрестях у містах є світлофорна сигналізація, яка призначена для почергового пропускання учасників дорожнього руху через перехрестя чи через певну ділянку ВДМ (вулично-дорожньої мережі), а також для позначення небезпечних ділянок вулиць[3]. Оскільки, світлофорний об’єкт є засобом штучного стримування руху, світлофорне регулювання влаштовують на завантажених перехрестях, щоб збільшити безпеку руху та впорядкувати транспортний потік. На регульованих перехрестях найчастіше застосовують багатопрограмне жорстке управління рухом. Розрахунок тривалості світлофорного циклу та його елементів ґрунтується на опосередкованих значеннях інтенсивності ТП у попередні періоди[4]. Однак при частій зміні інтенсивності руху на перехресті, жорстке багатопрограмне управління є малоефективним. В таких випадках доцільно використовувати адаптивні алгоритми управління. У магістерській кваліфікаційній роботі розглянуто проблеми підвищення ефективності дорожнього руху на прикладі перехрестя вулиць Пасічна – Пирогівка у місті Львів шляхом впровадження саме адаптивного режиму світлофорного регулювання «Smart Intersection»[5]. Цей режим управління працює на основі алгоритму статистичної оптимізації, що базуються на аналізі поточного стану перехрестя та ймовірнісному прогнозуванні майбутнього стану, водночас може за потреби змінювати тривалість поточних фаз та циклу. Описано методику моделювання транспортних процесів у програмному середовищі PTV Vissim із підключенням фізичного контролера ITC, що дозволяє запустити імітаційну модель в режимі реального часу. Досліджено ефективність режиму адаптивного керування «Smart Intersection» у порівнянні з традиційним жорстким регулюванням. Об’єкт дослідження – регульоване перехрестя. Предмет дослідження – закономірності зміни середніх та максимальних черг, середніх затримок від режиму управління та вхідної інтенсивності руху. Мета дослідження: на основі результатів моделювання дослідити ефективність роботи перехрестя за різних режимів управління при зміні вхідної інтенсивності. Результати мікроскопічного моделювання свідчать про значне покращення параметрів руху – зменшення довжини черг, затримок, рівня викидів СО та збільшення швидкості транспортного потоку. Отримані результати підтверджують доцільність впровадження адаптивного керування на перехрестях із нерівномірним розподілом транспортних потоків.

Today we are witnessing a trend of people moving to urban areas. This trend is typical for most cities. As a result, it leads to an increase in traffic, both pedestrians and vehicles[1]. In this regard, there is a problem in the effective management of traffic flows. Intersections deserve the most attention, as they are the main cause of traffic jams. An intersection is a place where roads intersect, join or branch at the same level, the boundary of which is the imaginary lines between the beginning of the rounded edges of the roadway of each road[2]. In urban areas, regulated and unregulated intersections are most common. The main means of traffic control at intersections in cities is traffic signaling, which is designed to alternately allow road users to pass through the intersection or through a certain section of the street and road network, as well as to indicate dangerous sections of streets[3]. Since a traffic signal is a means of artificial traffic control, traffic signal control is used at busy intersections to increase traffic safety and streamline traffic flow. At controlled intersections, multi-programmatic rigid traffic control is most often used. The calculation of the duration of the traffic signal cycle and its elements is based on the indirect values of traffic intensity in previous periods[4]. However, with frequent changes in traffic intensity at the intersection, rigid multi-program control is ineffective. In such cases, it is advisable to use adaptive control algorithms. In the master's thesis, the problems of improving traffic efficiency are considered on the example of the intersection of Pasichna - Pirogivka streets in Lviv by introducing the adaptive traffic light control mode “Smart Intersection”[5]. This control mode operates on the basis of a statistical optimization algorithm based on the analysis of the current state of the intersection and probabilistic forecasting of the future state, while it can change the duration of the current phases and cycle if necessary. The methodology for modeling transport processes in the PTV Vissim software environment with the connection of the ITC physical controller, which allows running the simulation model in real time, is described. The effectiveness of the adaptive control mode “Smart Intersection” in comparison with the traditional rigid control is investigated. Study object – signalized intersection. The scope of research: patterns of changes in average and maximum queues, average delays depending on the control mode and input traffic intensity. Goal of research: based on the modeling results, to investigate the efficiency of the intersection under different control modes with a change in the input intensity. The results of the microscopic modeling show a significant improvement in traffic parameters, such as reduced queue lengths, delays, CO emissions, and increased traffic flow speed. The results confirm the feasibility of implementing adaptive control at intersections with uneven distribution of traffic flows.