Основы автоматизации интеллектуальных транспортных систем
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Автомобильный транспорт
Издательство:
Инфра-Инженерия
Авторы:
Капский Денис Васильевич, Кот Евгений Николаевич, Богданович Сергей Валерьевич, Ларин Олег Николаевич, Семченков Сергей Сергеевич
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 412
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-0988-9
Артикул: 791647.01.99
Изложены основные положения создания интеллектуальных транспортных систем на основе автоматизированных систем управления дорожным движением, методы управления транспортными потоками с применением светофорной сигнализации на дорожной сети и различные аспекты создания, эксплуатации и модернизации систем автоматизированного управления дорожным движением различного уровня. Приведены характеристики основных подсистем систем управления дорожным движением, описаны технические средства и взаимодействие между ними, их функции и возможности. Рассмотрены основные алгоритмы управления и этапы проектирования и внедрения интеллектуальных систем. Рассмотрен подход к тесной интеграции маршрутного пассажирского транспорта и организации дорожного движения, как основы устойчивой мобильности.
Для студентов транспортных направлений подготовки.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
- 23.03.01: Технология транспортных процессов
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ИНТЕЛЛЕКТУ АЛЬНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ Учебник Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022
УДК 656.13 ББК 39.37 О-75 Авторы: Капский Д. В., Кот Е. Н., Богданович С. В., Ларин О. Н., Семченков С. С. Рецензенты: доктор технических наук, декан транспортного факультета Оренбургского государственного университета Рассоха Владимир Иванович; доктор технических наук, профессор кафедры автомобильного транспорта Полоцкого государственного университета Иванов Владимир Петрович О-75 Основы автоматизации интеллектуальных транспортных систем : учебник / [Капский Д. В. и др.]. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 412 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-0988-9 Изложены основные положения создания интеллектуальных транспортных систем на основе автоматизированных систем управления дорожным движением, методы управления транспортными потоками с применением светофорной сигнализации на дорожной сети и различные аспекты создания, эксплуатации и модернизации систем автоматизированного управления дорожным движением различного уровня. Приведены характеристики основных подсистем систем управления дорожным движением, описаны технические средства и взаимодействие между ними, их функции и возможности. Рассмотрены основные алгоритмы управления и этапы проектирования и внедрения интеллектуальных систем. Рассмотрен подход к тесной интеграции маршрутного пассажирского транспорта и организации дорожного движения, как основы устойчивой мобильности. Для студентов транспортных направлений подготовки. УДК 656.13 ББК 39.37 ISBN 978-5-9729-0988-9 Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
ОГЛАВЛЕНИЕ ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ ......................................................................... 8 ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................... 10 ГЛАВА 1. ОСНОВЫ СИСТЕМОТЕХНИКИ, АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ СИСТЕМАМИ ......................... 11 1.1. Основы теории систем и теории управления ................................... 11 1.2. Принципы построения систем ............................................................ 16 1.3. Автоматизированные системы управления (АСУ) ........................... 18 1.4. Элементы теории автоматического управления (ТАУ) .................... 19 1.4.1. Базовые понятия и принципы теории управления ..................... 19 1.4.2. Системы автоматического управления (САУ) ............................ 22 1.4.2.1. Базовые типы и принципы работы САУ ............................. 24 1.4.2.2. Структурная организация САУ ............................................ 30 1.5. Интеллектуальные системы ............................................................... 33 ГЛАВА 2. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ В ДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ .............................................................................................. 35 2.1. Автоматизированные системы управления дорожным движением (АСУ ДД) .................................................................................. 35 2.1.1. Структура АСУ ДД ........................................................................ 38 2.1.2. Классификация АСУ ДД ............................................................... 41 2.2. Системы управления маршрутными пассажирскими транспортными средствами (МПТС) ......................................................... 45 2.3. Система слежения за маршрутом движения специально оборудованных автомобилей .................................................................... 50 2.4. Система распознавания номеров государственной регистрации автомобилей ............................................................................................... 51 2.5. Система управления паркингами (автомобильными стоянками) .... 52 2.6. Автоматизация заправочных станций ............................................... 54 2.7. Автоматизация сбора оплаты услуг в дорожном движении ............ 55 2.8. Информационное сопровождение и отслеживание ......................... 63 2.9. Дополнительные системы .................................................................. 68 2.9.1. Системы экстренной связи .......................................................... 68 2.9.2. Электронные системы улучшения видимости и сенсоры, предотвращающие столкновение ........................................................ 68 2.9.2.1. Системы улучшения видимости .......................................... 68 2.9.2.2. Контроль дистанции при парковке ...................................... 69 2.9.2.3. Системы предотвращения столкновений ........................... 69 2.9.2.4. Дистанция безопасности ..................................................... 70 2.9.3. Системы видеоидентификации нарушителей ............................ 70 2.9.3.1. Фиксация превышения скорости ......................................... 70 2.9.3.2. Водители в состоянии опьянения ....................................... 74 3
2.9.4. Противоугонные системы ............................................................ 75 2.9.5. Информационная система погодной диагностики дорожных условий RWIS (США) ............................................................................. 75 2.10. Перспективы развития АСУ на транспорте ..................................... 80 ГЛАВА 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К СОЗДАНИЮ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ ............................... 84 3.1. Генезис ИТС ........................................................................................ 84 3.2. Архитектура ИТС ................................................................................. 89 3.3. Сервисные домены ИТС ..................................................................... 91 3.3.1. Сервисный домен пользовательской информации ................... 95 3.3.2. Сервисный домен организации дорожного движения и операционной деятельности .............................................................. 96 3.3.3. Сервисный домен транспортных средств ................................... 97 3.3.4. Сервисный домен коммерческих транспортных средств .......... 98 3.3.5. Сервисный домен маршрутных транспортных средств .......... 101 3.3.6. Сервисный домен оперативных служб ..................................... 101 3.3.7. Сервисный домен транспортных платежей .............................. 102 3.3.8. Сервисный домен личной безопасности пользователей ........ 103 3.3.9. Сервисный домен мониторинга погодных условий и состояния окружающей среды .......................................................... 104 3.3.10. Сервисный домен управления и координации реагирования на катастрофы .............................................................. 104 3.3.11. Сервисный домен национальной безопасности .................... 105 3.3.12. Сервисный домен управления данными интеллектуальных транспортных систем ........................................................................... 105 3.3.13. Сервисный домен управления эффективностью ................... 106 3.4. Подход к созданию ИТС на примере г. Минска .............................. 106 ГЛАВА 4. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ В ДОРОЖНОМ ДВИЖЕНИИ НА ОСНОВЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ............................................................................................ 118 4.1. Техническое обеспечение.Классификация комплекса технических средств ................................................................................ 118 4.1.2 Периферийное оборудование .................................................... 120 4.1.2.1. Дорожные светофоры ........................................................ 120 4.1.2.2. Дорожные контроллеры ..................................................... 121 4.1.2.3. Детекторы транспорта ....................................................... 124 4.1.2.4. Прочее периферийное оборудование .............................. 139 4.1.3. Технические средства ЦУП ...................................................... 143 4.1.4. Каналы связи ............................................................................. 155 4.2. Математическое обеспечение АСУ ДД ........................................... 161 4.2.1. Общие положения. Назначение и функции .............................. 161 4.2.2. Алгоритмы управления в АСУ ДД ............................................. 165 4.2.2.1. Локальные жесткие алгоритмы управления ..................... 165 4
4.2.2.2. Сетевые жесткие алгоритмы управления ........................ 170 4.2.2.3. Локальные адаптивные алгоритмы управления .............. 175 4.2.2.4. Сочетание локального адаптивного управления с жестким координированным регулированием ........................... 182 4.2.3. Координация при одностороннем движении ............................ 195 4.2.4. Координация при двухстороннем движении ............................. 205 4.2.5. Оценка эффективности координированного регулирования ...................................................................................... 212 4.2.6. Принципы организации магистрального координированного движения ............................................................................................... 218 4.2.7. Система управления магистральным координированным движением ............................................................................................. 221 4.2.7.1. Подсистема формирования структуры ТП ....................... 221 4.2.7.2. Подсистема наведения лидеров на ЗС ............................ 223 4.2.7.3. Подсистема недопущения перегрузки .............................. 228 4.2.7.4. Подсистема выхода из нештатных ситуаций ................... 230 4.2.7.5. Подсистема информации .................................................. 231 4.2.8. Технологическое обеспечение .................................................. 234 4.2.8.1. Планы координации ........................................................... 234 4.2.8.2. Подготовка магистрали и новых ТСР ............................... 240 4.2.8.3. Обслуживание МКРД ......................................................... 243 4.2.9. Корректировка нормативов ........................................................ 244 4.3. Информационное и лингвистическое обеспечение ........................ 246 4.4. Эргономическое обеспечение .......................................................... 250 4.5. Организационное обеспечение ........................................................ 255 4.6. Правовое обеспечение ..................................................................... 260 4.7. Автоматизация проектирования в АСУ ДД ..................................... 260 4.8. Проектирование, внедрение и эксплуатация АСУ ДД ................... 270 ГЛАВА 5. РОЛЬ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОЙ МОБИЛЬНОСТИ .............................................................. 275 5.1. Роль маршрутного пассажирского транспорта на пути к устойчивой мобильности ....................................................................... 275 5.2. Особенности различных видов маршрутных транспортных средств и их учёт в интеллектуальных транспортных системах ........................ 280 5.2.1. Взаимодействие нерельсового электрического транспорта с организацией дорожного движения и интеллектуальными транспортными системами .................................................................. 285 5.2.2. Взаимодействие рельсового электрического транспорта с организацией дорожного движения и интеллектуальными транспортными системами .................................................................. 287 5.3. Информационно-технологический процесс перевозки пассажиров маршрутными транспортными средствами ............................................ 293 5.4. Диспетчерское управление движением маршрутных транспортных средств .............................................................................. 305 5
5.4.1. Внутреннее диспетчерское управление ................................... 306 5.4.2. Линейное диспетчерское управление ...................................... 309 5.5. Системы диспетчерского управления работой маршрутных транспортных средств .............................................................................. 327 5.6. Модели сбора данных для диспетчерского управления движением маршрутных транспортных средств .................................... 333 5.7. Интеграция маршрутного пассажирского транспорта в интеллектуальные транспортные системы ......................................... 336 5.8. Успешные решения интеграции маршрутного пассажирского транспорта в интеллектуальные транспортные системы ..................... 340 ГЛАВА 6. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ ...................................................................... 345 6.1. Исходные данные .............................................................................. 345 6.1.1. Геометрические характеристики ............................................... 345 6.1.2. Регулирование дорожного движения ........................................ 348 6.1.3. Обустройство и дорожные условия ........................................... 349 6.1.4. Транспортно-пешеходная нагрузка ........................................... 350 6.1.5. Скорость движения ..................................................................... 356 6.2. Определение экономических потерь при координированном регулировании .......................................................................................... 358 6.2.1. Основные положения. Особенности расчета экономических потерь при КР ........................................................................................ 358 6.2.2. Совершенствование базовой методики .................................... 362 6.2.3. Расчет потерь ............................................................................. 363 6.2.4. Расчет задержек транспорта на перекрестке с локальным светофорным регулированием ..................................... 365 6.2.4.1. Задержки на 1-й стоп-линии .............................................. 365 6.2.4.2. Перегрузка .......................................................................... 366 6.2.4.3. Конфликтный правый поворот (14) ................................... 368 6.2.4.4. Конфликтный левый поворот (12) ..................................... 372 6.2.4.5. Совместное движение транзитных и поворотных потоков с одной полосы .................................................................. 376 6.2.4.6. Нерегулируемый конфликт ................................................ 376 6.2.5. Расчет числа остановок транспорта ......................................... 377 6.2.5.1. Остановки транспорта на 1-й стоп-линии ......................... 377 6.2.5.2. Конфликтный правый поворот (14) ................................... 378 6.2.5.3. Конфликтный левый поворот (12) ..................................... 378 6.2.5.4. Совместное движение транзитных и поворотных потоков с одной полосы .................................................................. 379 6.2.5.5. Нерегулируемый конфликт ................................................ 379 6.2.6. Расчет задержек транспорта при КР ......................................... 379 6.2.6.1. Помеха переднему фронту на СФО .................................. 379 6.2.6.2. Помеха заднему фронту на СФО ...................................... 383 6.2.6.3. Перегрузка на СФО ............................................................ 385 6.2.6.4. Задержки на перегоне ........................................................ 386 6
6.2.7. Расчет остановок транспорта при координированном регулировании ...................................................................................... 388 6.2.7.1. Помеха переднему фронту ................................................ 388 6.2.7.2. Помеха заднему фронту .................................................... 388 6.2.7.3. Перегрузка .......................................................................... 389 6.2.8. Перепробег транспорта и перерасход топлива ....................... 389 6.2.8.1. Перепробег транспорта ................................................ 389 6.2.8.2. Перерасход топлива ..................................................... 389 6.2.9. Задержки и перепроход пешеходов .......................................... 394 6.2.9.1. Задержки пешеходов ......................................................... 394 6.2.9.2. Перепроход пешеходов ..................................................... 395 6.3. Определение экологических потерь при координированном регулировании .......................................................................................... 396 6.3.1. Общие положения ...................................................................... 396 6.3.2. Расчет потерь от выбросов в атмосферу ................................. 397 6.3.3. Расчет потерь от транспортного шума ..................................... 400 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ..................................... 404 7
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ ДД - дорожное движение ДК - дорожный контроллер ДПС - дополнительная секция (светофора) ДС - дорожная сеть ЗС - зеленый сигнал ЗМС - зеленый мигающий сигнал ЗПС - зеленый перемигивающий сигнал ЖС - желтый сигнал ИД - интенсивность движения КР - координация КС - красный сигнал КМС - красный мигающий сигнал КЗЦ - контроллер зонального центра КПС - красный перемигивающий сигнал КРД - координированное движение КРН - координированное направление КРП (КРГ) - координированная («пачка») группа автомобилей КФТ - конфликтная точка ЛБД - лента безостановочного движения (в координации) МКРД - магистральное координированное движение МПТ - маршрутный пассажирский транспорт МТС (МПТС) - маршрутное пассажирское транспортное средство НПХ - нерегулируемый пешеходный переход ОП - остановочный пункт (МПТ) МПТС ОСФ - основной светофор ПДД - правила дорожного движения ПЕ - подвижная единица (МПТ) ПК - перекресток ПКР - план координации ПС - предсигнал ПХ - пешеходный переход ПЧ - проезжая часть РПХ - регулируемый пешеходный переход РПК - регулируемый перекресток СД - скорость движения СФ - светофор СФО - светофорный объект СФЦ - светофорный цикл ТП - транспортный поток ТС - транспортное средство ТСР - технические средства регулирования (организации дорожного движения) ТСФ - транспортный светофор 8
УСК - указатель скорости (переменный) ЦДП - центральный диспетчерский пункт ЦУП - центральный управляющий пункт ЦД - центральная диспетчерская станция ЦУД - центр управления движением IMC (In motion charging) - троллейбус, заряжаемый в движении IMF (In motion feeding) - троллейбус, питаемый в движении OC (Opportunity charging) - электробус, заряжаемый на конечных станциях (быстрая зарядка) ONC (Overnight charging) - электробус, заряжаемый в ночное время 9
ВВЕДЕНИЕ Одним из широко применяемых способов разделения транспортных (либо транспортных и пешеходных) потоков во времени является светофорное регулирование, которое не только обеспечивает физическую безопасность дорожного движения (снижение аварийности), но и позволяет минимизировать издержки для всех участников дорожного движения. В Республике Беларусь светофорное регулирование применяется в населенных пунктах с различной численностью населения, а также на отдельных участках автомобильных дорог. При этом задача по достижению высокой результативности работы данного вида технических средств организации дорожного движения является нетривиальной. В условиях высокой плотности и скорости транспортных потоков управлять работой светофорных и прочих объектов регулирования дорожным движением в ручном режиме невозможно. Современные прогрессивные способы управления транспортными потоками основаны на автоматизации и интеллектуализации всех рабочих процессов данных систем. Наиболее эффективным способом организации согласованной работы светофорных объектов является координированное регулирование, которое обеспечивает улучшение условий движения транспортных и пешеходных потоков, повышение комфортности и скорости перемещений по основным координированным направлениям, минимизацию экономических, экологических и аварийных издержек. В учебнике изложены вопросы создания интеллектуальных систем для достижения целей устойчивой мобильности, методы и средства управления транспортными потоками с применением светофорной сигнализации (светофорного регулирования) на дорожной сети населенных пунктов городского типа. Рассмотрены также вопросы определения потерь при координированном регулировании, в том числе: - методики расчета задержек и количества остановок транспорта на перекрестках с локальным светофорным регулированием, дополненная факторами, учитывающими особенности взаимодействия транспортных и пешеходных потоков при координированном регулировании; - модель определения задержек транспорта при наличии помех переднему и заднему «фронтам» координируемой группы на регулируемом участке дорожной сети, а также при перегрузке регулируемого участка. В учебнике содержатся методические основы по оценке эффективности интеллектуальных транспортных систем на основе методов потерь в дорожном движении. 10