МИНИСТЕРСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ РСФСР

Государственный дорожный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт

ГИПРОДОРНИИ

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО
ПО СТРАТЕГИИ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМИ
ПОТОКАМИ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ
МАГИСТРАЛЯХ (АРДАМ)

Утверждено

Гипродорнии.

Протокол № 2

от 28.03.80

Москва 1980

В настоящем издании на основе опыта разработки первой в стране системы автоматизированного управления движением на автомобильной магистрали Москва-Рига (система АРДАМ) излагаются материалы по стратегии управления транспортными потоками, которые могут найти применение при проектировании аналогичных систем.

Даны основные принципы организации движения на автомобильной магистрали, оборудованной системой АРДАМ, и описание комплекса применяемых в системе технических средств.

Приведена блок-схема объемлющего алгоритма управления, а также методическая основа контура ручного управления и модельная основа контура автоматического управления. Подробно рассмотрены алгоритмы определения допустимых скоростей, расчета управляющих программ, анализа входных сигналов, оценивания фазовых переменных транспортного потока и пропускной способности участков магистрали, синтеза корректирующих управлений. В двух приложениях приведены результаты исследования характеристик транспортного потока на автомобильных магистралях и исследования работы въезда на магистраль.

В основу настоящего издания положены результаты научных исследований, связанных с разработкой системы АРДАМ и проведенных в Гипродорнии в 1973 - 1978 гг. под руководством канд. техн. наук, доцента А.П. Васильева. Им осуществлено научное редактирование издания и написаны пп. 1; 4.1; 4.4; 4.5; 5. Канд. техн. наук В.Д. Беловым написаны п.п. 1; 3; 4.1; 4.2; 5 и приложения. Канд. техн. наук М.Я. Блинкиным написаны п.п. 1; 4.1; 4.3; 4.5 - 4.9; 5, он также принял участие в подготовке приложений. Материалы СКБ Промышленной автоматики легли в основу п. 2 и частично использованы в п. 4.1.

Директор Гипродорнии

канд. техн. наук Е.К. Купцов

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Возрастающие объемы автомобильных перевозок, увеличение скоростей и интенсивности движения и связанный с ними рост числа дорожно-транспортных происшествий предъявляет новые, все более высокие требования к техническому совершенству автомобильных дорог, их инженерному оборудованию и состоянию, транспортно-эксплуатационным характеристикам и организации движения в процессе эксплуатации. Важную роль в решении этих задач играет создание автоматизированных систем управления движением. Первая в отечественной практике такая система - система АРДАМ - включена в проект участка МКАД - Истра автомобильной дороги Москва-Рига.

1.1. Необходимой предпосылкой создания систем управления движением на автомобильных магистралях является формирование стратегических концепций, комплекса моделей управляемого объекта и основанных на них алгоритмов переработки информации и принятия управляющих решений.

1.2. Объектами управления в этих системах являются: транспортный поток на автомобильной магистрали и транспортные потоки на въездах; состояние поверхности покрытия и обочин автомагистрали.

К средствам управления относятся управляемые многопозиционные знаки основной магистрали, знаки и светофоры на въездах и съездах, а также технические средства и ресурсы дорожно-эксплуатационной службы (аварийно-патрульной и службы зимнего содержания).

1.3. Конечной целью управления функционированием автомобильной дороги и дорожным движением является обеспечение высокой народнохозяйственной эффективности транспортировки грузов и пассажиров путем повышения эффективности работы автомобильного транспорта и автомобильной дороги, удобств и безопасности движения.

Для отдельной дороги цель управления может быть сформулирована следующим образом:

При заданных характеристиках транспортного потока и аппарата обслуживания (т.е. постоянных и переменных параметрах автомагистрали), процесса обслуживания (т.е. характеристик уровня содержания дороги и организации движения), с учетом состояния метеорологических условий в каждый момент времени обеспечивать требуемые показатели функционирования дороги и дорожного движения (скорость, пропускную способность и безопасность движения), определяемые из условия минимума приведенных дорожно-транспортных затрат на перемещение грузов и пассажиров.

Исходя из этого целью управления на технологическом уровне являются достижение удовлетворительного компромисса между задержками первого рода, в качестве которых здесь выступают задержки на въездах, и второго рода, вызванные снижением скорости при повышении плотности транспортного потока, и уровнем безопасности движения.

1.4. Вследствие выше сказанного специфика систем управления транспортным потоком на автомобильных магистралях коренным образом отличается от получивших широкое распространение в отечественной и зарубежной практике систем светофорного регулирования в городах. Она обуславливает появление обширного круга вопросов, относящихся к стратегии управления указанным объектом, решение которых необходимо для проектирования и функционирования системы АРДАМ.

1.5. Принципиальные ограничения на стратегические концепции и конкретные алгоритмы управления обуславливаются геометрическими параметрами и транспортно-эксплуатационными характеристиками дороги, схемой организации движения и составом технических средств системы АРДАМ. В свою очередь, стратегия и алгоритмы управления оказывают влияние на выбор указанных параметров и характеристик дорог, а также методов и схем организации движения. Поэтому разработка систем автоматизированного управления и проектирование автомагистрали должны выполняться одновременно.

1.6. Формирование основных положений стратегии управления в системе АРДАМ сводится к решению следующих научно-технических задач:

постановка цели управления движением на содержательном уровне и введение формализованного критерия качества управления;

выбор структуры объемлющего алгоритма управления;

рациональное распределение задач между контурами автоматического и ручного управления;

разработка модельной основы алгоритмов из контура автоматического управления и методической основы работы оператора (контур ручного управления);

выбор принципов переработки макроуровневой информации о параметрах транспортного потока и использования информации о параметрах окружающей среды и дорожных условий.

1.7. Решение большинства из перечисленных задач может быть осуществлено лишь на базе изучения характеристик транспортного потока на существующих автомобильных магистралях. Поэтому была осуществлена программа натурных экспериментов по сбору таких данных и отработка основных алгоритмов управления на их основе.

С целью уточнения предлагаемых рекомендаций для каждой вновь проектируемой системы целесообразно проведение дополнительных исследований условий движения и параметров транспортного потока на дорогах или участках дорог со своими характеристиками, близкими к проектируемой дороге.

2. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СИСТЕМЫ АРДАМ^*)

^*) Раздел составлен по материалам, предоставленным СКВ Промавтоматика.

Комплекс технических средств системы АРДАМ включает в себя устройства центрального управляющего пункта, периферийные технические средства, линии связи, систему телевизионного обзора, систему аварийной связи, сервисное оборудование и контрольно-измерительную аппаратуру.

2.1. В состав оборудования центрального управляющего пункта входят: управляющий вычислительный комплекс, пульт управления и аппаратура обмена информации.

Управляющий вычислительный комплекс (УВК) системы АРДАМ - специфицированный комплекс, скомпонованный на основе серийно-выпускаемой ЭВМ с использованием дополнительных модулей и устройств из номенклатуры средств вычислительной техники.

ЭВМ, на базе которой компонуется УВК, должна удовлетворять следующим требованиям:

возможность реализации радиальной схемы связи между периферийными устройствами и УВК;

обеспечение циклического опроса периферийных устройств с циклом 1 раз в секунду;

осуществление управления периферийными устройствами в реальном масштабе времени;

выдерживание мультипроцессорного режима работы в реальном масштабе времени;

обладание достаточным объемом оперативной памяти и быстродействием;

вычислительная мощность УВК должна обеспечивать развитие системы.

В качестве базы для компановки УВК на нынешнем этапе развития техники целесообразно выбирать вычислительный комплекс СМ-2 серии СМ ЭВМ, оперативная память которого имеет емкость до 12в К. В минимальный набор модулей и устройств вычислительного комплекса входят: два процессора, канал прямого доступа, устройства оперативной памяти, коммутаторы, согласователь ввода-вывода и таймеры. Двухпроцессорная структура комплекса позволяет использовать разделение задач управления между процессорами и одновременное их выполнение. При выходе из строя одного из процессоров все задачи, в соответствии с присвоенными приоритетами, будут решаться вторым процессором.

Для получения требуемой конфигурации вычислительный комплекс СМ-2 дополняется рядом модулей и устройств. Так, связь УВК с периферийным оборудованием осуществляется через специальные дуплексные регистры (ДР) и блоки обмена информацией (БОИЦ). В состав УВК включены устройства для работы с перфоленточными носителями информации для загрузки в УВМ системных перфолент, ввода тестовых задач при проведении профилактических и ремонтных работ, вывода перфоленточного носителя (например, после отладки программы). Для выбора и фиксирования информации на бумаге в состав УВК включен ряд устройств печати, предназначенных для обслуживания запросов оператора, вывода суточного журнала функционирования системы и различных форм документов, вывода на печать информации об отказах оборудования и режимах функционирования системы. В качестве аппаратных средств связи оператора системы с УВК используются дисплейные модули. Вывод технологической информации о функционировании системы на мнемосхему осуществляется через бесконтактные модули кодового управления, подключение которых к УВК производится через мультиплексные расширители интерфейса. В состав УВК включены также - устройства внешней памяти на магнитных дисках (4,8 Мбайта) и лентах (40 Мбайт).

2.2. Включенная в состав оборудования центрального управляющего пункта мнемосхема выполняет следующие функции:

а) сигнализирует оператору о состоянии каждого дорожного контроллера, управляемого указателя направлений и скорости:

красным цветом - НЕИСПРАВНОСТЬ;

белым цветом - ОСОБЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ, т.е. диспетчерское управление или ручное управление;

б) выдает обобщенную информацию об условиях движения