Система автоматического контроля дорожного движения

Содержание

 

Введение

Автомобильный транспорт играет существенную роль в транспортном комплексе страны.

Главной задачей автомобильного транспорта является полное, качественное и своевременное  удовлетворение потребностей народного  хозяйства и населения в перевозках при возможности минимальных затратах материальных и трудовых ресурсов. Ежегодно автомобильным транспортом народного хозяйства перевозится более 80 % грузов, транспортом общего пользования - более 75 % пассажиров.

Одновременно автомобильный транспорт  является основным потребителем ресурсов, расходуемых транспортным комплексом: 66 % топлив нефтяного происхождения, 70 % трудовых ресурсов и примерно половина всех капиталовложений. Автомобильный транспорт расходует значительное количество запасных частей, материалов, использует при ТО и ремонте разнообразное техническое оборудование, приспособления и оснастку.

Для повышения эффективности транспорта необходимо ускорять создание и внедрение  передовой техники и технологии, улучшать условия труда и быта персонала, повышать его квалификацию и заинтересованность в результатах труда, развивать новые виды транспорта, повышать темпы обновления подвижного состава и других технических средств, укреплять материально-техническую и ремонтную базы, повышать уровень комплексной механизации погрузочно-разгрузочных и ремонтных работ.

В условиях постоянного  роста интенсивности движения автомобильного транспорта, на магистральных улицах городов снижается эффективность организации движения существующими методами управления потоками. Сегодня очень важно внедрение новых, более гибких (приспособляемых) систем регулирования.

Очевидно, что основной целью применения любого из способов светофорного регулирования (будь то жесткое  программное либо гибкое адаптивное регулирование) является достижение минимальных задержек автомобилей в процессе движения по улично-дорожной сети городов. С этим связаны следующие положительные моменты:

Во-первых, меньшее значение задержек автомобилей на каждом из перекрестков позволяет водителям сэкономить некоторое время при передвижении.

Во-вторых, меньшее время  передвижения способствует меньшим затратам горюче-смазочных материалов (ГСМ), и, прежде всего, топлива.

В-третьих, снижение расхода  ГСМ способствует снижению выбросов отравляющих газов, токсических и других загрязняющих веществ в атмосферу, что способствует снижению заболеваемости населения и т.д.

Очевидно, что если учесть все перечисленные плюсы, то в  конечном итоге можно добиться реального экономического эффекта в виде снижения различных затрат.

Целью данной работы является анализ систем автоматизированного контроля и управления дорожного движения. Для достижения цели работы необходимо решить следующие задачи:

1. проанализировать системы автоматического контроля дорожного движения;
2. проанализировать системы управления дорожным движением.

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Анализ систем автоматического контроля дорожного движения

1.1. Дорожные контроллеры

1.1.1. Назначение и классификация

Дорожные контроллеры (ДК) предназначены для переключения сигналов светофоров и символов управляемых дорожных знаков. В последнее время появились так называемые динамические информационные табло (ДИТ), которые по международной классификации также относятся к управляемым дорожным знакам с изменяющейся информацией. Помимо этого, в зависимости от конструкции ДК могут сигнализировать о выполнении поступающих команд из УП и исправности самого контроллера, выступать в роли командного устройства для группы других контроллеров при объединении нескольких перекрестков в единую систему управления.

Контроллеры делятся  на локальные и системные. Локальные  контроллеры управляют светофорной сигнализацией только с учетом условий движения на данном перекрестке. Обмен информацией с контроллерами других перекрестков и управляющим пунктом не предусмотрен.

К локальным относятся  следующие типы ДК:

1. Контроллеры жесткого управления с фиксированными длительностями фаз или разрешающих сигналов по отдельным направлениям 
перекрестка. Светофорные сигналы переключаются по одной или 
нескольким заранее заданным временным программам. Такие 
контроллеры предназначены для управления дорожным движением на перекрестках с мало изменяющейся в течение дня интенсивностью движения.

2. Вызывные устройства, которые обеспечивают переключение 
светофорных сигналов по вызову пешеходами или транспортными 
средствами, прибывающими с прилегающих к магистрали улиц. Эти 
контроллеры предназначены для управления эпизодическим движением пешеходов или транспортных средств по пересекающим магистраль направлениям. Длительности разрешающих сигналов для пешеходов и указанных транспортных средств, как и в предыдущем случае, фиксированы. В последнее время вызывные устройства отдельно не выпускают. Вызов фазы по запросу пешеходов обеспечивают контроллеры всех типов.

3. Контроллеры адаптивного управления, обеспечивающие непостоянную длительность фаз (разрешающих сигналов). Они предназначены для управления движением на перекрестках, где интенсивность движения не высока и часто изменяется в течение суток. Длительность сигналов так же, как и всего цикла регулирования, меняется в заранее заданных пределах от минимального до максимального значения.

4. Системные контроллеры переключают сигналы светофоров по командам управляющего пункта или какого-либо контроллера, включенного в систему и выполняющего роль координатора. К ним относятся следующие типы.

5. Программные контроллеры жесткого управления. Они управляют движением по одной из нескольких заранее заданных временных программ, заложенных в контроллерах. Все входящие в систему дорожные контроллеры подключены к магистральному каналу связи (каналам). Программа и момент ее включения выбираются по команде одного из контроллеров или управляющего пункта. Контролеры непосредственного подчинения жесткого и адаптивного управления. Каждый из них, как правило, имеет отдельный канал связи с УП. Момент включения и длительность сигналов за 
висят от команд, поступающих из УП по указанным каналам связи. В свою очередь, каждый контроллер по этим же каналам информирует УП о режиме функционирования и исправности своего оборудования. Контроллеры адаптивного управления имеют возможность коррекции управляющих воздействий УП. Каждый такой контроллер имеет, как правило, одну заложенную в него программу (возможно несколько), выполняющую роль резервной. Они реализуется при нарушении связи с УП, когда контроллер временно переходит на локальный режим управления.

6. Контроллеры для переключения символов управляемых дорожных знаков (УЗН), указателей рекомендуемой скорости (УСК) и динамических информационных табло. Такие контроллеры, как правило, применяют в рамках АСУД, поэтому они относятся к классу системных.

Помимо этой классификации, все ДК, находящиеся в эксплуатации, можно разделить на две группы контроллеров: обеспечивающих только пофазное управление (длительности разрешающих сигналов для всех направлений данной фазы одинаковы); имеющих возможность обеспечивать, кроме пофазного, управление по отдельным направлениям перекрестка. Последние получают наибольшее распространение, так как увеличивают гибкость, а следовательно, и эффективность управления.

По конструктивному  признаку ДК могут быть выполнены на базе электромеханических, электронно-релейных или полностью электронных схем. Последние изготавливают на дискретных элементах (потенциально-импульсные схемы), на интегральных микросхемах, а также используют в их конструкции микроЭВМ (микропроцессоры). Выпуск электромеханических контроллеров прекращен.

1.1.2. Структурная схема контроллеров

Исходя из назначения ДК основными его устройствами являются блок управления (программно-логическое устройство) и силовая часть (исполнительное устройство) (рис. 1). Блок управления предназначен для формирования длительности основных и промежуточных тактов регулирования, силовая часть — для переключения сигналов светофоров. Так как на перекрестке одновременно могут быть включены несколько десятков ламп, силовая часть контроллера коммутирует токи большой силы. Работа блока управления основана на слаботочных устройствах, действующих при напряжении 5—12 В, поэтому в любом контроллере блок управления и силовая часть представляют отдельные его части. Причем силовая часть работает по командам блока управления.

Рис. 1 Обобщённая структурная схема контроллера

Управление светофорным  объектом происходит автоматически, однако нередко возникает необходимость в ручном управлении перекрестком (спецрежимы, наладка контроллера). Для этого существует пульт управления (блок 4), который может быть встроенным или выносным. Последний предусмотрен для удобства работы оператора — инспектора ГИБДД, управляющего движением непосредственно на перекрестке.

Таким образом, в простейшем случае для работы контроллера в локальном режиме необходимы блоки 3, 4 и 6 (блок 2 может быть объединен с блоком 3). Так были построены электромеханические контроллеры, находившиеся в эксплуатации в 50—60-х годах прошлого века, где роль программно-логического устройства выполняли моторные автоматы, а исполнительного устройства — мощные реле. Основным недостатком этих контроллеров была низкая надежность релейно-контактных схем, так как реле работали циклично с достаточно высокой частотой. При этом коммутация ими высоких токов способствовала их частому выходу из строя. В настоящее время эти контроллеры сняты с производства, не используются в эксплуатации, поэтому в данном учебнике они не рассматриваются.

Современный локальный  контроллер содержит все блоки, показанные на рисунке, кроме блока, который используется, если контроллер подключается к системе управления. В этом случае блок расшифровывает поступающую с управляющего пункта информацию, формирует ответную телесигнализацию для передачи ее в линию связи. Кроме этого, здесь формируются служебные сигналы для контроллера и сигналы синфазирования. Последние нужны для гарантии правильности расшифровки команд телеуправления и телесигнализации. Это необходимо в связи с тем, что в ряде устройств УП и контроллера применены генераторы импульсов, использующие в качестве исходной частоту сети 50 Гц. В отдельных частях города она имеет различный сдвиг по фазе. Узел синфазирования обеспечивает автоматическую подстройку фаз с постоянной точностью.

В блоке управления формируется переменная программа управления перекрестком с помощью задатчика времени, позволяющего заранее установить длительность сигналов в различных фазах движения. Такты переключаются либо в соответствии с программой блока управления, либо при подаче сигналов от управляющего пункта, либо от внешних устройств, например выносной пункт управления (ВПУ — блок 4). Блок контроля следит за правильностью отработки тактов светофорной сигнализации, а также за исправностью силовых цепей контроллера. Исправность фиксируется узлом индикации, выводимой на лицевую панель контроллера и выносного пульта управления. При системном управлении эта информация поступает также в УП. Сигнал о неисправности контроллера служит основой для принятия решения по управлению в критических ситуациях.

1.1.3. Использование микропроцессорной техники для построения дорожных котроллеров

В настоящее время  в России и других странах освоен выпуск дорожных контроллеров с применением микропроцессорной техники (ДКМП). Принципиально они отличаются от описанных ранее контроллеров традиционного исполнения наличием встроенной микроЭВМ, которая выполняет функции блока управления и контроля.

Использование микропроцессора  резко расширяет технологию управления дорожным движением, поскольку в режиме адаптивного управления позволяет, помимо широко освоенного алгоритма поиска разрывов, реализовать и другие алгоритмы (например по критерию задержки или длины очереди). Кроме этого, появляется возможность функционирования на перекрестках нескольких алгоритмов с автоматическим переходом от одного к другому в зависимости от конкретной транспортной ситуации. Это достигается за счет смены программ обработки информации в запоминающих устройствах и достаточного быстродействия микропроцессора (50—100 тыс. операций в секунду).

Управляющие светофорами  ДКМП отличаются более высокой надежностью  за счет интеграции исполнения: уменьшения связи между блоками, улучшения  теплообмена и процесса поиска неисправностей контроллера. Эксплуатация контроллера упрощается. так как изменение программы его работы не связано с перепайкой перемычек в коммутаторах блоков или заменой самих блоков.

В состав ДКМП (рис. 2) входят вычислительный модуль, узел ввода-вывода, силовой узел, периферийный узел обмена информацией, узел синхронизации программ. Последние два узла необходимы, если контроллер работает в составе АСУД. При этом узел синхронизации программ необходим при подключении к ДКМП таких же контроллеров с целью организации магистральной бесцентровой системы координированного управления. Узел обмена информацией применяется при подключении ДКМП к централизованной системе управления движением, когда группой ДКМП управляет контроллер зонального центра, иногда называемый «мастер-контроллер» или УП. Кроме того, этот же узел используется для связи ДКМП с управляемыми дорожными знаками или аппаратурой приоритетного пропуска специальных транспортных средств, что осуществляется, как правило, также в рамках АСУД.

 

Рис. 2 Структурная схема контроллера ДКМП

Вычислительный модуль включает в себя центральный процессор, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и энергонезависимое полупостоянное запоминающее устройство (ППЗУ). Центральный процессор выполняет логические и арифметические операции по формированию команд на переключение сигналов светофора и по обработке информации, поступающей от детекторов транспорта и других внешних устройств. В ОЗУ хранятся данные, которые меняются в процессе обработки информации — промежуточные результаты вычислений, входная информация и т.д. В ППЗУ хранятся постоянные или редко меняющиеся массивы информации, необходимые для управления движением на перекрестке. Информация в ППЗУ остается и при выключении питания контроллера в течение длительного времени.