Система автоматического контроля дорожного движения

Связь вычислительного  модуля со всеми узлами ДКМП обеспечивается через интерфейсную магистраль — средство сопряжения ЭВМ с внешними устройствами.

Узел ввода-вывода связывает  вычислительный модуль с органами управления контроллером и детекторами транспорта. К этому узлу подключается инженерная панель, с которой можно осуществить ввод в ОЗУ новых параметров управления (при отладке режима), а также ручное включение режимов в соответствии с их приоритетом, заложенным в контроллере. На инженерную панель с помощью соответствующей индикации выводится информация о режиме функционирования контроллера и его исправности. Управлять движением на перекрестке вручную можно также с помощью выносного пульта, подключаемого к узлу ввода-вывода.

Важной особенностью ДКМП является осуществление операций, обусловленных требованиями безопасности движения: контроль перегорания ламп красного сигнала и одновременного горения зеленых сигналов в конфликтных направлениях. В этих случаях происходит перевод светофоров на режим желтого мигающего сигнала или их отключение. Указанные операции могут осуществляться без участия микропроцессора.

1.1.4. Характеристика контроллеров, находящихся в эксплуатации

Отечественной промышленностью  освоен серийный выпуск контроллеров различных типов, отличающихся конструктивным исполнением и реализуемой ими технологией управления движением. В зависимости от времени их выпуска и элементной базы, являющейся основой конструкции контроллера, можно наметить три этапа их производства или три поколения.

1.1.5 Контроллеры управления дорожным движением

Дорожный контроллер «Думка» (далее ДК) предназначен для автоматического и ручного управления сигналами светофоров как на отдельном (локальном) перекрестке, так и на перекрестках, входящих в систему центрового или бесцентрового координированного управления дорожным движением. Реализует локальные и сетевые алгоритмы адаптивного управления. Поддерживает работу со стандартными сетевыми протоколами, для подключения к современным АСУДД по разнообразным каналам связи.

Дорожный контроллер «Думка» в настоящее время производится в трех вариантах исполнения.

 1.1.6 Общие характеристики

• ДК выполнен в климатическом исполнении У категории размещения 1 по ГОСТ 15150 с пределами рабочих температур окружающей среды от минус 50 до плюс 50°С и относительной влажностью до 95 % при температуре 25°С.  По защищенности от воздействия воды — в исполнении IPX4 по ГОСТ 14254.
• ДК рассчитан на непрерывную круглосуточную работу в стационарных условиях на открытом воздухе.
• ДК удовлетворяет требованиям ГОСТ 34.401–90
• ДК имеет возможность подключения (в зависимости от модификации) не менее 16 выходных силовых каналов, а также возможность их расширения до 128.
• ДК установлен в металлическом шкафу, имеющим систему автоматического поддержания микроклимата.
• Мощность, потребляемая контроллером, не более 30 ВА (без включения в работу элементов терморегулирования).
• ДК построен по модульному принципу, позволяющему проводить замену вышедших из стоя узлов, модулей и диагностику работоспособности контроллера непосредственно на месте эксплуатации.
• Шкаф ДК имеет не менее 2-х уровней запирания.
• Контроллер оборудован системой сигнализации со звуковой сиреной и возможностью передачи на ЦУП сигнала о несанкционированном доступе в контроллер.
• В конструктиве контроллера предусмотрены места для установки электрического счётчика и коммутационных колодок связи, комплектуемых по необходимости.
• Контроллер (С2.03-наиболее мощный) конструктивно разделён на два отсека процессорный и инженерный для разграничения доступа техперсонала разной квалификации

Рис. 3 Контроллер С2.03

• Контроллер обеспечивает регулирование движения из набора до 15 фаз, сохраняемых в энергонезависимой памяти.
• Интервал изменения длительности основных тактов от 1 до 255 с.
• Интервал изменения длительности промежуточных тактов от 1 до 255 с.
• Интервал изменения длительности минимального времени зеленого сигнала светофора от 1 до 255 с.
• Интервал изменения длительности максимального времени красного сигнала светофора от 1 до 255 с.
• Дискретность изменения временных установок — 1с.
• Число миганий сигналов светофоров в режиме мигания от 55 до 65 миганий в минуту.
• Контроллер обеспечивает переход в режим аварийного отключения светофоров (ОС) при появлении зеленых сигналов на конфликтных направлениях.
• Контроллер обеспечивает контроль красных сигналов светофоров с автоматическим переходом в режим аварийного желтого мигания (ЖМ) при перегорании выбранного числа ламп красных сигналов одного направления.
• Максимальный ток нагрузки на один силовой канал составляет 2А.
• Максимальный суммарный ток нагрузки всех силовых каналов, коммутируемый в любой момент времени, составляет 32А.
• Контроллер обеспечивает переход в режим аварийного отключения светофоров (ОС) при возникновении перегрузки в общей цепи электропитания светофорной сигнализации.
• Контроллер обеспечивает защиту от перегрузок и короткого замыкания по каждому силовому выходу, с последующей блокировкой включения данного канала.
• Контроллер обеспечивает вход в основной режим работы через режим «Все красные» («Кругом красные») при первичном включении контроллера или переходе из режима ОС, ЖМ в режим АПП.
• Контроллер обеспечивает возможность вызова фазы от табло вызывного пешеходного (ТВП). Количество кнопок, подключаемых к каналу ТВП не менее 4 при длине линии связи не более 150м и сопротивлении кабеля не более 30Ом.
• Контроллер осуществляет формирование и передачу на ТВП сигнала «ЖДИТЕ» с момента поступления вызова до включения запрашиваемого направления, а также сигнала «ДЛЯ ПЕРЕХОДА НАЖМИТЕ КНОПКУ» для привлечения внимания пешеходов к ТВП.
• Контроллер имеет не менее 2-х независимых каналов (групп) ТВП, для вызова различных вызывных фаз каждой из групп ТВП
• Контроллер обеспечивает переход в режим РУ с помощью органов управления выносного пульта управления (ВПУ). При этом обеспечивается перевод контроллера в режимы ЖМ, ОС и вызов любой из выбранных фаз регулирования.
• Цепи входных двухпозиционных сигналов от ТВП и ВПУ питаются со стороны контроллера напряжением 12±5В и током 10±8мА.
• Контроллер обеспечивает работу в составе АСУД по протоколу АСС УД. При нарушении связи с верхним уровнем управления контроллер переходит автономный режим по управлению светофорным объектом.
• Контроллер осуществляет диагностику целостности нагрузки выходных силовых цепей.
• Контроллер обеспечивает индикацию состояния каждой из выходных силовых цепей.
• Контроллер обеспечивает ведение календаря и времени суток.
• Контроллер обеспечивает сохранение информации о календаре и времени суток при перерывах электропитания.
• Контроллер обеспечивает коррекцию хода часов по командам АСУДД, сигналам со спутников GPS, либо при синхронизации через Интернет или по радиосигналам точного времени.
• Контроллер обеспечивает ведение архива, в котором регистрируются все изменения штатных режимов работы, а также аварийные или нештатные ситуации, обнаруженные системой диагностики контроллера, с указанием времени и даты их возникновения.
• Контроллер обеспечивает возможность восстановления режима работы контроллера после исчезновения неисправность в силовых цепях в соответствии с заданным при конфигурировании периодом и количеством попыток.
• В состав контроллера входит в зависимости от исполнения блок детекторов транспорта (ДТ) или адаптеров детекторов транспорта (АДТ). Контроллер обеспечивает при работе с ДТ или АДТ реализацию адаптивных алгоритмов управления транспортными потоками. При работе с ДТ контроллер диагностирует исправность детекторов транспорта (рамок). При работе с АДТ контроллер обеспечивает подключение внешних датчиков движения, имеющих выход типа «сухой контакт» с параметрами:
• Напряжение на контактах 12±5В:
• Сопротивление замкнутых контактов вместе с сопротивлением линии связи не более 100 Ом.
• Контроллер обеспечивает выполнение следующих функций:
• оперативный перевод светофоров в режимы ОС или ЖМ;
• индикацию и установку часов и календаря (часы, минуты, секунды, день недели, число и месяц);
• индикацию режима работы контроллера;
• индикацию неисправностей, обнаруженных системой диагностирования;
• индикацию номера текущей программы и фазы;
• индикацию текущей длительности фазы и промежуточного такта;
• индикацию состояния выбранного силового выхода.
• Контроллер может быть укомплектован пультом, предназначенным для диагностирования основных режимов работы контроллера, а также предоставляющий управление режимами работы контролера.
• Контроллер обеспечивает оперативное подключение «расширенного инженерного пульта», в качестве которого может использоваться IBM PC типа Notebook или КПК. Расширенный пульт обеспечивает следующие функции:
• индикацию режима работы контроллера;
• индикацию неисправностей, обнаруженных системой диагностирования;
• индикацию номера текущей программы и фазы;
• индикацию текущей длительности фазы и промежуточного такта;
• индикацию состояния светофора по выбранному направлению;
• чтение данных из архива контроллера;
• ввод в контроллер параметров привязки контроллера к светофорному объекту.
• иметь возможность беспроводного подключения к контроллеру на расстоянии не менее 10 метров.
• Электрическое сопротивление изоляции цепей контроллера относительно корпуса и цепей между собой не менее: 
• 20 Мом — при температуре окружающего воздуха (20 ± 5)°С и относительной влажности 80%; 
• 5 Мом — при температуре окружающего воздуха 50°С и относительной влажности 65%; 
• 1 Мом — при температуре окружающего воздуха 25°С и относительной влажности 95%.
• Электрическая прочность изоляции цепей контроллера относительно корпуса и цепей между собой соответствует требованиям ГОСТ 21657.
• Электрическое питание контроллера осуществляется от сети переменного тока с напряжением 220В с допустимыми отклонениями плюс 22В и минус 33В от номинального значения и частотой 50±1Гц.
• По устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха контроллер соответствует климатическому исполнению У1 по ГОСТ 15150 (температура окружающего воздуха от минус 40 до плюс 50°С,  относительная влажность до 95% при температуре 25°С.
• Контроллер имеет защитное антикоррозийное покрытие поверхностей по ГОСТ 9.032: наружных — класс IV, внутренних — класс V.
• По стойкости к механическим воздействиям контроллер сделан в виброустойчивом исполнении L3 по ГОСТ 12997.
• Степень защиты корпуса контроллера от попадания воды IPX4 по ГОСТ 14254.
• Контроллер в упаковке для транспортирования устойчив к вибрации по группе 2 ГОСТ 12997.
• Уровень радиопомех, создаваемых контроллером, не превышает значений, указанных "Общесоюзных нормах допускаемых индустриальных радиопомех« (Нормы 8–95).
• Средняя наработка на отказ не менее 20 000ч. по каждой функции и каналу.
• Средний срок службы контроллера не менее 8 лет.
• Среднее время восстановления работоспособного состояния контроллера с использованием модулей, входящих в групповой ЗИП не более 1ч.
• Перед предъявлением отделу технического контроля (ОТК) 100% контроллеров подвергаются технологической приработке по специальной программе.
• Контроллер сохраняет работоспособность при замене в нем однотипных модулей, а также ЭРЭ, с параметрами в пределах допустимых отклонений на эти элементы.
• Контроллер имеет возможность подключения к АСУД по беспроводным каналам связи GSM, GPRS, CDMA и др.
• При подключении через GSM, GPRS или CDMA контроллер обеспечивает экономию трафика.
• Контроллер имеет возможность построения бесцентровой координации локальных светофорных объектов.
• Контроллер обеспечивает режим местного гибкого регулирования (МГР) как на локальном уровне, так и в составе АСУДД.

 1.1.7 Требования электробезопасности

По способу защиты от поражения электрическим током контроллер соответствует классу 01 по ГОСТ 12.2.007.00–75.

Электрическое сопротивление  между элементами корпуса контроллера  и зажимом защитного заземления не более 0,1 Ом.

1.1.8 Общие характеристики ДК для его подключения к АСУДД

ДК, подключаемый в систему, минимально обеспечивает:

• Работу в режиме постоянного клиентского TCP/IP соединения с коммуникационным сервером АСУДД (reverse-Telnet)
• Периодический контроль целостности логического соединения TCP/IP и восстанавливает его самостоятельно при обнаружении разрыва (механизм пульсаций)
• Идентификацию и на коммуникационном сервере на этапе установления соединения согласно требованиям общей части протокола прикладного уровня периферийных устройств в АСУДД
• Генерирование штампов локального времени при отправке информационного пакета в центр и имеет механизм синхронизации локальных часов с системными.
• Наличие механизма учета штампа времени директив центра
• Поддержку механизма квитирования директив центра на прикладном уровне (отклик на команду) согласно протоколу
• Поддержку механизма ограничения срока действия команд установки режима и возможность смены значения этого параметра ( при необходимости удерживать режим центр дублирует команду с заданной периодичностью)
• Наличие резерва мощностей контроллера связи для реализации шифрования SSL при использовании публичных каналов (GPRS, internet)
• Поддержку полный прикладной протокол периферийных устройств АСУДД «СПЕКТР» или, как минимум, идеологию распределенного управления АСУДД «СПЕКТР»:
• Все процессы, требующие быстрой реакции системы (Real Time) выполняются контроллером локально, центр только лишь задает параметры выполнения этих процессов.
• Команды центром подаются только при необходимости смены режима (группа SET), необходимости запроса состояния (группа GET), или при периодическом контроле соединения.
• Подмножество команд группы SET устанавливает параметры подписки на генерируемые ДК события (EVENT), которые интересуют центр.
• Контроллер обеспечивает самостоятельную генерацию информационных пакетов по всем событиям, на которые центр произвел подписку.
• Генерация событий осуществляется как реакция на изменение состояния ДК.
• Осуществляется периодическая генерация событий с заранее заданным периодом (статистические данные детекторов транспорта и т.п.)
• Устройства могут не иметь уникальных или фиксированных сетевых адресов IP (для случая GPRS)
• Контроллер обеспечивает возможность установки счетчика электроэнергии, в том числе с последовательным интерфейсом RS-485 для считывания показаний и передачи в центр;
• Контроллер обеспечивает возможность связи с центром по следующим каналам:
• АСС-УД;
• GSM — режим передачи данных;
• GPRS — через интернет сервер;

Контроллеры первого  поколения разработаны в 60-х годах прошедшего столетия, выпускались промышленностью примерно до 1980 г. Некоторые из них находятся в эксплуатации в настоящее время. Их общие отличительные особенности - выполнение на дискретных элементах, узкая специализация по алгоритмам управления, отсутствие возможности управления по отдельным направлениям перекрестка (а следовательно, и реализации переходных интервалов, состоящих из двух промежуточных тактов и более), ограниченное число фаз регулирования (не более трех). Подобный подход имел свои преимущества: узкая специализация и ограничения в технологии управления позволяли создавать экономичные схемы с относительно малой стоимостью.

В рамках первого этапа  было освоено производство: локальных  контроллеров - упрощенные контроллеры  серии УК (УК-1, УК1-У1, УК-2), пешеходные и универсальные вызывные устройства (ПВУ-2М и УВУ-2М), счетно-программное решающее устройство транспорта (СПРУТ-1М);

системных контроллеров - бесконтактные контроллеры теле-механические (БКТ-ЗМ, БКТ-4, БКТ-5, БКТ-6, БКТ-7).

Следует отметить, что, хотя основным назначением контроллеров УК-1У1 и УК-2 является управление движением на отдельном перекрестке, они обладают возможностью работы в составе простых бесцентровых систем координированного управления. Контроллеры СПРУТ-1М и БКТ-7 являются адаптивными с возможностью реализации алгоритма поиска разрыва в транспортном потоке. Назначение контроллеров БКТ-ЗМ и БКТ-4 было практически одинаковым, поэтому последний выпускался сравнительно короткое время. В дальнейшем в соответствующих системах управления его функции заменил контроллер БКТ-ЗМ.

Рост интенсивности  движения и связанное с этим усложнение схем организации движения потребовали дальнейшего совершенствования технических средств управления. Этому препятствовал ряд крупных недостатков контроллеров первого поколения. Во-первых, чрезвычайно развитая номенклатура затрудняла освоение серийного выпуска и модернизацию изделий. Во-вторых, отсутствовала возможность наращивания функций установленных на перекрестках контроллеров в процессе их эксплуатации. В-третьих, отсутствие унификации в запасных изделиях и необходимость изучения службой эксплуатации развитой номенклатуры устройств ухудшали показатели надежности изделий.

Отличительной особенностью контроллеров второго поколения  явилось их построение из унифицированных функциональных блоков (агрегатный принцип). Указанная унификация позволила по сравнению с ранее выпускаемой техникой сократить число блоков примерно в 10 раз. Кроме этого, применение унифицированных шкафов и сопряжений сделало возможным менять назначение контроллера без его демонтажа путем лишь комбинации соответствующих блоков. Изменилась элементная база контроллеров — субблоки строились уже не на дискретных элементах, а на интегральных схемах. Значительно улучшилась технология управления: появилась возможность управлять движением по отдельным направлениям перекрестка, увеличилось число фаз регулирования, в контроллерах появились устройства, обеспечивающие безопасность движения при выходе из строя ламп красного сигнала или включении зеленых сигналов в конфликтующих направлениях.

В рамках второго поколения было освоено производство:

- локальных контроллеров (дорожных контроллеров локальных ДКЛ-А и модифицируемых ДКМ 4-4);

- системных контроллеров (дорожных контроллеров модифицируемых ДКМ 2С-4. ДКМ 5-4, ДКМ 5-8, ДКМ 6-4, ДКМ 6-8, контроллера для управляемых дорожных знаков ДК 7).

В названиях контроллеров слово модифицируемый означает изменение  типа контроллера путем установки  или изъятия в существующем контроллере функциональных блоков.

Контроллеры ДКМ 4-4, ДКМ 6-4 и ДКМ 6-8 в  своем составе имеют блоки, позволяющие реализовать адаптивный режим управления по поиску разрывов в транспортном потоке.

С 1985 г. освоено производство контроллеров третьего поколения с использованием микропроцессорной техники (ДКМП). Они существенно отличаются по конструктивному исполнению и технологии управления от контроллеров более ранних выпусков. Переход к производству контроллеров этого типа связан, с одной стороны, с широким внедрением микропроцессоров в сферу управления технологическими процессами в народном хозяйстве (переход на новую элементную базу), с другой, — с необходимостью реализации более эффективных режимов управления дорожным движением и построением разнообразных и гибких структур АСУД, приспособленных для городов с различной УДС в условиях высокой интенсивности транспортных и пешеходных потоков.

В соответствии с указанными этапами развития опишем отечественные контроллеры, уделив большее внимание контроллерам, находящимся в настоящее время в производстве.

Контроллеры первого  поколения. Наибольшее распространение получили контроллеры серии УК (упрощенные контроллеры), находящиеся в эксплуатации практически по всех городах РФ, где имеются светофорные объекты. Упрощенный контроллер размещается в металлическом шкафу навесного типа, который может быть установлен на стене здания, мачте освещения или специальной опоре. Передняя стенка шкафа имеет замки и уплотнения, препятствующие проникновению в контроллер пыли и влаги. Все контроллеры этой серии реализуют 2-3-фазную схему организации движения. Длительность промежуточного такта одинакова для всех фаз регулирования (устанавливается одним задатчиком времени). Ручное включение фаз с пульта контроллера не предусмотрено.

Контроллеры второго поколения (АСС УД). К локальным контроллерам относятся ДКЛ-А, ДКМ 4-4, к системным ДКМ 2С-4, ДКМ 5-4, ДКМ 5-8, ДКМ 6-4, ДКМ 6-8, ДК7. При этом ДКМ 2С-4 относится к классу программных контроллеров жесткого управления, остальные системные контроллеры — непосредственного подчинения. Особое место занимает ДК-7, управляющий дорожными знаками со сменными символами (УЗН).