Практична робота №9
Тема 9. Дорожні світлофори та сигнали (Розробка і побудова
графіків координованого управління дорожнім рухом на міських
магістралях).
На підставі вихідних даних для кожного варіанта необхідно виконати
наступні дії:
1. Підготувати додаткові дані і скласти наступні таблиці:
- тривалості циклів, фаз і коефіцієнтів ваги фаз при локальному
управлінні;
- тривалості фаз при координованому управлінні;
- швидкостей повідомлення на перегонах.
2. Побудувати графік координованого управління.
3. Скласти програму координації.
4. Зробити розрахунок ефективності координованого управління на
магістралі.
Вихідні дані для виконання практичної роботи
Для виконання практичної роботи необхідно мати схему магістралі (рис.
9.1) пофазне управління, номера перехресть у прикладі вихідних даних з
табл. 9.1 і характеристики руху на магістралі з табл. 9.2.
1 2 3 4 5
Рис. 9.1. Схема магістралі: 1, 2 номер перехрестя;
перехрестя
Таблиця 9.1
Приклад вихідних даних
Пофазне
управління
Номер
пере-
хрестя
Довжина
перегонів
ℓ, м
Час
проїзду
перегонів
tпр, с
Тривалості
промтактів
tпром, с
Трива-
лість
циклів
Тц, с
2
1
100
10
5,3
40
4
3
1 4
2
300
20
5,3,3
50
2
4
1 4
3
400
30
3,5
40
2
3 4
1 1 4
4
700
40
5,3,3
70
2
3
3
1
5
_
_
5,3
40
Таблиця 9.2
Варіанти завдань
Номер
перехрестя
Номер варианта
Довжина
перегона
ℓ, м
Час проїзду
перегонів
tпр, с
Тривалість
промтактів
tпром, с
Трива-
лість
цикла
Тс, с
Інтенсивність
по напрямках
λ, од/год
А
В
С
А
В
С
А
В
С
А
В
С
λ1
λ2
λ3
λ4
1
1
100
200
150
10
12
10
5.3
3.5
3.5
50
45
40
600
400
300
270
2
300
150
100
25
10
10
5.3
5.3
3.5
40
35
35
400
600
350
250
3
200
250
300
20
25
20
3.5
3.5
3.5
35
40
50
650
500
350
300
4
400
350
250
30
28
20
3.5
5.3
5.3
50
40
40
600
550
400
250
5
350
400
150
15
30
12
5.3
3.5
5.3
40
50
45
450
650
350
300
1
4
4
2
2
6
250
200
400
10
15
35
5.3
5.3
3.5
40
35
45
600
400
350
250
7
150
300
200
12
15
15
3.5
3.5
5.3
35
40
30
400
550
300
250
8
200
150
350
15
10
18
3.5
5.3
3.5
45
50
50
650
500
300
270
2
1
200
150
200
15
13
15
3.5.4
5.3.4
3.5.4
40
50
55
400
600
300
250
2
150
300
150
10
20
10
5.3.3
3.5.5
5.3.3
50
40
45
400
600
350
300
3
250
100
350
15
10
20
3.5.4
4.3.5
3.5.4
50
50
40
650
500
350
250
4
350
250
400
20
15
25
4.3.4
3.5.4
4.5.3
40
45
50
400
550
400
250
5
400
150
200
25
18
15
3.4.3
5.4.4
3.4.3
50
50
45
450
650
350
300
6
200
400
300
12
23
17
5.3.4
4.5.3
4.5.3
45
40
50
600
400
350
250
7
300
300
150
17
20
10
4.4.5
3.4.5
4.5.4
55
45
40
400
550
300
250
8
150
350
250
13
15
14
3.5.5
3.5.5
3.5.5
45
55
50
650
400
300
260
3
1
300
500
350
15
35
18
5.3
4.5
3.5
60
45
60
600
400
300
250
2
500
400
450
30
25
28
5.4
3.5
5.3
70
60
70
400
600
350
250
3
500
500
350
32
35
18
3.5
3.4
5.3
50
70
50
650
450
350
250
4
350
450
450
20
30
30
5.3
5.4
3.5
70
50
70
600
400
350
250
5
500
300
500
30
15
35
4.5
4.5
4.5
60
70
60
450
650
300
250
6
550
350
500
35
30
35
4.4
3.5
5.3
60
60
60
600
400
350
250
7
500
450
400
35
30
30
5.3
5.4
3.5
50
60
50
400
550
300
250
8
500
500
500
35
35
35
4.5
3.5
4.5
50
50
60
650
400
300
260
4
1
650
600
650
50
45
50
5.3.3
5.4.3
3.5.4
40
70
45
400
600
300
250
2
650
650
600
50
50
50
3.5.3
3.5.4
4.3.5
60
65
60
400
600
350
250
3
600
650
700
50
52
50
3.5.4
4.3.5
3.5.4
70
40
70
650
500
350
250
4
600
600
600
50
50
50
4.3.4
3.5.4
4.5.3
50
40
50
600
550
400
250
5
650
650
650
52
53
53
3.4.3
5.4.4
3.5.3
40
50
60
450
650
350
300
6
700
600
600
55
50
50
5.3.4
4.5.3
4.5.3
40
70
40
600
400
350
250
7
650
700
650
52
52
53
4.4.5
3.4.5
4.5.4
70
60
65
400
570
300
250
8
650
650
650
50
50
50
3.4.5
3.5.3
5.3.5
70
45
70
650
400
350
230
5
1
-
-
-
-
-
-
5.4
3.5
4.5
50
45
40
600
400
300
250
2
-
-
-
-
-
-
5.3
3.5
5.3
45
50
50
400
600
350
280
3
-
-
-
-
-
-
3.5
3.4
5.3
40
40
45
650
450
350
250
4
-
-
-
-
-
-
5.3
5.4
3.5
40
50
50
600
400
350
250
5
-
-
-
-
-
-
4.5
3.5
5.3
70
50
70
450
600
300
250
6
-
-
-
-
-
-
4.4
3.5
5.4
50
70
60
600
400
350
230
7
-
-
-
-
-
-
5.3
5.4
3.5
40
40
50
400
570
300
250
8
-
-
-
-
-
-
4.5
3.5
4.5
50
50
40
600
400
300
260
Варіанти завдань складаються з цифрової і буквеної частин 1-А; 1-В і
т.д. Схеми пофазного управління з номерами напрямків руху дано у табл. 1 і
для всіх варіантів однакові. Значення інтенсивностей за напрямами λ1; λ2; λ3;
λ4 відповідають всьому горизонтальному рядку кожного варіанта.
Наприклад варіант 1-А: = 100; tпр = 10; tпром = 5,3; Тц = 50; λ1 = 600;
λ2 = 400; λ3 = 300; λ4 = 270. Аналогічно і за іншими варіантами.
Підготовка додаткових даних та складання таблиць
Розрахунок коефіцієнтів ваги фаз k на перехрестях при локальному
управлінні ЛУ
Метою розрахунку коефіцієнтів ваги фаз є визначення тривалості фаз tф
при локальному управлінні на кожному перехресті.
Результати зазначених розрахунків необхідні також для подальших
розрахунків параметрів управління дорожнім рухом в режимі
координованого управління КУ на магістралі.
Визначення коефіцієнта ваги кожної фази в циклі світлофорного
управління здійснюється за формулою:
,
1
n
ii
i
i
k
где
i
k
коефіцієнт ваги i-ї фази;
i
інтенсивність в i-й фазі.
Слід брати з
max
усіх інтенсивностей в цій фазі.
Приклад розрахунку коефіцієнтів ваги фаз
Виходячи зі схеми пофазного управління, на кожному перехресті і в
відповідності з варіантом завдання необхідно виконати наступні розрахунки:
1-ше перехрестя (двофазний цикл):
600 600 0,7;
1600 250 850
1 0,7 0,3;
2
k
k
2-ге перехрестя (трифазний цикл):
600 600 0,48;
1600 400 250 1250
400 0,32 0,3;
21250
1 0,5 0,3 0,2;
3
k
k
k

3-тє перехрестя (двофазний цикл):
600 0,7;
1850
1 0,7 0,3;
2
k
k

4-й перехрестя (трифазний цикл):
600 600 0,4;
1600 600 250 1450
600 0,4;
21450
1 0,4 0,4 0,2;
3
k
k
k


5-й перехрестя (двофазний цикл):
600 600 0,65;
1600 300 900
1 0,65 0,35.
2
k
k
Визначення тривалості фаз tф для кожного перехрестя
tфi = Тц ki
де tфi - тривалість i-й фази на перехресті; Тц тривалість світлофорного циклу
на даному перехресті; ki - коефіцієнт ваги i-й фази.
1-ше перехрестя:
tф1=40·0,7=28 с;
tф2=40·0,3=12 с;
2-ге перехрестя:
tф1=50·0,5=25 с;
tф2=50·0,3=15 с;
tф3=50·0,2=10 с;
3-тє перехрестя:
tф1=40·0,7=28 с;
tф2=40·0,3=12 с;
4-те перехрестя:
tф1=70·0,4=28 с;
tф2=70·0,4=28 с;
tф3=70·0,2=14 с;
5-те перехрестя:
tф1=40·0,65=26 с;
tф2=40·0,35=14 с.
За отриманими даними розрахунків складаємо табл. 9.3.
Таблиця 9.3
Тривалість циклів Тц, фаз tф і коефіцієнтів ваги фаз k
при локальному управлінні
Номер
перех-
рестя
Трива-
лість
циклу
Тц, с
Тривалість фаз tф, с
Коефіцієнт ваги фаз
1-а
фаза
2-а
фаза
3-я
фаза
k1
k2
k3
1
40
28
12
-
0,7
0,3
-
2
50
25
15
10
0,5
0,3
0,2
3
40
28
12
-
0,7
0,3
-
4
70
28
28
14
0,4
0,4
0,2
5
40
26
14
-
0,65
0,35
-
Розрахунок тривалості фаз tф і вибір тривалості світлофорного
циклу Тц при координованому управлінні КУ
на перехрестях
Результати розрахунку необхідні для побудови графіка КУ на
магістралі.
Вибір тривалості циклу при КУ слід виконувати з урахуванням таких
умов:
1. Тривалість циклу на всіх перехрестях повинна бути однакова.
2. При КУ величина циклу вибирається максимальною по всіх
перехрестях на магістралі.
Розрахунок тривалості фаз для кожного перехрестя при КУ
виконується наступним чином:
tфi = Tц · ki ,
де tфi - тривалість i-ї фази на перехрестя при КУ;
Tц - тривалість циклу при КУ;
ki - коефіцієнт ваги i-ї фази.
Розраховані тривалості фаз при КУ заносяться в табл. 9.4.
Таблиця 9.4
Тривалість фаз при координованому управлінні
Номер
перехрестя
Tц , с
Тривалість фаз tф, с
1-а фаза
2-а фаза
3-я фаза
1
70
50
20
-
2
70
35
20
15
3
70
50
20
-
4
70
28
28
14
5
70
45
25
-
Розрахунок швидкостей повідомлення на перегонах
Розрахунок швидкостей повідомлення необхідний для наочності
представлення в графічному вигляді відмінностей швидкостей в залежності
від довжин перегонів.
V = ℓ/tпр,
де ℓ - довжина перегону між суміжними перехрестями;
V - середня швидкість повідомлення, м / с;
tпр - час проїзду перегону, с.
Таблиця 9.5
Значення швидкостей повідомлення на перегонах
Номер перегону
(перехрестя)
Час проїзду
tпр, с
Довжина
перегону
ℓ, м
Щвидкість
повідомлення
V, м/с
l1 (1-2)
10
100
10
l2 (2-3)
20
300
15
l3 (3-4)
30
400
13
l4 (4-5)
40
700
17,5
Побудова графіка координованого управління
Графік КУ виконується на міліметровому папері формату А2 в
прямокутній системі координат (рис. 9.3). По осі абсцис відкладається час у
секундах - значення тривалості циклів Тц фаз tпр. Рекомендуємий масштаб по
осі абсцис 1мм відповідає 0,5 с. По осі ординат відкладаються відстані між
стоп-лініями двох суміжних перехресть. Рекомендований масштаб по осі
ординат 1 мм відповідає 0,5 м. Умовні позначення сигналів світлофорів на
графіку КУ дано на рис. 9.2. - рух дозволено в двох напрямках по магістралі
- рух по магістралі заборонено
- рух дозволено з боку не заштрихованого поля
- проміжний такт
Рис. 9.2. Прийняті умовні позначення сигналів світлофорів
Графік КУ являє собою лінію руху лідера групи транспортних засобів
на магістралі від першого перехрестя до наступних до n-го перехрестя і від
нього назад в системі прямокутних координат «час - шлях». Рекомендується
будувати графік з першого перехрестя до подальших з початку координат.
Для цього треба перерозподілити порядок чергування перехресть знизу від
першого і вгору по порядку до n-го перехрестя.
При побудові графіка КУ необхідно обґрунтувати прийняті рішення.
Наприклад, для представленого варіанту графіка КУ потрібно відзначити
наступне. При русі від першого перехрестя до другого доцільно поміняти
першу фазу на другу, тому що вона дозволяє проїзд лідера транспортного
потоку через друге перехрестя в прямому напрямку, а при зворотному
напрямку траєкторія лідера потрапляє на першу фазу на зелений сигнал
світлофора і, отже, виключає зупинку лідера на другому перехресті.
Аналогічно по іншим рішенням.
Необхідно також зазначити, що нахил лінії траєкторії лідера залежить
від швидкості руху транспортних засобів в групі, яка в свою чергу залежить
від довжини перегону та інтенсивності транспортних потоків.
1 2
1-2=100
2-3=300
3-4=400
4-5=700
Траєкторія лідера
Тц=70с
Тц=70с
Ф1
Ф3
Ф3
Ф1=35
Ф3=15
c
Ф2=20
c
Ф1
Ф2
Ф2
Ф
2
Ф
2
Ф1
Ф1
Ф1
Ф2=20
Ф1=50
Ф1
Ф1=50
с
Ф2=20с
Ф1
Ф
2
Ф2
Ф
1
1 2
1 2
1 2
1 2
3
3
Ф1 Ф2
Ф3
Ф1 Ф2
Ф3
Ф1 Ф2
Ф3
Ф1 Ф2
Ф3
4
4
4
4
4
4
3
2
3
1
5
4
3
2
1
, м
1мм-10м
40с
40с
30с
30с
20с
20с
10с
10с
10с
Ф1=45с
Ф2=25с
Ф1=28
с
Ф2=28с
Ф3=14с
Зупинка
Новий лідер
Ф1 Ф2
4
4
1мм = 0,5 с t, c
Рис. 9.3. Графік координованого управління на магістралі
Складання програми координації
Програма координації (ПК) складається на підставі виконаного графіка
КУ.
Табл. 9.6 заповнюється по порядку проходження номерів перехресть.
Час включення кожної фази та їх номери на кожному перехресті слід
визначати по осі абсцис.
При заповненні таблиці необхідно враховувати наступні умови.
1. Таблиця заповнюється в порядку зростання часів включення.
2. Час включення не може бути більше Тц.
3. Якщо час включення дорівнює 0, то потрібно приймати його рівним
тривалості циклу Тц.
4. Включення кожної фази починається з промтакту, так як лідер
починає рух тільки після закінчення промтакту.
Таблиця 9.6
Номер
перехрестя
Тц, с
Час включення, с/Номер
фази
1
70
50/2
70/1
-
2
70
10/2
30/3
45/1
3
70
10/2
30/1
-
4
70
18/2
46/3
60/1
5
70
5/2
30/1
-
Розрахунок ефективності координованого управління
на магістралі
Ефективність КУ обчислюється за наступною формулою:
100%,
tЛУ t КУ
пр пр
ЕtЛУ
пр

де Е - ефективність координованого управління на магістралі.
tпр (ЛУ) = tпр (ЛУ) прямо + tпр (ЛУ) назад, с.
tпр (КУ) = tпр (КУ) прямо + tпр (КУ) назад, с.
Визначення часу проїзду tпр при ЛУ прямо і назад
на магістралі
tпр(ЛУ) = tпр
,
1
n
ii
Zv
де
Zi
затримка на кожному перехресті, с;
n - кількість перехресть;
v
- середня швидкість на перегоні, м / с.
При ЛУ підхід транспортного засобу до наступного перехрестя на
дозволений і заборонний сигнал рівноймовірний, так як робота світлофорів
не узгоджена між собою. Тому величина затримки
Zi
(с) повинна
визначатися за такою формулою:
i
Z
=
,
2
кр
t
де tкр - тривалість червоного сигналу на кожному перехресті.
tпр (ЛУ) = tпр прямо + tпр назад.
tпр прямо = tпр назад з табл. 3.
tп = 10 + 20 + 30 + 40 = 100 с.
Далі треба визначити затримки для кожного перехрестя в прямому
напрямку:
20 10
122
tпр
с.
28 14 21
42
с.
15 7,5
22
с.
25 12,5
52
с.
20 10
32
с.
561
1i
i
с.
Відповідно, tпр прямо=100 + 61=161с.
Визначити
Zi
для кожного перехрестя в зворотному напрямку:
25 12,5
12
с.
20 15 17,5
42
с.
14 7
22
с.
20 10
52
с.
20 10
32
с.
557
1i
i
с.
Відповідно, tпр назад = 100 + 57 = 157 с.
Всього: tпр (ЛУ) = 161 + 157 = 318 с.
Визначення часу проїзду при КУ на магістралі прямо і назад
tпр (КУ) = tпр прямо + tпр назад.
tпр прямо
n
iпр
t
= 10 + 20 + 30 + 40 = 100 с.
tпр назад
n
iпр
t
+
i
.
tпр = 100 с.
Z затримки; Z = 10 с, це зупинка 10 с на третьому перехресті.
tпр назад = 100 + 10 = 110 с.
Всього tпр при КУ =100 + 110 = 210 с.
318 210 118
100% 100% 37%
318 318
Е
.
Висновок
В результаті виконаної роботи встановлено, що координоване
управління рухом транспортних потоків по магістралі по відношенню до
локального управління на перехрестях цієї ж магістралі дозволяє:
- скоротити час проїзду на магістралі за рахунок скорочення кількості
зупинок і затримок транспортних засобів;
- підвищити пропускну здатність магістралі, тому що час проїзду є
критерієм пропускної здатності магістралі, тобто при скороченні часу
проїзду збільшується кількість транспортних засобів, які пройшли по
магістралі за одиницю часу.
За результатами розрахунків, за графіком КУ (див. рис. 3) досягнутий
ефект Е складає 37%.