CC BY
30
теплообменника (13), давление масла после фильтра грубой очистки (14), давление топлива до фильтра тонкой очистки (11), давление выпускных газов перед турбиной (15), температура воды в системе охлаждения (18), частота вращения вентилятора холодильника (16), давление наддува после компрессора (17), уровень масла в картере дизеля (19).
Полученное оптимальное количество параметров используется для дальнейших исследований в направлении создания математической модели для оценки и прогнозирования тепло-технического состояния энергетической установки и функциональных свойств тепловоза в эксплуатации.
Выполненные исследования показали, что процессы функционирования силовой установки тепловоза и ее систем могут быть представлены граф-моделями, построенными как в пространстве свойств, так и в пространстве параметров, а обработка полученных моделей позволяет выявить набор параметров, с использованием которых достаточно полно характеризуется техническое состояние исследуемого объекта.
Библиографический список
1. Осис Я.Я., Гельфандбейн Я.А. Диагностирование на граф-моделях: на примерах авиационной и автомобильной техники. М.: Транспорт, 1991. 244 с.
2. Пушкарев И.Ф., Пахомов Э.А. Контроль и оценка технического состояния тепловозов. М.: Транспорт, 1985. 160 с.
3. Тепловоз ТЭ10М. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1985. 421 с.
4. Хомич А.З. Диагностика и регулировка тепловозов. М.: Транспорт, 1977. 222 с.
5. ГОСТ 10448-80 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Правила приемки. Методы испытаний.
6. ГОСТ 25463-2001 Тепловозы магистральных железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические требования.
7. ГОСТ 31187-2003 Тепловозы магистральные. Общие технические требования.
УДК 656.13.08
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ В ГОРОДАХ В.В.Петров1
Сибирская автомобильно-дорожная академия, 644050, г. Омск, пр. Мира, 5.
Описаны методы управления транспортным потоком. Рассмотрены его основные состояния. Показана связь различных методов управления и состояний транспортного потока и их влияние на повышение эффективности управления транспортным потоком. Ил. 1. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: эксплуатация; автомобильный транспорт; развитие новых информационных технологий при перевозках.
ENHANCEMENT OF CITY TRAFFIC ORGANIZATION V.V.Petrov
Siberian road-transport Academy, 5 Mir Av., 0msk,644050.
The author describes methods to control a traffic flow. He considers its basic conditions, demonstrates the connection between different control methods and transport flow conditions and their influence on the increase of the efficiency of transport flow control. 1 figure. 3 sources.
Key words: exploitation, automobile transport, development of new information technologies under transportation.
Задача совершенствования организации движения в городах решается с помощью координированного движения транспортных потоков. Внедрение прогрессивных методов управления транспортными потоками обеспечивает в сложившихся условиях получение наибольшего эффекта в сжатые сроки и позволяет максимально использовать возможности городских дорожных сетей. Данная задача носит комплексный общегосударственный характер, и решение ее осуществляется согласно постановлениям Правительства РФ и региональных законодательных собраний.
Экспериментальные проверки в ряде городов страны неоднократно подтвердили, что внедрение автоматизированных систем управления дорожным движением (АСУД) с прогрессивными методами управления транспортными потоками позволяет в короткие сроки (1-2 года) получать высокую отдачу: общий годовой экономический эффект по одному городу с населением около 1 млн. человек составляет порядка 150 млн. руб. в год за счет сокращения задержек транспортных средств, расхода топлива и повышения скорости движения.
1Петров Валерий Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры организации и безопасности движения, факс: (3812)370735, e-mail: [email protected]
Petrov Valery Vasiljevich, a candidate of technical sciences, an associate professor of the Chair of Organization and Safety of traffic, fax: (3812)370735, e-mail: [email protected]
В настоящее время работают более 150 магистральных (различного типа) и 30 общегородских АСУД. В перспективе к 2012 г. в соответствии с решениями директивных органов во всех городах с численностью населения свыше 300 тыс. человек планируется ввод в строй АСУД, построенных на основе типовых комплексов, разработанных по программам, согласованным с ГИБДД МВД РФ.
Большое социальное значение имеет также подтвержденное сокращение загазованности воздуха на 15 - 30 % и количества ДТП на 10 - 15 %. При этом наибольший эффект реализуется при координированном управлении, когда воздействия на транспортные потоки (ТП) рассчитываются и формируются с учетом изменения интенсивности движения.
По мере расширения масштабов и перехода к промышленным объемам внедрения методов и средств координированного управления транспортными потоками очевидной становится необходимость разработки комплексного теоретического и методического обеспечения по данным методам и средствам. Применяемые на практике методы управления ТП можно сгруппировать следующим образом: гибкое управление, формирующее управление, жесткое координированное управление.
Методы гибкого управления в основном оказывают воздействие на отдельные автомобили и требуют хорошей оснащенности АСУД детекторами транспорта.
Формирующее управление влияет на часть ТП и не требует применения большого числа детекторов транспорта.
Жесткое координированное управление обеспечивает безостановочный проезд ТП, но воздействия на ТП не оказывает и не требует применения детекторов транспорта.
Анализ АСУД, действующих в России в течение двадцати лет, показал, что выбор метода управления ТП всегда зависит от выделяемых финансов на создание системы. При этом следует отметить, что результаты комплексной оценки систем, проводившейся на 15 АСУД, показали слабую связь методов управления и их качества. Гибкое управление, как правило, малоэффективно при высоких интенсивностях движения, а жесткое координированное управление не всегда эффективно при малых интенсивностях движения.
Для удобства дальнейшего рассмотрения обратимся к основной транспортной диаграмме [1]:
Я = р ■V, (1)
где 2 - интенсивность движения; р - плотность ТП; V - скорость ТП.
Анализ зависимости показывает, что при действующем в городах ограничении скорости движения (60 км/ч), при увеличении интенсивности движения увеличивается только плотность движения. Если принять во внимание наличие на городских магистралях перекрестков, то очевидным будет увеличение плотности движения ориентировочно на 50%. Таким образом, при увеличении интенсивности движения ТП очень
быстро принимает колонный характер, при котором обгоны невозможны, так как интервалы между последовательными автомобилями минимально допустимые.
ТП разделяют на три состояния: свободное, групповое, связанное (вынужденное). При изменении интенсивности движения в течение суток ТП переходит из одного состояния в другое. Переход происходит плавно - за периоды, измеряемые десятками минут, так как изменение интенсивности - процесс инерционный.
Различные распределения временных интервалов, соответствующие каждому состоянию ТП, указывают на существование различных свойств ТП при различных величинах средней интенсивности движения. Поэтому важной задачей является установление соответствия методов управления в зависимости от свойств ТП каждого состояния.
При малых значениях интенсивности движения ТП наблюдается свойство независимости движения транспортных средств (ТС). Свойство независимости движения характеризуется тем, что каждый водитель может принимать и обеспечивать решения по скоростному режиму движения на участке сети в большом диапазоне изменения скорости за практически любые периоды времени.
При групповом состоянии движения ТП имеет свойство адаптивности к условиям движения, включая светофорное регулирование. Свойство адаптивности выражается в способности групп ТС к распаду и формированию. Распад и формирование групп во время движения по перегону обусловлены существованием временных интервалов, больших, чем интервалы безопасности, но меньших, чем интервалы при свободном движении. Водители ТС могут изменять скорость движения в ограниченном диапазоне с учетом движения последующих автомобилей в течение периодов времени, гарантирующих их безопасность.
При связанном состоянии ТП имеет свойство неделимого твердого тела. При этом состоянии распад и формирование практически невозможны и скорость движения всех участников группы одинакова. Таким образом, каждому состоянию ТП в соответствии с присущими ему свойствами можно назначить следующий наиболее приемлемый метод управления:
- свободное состояние со свойствами независимости - гибкое управление;
- групповое состояние со свойствами адаптивности - формирующее управление;
- связанное состояние со свойствами неделимости - жесткое координированное предупредительное управление.
Рассмотрим более подробно связь методов управления с различными состояниями ТП.
Свободное движение. Выделим на транспортной сети участки (периоды времени), на перегонах которых транспортные средства движутся в свободном режиме. Исследования и практика показывают, что для малоинтенсивных потоков оказывается возможным и эффективным светофорное управление, фиксирующее моменты прибытия транспортных средств
на перекрестки и изменяющее режимы работы светофора по найденной реализации случайного процесса движения. Такое управление называется управлением с обратной связью по потоку. По существу, это управление самое оперативное в системе (задержка обратной связи измеряется в секундах), поскольку реагирует на появление каждой отдельной транспортной единицы.
Свободное движение потока в зоне регулируемого перекрестка хорошо аппроксимируется пуассоновским распределением, что является следствием малой зависимости структуры потоков от режимов работы светофорной сигнализации, смежных с данным перекрестком. Это положение очень важно для практики регулирования, поскольку из него следует, что при свободном движении перекрестки оказываются независимыми по управлению. В этом случае перекрестки могут рассматриваться как изолированные объекты. Поэтому управление в условиях свободного движения будем называть гибким (локальным) управлением. Исходя из выбранного критерия, задачей локального управления считаем нахождение режимов работы светофорной сигнализации, обеспечивающих минимальную суммарную задержку транспортных средств при обслуживании их на перекрестке.
Дорожно-транспортная сеть крупного города в утренние и вечерние периоды времени всегда имеет интенсивность со свободным состоянием движения.
Групповой режим движения. Рассмотрим участок сети, на перегонах которого транспортный поток движется в групповом режиме. Существенным ограничением на управление в этом случае является пропускная способность сети.
Учитывая тот факт, что при возросшей интенсивности на перегонах, естественно, складывается групповой режим движения, смысл управления светофорной сигнализацией должен сводиться к обслуживанию групп («пачек» автомобилей), а не отдельных транспортных средств (как в системах массового обслуживания). Постоянное чередование длительностей горения зеленого и красного сигналов светофора приводит к тому, что после обслуживания на перекрестках групповой транспортный поток преобразуется к более компактному виду. В режиме группового движения перекрестки в сети становятся взаимозависимыми по управлению, так как вид «пачки», прошедшей через перекресток, определяет режим работы следующего по ходу движения перекрестка. Учитывая это, управление групповым потоком будем называть координированным или сетевым управлением. Так как координированное управление реагирует на появление «пачек», а не единичных автомобилей, его шаг дискретности измеряется в минутах. Оптимальным координированным управлением будем называть такое, при котором набор параметров управления для всех перекрестков рассматриваемой сети обеспечивает минимальное значение суммарной задержки транспортных средств по всем направлениям движения перекрестков.
Поскольку важнейшие магистрали города, характеризующиеся большими объемами движения, входят
в координированную сеть, такое управление является центральным звеном любой системы управления дорожным движением.
Связанный (вынужденный) режим движения. Теперь рассмотрим такую дорожную ситуацию, когда потоки на отдельных перегонах сети близки к потокам насыщения. По известным интенсивностям движения транспортных средств выбираем такие значения параметров управления, которые соответствуют минимальному значению суммарной средней задержки потоков на перекрестках сети (режим координации). Очевидно, что единственным способом ликвидации проблемы является опережающее включение разрешающего сигнала. Такое управление является более «жестким» по отношению к водителям транспортных средств, чем локальное или координированное. Эта жесткость определяется тем, что система управления должна исключать возможность торможения колонны ТС.
Рассмотрим более детально механизм управления различных методов в зависимости от геометрии дорожной сети и состояния ТС. Гибкое управление довольно хорошо изложено в специальной литературе, поэтому рассматривать его не будем.
Формирующее управление. Оптимизация выбора величины сдвига фаз с учетом формирования ТП с групповым состоянием при заданной длине перегона является главной задачей подхода в управлении движением, заключающемся в активном влиянии на процесс преобразования групп. В рамках этого подхода можно выделить два основных варианта управления движением групп:
- разрешающий сигнал включается до начала торможения лидеров - сдвиг фаз в зоне опережения;
- разрешающий сигнал включается после начала торможения лидеров - сдвиг фаз в зоне запаздывания.
Сдвиг фаз смещается в зону опережения в тех случаях, когда распад групп невелик при их подходе к светофору, а помехи движению могут вызвать остановку группы. Сдвиг фаз смещается в сторону запаздывания в тех случаях, когда распад групп при их подходе к зоне влияния светофора велик и его необходимо уменьшить путем формирования групп. Примем в
качестве искомой функции (Ь) зависимость величины сдвига фаз от длины перегона. Тогда, в соответствии с изложенным, для определения (Ь) можно предложить зависимость
<с (Ь ) =
0 при Ь < Ь0; Ь(Ь1 + Н) + Ь0 Ь + Н)
К (Ь + Ьо) V (Ьо - Ь1) V (Ь + Н) при Ь > Ь1 ,
(2)
при Ь0 < Ь < Ь1; где Ь0 - зона перегона, где распад групп незначите-
—
Транспорт
лен; Ц - зона перегона, где идет интенсивный распад групп; V - средняя скорость движения на перегоне; Н - зона торможения.
В выражении (2) величины Ь0, Ц и Н зависят от величины ускорения при разгоне, разброса скорости и величины замедления при торможении соответственно. Если принять, что в целях обеспечения удобства движения при групповом характере водители пытаются обеспечить равномерные разгон и торможение, то можно определить максимально возможные значения Ь0, Н . Для средних величин ускорения и замедления, а также с учетом существующего ограничения скорости в городах (60 км/ч) находим, что Ь0 < 200 м и Н < 150 м. Приведенные цифры согласуются с экспериментальными данными, указанными в отечественной и зарубежной литературе. По данным, приведенным в [2], величина Ц составляет порядка 750 м.
Выражение (2) отражает различия в выборе величины управляющего воздействия (момент смены запрещающего сигнала светофора на разрешающий) при различных длинах перегонов. Рисунок иллюстрирует связь параметров управления с длиной перегона.
t
X
<я m ça
S 5 со £ <я с <я со
tc=L/V
§ i О CD СО Œ CD
Li
Связь параметров управления с длиной перегона
Для практических расчетов ПК для ТП средней активности движения с формирующим воздействием на группы ТС следует применять следующее выражение при выборе величин сдвигов фаз:
t,
= 1,2tпр - 5,
(3)
где /пр - время проезда перегона.
Предупредительное управление. Рассмотрим движение ТП высокой интенсивности в городских условиях. Наличие светофоров влияет на характер движения и структуру ТП, в котором проявляются ярко выраженные группы автомобилей, вызванные периодическими задержками у перекрестков. Интервалы между автомобилями при связанном состоянии ТП в основном имеют минимально возможное значение, и поэтому группы практически не изменяются при движении. Вследствие этого требуется давать опережение зеленого сигнала светофора, чтобы лидеры группы автомобилей при подъезде к перекрестку не при-
тормаживали и тем самым не нарушали целостность группы, а продолжали движение через перекресток с постоянной скоростью.
В результате обработки статистических данных изменения величин сдвигов фаз для различных длин перегонов и при различных интенсивностях движения получена формула (4) для расчета сдвигов фаз tcde, применимая к ТП с групповым характером движения высокой интенсивности в условиях координированного управления [3]. Выражение (5) отражает зависимость коэффициента сдвига фаз от интенсивности и показывает, что при низких интенсивностях до 300 авт./ч коэффициент сдвига Ксдв = 1, а tcde равна времени проезда по перегону. В случае, когда группа автомобилей с интенсивностью более 600 авт./ч, следующая на зеленый сигнал, проходит весь перегон до следующего перекрестка как единое целое, рекомендуется применять при расчетах ПК Ксдв = 0,8.
tсдв = Ксдв 'tпр . (4)
К сдв =
1,2 -2
1,2 1800
при 0<2<600;
(5)
0,8 при 2 > 600,
где Ксдв - нормированный коэффициент для поправки величины /пр; /пр - время проезда перегона; 2 -
значение интенсивности координируемого направления движения транспортных средств.
Значения интенсивности находятся в интервале 0 < 2 < 1800 авт./ч или 0 < 2 < 0,5 авт./с.
Данное выражение позволяет скорректировать ПК в любом диапазоне значений интенсивности движения автомобилей, а также дает возможность с помощью выбора сдвига фаз обеспечивать предупредительное управление движением групп автомобилей.
Пример: при 2 > 0,5 авт./с Ксдв = 0,8 . Из чего
следует, что при движении автомобилей в связанном состоянии необходимо разрешающий сигнал давать до подхода группы к перекрестку.
Практическая значимость предложенного выражения определяется учетом реальных особенностей группового движения. Реализация предложенного метода предупредительного управления движением транспортных потоков в условиях координированного управления приводит к снижению задержек, повышению скорости сообщения транспортных средств.
Применение изложенных принципов управления ТП позволяет добиться максимальной эффективности функционирования АСУД, что подтверждено комплексными испытаниями в Иркутске, Красноярске, Воронеже и др. в 2002 - 2008 годах.
Библиографический список
1. Дрю Д. Теория транспортных потоков и управление ими. М.: Транспорт, 1974. 424 с.
2. Капитанов В. Т., Хилажев Е. Б. Управление транспортными потоками в городах. М.: Транспорт, 1985. 94 с.
3. Петров В.В. Управление движением транспортных потоков в городах: монография. Омск: Изд-во СибАДИ, 2007. 92 с.
0
L
L
о
