Розділ методологія побудови інформаційної системи з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень для керування світлофорами




НазваРозділ методологія побудови інформаційної системи з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень для керування світлофорами
Сторінка1/10
Дата конвертації26.02.2013
Розмір0.75 Mb.
ТипДокументы
uchni.com.ua > Спорт > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


РОЗДІЛ 6. МЕТОДОЛОГІЯ ПОБУДОВИ ІНФОРМАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ З ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЮ ПІДТРИМКОЮ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ДЛЯ КЕРУВАННЯ СВІТЛОФОРАМИ
6.1 Структура інформаційної системи
Найбільш популярними методами управління рухом на перехрестях є управління рухом транспортних і пішохідних потоків за допомогою знаків, дорожньої розмітки, напрямних пристроїв, а також світлофорного регулювання (СФР). Впровадження СФР ліквідує більшість конфліктних точок, але призводить до зростання транспортної затримки. Таким чином, введення СФР не завжди виправдане і залежить, насамперед, від величин інтенсивності потоків, що конфліктують, а також ступеню їх конфлікту. Введення СФР вимагає оптимізації управління світлофорними об`єктами. Це можливо тільки з використанням сучасної техніки і технології управління, яка дозволяє наблизити режими роботи світлофорів, до відповідних умов руху. Для цього використовуються програмно-апаратні засоби, які об'єднуються в автоматизовану систему управління дорожнім рухом (АСУДР). Досвід створення і експлуатації АСУДР переконливо свідчить про можливості істотного підвищення ефективності процесу перевезень і безпеки учасників руху при високих рівнях інтенсивності в умовах обмеженої пропускної здатності на дорогах міста, тобто вирішення транспортної проблеми.

Одним зі шляхів розв’язання транспортних проблем є організація автоматичного управління дорожнім рухом. Принцип роботи автоматизованих систем управління дорожнім рухом (АСУДР) базується на мережевому адаптивному управлінні. Тобто, в автоматичному режимі за допомогою детекторів реалізується моніторинг набору характеристик транспортних потоків, після чого проводиться автоматичний розрахунок параметрів роботи світлофорної сигналізації. Приклад такої системи зображено на рисунку 6.1.


Рисунок 6.1 – Приклад АСУДР

Впровадження АСУДР гарантує:

  • оперативне управління рухом з відчутним підвищенням його безпеки; скорочення ненавмисних затримок транспортних засобів з паралельним зниженням можливості виникнення затору;

  • зниження обсягу звичних витрат на діагностику периферійних систем, що експлуатуються в районі перехресть (мінімізація часу, необхідного для виявлення несправності і її усунення);

  • скорочення обсягу вихлопних газів в комбінації зі зниженням шумового фону, який формується автотранспортом; 

  • автоматичне прийняття максимально обгрунтованих рішень, пов'язаних з управлінням транспортними потоками;

  • можливість проїзду громадського транспорту, спецтранспорту або урядового кортежу в пріоритетному режимі;

збільшення обсягів інформації (про завантаженість магістралей), доступної для пересічного користувача.

Автоматизована система управління рухом вперше була впроваджена в Україні наприкінці 2007 року на автомобільній дорозі Київ-Бориспіль за робочим проектом ГП «Укргіпродор». Функціональні можливості цієї системи забезпечують дві дорожні метеорологічні станції і екологічні датчики, які надають інформацію про погодні умови, видимість, шкідливі викиди, стан дорожнього покриття. Датчики стану покриття визначають температуру, вогкість, засолену товщину водяної плівки і наявність снігу/льоду на покритті. На опорах освітлення встановлено 20 купольних відеокамер, які забезпечують повний цілодобовий відео контроль за дорогою. На трасі діють інформаційно-сервісні табло, які в режимі реального часу надають необхідну інформацію водію, обмежують швидкість руху в разі заторів, забороняють рух у разі ремонтних робіт.

Подібні системи корисні на трасі, в умовах, коли для транспорту немає перепон (перехресть) та зустрічного руху автомобілів. Системи управління потоком транспорту в умовах великого міста мають враховувати не тільки стан дорожнього покриття, але й інтенсивність руху транспорту, кількість смуг дороги у кожному напрямку руху, вплив зустрічного руху транспорту, рух пішоходів і, в найбільшій мірі, вплив засобів регулювання дорожнього руху на перехресті.

У напрямку діагностування і управління світлофорними об’єктами в Росії розроблена система «БЛИК», яка дозволяє:

  • оперативно з центрального пульта управляти режимами світлофорних об’єктів;

  • здійснювати постійний моніторинг технічного стану світлофорних об’єктів:

  • перегорання ламп світлофорів;

  • вимірювання мережної напруги;

  • стан силового модуля контролера тощо.

  • вести електронний архів інформації про стан світлофорного об’єкту протягом року;

  • використовувати кожний світлофорний об’єкт як ретранслятор для інших, що значно підвищує стійкість зв’язку;

  • здійснювати мовний зв'язок з центральним пультом з будь-якого контролера, що зручно для обслуговуючого персоналу;

  • оперативно здійснювати ремонт контролера (зміна контролера здійснюється протягом декількох хвилин);

  • управляти світлофорними об’єктам за допомогою мобільного пульта, встановленого на автомобілі;

  • тестувати контролер за допомогою ноутбука на об’єкті, в умовах ремонтної майстерні.

Розглянемо конкретне архітектурне рішення на прикладі системи ACS Lite від компанії Siemens.

Коротко, ACS Lite - адаптивна замкнута система управління. На рисунку 6.2 показано типову замкнуту архітектуру, де знімається поточний стан доріг, а комп’ютерами виконується наглядова роль та роль управління. Опишемо компоненти «локального» контролю АСУ на перехресті.



Рисунок 6.2 – Архітектура AST Lite
ACS Lite система, зображена на рисунку 6.2, складається з наступного обладнання:

  • процесор; централізована архітектура дозволяє знизити капітальні витрати в порівнянні з адаптивними системами з розподіленою архітектурою, які використовують виділені процесори на кожному перехресті. "On-street"-конфігурація забезпечує гнучкість для розгортання в районах з обмеженою комунікаційною інфраструктурою, де світлофор не керується адаптивною системою;

  • контролери; на кожному перетині є контролери моделей NEMA або 2070, де прошивка була оновлена ​​до більш нової версії, яка підтримує NTCIP і ACS Lite повідомлення про стан;

  • комунікації між ACS Lite і контролером можуть бути на IP-основі, або послідовними для того, щоб підтримувати існуючу інфраструктуру, основану на витій парі і відмовитися від вартості і складності peer-to-peer мереж і волоконно-оптичної інфраструктури. ACS Lite обмінюється повідомленнями з кожним перехрестям на щохвилинній основі, однак, система повинна отримувати щосекундні звіти про стан перехрестя відповідно до якості адаптивного управління;

  • детектори необхідні для ефективних адаптивних рішень керуючого сигналу. ACS Lite розроблена для використання типових макетів детекторів, як це зазвичай знаходиться в повному приведення операцій, використовуючи комбінацію зупинки детекторів лінії і заздалегідь детекторів (на артеріальний підходи).  ACS Lite обробляє другий по другій даних детектора присутності в порівнянні з відповідним другим за другій фазі свідчення, і становить Детектор довжини і швидкості руху в алгоритми оцінки попиту. Така конструкція істотно знижує витрати та історичної чутливості знаходиться в адаптивної систем, які вимагають детекторів в незвичайних місцях, де точні розміри зони і точні вимоги кількості транспортних засобів.

^ Адаптивна логіка

ACS Lite працює, відслідковуючи сигнали світлофора, що задаються нормальними координованими часовими планами, розраховує переглянуті параметри координації кожні 5-10 хвилин, і завантажує ці додаткові коригування до контролерів на перехрестях. Щосекундний зв'язок з кожним перехрестям не є необхідним для використання потоку інформації і управління в режимі реального часу, так як кожен контролер, як і раніше дозволяє фази, щоб пропустити, розширити або розриву, на підставі реального часу детектори держав і відповідно до нормальної скоординованої приводом логіки. Оптимізація координації параметрів відбувається наступним чином:

  • час циклу перерозподіляється в спрощених умовах, щоб збалансувати обсяг до потужності коефіцієнт (наприклад, V / C співвідношення і ступінь насичення) у всіх конкуруючих фаз (див. рисунок 6.3), за умови налаштовані мінімум зелений рази, пішохідні вимоги інтервал, і максимум зелені раз (коли вони не перешкоджали в процесі узгодження). Таким чином, час буде перерозподілений з фази з надмірно тривалим (тобто не-використаним) часом, щоб надати більше часу для роз’їзду транспорту на перенасиченій фазі. Стабілізатор спотворює логіку балансу в сторону призначеного артеріальної фази, коли є достатні «зайвих» потужностей, щоб забезпечити більш широку зелену смугу і значно покращити прогресії. ACS Lite реагує на настання насичення на одному або декількох підходах перетину в "оборонної" манері, яка прагне зберегти трафік, що проходить за певними артеріальної фази, наскільки це можливо, і в кінцевому підсумку повертається до часу доби розподіл інженера при повній перенасиченість для забезпечення узгодженості для щоденних пасажирів;

  • зсув по фазі може бути скорегований раніше чи пізніше на кілька секунд на кожному перехресті, де з максимальною інтенсивністю прибуває транспорт, крім всіх зазначених вхідних та вихідних підходах до перетину, як показано на рисунок 6.3. Корекції зсуву обмежуються невеликими інтервалами, щоб усунути будь-які значні порушення прогресії через модель перехідного періоду;

  • цикл довжиною в даний час не регулюються ACS Lite, хоча існує можливість розвитку. Довжина циклу продиктована на основі базових тимчасових планів, які вибираються відповідно до традиційного часу доби. Незважаючи на це обмеження, ACS Lite продемонстрував значні переваги з часу його першого розгортання в 2005 році .



Рисунок 6.3 –  Вигляд веб-інтерфейсу системи, що включає в себе(а) кольорові позначення по насиченню кожної фази, б) кільцеві діаграми заторів, і (в) форма відображення циклічних потоків транспорту


Інша система від компанії Siemens, SCOOT, представлена нижче. На рисунку 6.4 розглядається модель системи із наявними транспортними потоками.
http://www.itssiemens.com/en/images/scootmodel_lg.jpgРисунок 6.4 – Модель системи SCOOT
SCOOT являє собою динамічний, діючий в реальному часі метод сигнального управління, який безперервно вимірює попит на перевезення на всіх підходах до перехресть в мережі оптимізує сигнал таймінгів на кожному перехресті, щоб звести до мінімуму затримки і зупинки. Тимчасові зміни малі, щоб уникнути серйозних збоїв у транспортних потоків, і, часто, щоб забезпечити швидке реагування на мінливі умови руху.

Основою системи є модель потоків, яка передбачає короткостроковий попит на перевезення. SCOOT використовує цю модель для прогнозування ефекту при невеликих змінах в поточному часу сигнали. Модель SCOOT трафіку на основі даних,отриманих від датчиків присутності в розмірі один раз в секунду на кожне посилання в мережі.

Ці дані обробляються, а потім оновлюються циклічні профілі потоку - по одному для кожного посилання. Модель транспортного потоку містить уявлення трафіку попиту на стоп-лінії.

Результати впровадження системи SCOOT включають скорочення часу в дорозі і затримок драйвера, поліпшення якості повітря, низьку витрату палива, та економію по плануванню часу. Повне реагуваня для безперешкодного руху транспортних засобів, тобто, дорожніх подій та інцидентів. Підходить для застосування на всіх типах міських доріг, транспортних мереж, трасах і т.п.

Легкий у використанні стиль вікна графічного інтерфейсу користувача.

Може бути доданий до існуючих міським чи Freeway систем управління дорожнім рухом або надаються як частина комплексної системи управління дорожнім рухом.
^ 6.2 Постановка задачі адаптивного керування дорожнім рухом
Критичним об’єктом дорожнього руху великого міста являється перехрестя. Від управління перехрестями міста, що здійснює центральний пункт управління, залежить в найбільшій мірі стан дорожнього руху. Проте оптимізація параметрів управління дорожнім рухом не передбачається в системах імітації дорожнього руху. Оптимізація параметрів імітаційної моделі передбачена системами імітаційного моделювання AutoMod, Arena, ProModel, але їх можливості не дозволяють створювати моделі керованого дорожнього руху.

У даній роботі система доріг міста розглядається як група перехресть, з’єднаних між собою. Управління рухом на перехресті здійснюється світлофорами. Алгоритм управління технічно реалізується дорожніми контролерами, що переключають сигнали світлофорів за заданою програмою. Керування світлофором складається з фаз. Кожна фаза – це сукупність сигналів, що дозволяють рух по окремих напрямках перехрестя. Чергування сигналів у кожному напрямку руху здійснюється у послідовності: червоний, жовтий, зелений, жовтий і т.д. Тривалість горіння жовтого світла обумовлена часом, потрібним для того, щоб автомобілі, які в’їхали на перехрестя, встигли залишити його до початку руху автомобілів з іншого напрямку, і є відомою величиною для кожного перехрестя. Тривалості горіння зеленого та червоного світла є параметрами управління світлофорними об’єктами. Задача управління транспортним рухом полягає у визначенні таких параметрів управління світлофорними об’єктами міста, при яких максимальна кількість автомобілів, що знаходяться в очікуванні, є мінімальною:
, (6.1)


де - це середнє значення кількості автомобілів, що проїхали у k-ому напрямку, – спостережуване протягом часу ∆ti і-те значення кількості автомобілів, що проїхали в k-ому напрямку, Tmod – загальний час спостереження (час моделювання).

Задача зменшення кількості транспортних простоїв та заторів у місцях перетину доріг в умовах нестаціонарної інтенсивності транспортного руху може бути розв’язана за допомогою удосконаленої структури класичної АСУДР. Для створення концептуальної моделі АСУДР необхідно:

  • дослідити транспортний рух на регульованому перехресті в умовах нестаціонарної та стаціонарної інтенсивності руху;

  • визначити методи обробки даних, що надходять з детекторів транспортного руху;

  • визначити спосіб вибору оптимальної стратегії управління та параметрів управління на перехрестях в умовах нестаціонарної інтенсивності руху.

Стратегія управління полягає у виборі способу управління транспортним рухом на перехресті та виборі способу реагування на дані про інтенсивність руху, що надходять з детекторів транспортного руху.

При постановці задачі управління потрібно виокремити критерії, якими будемо керуватися при знаходженні оптимального рішення.

^ Критерії якості управління ТП

Стан дорожнього руху характеризується динамічними параметрами транспортного потоку та іншими умовами, оптимізація яких за допомогою засобів і систем автоматизації полягає в розрахунку і реалізації управляючих програм, що підвищують якість процесу руху на конкретних ділянках дорожньої мережі в задані періоди часу. При цьому вирішується задача пошуку оптимуму, виходячи з вибраних критеріїв [102].

Якість світлофорного регулювання оцінюють ступенем насичення смуг руху. ^ Ступінь насичення – це відношення кількості транспортних засобів, що прибувають до перехрестя в даному напрямку за час циклу до максимально можливої кількості, що може пропустити перехрестя в цьому напрямку руху:
(6.2)
В якості показника ефективності управління світлофорним об'єктом приймають сумарні затримки транспортних засобів Тзат, які прибувають до перехрестя з усіх напрямків за одиницю часу роботи світлофорного об’єкту, с/год.:

, (6.3)
де tзатij – середній час затримок транспортних засобів j-того потоку в і-тій фазі регулювання.

Для орієнтовних розрахунків середній час затримок транспортних засобів на перехресті можна визначити за формулою:
, (6.4)

або для точних розрахунків:
, (6.5)

де .

Необхідно прагнути, щоб ступінь насичення смуг руху була в межах 0,7 - 0,9. Якщо ступінь насичення 1>Xi>0,9, то такий стан зветься передзаторовим. Якщо ступінь насичення Xi>=1, то такий стан зветься заторовим. При передзаторовому або заторовому стані на перехресті необхідно виконати перерахунок світлофорного циклу. При цьому можливе запровадження наступних заходів: 1) заборона лівих поворотів; 2) заборона правих поворотів; 3) заборона лівих і правих поворотів; 4) поліпшення умов руху; 5) зміна архітектурно - планувальних характеристик транспортного вузла.

В залежності від призначення АСУДР мають відповідні критерії управління. Основні з них наведені в таблиці 6.1.

Таблиця 6.1 – Умовна класифікація АСУДР та відповідні критерії оптимізації

Системи управління

Критерії оптимізації

АСУДР в містах (у тому числі маршрутизовані, спеціальні та ін.)

сумарна затримка на мережі вулиць чи середня затримка одного ТЗ,кількість зупинок,кількість ДТП,

час проїзду,середня швидкість поїздки,маршрут руху,рівень шуму,маса викидів шкідливих речовин в атмосферу,витрата палива.

АСУДР міського транспорту загального користування

час сполучення по встановленому графіку,

час розподілу ТЗ по замовленням (таксі).

АСУДР на швидкісних магістралях (у тому числі на в’їздах)

середня швидкість руху,середня затримка на один ТЗ,кількість ДТП,витрата палива.

АСУДР на позаміських дорогах (у тому числі реверсивні)

середня швидкість руху, кількість ДТП,

витрата палива.

АСУДР в тунелях

маса викиду шкідливих речовин в атмосферу,

кількість ДТП.

У більшості методів основним є зворотній зв’язок по ефективності функціонування транспортних потоків в обумовленому заздалегідь місці.

Сьогодні важко визначити універсальний критерій, який би враховував всі фактори ефективності транспортного процесу. Згідно мети управління Критерії якості міських АСУДР залежать від мети управління [98, 99] (таблиця 6.2):

Таблиця 6.2 –  Критерії якості управління, що відповідають АСУДР в містах

Мета управління

Критерії якості управління

Забезпечення безпеки руху

Рівень аварійності на ВДМ

Підвищення рівня обслуговування учасників руху

Час поїздки

Швидкість руху

Час затримки

Число зупинок

Довжина черги біля перехрестя

Рівномірність руху – шум прискорення

Експлуатаційні витрати (витрати палива, знос шин, гальм та інше)

Підвищення використання пропускної здатності ВДМ

Рівень використання пропускної здатності ВДМ

Зменшення шкідливої дії транспортних потоків на навколишнє середовище

Рівень транспортного шуму

Рівень забруднення повітряного басейну відпрацьованими газами двигунів автомобілів


В якості критерію оптимізації функціонування відомого методу управління “зелена хвиля” використовується показник [105]:
, (6.6)
де і – (1...n) номер перегону;

dni – середня величина незмінної затримки на і-тій дільниці;

dcni – середня величина випадкової затримки;

S – кількість зупинок автотранспортних засобів.

Згідно визначення [105(2)] під ефективністю транспортних потоків при наявності управління розуміють вимоги згладжування їх кількісних характеристик, що забезпечує максимальну по мережі інтенсивність пересування впродовж заданого часу, а також мінімізує витрати пального і обсяг викидів забруднюючих речовин 

У цьому випадку цільову функцію можна записати у наступному вигляді:
, (6.7)
де W(u) – середня за інтервал часу (t2-t1) потужність транспортного потоку при впливі на нього управляючого впливу u; P(x) – пропускна проможність вулично-дорожньої мережі в точці xG; G – область координації.

Варто відмітити, що основні цілі управління АСУДР, так і відповідні їм критерії якості тісно пов’язані. Між критеріями існують синергичні зв’язки – виконання декількох критеріїв одночасно призводить до більшого системного ефекту, ніж сума ефектів тих же елементів, що діють незалежно. Нажаль, характер цих взаємозв’язків досить складний, що робить неможливим їх формалізацію та виключає об’єднання хоча б їх частини у деякий узагальнений показник, для використання його у контурі управління транспортними потоками.

Загальносистемний критерій якості управління транспортними потоками можна представити у такому вигляді:
, (6.8)
де fі - ефект, отриманий по і-му критерію, n – кількість критеріїв.

Якщо розглянути критерії управління з точки зору отримання інформації, то можна їх розділити на ті, що можемо безпосередньо виміряти, та ті, що необхідно розраховувати. Крім того, як правило, останні є наслідком перших.

У той же час деякі з критеріїв при отриманні максимального ефекту конфліктують між собою. Деякі вимагають максимізації, а деякі – мінімізації одних і тих же показників. Інші ж навпаки – оптимізація роботи по одному з них приводить до підвищення якості управління, що розраховується із застосуванням інших критеріїв. Ця обставина дає змогу, вибираючи для практичного використання обмежену кількість критеріїв, забезпечення цілей АСУДР з оптимізацією якості управління по усім іншим показникам. Крім того, для різних умов руху доцільно використовувати різні критерії, що призводять до максимального ефекту саме у таких умовах.

Отже, наведений аналіз існуючих критеріїв ефективності координованого управління показав, що величина транспортної затримки є загально прийнятним критерієм якості. Але для організації процесу координованого управління за виявленим критерієм необхідні відповідні технічні засоби регулювання транспортних потоків, а насамперед – контролери і детектори транспорту.

Ефективним є адаптивний (гнучкий) координований спосіб керування, який полягає в оперативному реагуванні АСУДР на динаміку зміни інтенсивності автомобільного руху, а також виборі оптимальної стратегії та параметрів управління дорожнім рухом, які забезпечать найменше скупчення автомобілів у місцях перетину доріг.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Схожі:

Розділ методологія побудови інформаційної системи з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень для керування світлофорами iconРозділ методологія побудови інформаційної системи з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень
Структурно-параметричний синтез включає в себе два основних етапи: структурну ідентифікацію та параметричну ідентифікацію
Розділ методологія побудови інформаційної системи з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень для керування світлофорами iconРозділ нейромережі як інтелектуальний елемент інформаційної системи
Структура інформаційних систем з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень
Розділ методологія побудови інформаційної системи з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень для керування світлофорами iconЗвіт про науково-дослідну роботу
Методологія побудови інформаційних систем з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень
Розділ методологія побудови інформаційної системи з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень для керування світлофорами iconВисновки
Запропоновано нову структуру інформаційної системи з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень на основі використання нейромереж,...
Розділ методологія побудови інформаційної системи з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень для керування світлофорами iconРозділ інформаційні системи з інтелектуальною підтримкою принять рішень
Структуру інформаційної системи становить сукупність окремих її частин, які називаються підсистемами
Розділ методологія побудови інформаційної системи з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень для керування світлофорами iconРеферат Звіт по ндр : 376с., 144 рис., 10 табл., 143 джерела
Об’єкт дослідження − є інформаційна система з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень
Розділ методологія побудови інформаційної системи з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень для керування світлофорами icon1 Підходи до прийняття рішень І фактори, що впливають
Розділ Вдосконалення процесу прийняття управлінських рішень у менеджменті зовнішньоекономічної діяльності
Розділ методологія побудови інформаційної системи з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень для керування світлофорами iconМіністерство науки І освіти України
Статистична інформація є найважливішою складовою частиною глобальної інформаційної системи держави. Статистика покликана забезпечити...
Розділ методологія побудови інформаційної системи з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень для керування світлофорами iconІнтелектуальні системи прийняття рішень

Розділ методологія побудови інформаційної системи з інтелектуальною підтримкою прийняття рішень для керування світлофорами iconРозділ нейромережі як інтелектуальний елемент інформаційної системи
Класифікація алгоритмів навчання буде наведена в наступному розділі, а питання їх побудови будуть вивчені у подальших розділах. У...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2014
звернутися до адміністрації
uchni.com.ua
Головна сторінка