Методики измерения интенсивности транспортных потоков

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТА КАФЕДРА ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА РЕФЕРАТ По дисциплине «Моделирование дорожного движения»

На тему «Методики измерения интенсивности транспортных потоков»

Выполнил: студент группы ОБД-10

Шабалин Иван Проверил: Маняшин С.А.

Тюмень 2014

1. Введение

2. Моделирование дорожного движения

3. Классификация детекторов транспорта

3.1 Индуктивные

3.2 Феррозондовые

3.3 Ультразвуковые

3.4 Инфракрасные

3.5 Видеодетекторы

4. Методики учета интенсивности дорожного движения

4.1 Система контроля и регистрации интенсивности дорожного движения ЭЛИС ЕС-05

4.2 Комплексная дорожная лаборатория «Трасса»

4.3 Учет проезжающего транспорта в США

5. Выводы

6. Список используемой литературы Введение Рост автомобильного парка и объема перевозок ведет к увеличению интенсивности движения, что в условиях городов с исторически сложившейся застройкой приводит к возникновению транспортной проблемы. Особенно остро она проявляется в узловых пунктах улично-дорожной сети. Здесь увеличиваются транспортные задержки, образуются очереди и заторы, что вызывает снижение скорости сообщения, неоправданный перерасход топлива и повышенное изнашивание узлов и агрегатов транспортных средств. Переменный режим движения, частые остановки и скопления автомобилей на перекрестках являются причинами повышенного загрязнения воздушного бассейна города продуктами неполного сгорания топлива. Городское население постоянно подвержено воздействию транспортного шума и отработавших газов. Рост интенсивности транспортных и пешеходных потоков непосредственно сказывается также на безопасности дорожного движения. Свыше 60% всех дорожно-транспортных происшествий (ДТП) приходится на города и другие населенные пункты. При этом на перекрестках, занимающих незначительную часть территории города, концентрируется более 30% всех ДТП. Обеспечение быстрого и безопасного движения в современных городах требует применения комплекса мероприятий архитектурно-планировочного и организационного характера. К числу архитектурно-планировочных мероприятий относятся строительство новых и реконструкция существующих улиц, проездов и магистралей, строительство транспортных пересечений в разных уровнях, пешеходных тоннелей, объездных дорог вокруг городов для отвода транзитных транспортных потоков и так далее. [1]

2. Моделирование дорожного движения Моделирование движения заключается в искусственном воспроизведении процесса движения физическими или математическими методами, например, с помощью ЭВМ.

В качестве примеров физических методов моделирования могут быть названы исследования движения на различных макетах элементов дороги или полигонные испытания, где создаются искусственные условия имитирующие реальное движение транспортных средств. Простейшим примером физического моделирования может служить распространенный метод проверки возможностей маневрирования и постановки на стоянку различных транспортных средств с помощью их моделей на заданной площади, изображенной в уменьшенном масштабе.

Наибольшее значение имеет математическое моделирование (вычислительный эксперимент), основывающееся на математическом описании транспортных потоков. Благодаря быстродействию ЭВМ, на которых осуществляется такое моделирование, удается в минимальное время провести исследование влияния многочисленных факторов на изменения различных параметров и их сочетания и получить данные для оптимизации управления движением (например, для регулирования на пересечении), которые невозможно обеспечить натурными исследованиями.

В основу вычислительного эксперимента с применением ЭВМ легло понятие модели объекта, то есть математическое описание, соответствующее данной конкретной системе и отражающее с требуемой точностью поведение ее в реальных условиях. Вычислительный эксперимент дешевле, проще натурного, легко управляем. Он открывает путь к решению больших комплексных проблем и оптимальному расчету транспортных систем, научно обоснованному планированию исследований. Недостаток вычислительного эксперимента состоит в том, что применимость его результатов ограничена рамками принятой математической модели, построенной на основе закономерностей, выявленных с помощью натурного эксперимента.

Изучение результатов натурного эксперимента позволяет получить функциональные соотношения и теоретические распределения, исходя из которых строится математическая модель. Математическое моделирование в вычислительном эксперименте целесообразно разделить на аналитическое и имитационное. Процессы функционирования систем при аналитическом моделировании описываются с помощью некоторых функциональных отношений или логических условий. Учитывая сложность процесса дорожного движения, для упрощения приходится прибегать к серьезным ограничениям. Однако, несмотря на это, аналитическая модель позволяет находить приближенное решение задачи. При невозможности получения решения аналитическим путем модель может исследоваться с применением численных методов, позволяющих находить результаты при конкретных начальных данных. В этом случае целесообразно использовать имитационное моделирование, подразумевающее применение ЭВМ и алгоритмическое описание процесса вместо аналитического. [2]

Широкое применение имитационное моделирование может найти для оценки качества организации движения, а также при решении различных задач, связанных с проектированием автоматизированных систем управления дорожным движением, например, при решении вопроса об оптимальной структуре системы. К числу недостатков имитационного моделирования относят частный характер получаемых решений, а также большие затраты машинного времени для получения статически достоверного решения.

Следует отметить, что в настоящее время область моделирования транспортных потоков находится в стадии формирования. Различные аспекты моделирования исследуются в МАДИ, ВНИИБД, НИИАТ и других организациях.

3. Классификация детекторов транспорта учет интенсивность движение дорожный Детектор транспорта — тех. средство, регистрирующее проходящие транспортные средства через определенное сечение дороги, а так же определяющее параметры транспортного потока. Такие данные необходимы для реализации гибкого регулирования, расчета или автоматического выбора программы управления дорожным движением. По принципу действия детекторы транспорта делятся на: индуктивные, феррозондовые, ультразвуковые, инфракрасные.

3.1 Индуктивные детекторы транспорта Представляет собой рамку, состоящую из витков изолированного и защищенного от механических воздействий провода. При прохождении над рамкой автомобиля, обладающего металлической массой, ее индуктивность изменяется и автомобиль регистрируется.

Пример Peek ADR-6000

Рисунок 1 Схема детектора транспорта Peek ADR-6000

3.2 Феррозондовые детекторы транспорта Состоит из катушки с магнитным сердечником. Катушку помещают в трубу для защиты от повреждений и закладывают под дорожное покрытие на глубину 15−20 см. Автомобиль регистрируется благодаря искажению магнитного поля в момент его прохождения над детектором. Недостатками этого детектора являются низкая помехоустойчивость и чувствительность. Если транспортные средства, движутся с малыми скоростями (менее 10 км/ч), он их не регистрирует.

3.3 Ультразвуковые детекторы транспорта Представляет собой излучатель импульсного направленного луча. Он выполнен в виде параболического рефлектора с помещенным внутри пьезоэлектрическим преобразователем, генерирующим ультразвуковые импульсы. Недостатками ультразвуковых ДАТЧИК являются их чувствительность к акустическим и механическим помехам и необходимость жесткого фиксирования в пространстве для того, чтобы излучатель противостоял действию ветровой нагрузки.

Пример RTMS производства EIS

Детектор транспорта RTMS использует радарную технологию. Наибольшая точность в подсчете ТС и определении скорости достигается при определении при установке RTMS над полосой движения. Однако наиболее популярное применение RTMS — установка поперек полос движения на боковых столбах. При этом обеспечивается достаточная точность определения параметров движения. При установке поперек потока детектор покрывает до 8 полос движения. Установлено, что имеется тенденция к занижению показаний как во время плотного трафика, так и при нормальном движении. Кроме того, на точность подсчета ТС влияет расстояние (удаленность прибора от полосы движения, в которой производится подсчет ТС), а также преграды. Точность определения скорости движения составляет 5−10 миль/час. Влияние погодных условий и влияние света фар минимизировано. Считываемая информация: объем потока, занятость полос, скорость, классификация ТС.

3.4 Инфракрасные детекторы транспорта Детектор устанавливается только над полосой движения. Преимущества: простота инсталляции и калибровки, высокая точность. Расхождение показаний по сравнению с петлевыми детекторами при подсчете количества ТС составляет 2,8% при установке детектора на высоте 6,5 м и 4,5% при установке высоте 5 м. Наиболее поздней разработкой детекторов этого типа являются детекторы серии TT290, позволяющие классифицировать до 8 классов ТС, самонастраивающиеся, позволяющие определять ТС, движущиеся в неверном направлении.

Погрешность определения скорости составляет не более 3%. ИК-Д регистрируют проезд автомобилей и других транспортных средств по заданному участку проезжей части. Они предназначены для круглосуточной и непрерывной работы в стационарных условиях на открытом воздухе.

3.5 Видеодетекторы Современное, эффективное, надежное, простое в установке и эксплуатации устройство.

Прибор позволяет получать стандартные характеристики транспортного потока, такие как Объем потока, Средняя скорость, Занятость дороги, Интервал следования автотранспортных средств, Классификация по длине. Детектор может устанавливаться как независимо, с целью сбора данных о транспортном потоке, так и в составе комплекса оборудования светофорных объектов для обеспечения автоматической адаптации светофорных циклов. [8]

Видеодетектор устанавливается на дорожные несущие конструкции или здания на высоту от 8 до 25 метров. При более высокой установке, ракурс позволяет собирать данные с максимального количества — восьми полос движения. Видеодетектор прошел испытания в различных регионах России. Результаты испытаний показали устойчивость прибора к неблагоприятным погодным условиям, снегу, дождю, ограниченной до 50 метров видимости.

Преимущества видеодетекторов в сравнении с другими типами детекторов транспорта [9]

1. Наличие видеоизображения с точки сбора данных. Повышает информативность системы.

2. Простота установки и обслуживания — не требует работ на дорожном полотне. Не требует дорогих П-образных опор и размещения отдельных датчиков над каждой полосой движения.

3. Возможность совмещать данные реального времени с изображением (срабатывание виртуальных «рамок» поверх видеоизображения как у детекторов серии «ИНФОПРО»). Повышает контроль достоверности информации детекторов. Аналогичное мероприятие для других типов детекторов требует комплекса сложных действий.

4. Полный набор измеряемых параметров транспортного потока. Анализ изображения позволяет непосредственно измерить все основные параметры. Для многих других типов детекторов (инфракрасные, ультразвуковые, радиолокационные) некоторые параметры вычисляются косвенным методом, на основании общей статистики.

5. Многополосность. Одна видеокамера, в зависимости от ракурса установки, может работать с одним или несколькими направлениями, собирая данные трафика раздельно по полосам внутри каждого направления. Аналогов этого нет ни в одном другом типе детекторов. Например, один детектор «ИНФОПРО» обеспечивает независимый сбор данных с максимум 8 полос, сгруппированных в любом количестве на произвольное количество направлений.

6. Развитые коммуникационные интерфейсы. Видеодетектор серии «ИНФОПРО» позволяет подключать одновременно как локальное оборудование светофорного объекта, так и поддерживать связь с удаленным центром посредством TCP/IP и Ethernet проводного, оптического или беспроводного подключения.

7. Высокоуровневые протоколы обеспечивают легкость интеграции с любым ПО и оборудованием заказчика.

8. Простота и оперативность перенастройки в случае изменения схемы движения или дорожных работ. Видеодетектор можно перенастроить из центра, просто поменяв мышкой расположение виртуальных сенсоров и сохранив набор пресетов.

4. Методики учета интенсивности дорожного движения

4.1 Система контроля и регистрации интенсивности дорожного движения ЭЛИС ЕС-05 [3]

Система учета интенсивности движения обеспечивающая точное определение скорости потока, подсчет транспортных средств, измерение их длины, мониторинг состава движения, проходящего через контролируемый участок автомобильной дороги при классификации по нормам ВСН 45−68, Евро 6 и др. Погрешность измерений не превышает 2% для подсчета общего количества транспортных средств, 4% при классификации на типы, 4% при определении скорости. Один комплект оборудования обслуживает до 16 полос движения. Технические средства обеспечивают хранение записанной информации о прохождении транспортных средств через контролируемый участок автомобильной дороги в течение не менее 10 000 часов при интенсивности дорожного движения свыше 100 000 единиц транспортных средств в сутки в одном направлении в энергонезависимой памяти в виде SQL-совместимой базе данных. В энергонезависимой памяти также сохраняются текущие настройки и параметры конфигурации оборудования. Встроенный GSM/GPRS модем (протокол подключения RS232/RS485) обеспечивает возможность беспроводной передачи информации и работы в составе единой сети автоматизированной системы учета интенсивности и состава движения при передаче накопленной информации с любым требуемым заказчиком периодом, в том числе, дистанционного контроля работоспособности без прерывания работы устройства в основном режиме, диагностики неисправности, автоматической передачи информации в режиме реального времени, сжатие передаваемых данных и команд для оптимизации времени передачи и обработки информации. Конфигурирование функций и параметров автоматизированного оборудования может производиться как с мобильного персонального компьютера с использованием специального программного обеспечения посредством стандартных проводных и беспроводных интерфейсов подключения, так и дистанционно, посредством GSM-соединения. Достижение таких высоких параметров, особенно по качеству распознавания транспортных средств в любых погодных условиях, обеспечивается за счет использования в системе индуктивных датчиков. Как показывает наш опыт, срок службы датчиков в основном определяется качеством дорожной одежды — основания и покрытия. Существуют датчики, проработавшие свыше 14 лет, на дорогах с пиковой суточной интенсивностью свыше 20 000 автомобилей общего потока на полосу. Данное оборудование не нарушает целостности дорожной одежды, не оказывает помех движению транспортного потока, не ограничивает геометрическую дальность видимости водителя и не влияет на режим движения.

Назначение изделия: Система контроля и регистрации интенсивности дорожного движения предназначена для дистанционного автоматизированного измерения и регистрации параметров автомобильного движения на автодороге с асфальтобетонным покрытием и количеством полос до 12 в условиях естественных помех. Изделие позволяет накапливать измеренные результаты в SQL-совместимой базе данных и передавать их на внешние устройства как локальные, так и удаленные. Изделие предназначено для эксплуатации при температуре окружающего воздуха от -40° C до +50°С, атмосферном давлении 630…800 мм рт. ст. в условиях воздействия осадков. Назначенный ресурс изделия составляет 12 лет, вероятность безотказной работы не менее 0,95.

Технические характеристики: Изделие позволяет регистрировать прохождение по дороге механических транспортных средств в двух направлениях при расстоянии между транспортными средствами, движущимися по каждой полосе в одном направлении, не менее 2,5 метров и скоростях движения от 5 до 200 км/час. Регистрация транспортных средств включает в себя распознавание и отнесение каждого в зависимости от требования заказчика по 6, 7 и 9 типам транспортных средств указаны в таблицы Таблица 1. Типы ТС регистрируемые прибором ЭЛИС ЕС-05

Питание устройства осуществляется от однофазной сети переменного тока (50 ± 1) Гц, (220 ± 20) В. Максимальная потребляемая от сети мощность — 3 Вт в режиме зарядки аккумулятора источника бесперебойного питания.

Изделие имеет возможность мобильной переустановки на любые другие места автодороги (при этом время установки и настройки может не превышать 3-х часов на одно техническое средство (без учета времени перевозки технического средства с места на место))

Особенности конструкции. Датчики выполнены в пыле-брызгозащищенном, водонепроницаемом корпусе класса IР65.

Расположение источника питания обеспечивает замену аккумулятора ИБП без разборки прибора. Изделие может быть смонтировано вблизи обочины, без нарушения дорожного полотна или в любом удобном месте на расстоянии до 100 м от обочины. «Мертвая зона» отсутствует.

4.2 Комплексная дорожная лаборатория «Трасса»

Комплексная дорожная лаборатория «Трасса» предназначена учета интенсивности транспортных потоков. Она позволяет фиксировать классификацию транспортных средств по типу. Измерять статические характеристики транспортного потока по каждой полосе. Определение параметров транспортного потока должно происходить в реальном времени в светлое время суток. Количество одновременно контролируемых полос движения: 1 — 6*. Определение транспортных средств с разбивкой не менее чем на 5 (пять) типов. С помощью установленных в передней части автомобиля камер позволяет вести непрерывную панорамную съемку на скоростях до 50 км/ч, во время которой происходит фиксация геометрических параметров, дефектов покрытия дороги, дорожных знаков и разметки. В хвостовой части лаборатории предусмотрены два кронштейна под установку камер на телескопических мачтах. Высота подъема мачт составляет до 7 метров, что позволяет системе распознавать транспортные средства на достаточно широких проезжих частях.

Программное обеспечение позволяет в автоматическом режиме фиксировать следующие контролируемые параметры:

1. Классификация транспортных средств по типу:

— легковой автомобиль;

— малый грузовой автомобиля или пикап;

— большой грузовой автомобиль (более 12 м);

— автобус;

— мотоцикл

2. Измерение статистических характеристик транспортного потока по каждой полосе:

— общее количество транспортных средств, проехавших за время анализа;

— количество транспортных средств каждого типа;

— средняя скорость движения всех транспортных средств по полосе;

— средняя скорость движения легковых автомобилей;

— средняя скорость движения грузовых автомобилей;

— среднее расстояние между транспортными средствами.

3. Функционал передвижной лаборатории для панорамной съемки улично-дорожной сети:

— фиксация изображения улично-дорожной сети под углом 180 градусов при движении лаборатории;

— привязка получаемого изображения к расстоянию;

— выдача данных измерений в формат для обработки;

— в процессе обработки данных имеется возможность определения горизонтальных и вертикальных расстояний, а так же площади участков дороги. [5]

4.3 Зарубежный опыт учета проезжающего транспорта в США Принцип работы датчика учета интенсивности движения, резиновая трубка (Рисунок 2) лежащая на асфальте, на одном конце завязывается узел, другой конец подсоединяется к коробке с датчиком и записывающим устройством. Когда машина наезжает на трубку, давление внутри меняется, что учитывается датчиком.

Рисунок 2 Резиновая трубка подсоединяемая к прибору Датчик способен классифицировать количество, тип транспортного средства, время проезда. Если установить 2 параллельные трубки, то прибор будет снимать еще и скорость движения. Все данные сохраняются в память прибора и потом копируются на флеш карту. Корпус влагозащитный (рисунок 3). На последние версии устанавливают солнечные батареи. [4]

Рисунок 3 Корпус с прибором и записывающим устройством Так же отдельно проводится мониторинг перекрестков. Тип транспортных средств, интенсивность движения и продолжительность циклов работы светофоров. Все эти данные собираются вручную. С помощью специального джойстика (Рисунок 4)

Рисунок 4 Сбор данных с помощью джойстика Данные с мониторинга поступают в департамент транспорта (Рисунок 5), где их обрабатывают, на их основе и принимаются решения по изменению схем организации движения. [4]

Рисунок 5 Департамент транспорта в USA

Выводы Системы контроля интенсивности дорожного движения предназначены для дистанционного автоматизированного измерения и регистрации параметров автомобильного движения. Они играют очень важную роль, с их помощью можно оценить транспортный спрос какого-либо участка улично-дорожной сети. Проанализировав данные полученные при помощи исследования можно смоделировать транспортную ситуацию в одной из программ, таких как AimSun [7], PTV Traffic и т. п. и уже после всего этого можно предложить различные варианты по улучшению схемы организации дорожного движения.

Список используемой литературы

1. Методические указания по оформлению письменных работ для студентов специальности 240 100 «Организация перевозок и управление на транспорте (автомобильном)» дневной и заочной форм обучения.- Тюмень: ТюмГНГУ, 2008. — 26 с.

2. Левашев, А. Г. Повышение эффективности организации дорожного движения на регулируемых пересечениях [Рукопись]: дисс. канд. техн. Наук.:20.11.05/ А. Г. Левашев. — Иркутск: ИрГТУ, 2004. [1]

3. Пеньшин Н. В. Организация и безопасность движения: учебное пособие [Текст]/ Н. В. Пеньшин, В. В. Пудовкин, А. Н. Колдашов, А. В. Ященко. — Тамбов: Изд-во Тамб.гос.техн.ун-та, 2006. [2]

4. http://www.indorsoft.ru/products/intensity/

5. http://base1.gostedu.ru/45/45 460/#i42276

6. http://docs.cntd.ru/document/1 200 098 289

7. http://kak-eto-sdelano.ru/kak-monitoryat-transport-v-ssha/ [4]

8. http://equip.tsogu.ru/laboratory/Peredvizhnaya_dorozhnaya_laboratoriya/15/ [5]

9. http://rdt.ru/node127 [3]

10. http://www.ptv-vision.ru [6]

11. http://www.aimsun.com/wp/ [7]

12. http://www.infoprocess.ru/detector.htm [8]

13. http://komkon.ua/ru/products/tr_cntr_equipmt/detectors/videodet/ [9]