Светофорное регулирование

Общие положения. Светофоры предназначены для поочередного пропуска конфлик­тующих потоков через конфликтную зону, для обозначения опасных участков или для раз­решения въезда на опасные специфические объекты, например, железнодорожные переезды. Светофорный объект -это участок улично-дорожной сети, где регулирование движения осуществляется посредством светофорной сигнализации.

Различают 3 основные группы светофоров: транспортные, пешеходные и транспорт-но-пешеходные. Транспортные светофоры делятся на 2 группы- общего и специального на­значения. Транспортные светофоры общего назначения - это базовые трехсекционные све­тофоры и их модификации, предназначенные для поочередного пропуска транспортных по­токов. Транспортные светофоры специального назначения предназначены для регулирования движения на специфических объектах - железнодорожных переездах, паромных переправах, реверсивных полосах, территориях предприятий, а также для регулирования движения мар­шрутного пассажирского транспорта.

Пешеходные светофоры предназначены для регулирования пешеходного движения, от­личаются от транспортных отсутствием желтого сигнала и наличием на линзах силуэта пе­шехода или надписи «Стойте» либо «Идите». Заметим, однако, что согласно международным нормативам, пешеходные светофоры могут быть и трехсекционными, включая секцию жел­того сигнала.

Транспортно-пешеходные светофоры имеют своей целью информировать участников движения о наличии опасного нерегулируемого объекта. Отличительной особенностью явля­ется наличие (или работа) только желтых мигающих сигналов.

Сигналы светофора имеют следующие базовые значения:

красный сигнал (КС) - запрещает движение;

зеленый сигнал (ЗС) - разрешает движение;

желтый сигнал (ЖС) - запрещает въезд на объект тем участникам, которые имеют тех­ническую возможность остановиться без применения экстренного торможения;

бело-лунный сигнал - не имеет самостоятельного значения. В этих светофорах (для ре­гулирования маршрутного пассажирского транспорта) имеет значение комбинация из четы­рех расположенных Т-образно сигналов. Выключение нижнего запрещает движение, а ком­бинации " 1, I и Г разрешают движение в указанных направлениях.

Светофорное регулирование обладает определенными преимуществами и недостат­ками. К преимуществам можно отнести:

- повышение безопасности движения, поскольку ликвидируются опасные боковые
конфликты транспорт-транспорт и транспорт-пешеход;

- возможность распределить время для движения конфликтующих потоков так, чтоиы суммарные потери на перекрестке были минимальными;

- возможность организовать движение транспортных средств компактными группами (пачками), в промежутках между которыми можно безопасно переходить проезжую часть, выезжать с мест стоянки и т.д. Эти компактные группы можно таким образом распределить (скоординировать) по магистрали или даже по сети, что они будут попадать на перекрестки только на зеленый сигнал и двигаться безостановочно;

- возможность организовать беспрепятственный и быстрый проезд специальных ма­
шин, запретить въезд на опасные участки и т.д.

К недостаткам светофорного регулирования можно отнести:

- возникновение значительного количества попутных столкновений;

- увеличение экономических и экологических потерь из-за остановок главного направ­ления, особенно при малоинтенсивном второстепенном направлении;

- в случаях низкой интенсивности движения из-за бессмысленных остановок и задер­жек транспорта и пешеходов возникает много спровоцированных нарушений Правил;

- значительные потери всех видов при неправильном выборе времени и режима работы объекта, при неправильной установке (расстановке) самих светофоров и т.д.

Поэтому светофорное регулирование следует вводить только там и только тогда, где и когда оно целесообразно. Известны следующие основные критерии (условия) введения свето­форного регулирования, вошедшие с определенными вариациями в национальные стандарты:

1 - критическая интенсивность движения конфликтующих транспортных потоков, как правило, от 800x100 до 400x200 авт./ч. Введение светофорного регулирования считается оп­равданным, если в течение 8 ч суммарно рабочего дня недели интенсивность движения на объекте превышает критическую. Для небольших населенных пунктов (менее 10 тыс. жите­лей) минимальные значения интенсивности движения могут быть снижены на 30 %;

2 - критическая интенсивность конфликтующих транспортных и пешеходных потоков, как правило, свыше 600 авт./ч х 150 чел./ч. Введение светофорного регулирования считается оправданным, если указанные соотношения имеют место в те же 8 ч суммарно рабочего дня недели. Для небольших населенных пунктов нормативы могут быть снижены на 30 %. Заме­тим, что американские стандарты допускают установку светофорного регулирования на (лю­бых!) пешеходных переходах, расположенных вблизи школ. К чести отдельных местных ад­министраторов следует отметить, что и в Республике Беларусь нередко вводится такое регу­лирование в районе школ вопреки действующему стандарту;

3- наличие аварийного объекта. Введение светофорного регулирования считается оправ­данным, если за последние 12 месяцев произошло не менее 3 аварий (по американским стан­дартам - 5), которые могли бы быть предотвращены при наличии светофорной сигнализации;

4 - комбинация приведенных условий - если требования пунктов 1, 2 и 3 выполняются, в сочетании, не менее чем на 80 %, то введение светофорного регулирования оправдано;

5 - формирование макроструктуры транспортного потока. На нагруженных магистра­лях движение транспорта должно быть пачкообразным и чтобы его поддерживать в таком виде, в определенных («удобных») местах специально вводят светофорное регулирование. При этом необходимо учитывать, что установка светофорного объекта без видимой целесо­образности или в «неудобном» месте не дает положительного эффекта, наоборот, провоци­рует массовые нарушение Правил. Заметим, что это условие в советские и постсоветсткие стандарты пока не введено.

Светофорное регулирование делится на два основных класса - локальное и системное. Локальное регулирование осуществляется на отдельном объекте, управление которым не согласовано с другими объектами. Оно подразделяется на три основных типа - предупреж­дающее, жесткое и гибкое. Предупреждающее (нецикловое) регулирование имеет целью предупреждение об опасности и реализуется желтым мигающим сигналом. Жесткое про­граммное регулирование предназначено для поочередного пропуска конфликтующих пото­ков по жесткому циклу, задаваемому программой на довольно длительный период и совер­шенно не зависящему от реальной ситуации на светофорном объекте. Гибкое {адаптивное) регулирование имеет целью приспособление (адаптацию) регулирования к реальной ситуа­ции путем коррекции параметров светофорного цикла. Естественно, оно возможно только при наличии автоматической обратной связи между конфликтующими потоками и управ­ляющим устройством. Между основными типами локального регулирования существуют пе­реходные (промежуточные) типы. Например, между жестким и гибким регулированием рас-

положено регулирование с пешеходно-вызывным устройством. Между предупреждающим и гибким регулированием расположено регулирование типа «Выбор» - см. п. 5.4.

Системное (координированное) регулирование предполагает согласованное управле­ние несколькими соседними объектами, когда работа одного из них оказывает существенное влияние на работу остальных. Системное регулирование делится на сетевое и магистраль­ное. Магистральная координация имеет целью обеспечение безостановочного двилсения вдоль магистрали, какую бы конфигурацию она не имела. Сетевая координация предполага­ет согласованное управление не только вдоль магистрали, но и на сети магистральных улиц.

Светофорный цикл. Структура светофорного цикла оперирует такими понятиями, как такт регулирования, фаза, цикл, переходной интервал, пофазный разъезд, потерянное время и т.д. При этом в литературе можно встретить различающиеся токования и термино­логию, что иногда приводит к разночтениям, поэтому ниже будут даны краткие пояснения.

Тактом регулирования называется период действия определенной неизменной ком­бинации сигналов. Различают основной такт, во время которого разрешено движение опре­деленной группе транспортных и (или) пешеходных потоков, т.е. транспортным средствам или пешеходам, движущимся по отдельным траекториям. Во время промежуточного такта идет подготовка к передаче права на движение следующей группе потоков, при этом въезд на светофорный объект запрещен, а находящиеся на объекте участники должны немедлен­но его освободить.

Фазой регулирования, в простейшем случае, называется совокупность основного и следующего за ним промежуточного тактов. Минимальное число фаз регулирования равно двум (рис. 45).

К Ж

б ^ф1

[>

IV

< \

III

О

ф,

-I;

т

Рис. 45. Структура светофорного цикла [7]:

С - продолжительность цикла; Ф] и Ф₂ - фазы регулирования; t_ol и t_o2 - основные такты;

*в1 ^{и ?} п2 - промежуточные такты; 13, 31 - первое (главное) направление движения; 24, 42 - второе

(второстепенное) направление движения; К, Ж, 3 - красный, желтый, зеленый; а -диаграмма регулирования;

б - схема пофазного движения

Циклом регулирования называется периодически повторяющаяся совокупность всех фаз. В зависимости от числа фаз, циклы регулирования называются двухфазными, трех­фазными и т.д.

Переходной интервал - это время между выключением зеленого сигнала в предыдущем направлении и включением зеленого сигнала в последующем направлении. В простейшем случае переходной интервал реализуется в виде желтого сигнала, который одновременно включается и выключается в обоих направлениях. Однако этого времени (3-4 с) часто недос­таточно для освобождения перекрестка - либо малая скорость транспортного средства, напри­мер, при повороте, либо очень широкая проезжая часть, либо далеко отнесены стоп-линий и т.д. В таких случаях для увеличения продолжительности переходного интервала желтый сиг­нал включают неодновременно в обоих направлениях: в первом направлении, после зеленого сигнала, он уже включен, а в другом - он еще не включен и горит красный сигнал. Включение желтого сигнала в другом направлении может быть сдвинуто на 1, 2, 3, 4, 5, 6 и более секунд.

Вполне возможны ситуации, когда в обоих направлениях одновременно горит желтый сиг­нал; в первом горит желтый, а во втором - красный; в обоих горит красный; в первом горит красный, а во втором - желтый. На рис. 46. показаны варианты организации переходного ин­тервала. Легко увидеть, что промежуточный такт, изображенный на рис. 45 и рис. 46 (верх­ний слева) является частным случаем переходного интервала. Учитывая изложенное, фазой регулирования следует называть совокупность основного такта и следующего за ним пере­ходного интервала.

Рис. 46. Варианты организации переходного интервала [7]

Продолжительность переходных интервалов относится к т.н. потерянному времени, по­скольку в них запрещен въезд на светофорный объект. С одной стороны, чем больше в цикле потерянного времени, тем больше снижается производительность. С другой стороны, чем больше переходной интервал, тем надежнее разводятся во времени конфликтующие потоки и тем выше безопасность. Поэтому выбор продолжительности переходного интервала является компромиссом между производительностью и безопасностью и всегда представляет опреде­ленную трудность.

Группирование потоков должно быть выполнено так, чтобы между ними не было недо­пустимых конфликтов. Допустимость конфликтов - один из самых сложных и нерешенных вопросов в дорожном движении. Невозможно оценить допустимость того или иного кон­фликта, не зная, к каким последствиям он может привести, Отсутствие объективных методов оценки приводит к тому, что очень часто запрещаются вполне допустимые и нередко разре­шаются явно недопустимые конфликты. Это приводит к неоправданному росту потерь, в том числе и социальных, проявляющихся в массовом нарушении Правил.

Расчет светофорного цикла. Поскольку светофорные объекты устанавливаются в местах концентрации интенсивных конфликтующих потоков или на особо опасных участках, то любые недостатки в их работе неизбежно приводят к большим потерям. Поэтому с особой тщательностью должны подбираться все параметры светофорного объекта: расстановка зна­ков и светофоров, обеспечение видимости, состояние проезжей части и разметки, а также па­раметры светофорного цикла - схема движения, продолжительность фаз, переходных интер­валов и самого цикла. Расчеты светофорного цикла изложены в многочисленной литературе -от самых общих и примитивных, до научных публикаций и книг, учитывающих различные нюансы движения транспортного потока.

Координированное регулирование. Координированным называется согласованное управление светофорными объектами с целью уменьшения остановок транспорта. При коор­динации продолжительность светофорного цикла для всех объектов одинакова, а включение зеленого сигнала в направлении движения на каждом последующем светофорном объекте происходит с некоторым временны^/м сдвигом так, чтобы транспортные средства проходили этот объект, по возможности, без остановки.

На рис. 47 показан график (t-S диаграмма) координированного движения плотной груп­пы (пачки) транспортных средств в условиях одностороннего движения. Интервал времени,

в течение которого транспортные средства могут безостановочно проезжать рассматривае­мые объекты с постоянной скоростью, называют лентой времени безостановочного движе­ния (ЛБД). Ширина ленты должна быть достаточной, чтобы в нее «поместились» все транс­портные средства, идущие в этом цикле. Угол наклона ленты характеризует скорость движе­ния координированной пачки.

Рис. 47. График координированного регулирования одностороннего движения [7]:

I, II - порядковые номера перекрестков; S_u, S₂₃ - расстояния между стоп-линиями перекрестков;

t_n - ширина ленты безостановочного движения (ЛБД); tsu ~ сдвиг включения ЗС на перекрестке II

по отношению к перекрестку I; t„ - «излишнее» время горения ЗС

Внепачковые автомобили - это такие автомобили, которые по тем или иным причинам приходят к стоп-линий на красный сигнал. Чаще всего к ним относятся автомобили, выехав­шие на координированное направление с пересекающих улиц, с боковых проездов, после стоянки-остановки и т.д. Необходимо так включить зеленый сигнал, чтобы все эти внепачко­вые автомобили успели уйти от стоп-линий раньше прихода переднего фронта координиро­ванной пачки, сумели набрать заданную скорость координации и слиться с координирован­ной пачкой без конфликтов и разрывов.

Ширина ленты времени зависит от интенсивности движения, состава транспортного по­тока и числа полос движения. Водители в координированной пачке стремятся вьщерживать интервал порядка 1, 8-2 с. Загрузка полосы в координированной пачке не может бьггь слишком большой - это приведет к повышению утомляемости и, как следствие, к росту аварийности. В то же время, она не может быть слишком малой - в этом случае внутри пачки начнется не­вынужденное маневрирование, борьба за лидерство, пачки начнут распадаться на быстро­ходную и тихоходную части и т.д., что неприемлемо для координации. Поэтому, в зависимо­сти от скорости, стараются обеспечить каждому автомобилю на полосе интервал от 2 до 3 с -чем выше скорость и «тяжелее» состав потока тем больше интервал.

Координация при двухстороннем движении, в принципе, не отличается от координации при одностороннем движении, однако, практическая реализация ее весьма затруднительна, а иногда - почти недостижима. Дело в том, что на каждый светофорный объект два противо­положных транспортных потока приходят, как правило, в разное время и лишь в редких, ис­ключительных случаях - одновременно. В рамках светофорного цикла необходимо выделять время зеленого сигнала для каждого из этих потоков, что крайне затруднительно, а иногда -невозможно. Поэтому приходится, используя различные ухищрения, совмещать по времени эти два потока, а если это удается лишь частично, недостающее время приходится отнимать у конфликтующего направления - в результате качество координации не всегда высокое.

Магистральное движение. В крупных городах имеются тяжелонагруженные улицы, которые связывают между собой основные районы города. На этих улицах сосредоточено до 70 % всего объема движения и от их работы в значительной мере зависит функционирование города. Однако организация движения на этих улицах практически ничем не отличается от организации движения на остальных, значительно менее нагруженных улицах. В результате на таких улицах имеет место высокая неравномерность движения, многочисленные останов­ки и значительные задержки, а средняя скорость находится всего лишь в пределах 30 км/ч при разрешенной скорости 60 км/ч. Это приводит к колоссальным экономическим и экологи­ческим потерям при довольно высоком уровне аварийных потерь. Согласно очень осторожным оценкам ежегодные потери на этих улицах достигают величины порядка 500 тыс. у.е. на каж­дый километр. Из-за роста интенсивности движения положение усугубляется с каждым го­дом, причем рост потерь заметно обгоняет прирост интенсивности.

Для решения этой проблемы необходимы неотложные и кардинальные меры. Посколь­ку мы не имеем возможности строить скоростные городские дороги (наподобие Минской кольцевой автомобильной дороги) с полным исключением пешеходного движения и пере­крестков в одном уровне, то единственным решением нарастающей проблемы является орга­низация на этих улицах магистрального движения.

Что же такое магистральное движение? Это безостановочное, безманевровое движение транзитных (т.е. «прямых», в отличие от «поворотных») потоков с предписанной скоростью в пределах 50-70 км/ч по специально выделенным полосам. На этих полосах единственным разрешенным маневром является перестроение (смена полосы) без изменения скорости транспортного потока. Все остальные маневры осуществляются только со специально выде­ленных поворотных полос. Остановки общественного транспорта организованы в заездных карманах, примыкающих к поворотным полосам. Координация выполнена таким образом, что плотная координированная пачка машин проходит все без исключения перекрестки с хо­ду. Скорость на перегоне жестко предписывается специальными указателями скорости, свя­занными с сигналами светофоров, и могущими выдавать переменную информацию. Движе­ние тихоходного транспорта и любые остановки запрещены, а движение пешеходов — только по регулируемым пешеходным переходам.

Теоретические и методические основы магистрального движения достаточно прорабо­таны. Выполнена предварительная привязка магистрального движения к важнейшим столич­ным улицам и проспектам, которая дала весьма обнадеживающие результаты. К сожалению, внедрение магистрального движения в Республике Беларусь задерживается по ряду объек­тивных и субъективных причин.