Введение
Система управления движением
Рампометр, сигнальный светофор или светофор-дозатор – это устройство, обычно стандартный светофор или двухсекционный сигнальный свет (только красный и зеленый, без желтого), вместе с контроллером светофора, которое регулирует поток транспортных средств, въезжающих на автомагистраль, в соответствии с текущей дорожной обстановкой. Рампометры используются на съездах на автомагистраль для управления интенсивностью въезжающих автомобилей. Системы дозирования трафика доказали свою эффективность в снижении заторов и повышении безопасности водителей. Утверждается, что рампометры уменьшают заторы (увеличивают скорость и пропускную способность) на автомагистралях за счет снижения спроса и разделения потоков автомобилей. Обычно выделяют два способа снижения спроса: ограничение скорости въезда и перенаправление потока. Некоторые рампометры спроектированы и запрограммированы для работы только в часы пиковой нагрузки; в часы низкой загруженности такие устройства либо постоянно горят зеленым, мигают желтым (в штате Мэриленд), либо отключаются полностью. Это позволяет транспортным средствам плавно въезжать на автомагистраль, не останавливаясь. Другие рампометры предназначены для непрерывной работы, отключаясь только на техническое обслуживание или ремонт.
Типы
Некоторые замеры трафика на съездах имеют обходные полосы для транспортных средств с высокой заполняемостью, позволяя автомобилям с несколькими пассажирами, автобусам и другим соответствующим транспортным средствам пропускать очередь и напрямую выезжать на автомагистраль. В других местах, таких как Северная Калифорния, полосы для совместного использования по-прежнему регулируются, но очередь, как правило, короче по сравнению с обычными полосами. Замеры часто работают только в часы пик. Некоторые замеры трафика на съездах имеют только одну полосу движения у светофора, другие – две или более полос. Как правило, замеры с несколькими полосами дают зеленый свет только одной полосе за раз. В одной распространенной конфигурации каждая въездная полоса имеет два сигнала: трехцветный (красный, желтый, зеленый) светофор, расположенный над каждой полосой (или установленный высоко на столбе для одной полосы), и двухфазный светильник, установленный низко на столбе рядом со стоп-линией. Верхние светофоры предназначены для автомобилей, приближающихся к точке замера; нижние двухфазные светильники предназначены для использования транспортным средством, находящимся в начале очереди. При нормальной работе замера трафика используются только красный и зеленый сигналы. Однако, когда замер трафика собирается включиться, верхние светофоры могут показывать мигающий или постоянный желтый сигнал, чтобы предупредить водителей о необходимости остановиться. (После включения замера трафика дальнейшая необходимость в желтом сигнале отпадает.) В Калифорнии некоторые замеры позволяют проехать на зеленый свет двум или трем автомобилям. Эти замеры используют трехцветные сигналы как на верхних, так и на нижних креплениях столба и работают в стандартной схеме «зеленый-желтый-красный». В Онтарио светофоры на съездах всегда зеленые, когда нет ограничений для движения. Сложность и масштаб системы замера трафика на съездах зависят от желаемого улучшения, существующих условий движения, затрат на установку и постоянных ресурсных потребностей, необходимых для эффективной эксплуатации и обслуживания системы. Самая простая форма управления – это работа по фиксированному времени. Она выполняет основные функции разделения транспортных потоков на отдельные автомобили и устанавливает верхний предел скорости потока, въезжающего на автомагистраль. На съезде могут быть установлены датчики присутствия и прохождения для запуска и завершения циклов замера, но скорость замера основана на средних условиях движения на конкретном съезде в конкретное время. Этот тип работы обеспечивает преимущества, связанные со снижением количества аварий, но не так эффективен в регулировании объемов движения на автомагистрали, поскольку отсутствует информация о движении по основной полосе. Предварительно заданное управление может быть реализовано на любом количестве съездов и часто используется в качестве первоначальной стратегии работы, пока отдельные съезды не будут включены в систему, реагирующую на трафик. Следующий уровень управления, реагирующий на трафик, устанавливает скорости замера на основе фактических условий на автомагистрали. Локальный подход, реагирующий на трафик, использует датчики и микропроцессор для определения потока на основной полосе в непосредственной близости от съезда и потребности съезда для выбора подходящей скорости замера. Управление, реагирующее на трафик, также позволяет использовать замер трафика для управления спросом при возникновении инцидентов на автомагистрали, то есть снижать скорость замера на съездах выше по течению инцидента и увеличивать скорость на съездах ниже по течению. Системное управление является формой управления, реагирующего на трафик, но работает на основе общих условий автомагистрали. Централизованные компьютерные системы управления могут обрабатывать множество съездов в схеме, реагирующей на трафик, и включают в себя несколько программ управления и отмены. Стратегии управления также могут быть распределены между отдельными съездами. Важной особенностью системного управления является взаимосвязь, которая позволяет на скорость замера на любом съезде влиять условия в других местах. Денвер показал, что этот тип управления имеет значительные преимущества при правильном применении. Системное управление не должно ограничиваться автомагистралью и ее съездами. Концепция интегрированного управления трафиком объединяет или координирует системы управления трафиком на автомагистралях и магистральных улицах для работы на основе условий трафика во всем коридоре. Потенциальные преимущества интегрированного управления включают снижение затрат на установку и эксплуатацию, мониторинг во всем коридоре, более полную информацию для водителей и более быстрое и скоординированное использование всех элементов управления (замеры, светофоры, знаки и т. д.) в ответ на условия трафика в реальном времени. Результаты моделирования одного исследования показали, что во время инцидента координация светофоров на магистральных улицах и замеры трафика может улучшить транспортную производительность коридора.
Контрольные устройства для измерения сигналов на рампе
Сигналы рампометров устанавливаются в соответствии с текущими условиями дорожного движения. Детекторы (как правило, индукционные петли) устанавливаются на дороге как на въезде, так и на основной трассе для измерения и расчета интенсивности движения, скорости и степени загруженности. Эти данные используются для регулирования количества транспортных средств, выезжающих с въезда. Чем выше загруженность основной автомагистрали, тем меньше машин разрешается выезжать с въезда, что достигается увеличением времени горения красного сигнала светофора. В настоящее время активно ведутся исследования по разработке наиболее эффективных алгоритмов управления сигналами рампометров. Среди используемых или оцениваемых алгоритмов – ALINEA, алгоритмы управления по спросу и нечеткие алгоритмы.
Алгоритмы контроля спроса
Алгоритмы управления спросом являются примерами управления по возмущению. Одна из версий алгоритма управления спросом – стратегия RWS, используемая в Нидерландах. В этом алгоритме количество транспортных средств, выпускаемых с рампы по сигналам, рассчитывается как разность между потоком до рампы и заранее заданным запасом пропускной способности дороги.
Установка показателей на пандусах в Северной Америке
Это первое применение включало сотрудника полиции, который останавливал движение на въездной рампе и выпускал транспортные средства по одному с заранее установленной скоростью, чтобы облегчить более безопасное и плавное вхождение в поток транспорта на автомагистрали, не нарушая при этом движение по основной полосе. Регулирование движения на въездных рампах было впервые внедрено в 1963 году на шоссе Эйзенхауэра (Interstate 290) в Чикаго Адольфом Д. Мэем, ныне профессором Калифорнийского университета в Беркли. Развитие теории управления системами позволило улучшить регулирование дорожного движения в начале 1970-х годов, что было впервые разработано Лейфом Исаксеном в его статье «Субоптимальное управление крупномасштабными системами с применением к регулированию движения на автомагистралях». С тех пор регулировщики движения на въездных рампах были систематически развернуты во многих городских районах, включая Лос-Анджелес, Сан-Диего, Сакраменто, Сан-Франциско, Фресно, Филадельфию, штат Пенсильвания, Сиэтл, Спокан, Денвер, Феникс, Лас-Вегас, Солт-Лейк-Сити, Портленд, штат Орегон, Миннеаполис-Сент-Пол, Милуоки, Колумбус, Цинциннати, Хьюстон, Атланту, Майами, Вашингтон, округ Колумбия (только вдоль межштатной автомагистрали 270 в округе Монтгомери, штат Мэриленд, и межштатных автомагистралей 395 и 66 в округе Арлингтон, штат Вирджиния), Канзас-Сити, штат Миссури, и вдоль Королевской дороги Елизаветы в Миссиссоге, Онтарио (рампы, ведущие в Торонто, от Cawthra Road, Hurontario Street, Mississauga Road, Erin Mills Parkway, Winston Churchill Boulevard, Ford Drive) в Канаде с 1970-х годов. Регулировщики движения на въездных рампах широко распространены в агломерациях Нью-Йорка, Лос-Анджелеса, Сан-Франциско, Чикаго, Сиэтла, Феникса, Хьюстона, Атланты, Милуоки, Колумбуса и Миннеаполиса-Сент-Пола, а также в более чем двух десятках небольших городских районов. В районе Нью-Йорка местные жители называют регулировщики движения на въездных рампах «сигналами для входа», а в Хьюстоне их называют «сигналами потока». После первоначального внедрения регулировщики движения на въездных рампах были демонтированы в нескольких городах, включая Даллас, Сан-Антонио и Остин, штат Техас. Неиспользуемые сигналы регулирования все еще можно найти на некоторых парковых дорогах вокруг Нью-Йорка и Детройта. Хотя они были отключены вскоре после установки, регулировщики движения на въездных рампах были повторно активированы на некоторых развязках межштатной автомагистрали 476 в пригороде Филадельфии. В 2009 году регулировщики движения на въездных рампах были установлены вдоль межштатной автомагистрали 435 в Оверленд-Парке, штат Канзас, и Канзас-Сити, штат Миссури. Регулировщики движения на въездных рампах в Миссиссоге, Онтарио, спроектированы таким образом, что если очередь, ожидающая въезда на QEW, увеличивается до такой степени, что может выйти на городские улицы, регулировщик отключается, и весь транспорт, въезжающий на автомагистраль, может двигаться свободно, не дожидаясь сигнала. Регулировщик снова включается, когда очередь на рампе уменьшается до разумного уровня. Хотя этот метод может увеличить загруженность на самой автомагистрали, он позволяет избежать остановки движения на городских магистралях, ожидающих в очереди. Очереди на въезд обычно довольно короткие, в среднем длятся всего 5–6 секунд, прежде чем водитель сможет продолжить движение по автомагистрали.
Эксперимент с рампометром Миннеаполиса и Сент-Поля
В 2000 году законодательное собрание штата Миннесота по результатам жалоб граждан и благодаря усилиям сенатора штата Дика Дей поручило провести эксперимент стоимостью 650 000 долларов. В рамках исследования на восемь недель были отключены все 433 рампометра в районе Миннеаполиса и Сент-Пола для оценки их эффективности. Исследование проводилось компанией Cambridge Systematics и показало, что при отключенных рампометрах пропускная способность автомагистралей снизилась на 9%, время в пути увеличилось на 22%, скорость движения по автомагистралям упала на 7%, а количество аварий возросло на 26%. Тем не менее, рампометры остаются предметом споров, и Министерство транспорта штата Миннесота разработало новые стратегии управления трафиком на съездах. В течение обычного дня активируется меньше рампометров, чем до исследования 2000 года, некоторые из них были демонтированы, изменены настройки времени работы, чтобы время ожидания в очереди на съезде для каждого водителя не превышало четырех минут, и транспортным средствам запрещено выезжать задним ходом на городские улицы.
Измерение основных линий
Главный линейный регулятор пропускной способности ограничивает поток транспорта с одного участка автомагистрали на другой, непосредственно регулируя интенсивность движения на автомагистрали. Такая схема обычно применяется в особых случаях, например, на мостах и в туннелях. В начале 1970-х годов главный линейный регулятор был установлен на платной площадке моста Сан-Франциско — Оклендского залива. Аналогичные регуляторы также были установлены ниже по течению от платных площадок на двух других переправах через залив Сан-Франциско: мосту Сан-Матео и мосту Дамбартон. Однако эти регуляторы пока не введены в эксплуатацию (по состоянию на сентябрь 2006 года). Главный линейный регулятор также существует на автомагистрали штата Калифорния 125 в южном направлении, на её пересечении с межштатной автомагистралью 8 в Ла-Месе, Калифорния.
Установка показателей на пандусах в Европе
Регулирование скорости на въезде на автомагистраль было внедрено в нескольких странах Европы, включая Соединенное Королевство, Германию и Нидерланды. В марте 2007 года был завершен исследовательский проект EURAMP – Европейский проект по регулированию скорости на въезде, финансируемый Европейским Союзом. Результаты проекта EURAMP включали информацию о результатах регулирования скорости на въезде в различных местах и ситуациях, а также об их эффективности, и руководство по регулированию скорости на въезде на автомагистраль.
Великобритания
Первое испытание в Великобритании было проведено на M6 J10 возле Уолсолла в 1986 году. В течение следующих двух десятилетий новые участки не разрабатывались, пока второе «пилотное» исследование, проведенное Агентством автомобильных дорог (HA) в 2006 году, не пришло к выводу, что регулирование движения на въезде обеспечивает чистую выгоду в определенных условиях, особенно на более загруженных развязках. Сводный доклад HA от ноября 2007 года содержит обзор предыстории, международного опыта, ограничений, принципов работы системы, алгоритмов и внедрения регулирования движения на въезде. В заключении отмечалось, что «ожидается более широкое внедрение регулирования движения на въезде в ближайшее время». После этого регулирование движения на въезде было широко внедрено в Англии. Фаза 1 включала в себя внедрение примерно 30 объектов и была завершена к 2008 году. Затем последовала фаза 2, и по состоянию на март 2011 года на 7242 км стратегических автомагистралей, находящихся в управлении и обслуживании HA, было установлено 88 пунктов регулирования движения на въезде.
Нидерланды
Первый регулировщик трафика на въезде на автомагистраль в Нидерландах был введен в эксплуатацию в 1989 году. В Нидерландах регулирование трафика на въезде на автомагистраль внедряется все шире после пилотного исследования, проведенного Центром транспортных исследований AVV, которое показало, что регулирование трафика на въезде может обеспечить небольшой прирост пропускной способности автомагистрали. Регулировщики трафика на въезде также могут способствовать уменьшению объезда по второстепенным дорогам. К 2006 году было установлено 50 таких устройств. Их количество увеличивается на 4-5 в год.
Германия
На автострадах в нескольких регионах Германии, включая Рейнско-Рурский район, Мюнхен и Гамбург, реализовано регулирование заезда на автомагистраль.
Италия
На трассе Tangenziale di Venezia (A57) регулирование движения на въездах было введено в качестве временного решения для борьбы с возросшим трафиком до реализации окончательного решения – строительства Passante di Mestre.
Ирландия
В Ирландии есть одна платная рампа, расположенная на съезде J1 на автомагистрали M1 (Ирландия) в северном направлении. Она находится на въездной рампе с Кулок-Лейн и используется, когда на M1 возникают заторы из-за туннеля M1 Port и дальнейшего соединения с автомагистралью M1.
Польша
Первые два устройства регулирования скорости на въезде в страну были установлены в 2022 году на двух съездах на скоростную автомагистраль S2 в Варшаве. Это последние съезды перед въездом в Урсинувский тоннель в обоих направлениях – на восток и на запад.
Япония
В ближайшие несколько лет в Японии будет установлено регулирование движения на въездах, чтобы поддерживать пропускную способность дорожного движения. Планируется установить регулирующие устройства на каждом въезде в японскую сеть автомагистралей.
Австралия
Самая большая в стране сеть регулирования трафика на съездах расположена в Мельбурне (управляется и контролируется VicRoads) на Восточном шоссе и, главным образом, на всем внутригородском участке трассы M1, включающем в себя шоссе Монаш, платную дорогу CityLink, шоссе West Gate и примыкающий к шоссе Монаш (к югу от его начала) участок шоссе Принцесс. Также имеются отдельные регуляторы трафика на съездах внутригородского участка автомагистрали Кальдер. На Тихоокеанском шоссе и шоссе Брюса (в направлении Кабультура – Gateway Mwy) в Брисбене также используется регулирование трафика на некоторых съездах, как и на съездах в северном направлении автомагистрали Квинана в Перте между шоссе Роу и Каннинг. На большинстве автомагистралей регулирование трафика активируется при обнаружении датчиками интенсивного движения, однако на некоторых автомагистралях, не оборудованных датчиками, используется активация по времени. Модернизация M1 в Мельбурне, завершенная в 2010 году, предусматривала установку 62 регуляторов трафика, координируемых с помощью комплекса алгоритмов HERO, разработанного Маркосом Папагеоргиу и его коллегами из Технического университета Крита. Система построена на платформе STREAMS и использует передовую архитектуру ITS. При необходимости все съезды могут быть объединены для устранения заторов на автомагистрали до их возникновения. Результаты испытаний показали увеличение пропускной способности на 9% по сравнению с предыдущей системой с фиксированным временем работы регуляторов, повышение средней скорости на 20 км/ч (12 миль/ч) и надежное поддержание пропускной способности в узких местах на уровне 2200 PCE на полосу. Система HERO получает данные в реальном времени каждые 20 секунд с автомагистрали, съездов и основных дорог для определения оптимального времени работы светофоров на следующие 20 секунд. Система обнаружения данных включает детекторы Sensys в каждой полосе автомагистрали с интервалом 500 м (1640 футов), а также минимум три детектора на каждом съезде, включая место входа на автомагистраль с основной дороги. Система также управляет взаимодействием основных дорог с автомагистралью, балансирует очереди и задержки на съездах и способна справляться с заторами на расстоянии 3–4 км (1,8–2,4 мили) ниже по течению от съезда. Система также дополняется информацией о времени в пути в реальном времени до ключевых пунктов назначения и информацией об инцидентах и пробках, отображаемой на специально разработанных полноцветных VMS на подъездах к съездам автомагистрали. Эта информация предоставляет водителям достаточно данных для принятия решения о целесообразности использования автомагистрали во время инцидентов и т.п. Система также обеспечивает динамическое закрытие съездов в случае серьезных происшествий.
Новая Зеландия
В настоящее время в Окленде установлено 91 устройство регулирования движения на въездах на южные, юго-западные, северные и северо-западные автомагистрали, что делает его крупнейшей системой регулирования движения на въездах в Южном полушарии. Регулирование движения на въездах было внедрено по всему Окленду после успешного испытания на Маунга-Драйв в 2004 году, перед мостом Мангери. Данные о трафике, собранные с 25 точек регулирования движения на въездах в 2007 году (до внедрения системы) и в 2009 году (после), показывают в среднем 25%-ное улучшение как продолжительности заторов, так и скорости движения, а также 8%-ное увеличение пропускной способности. Данные также свидетельствуют о среднем снижении количества ДТП на 22%. Например, когда происшествия на автомагистралях негативно влияют на прилегающие основные дороги, может быть автоматически активирована реакция на сигналы светофоров основных дорог для смягчения последствий происшествия, и наоборот. Повторяющиеся и чрезмерные очереди на въездах и выездах также могут управляться комплексно в режиме реального времени. Такое комплексное управление возможно в Окленде, поскольку одна и та же адаптивная система SCATS управляет как светофорами на основных дорогах, так и устройствами регулирования движения на въездах на автомагистрали. В Новой Зеландии намеренно используется термин "Ramp Signalling" (сигнализация на въездах) вместо "Ramp Metering" (измерение потока на въездах) как более понятное для пользователей название.
Южная Африка
На некоторое время рампомеры были установлены на съездах в южном направлении на Самарнд, в южном направлении на Старый Йоханнесбург, а также на съездах в северном и южном направлениях на Новой дороге на шоссе N1 Бен-Шоман. Установка рампометров была частью Интеллектуальной транспортной системы, запущенной в октябре 2007 года для улучшения транспортного потока между Йоханнесбургом и Преторией. С начала 2007 года рампометр также был установлен на въезде с севера от Голубой лагуны на шоссе M4 в Дурбане.
Тайвань
На автострадах Тайваня с 1993 года в часы пик применяются дозаторы трафика на въездах. Камеры фото- и видеофиксации нарушений установлены для предотвращения проезда на красный свет, однако автобусная полоса на Тайбэйском транспортном узле, от улицы Чунцин-Норт в северном направлении до Национального шоссе №1 в южном направлении, в северном районе Датонг города Тайбэй, позволяет автобусам и специально обозначенным транспортным средствам экстренных служб обходить ограничения движения, установленные дозаторами трафика.
Турция
В 2016 году на крупной автомагистрали в Стамбуле было установлено два устройства регулирования въезда. Отмечено улучшение транспортной ситуации на 10% и снижение задержек на 20%.
Исполнение
На некоторых устройствах регулирования трафика есть единственный красный сигнал на обратной стороне, синхронизированный с красным сигналом светофора, который видят водители, ожидающие в очереди. Когда водители в очереди видят красный сигнал светофора, красный сигнал на обратной стороне горит, когда светофор показывает зеленый или желтый – гаснет. Это позволяет сотрудникам дорожной полиции контролировать соблюдение правил, припарковав автомобиль или мотоцикл на обочине неподалеку от целевого светофора, наблюдая за красным сигналом и выявляя нарушителей для остановки. Кроме того, если на данном съезде есть полоса для автомобилей с несколькими пассажирами, сотрудники полиции с этой позиции могут также выявлять и останавливать водителей, незаконно использующих эту полосу для объезда очереди на съезде. На западном направлении шоссе I-80 в Окленде, Калифорния, сразу за платной зоной моста Бэй-Бридж, есть участок с надземными светофорами, которые включаются при высокой интенсивности движения, оснащенный камерами, фиксирующими номерные знаки автомобилей, проехавших на красный свет, и отправляющими штрафные квитанции.