Введение

Сигнальное время — это техника, которую инженеры дорожного движения используют для распределения права проезда на перекрестке, регулируемом светофорами. Этот процесс включает в себя выбор оптимальных значений параметров времени, которые реализуются в специализированных контроллерах светофорного оборудования. Сигнальное время подразумевает определение продолжительности зеленого сигнала для каждого направления или подхода к перекрестку (в зависимости от конфигурации полос движения), длительности сигнала пешеходного перехода "Иди", а также вопрос о приоритете для поездов или автобусов и множество других факторов.

Основные действия синхронизации сигнала

В основах организации работы светофоров существуют различные режимы, в которых может работать контроллер светофора, управляющий сигналом. Дорожные светофоры можно разделить на две основные группы по способу их работы. Они могут быть либо с фиксированным временем работы, либо с управлением по требованию. Светофоры с фиксированным временем работы обеспечивают каждому направлению движения на перекрестке заранее установленное время, последовательно обслуживая каждое направление и повторяя цикл. В нормальном режиме работы ни одно направление не пропускается. Светофор с управлением по требованию использует механизм для обнаружения транспортных средств при приближении к перекрестку. Если обнаружение произошло, зеленое время предоставляется этому направлению. Направления без обнаружения пропускаются. Эти две схемы также называют временной и фазной организацией работы светофора. Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) разработала стандартную схему, позволяющую обслуживать каждое движение на перекрестке, не допуская одновременного возникновения конфликтующих движений. Эта схема обычно называется фазной схемой NEMA. Одним из наиболее распространенных методов обнаружения является индукционная петля. Другие методы включают магнитометры, видеокамеры, инфракрасные датчики, радары и микроволновые детекторы. Типичная установка индукционной петли может иметь размеры до 1,8 метра на 1,8 метра или 1,8 метра в ширину и 9 метров в длину. Могут использоваться и другие формы, включая круглые и шестиугольные петли. Они врезаются в дорожное полотно или укладываются под его поверхность. Предпочтительным материалом провода является многожильная медь с изолирующим покрытием, окруженная защитной оболочкой. Электрически это плоская катушка в конструкции дорожного покрытия, которая обнаруживает транспортные средства по изменению магнитного поля индуктивности катушки при прохождении через поле металлического корпуса автомобиля. Электронный датчик в шкафу контроллера фиксирует изменение магнитного поля. Выход с сенсорной электроники – это замыкание "контакта". Это может быть электромеханическое реле или твердотельное устройство. "Контакт" обычно замкнут (NC) в обесточенном состоянии, но размыкается при подаче питания в цепь. Это называется "отказ в вызове", чтобы в случае неисправности сенсорной электроники выходной сигнал подавал "вызов" контроллеру, как если бы на петле обнаружено транспортное средство. Видеокамеры (как обычные, так и инфракрасные) используют изменение контрастности в зоне обнаружения изображения для обнаружения транспортных средств. Все методы обнаружения, кроме индукционных петель и магнитометров, теряют в точности из-за явления окклюзии. Это ограничивает видимость камер в определенных ситуациях. Существуют различные категории светофоров с управлением по требованию. Чтобы сэкономить на обслуживании, некоторые организации предпочитают проектировать перекресток как полуактивированный. Полуактивированный светофор означает, что обнаружение транспортных средств осуществляется только на второстепенных подъездах и на поворотах налево с основных улиц. Затем весь перекресток программируется на работу с фиксированным временем в каждом цикле, но контроллер обслуживает другие направления движения только при наличии "вызова" или потребности. Серия светофоров на магистрали, работающих в полуактивированном или фиксированном режиме и, что важно, с одинаковой длиной цикла, может быть настроена на работу в согласованном режиме. Во время координации светофоров большинство систем обычно проектируются для работы в полуактивированном режиме. В фиксированном режиме контроллер имеет установленное время для обслуживания всех направлений движения в каждом цикле. Контроллер обслуживает все направления движения независимо от наличия транспортного спроса. Если детектор на светофоре с управлением по требованию выходит из строя, это направление движения должно работать в фиксированном режиме до ремонта детектора. Существует три основных режима работы светофора: СВОБОДНЫЙ, СОГЛАСОВАННЫЙ и МИГАЮЩИЙ. В СВОБОДНОМ режиме светофор работает на основе собственного спроса и параметров синхронизации, основанных на информации, предоставляемой его детекторами. Он не работает в рамках какой-либо фоновой длины цикла. В СОГЛАСОВАННОМ режиме, сокращенно от "координация", светофор работает в рамках фоновой длины цикла. Движение по второстепенным улицам обычно остается с управлением по требованию, и контроллер ожидает окончания фоновой длины цикла на основной улице. Последний режим – МИГАЮЩИЙ, в котором все сигнальные головы транспортных средств непрерывно отображают мигающий красный сигнал, или основная улица показывает мигающий желтый, а остальные – мигающий красный. Сигналы для пешеходов не горят. Когда объем транспортных средств на перекрестке больше не требует работы светофора, он может переключиться в МИГАЮЩИЙ режим. Когда объем движения увеличивается, светофор возвращается в СВОБОДНЫЙ или СОГЛАСОВАННЫЙ режим. Например, ежедневная работа светофора может включать в себя МИГАЮЩИЙ режим рано утром, СОГЛАСОВАННЫЙ режим в течение дня, СВОБОДНЫЙ режим вечером и снова МИГАЮЩИЙ режим поздно ночью. Его также можно настроить на мигание до отмены, что фактически превращает его в маяк, если светофор устарел.

Основные функции синхронизации

Для работы контроллера необходимо запрограммировать несколько основных функций синхронизации. Время MIN определяет минимальную продолжительность зеленого интервала для каждого направления движения. Левые повороты, второстепенные и главные улицы, как правило, имеют разные значения MIN. Интервалы для левых поворотов и второстепенных улиц часто находятся в диапазоне от 4 до 10 секунд, в то время как для главных улиц этот показатель часто превышает 15 секунд. Время пропуска, продления или прохождения определяет расширяемую часть зеленого времени для направления движения. Направление движения остается в расширяемой части, пока присутствует запрос и не истек таймер прохождения. Если интервал установлен в три секунды и после этих трех секунд транспортное средство отсутствует, движение прекращается. MAX определяет максимальную продолжительность зеленого интервала. Если на перекрестке нет конфликтующих требований, контроллер игнорирует значение MAX и остается в режиме движения по главной улице. Желтый интервал определяет время горения желтого сигнала для соответствующего направления движения. Красный интервал определяет время горения красного сигнала для соответствующего направления движения. Время для пешеходов определяет продолжительность сигнала пешеходного перехода. Время мигающего сигнала "Не ходить" определяет продолжительность мигающего сигнала пешеходного перехода. Оно рассчитывается как длина пешеходного перехода, деленная на скорость 3,5 фута в секунду, минус желтый интервал для смежного транспортного потока. Длина цикла контролирует время от начала желтого сигнала главной улицы до начала следующего желтого сигнала главной улицы для целей координации. Обычно его задает главный контроллер для конкретного плана. Это также используется, если к сигналу не подключены датчики. Смещение (Offset) контролирует время начала и/или окончания зеленого сигнала главной улицы, чтобы поддерживать синхронизацию сигнала с другими сигналами в рамках общего плана синхронизации. Этот график может быть задан главным контроллером для конкретного используемого плана.

Координация

Координация (более правильный термин – прогрессия) подразумевает синхронизацию сигналов светофоров таким образом, чтобы «группа» автомобилей, движущихся по улице, прибывала к последовательности зеленых сигналов и проходила несколько перекрестков без остановок. Хорошо настроенная система светофоров может повысить пропускную способность, снизить задержки и минимизировать загрязнение окружающей среды. Однако не всегда возможно обеспечить прогрессию по всей сети светофоров. Также сложно поддерживать прогрессию на двухполосной улице. Один из первых инженеров-транспортников, Генри Барнс, который занимал должность комиссара по транспорту во многих городах, включая Балтимор (Мэриленд) и Нью-Йорк, разработал скоординированные режимы работы светофоров, позволяющие пропускать большие потоки транспорта по основным магистралям. Настройка времени работы светофоров – очень сложная задача. Например, установка длительности сигнала «пешеходный переход» для широкого пешеходного перехода и медлительных пешеходов (например, пожилых людей) может привести к длительному ожиданию автомобилей, что повышает вероятность проезда на красный свет и, как следствие, риск аварий. Поэтому оптимизация безопасности перекрестков включает в себя множество факторов, таких как ширина улицы, ширина полос движения, количество пересекающихся улиц, наличие электропитания для светофора, интенсивность движения (количество автомобилей в единицу времени) и характер потока (равномерный или неравномерный), количество и тип пешеходов, а также многие другие параметры. Светофоры могут быть запрограммированы на различные режимы работы в зависимости от времени суток. Некоторые системы управления светофорами адаптируют режимы работы в зависимости от текущей дорожной обстановки.

Исследования

Стандартизация процедур, стандартов и передовых практик в области синхронизации сигналов была завершена и оформлена в виде Руководства по синхронизации сигналов, спонсируемого Федеральным управлением автомобильных дорог. Руководство по синхронизации сигналов – это справочное пособие, составленное компаниями Kittelson & Associates, Inc., Техасским транспортным институтом, Институтом транспортных инженеров (ITE) и Университетом Мэриленда. В марте 2020 года ITE приняла рекомендации Матса Ярльстрома, инженера-консультанта из Бивертона (штат Орегон), относительно времени работы желтого сигнала светофора. Ярльстрем начал изучать этот вопрос после того, как в 2013 году его жена получила штраф с камеры фиксации нарушений. После публикации его результатов штат Орегон оштрафовал его за осуществление инженерной деятельности без соответствующей лицензии. Ярльстрем, имеющий степень в области электротехники, подал иск в федеральный окружной суд, заявив о нарушении его прав, гарантированных Первой поправкой к Конституции. Суд поддержал его, постановив, что штат не имеет права ограничивать использование слова "инженер".