Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Автоматизированная система адаптивного регулирования дорожных потоков
НТТМ-2017-1927 | Категория I

Автор:

Ерохин Иван Алексеевич

Научный руководитель:
Минченко Михаил Михайлович
Организация:
ГБОУ Лицей информационных технологий №1537,
Москва
Цель работы
Цель работы – разработка и реализация прототипа автоматизированной системы адаптивного регулирования дорожного движения (АСАР), обеспечивающей контроль пропуска машин на пересекающихся дорожных потоках (на перекрёстке) на основе оперативно получаемой из единого управляющего центра (сервера) оценки мощности движения потоков машин.
Основная задача – уменьшение среднего времени ожидания автомобилей на перекрёстке, разгрузка затруднённых участков дорожного движения без участия человека (сотрудника ГИБДД): система регулирует автомобильное движение на основе самостоятельного анализа текущей дорожной ситуации.
Обзор предметной области
Актуальность разработки определяется тем, что в настоящее время одним из существенных факторов низкой пропускной способности городских автодорог является нерациональная организация пропуска потоков машин на перекрестках.
Внедрение разработанной АСАР позволит повысить эффективность организации дорожного движения на перекрёстках. Предложенный вариант АСАР имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогами: в отличие от светофоров, основанных на видеокамерах, АСАР способна контролировать движение не только очень крупных разъездов, имеющих камеры, но также и малые перекрёстки. Также стоит отметить тот факт, что дорожные камеры не рассчитаны на фиксацию каждой машины на дороге и её точного направления. Камеры способны лишь дать информацию о приблизительной загруженности дороги, в то время как АСАР считывает максимально полную информацию о дорожном трафике. Благодаря этому АСАР способна максимально эффективно получать информацию о трафике, также стоит отметить возможность увеличения области действия АСАР, в то время когда светофоры считывающие сигнал камерами лишены такой возможности. В отличие от светофоров, которые регулируют трафик на основе статистических исследований, АСАР способна оперативно реагировать на изменения в устоявшейся статистике движения на перекрёстке.
Описание результатов проекта
В результате выполнения работы были реализованы следующие задачи:
- разработан алгоритм, распределяющий движения пересекающихся потоков;
- создан прототип автономной системы адаптивного регулирования потоков;
- разработан прототип перекрёстка для апробации работы АСАР;
- алгоритм был успешно внедрён в прототип перекрёстка;
- реализована визуализация потоков трафика перекрёстка;
- проведена апробация работы АСАР на конкретном примере.
Методика реализации АСАР опирается на следующий принцип работы: управление циклами работы светофора происходит на основе оперативного получения информации об интенсивности движения пересекающихся потоков. После каждого цикла светофор производит переоценку мощности дорожных потоков и составляет соотношение длительности зелёного света для двух направлений движения. Получение информации о текущем потоке машин предлагается осуществлять с использованием смартфонов водителей – смартфон будет отправлять информацию о своём приближении на сервер: при приближении машины к перекрёстку, посредством программного обеспечения мобильного телефона (или встроенного машинного оборудования), сигнал о въезде в активную зону светофора отправляется на сервер, откуда его получает светофор. Таким образом, считывая данные с сервера, светофор составляет соотношение длительности движения по потокам.
При выполнении программной реализации алгоритмов обработки данных используется предложенный автором принцип адаптивной системы расширения активной зоны работы, в качестве которой рассматриваются два прямоугольных участка расположенных по направлению движения машин шириной, равной дороге, и изменяющейся длиной. Расширения динамически изменяющейся зоны действия происходит посредством оценки потока. Минимальная длина достигается при мощном потоке машин, а максимальная длина – при отсутствии потока машин. Каждое направление изменяется независимо от другого.
Для апробации предлагаемого метода регулирования дорожных потоков выполнена программная реализация прототипа АСАР, моделирующего работу адаптивных светофоров. Программа прототипа реализована на языке C++ с использованием объектно-ориентированного подхода и состоит из двух основных частей (подсистем), взаимодействие которых обеспечивает возможность определения и демонстрации эффективности разработанных адаптивных алгоритмов переключений светофоров: 1) система управления светофорами; 2) моделирование движения и визуализация потоков трафика.
Для обеспечения гибкости и расширяемости программная реализация первой части АСАР – системы управления светофорами –выполнена в форме иерархической системы классов. Вторая подсистема АСАР, отвечающая за моделирование движения и визуализацию потоков трафика, выполняется в отдельном потоке и передаёт подсистеме управления светофорами информацию о потоках автомобилей. Визуализация также осуществляется в отдельном потоке, что положительно сказывается на быстродействии остальной части системы. Визуализация реализована с использованием API OpenGL 4.5.
Симуляция и адаптивный алгоритм выбора продолжительности состояний светофоров считаются успешными, если за время моделирования не возникло столкновений автомобилей. Затем рассчитывается пропускная способность участка дороги при использовании различных алгоритмов и выбирается наиболее эффективный вариант.
Описание применимости
Внедрение разработанной АСАР позволит повысить эффективность организации дорожного движения на перекрёстках.
Предложенная программная структура позволит в дальнейшем использовать программный код реализованного прототипа для реальной системы управления движением. Гибкая архитектура в дальнейшем позволит моделировать работу сложных перекрёстков, а также поддерживать работу с трамвайными, пешеходными и велосипедными светофорами.
В результате внедрения разработанной АСАР ожидается повышение эффективности организации дорожного движения на перекрёстках. АСАР имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогами: в отличие от светофоров, основанных на видеокамерах, АСАР способна контролировать движение не только очень крупных разъездов, имеющих камеры, но также и малые перекрёстки; в отличие от статистических светофоров, АСАР проще в обслуживании – требуются всего лишь сотрудники для обслуживания сервера, а не целый отдел статистики. Предложенный принцип динамического изменения активной зоны работы позволит получать более объективную информацию о перекрёстке. Она расширит зону обработки при затруднённом движении, что позволит объективнее пропускать машины, а также сократит время ожидания в ночное время суток, при слабом потоке машин.
Дальнейшее развитие проекта
Поскольку к одному серверу можно подключить несколько светофоров, с увеличением количества обрабатываемых светофоров АСАР становится экономически более выгодной. Дальнейшее развитие проекта связано с апробацией его в реальных условиях системы перекрёстков. Далее развитие АСАР следует направить в сторону плотного обмена информации между перекрёстками, для ввода в АСАР возможности предсказывать мощные потоки автомашин, их более рационального пропуска.

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ

E-mail: info@konkurs-nttm.ru