Algorytmy poprawiające płynność ruchu na zatłoczonych autostradach
Większość dynamicznych systemów sterowania ruchem działa zgodnie z algorytmami sterowania liniowego, lokalnego lub heurystycznego. Jednak zastosowanie odpowiednich technik nielokalnych i wieloczynnikowych może znacznie skrócić całkowity czas spędzany (ang. Total Time Spent – TTS) w pojazdach przez kierowców oraz poprawić inne wskaźniki efektywności ruchu. Metody oparte na wykorzystaniu zaawansowanych technik sterowania, takie jak model sterowania predykcyjnego (ang. model predictive control – MPC), które minimalizują funkcję kosztów, jak np. TTS kierowców, znacznie poprawiają wydajność systemu ruchu w różnych badaniach symulacyjnych.
Dynamiczne zarządzanie ruchem zwiększa przepustowość autostrad
„Główny problem z MPC polega na tym, że wraz z powiększaniem się sieci szybko wydłuża się czas obliczeń, co utrudnia stosowanie scentralizowanego MPC przy rozległych sieciach”, mówi José Ramón Domínguez Frejo, główny badacz finansowanego przez UE projektu ETC-VSL. „Całkowicie scentralizowane sterowanie dużymi sieciami jest postrzegane przez większość specjalistów jako niepraktyczne i nierealistyczne”. Badania w ramach projektu przeprowadzono dzięki wsparciu programu „Maria Skłodowska-Curie”. Zespół opracował i przetestował algorytm sterowania dla zmiennych ograniczeń prędkości (ang variable speed limits – VSL), który zbliża się do zachowania optymalnego kontrolera i który może być stosowany w praktyce również w przypadku dużych sieci transportowych. VSL to ograniczenia prędkości, które zmieniają się w zależności od warunków drogowych, natężenia ruchu i pogody. Dynamiczne sterowanie ruchem wykorzystuje pomiary warunków ruchu drogowego w czasie i oblicza sygnały sterowania dynamicznego, co ma na celu wpłynięcie na zachowanie kierowców oraz uzyskanie takiej reakcji, która pozwala poprawić wydajność sieci poprzez zmniejszenie opóźnień, emisji i zużycia paliwa. VSL, systemy dozowania ruchu i pasy ruchu o zmiennych kierunkach to jedne z najczęściej stosowanych dynamicznych środków sterowania ruchem na autostradach. Środki te są już z powodzeniem wdrażane w takich krajach jak Niemcy, Hiszpania, Francja i Holandia.
Bardziej inteligentny ruch autostradowy dzięki kontrolerom VSL
Zespół zaproponował dwa kontrolery dla VSL. Pierwszy z nich to oparty na logice algorytm kontroli prędkości dla VSL, pozwalający na zmniejszenie zatorów w wąskich gardłach. Drugi to algorytm logicznego sterowania przepływem ruchu (ang. Logic-Based Traffic Flow Control – LB-TFC), zdolny do sterowania VSL razem z systemem dozorowania ruchu. Jest on zbliżony do scentralizowanego kontrolera pod względem zachowania i wydajności, a obliczenia wykonywane są niemal natychmiastowo. Partnerzy projektu przetestowali zachowanie obu kontrolerów w syntetycznej sieci oraz na odcinku autostrady SE-30 w Sewilli w Hiszpanii. Wyniki pokazują, że wydajność kontrolera LB-TFC jest dość wysoka, szczególnie w porównaniu do wydajności uzyskanej za pomocą popularnego algorytmu TFC + PI-ALINEA, który jest najbardziej znanym zintegrowanym kontrolerem dla VSL i systemów dozowania ruchu. Członkowie zespołu ETC-VSL zaproponowali również dwa kolejne kontrolery. Jeden z nich steruje VSL w przypadku powtarzających się zatorów w oparciu o obliczone offline optymalne rozwiązanie, podczas gdy drugi poprawia wydajność wcześniej zaproponowanego kontrolera dla systemu dozorowania ruchu, jeśli zatory występują na skutek wąskiego gardła, które znajduje się w dużej odległości. Ponadto, stworzono nowy model makroskopowy dla VSL, umożliwiający modelowanie różnych przepustowości, krytycznych gęstości i poziomów zgodności dla odcinków, na które mają wpływ ograniczenia prędkości. „System ETC-VSL powinien zwiększyć przepustowość istniejącej infrastruktury drogowej poprzez poprawę wydajności operacyjnej i ograniczenie występowania zatorów komunikacyjnych”, podsumowuje Domínguez Frejo. „Wdrożenie kontrolerów na prawdziwych autostradach powinno w przyszłości znacznie zmniejszyć zatory komunikacyjne, co stanowi zasadniczy krok w realizacji wizji dotyczącej inteligentnego, ekologicznego i zintegrowanego transportu, przyjętej w programie Horyzont 2020”.
Słowa kluczowe
ETC-VSL, ruch drogowy, VSL, zator, autostrada, dynamiczne sterowanie ruchem, system dozorowania ruchu, MPC
