Устройство для моделирования дорожного движения Советский патент 1989 года по МПК G09B9/04 

К)

JS.

шЩ- Jj

фи. 1

Изобретение относится к техническим средствам моделирования и обучения управлению дорожным движением и может быть использовано для исследования режимов и характеристик движния транспортных средств на улично- дорожной сети в условиях светофорного регулирования.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

На фиг. I изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - схема улично-дорожной сети с блоками индикации; на фиг. 3 - структурная схема блока синхронизации.

Устройство содержит распределител

Iвариантов движения, блоки 2 коммутции, задатчики 3 вариантов движения, блоки 4 индикации, блоки 5 задания скорости движения транспортных средств, блоки 6 задания интервалов следования транспортных средств, формирователи 7 режимов и характеристик движения, ключевые элементы 8, преобразователь 9 частоты в напряжение и блок 10 синхронизации. Каждый из формирователей 7 режимов и характеристик движения содержит элемент

IIтадержки, триггер 12, элемент 13 блок 14 элементов И и регистр 15 сдвига. Первый вход блока 14 элементов И является первым входом формирователей 7, вход элемента 11 задержки - вторым входом формирователя 7, второй вход триггера 12 - третьим входом формирователя 7, выход элемента 11 задержки подключен к первым входам регистра 15 сдвига и элемента 13 И, первый выход регистра 15 сдвиг подключен к третьему входу блока 14 элементов И и является первым выходом формирователя 7, выход блока 14 элементов И подключен к второму входу регистра 15 сдвига, второй выход которого подключен к второму входу элемента 13 И и является вторым выходом формирователя 7, выход элемента

13 И подключен к первому входу триггера 12, выход которого подключен к третьему входу регистра 15 сдвига, Второй вход блока 14 элементов И формирователя 7 режимов и характеристик движения одного из последующих перекрестков является четвертьт входом этого формирователя 7. Второй вход других формирователей 7 объединен с входом элемента 11 задержки. Выходы распределителей 1 вариантов

5

0

5

0

5

0

5

0

5

движения связаны с первыми входами формирователей 7 режимов и характеристик движения и подключены через блоки 2 коммутации к первым входам задатчиков 3 вариантов движения, выходы которых соединены с входами блоков 4 индикации, выходы блоков 5 задания скорости движения транспортных средств соединены с вторыми входами формирователей 7 режимов и характеристик движения, выходы блоков 6 задания интервалов следования подключены через ключевые элементы 8 к третьим входам соответствующих формирователей 7 режимов и характеристик движения, первый и второй выходы каждого из которых подключены соответственно к второму и третьему входам соответствующего задатчика 3 вариантов движения, выход блока 5 задания скорости одного из перекрестков через преобразователь 9 частоты в напряжение соединен с входом блока 10 синхронизации, выходы которого соеди- ,нены с входами питания соответствующих распределителей 1 вариантов движения, выходы распределителей 1 вариантов движения для предшествующих по направлению движения транспортных средств перекрестков связаны с управляющими входами ключевых элементов 8, соответствующих последую- ntmi по направлению движения транспортных средств перекрестком, четвертый вход формирователя 7 режимов и характеристик движения одного из последующих по направлению движения транспортных средств перекрестков соединен с выходом распределителя вариантов движения предшествующего перекрестка.

Регистр 15 сдвига состоит из двух групп триггеров, соединенных таким образом, что выход i-ro триггера второй группы (i-й разряд) сочинен с информационным входом (i-bl)-ro триггера первой группы, причем i изменяется от единицы до N, где N - коли- -ifcCTBo триггеров в каждой группе равное количеству элементов И в блоке 14 количеству световых указателей и ключей, управляющих их включением н блоке 4 индикации, и пропорциональг ное длине подхода ц перекрестку, а выход 1-го триггера первой группы соединен с информационным входом i-ro триггера второй группы. Управляющие входы ключей в задатчиках 3

51

вариантов дв,.ия связаны с их вторыми и третьими входами.

Блоки 4 индикации объединены в схему 16 улично-дорожной сети, на которой представляется состояние транспортных потоков и органов регулирования движения - макетов светофоров. Ключевые элементы 8 выполнены, например, в виде реле с нормально замкнутыми (разомкнутыми) контактами. Блок 10 синхронизации предназначен для организации совместной работы органов регулирования движения и распределителей 1 вариантов движения на перекрестках в режимах, соответствую цих реальным режимам связанного движения транспортных средств зеленая улица или зеленая волна.

Блок 10 синхронизации содержит блок 17 задания уровней напряжения, тумблер 18, интегратор 19, компараторы 20, ключи 21, источник 22 питания. Входом блока 10 синхронизации является вход тумблера 18, выходами выходы ключей 21, Выход тумблера 18 соединен с входом интегратора 19, выход которого связан с первыми входами компараторов 20, вторые входы которьсх подключены к выходам блока 17 задания уровней напряжейия, а вы- , ходы соединены с управляющими входами ключей 21, другие входы которых подключены к источнику 22 питания, а выходы являются выходами бло ,ка 10 синхронизации.

Устройство работает следующим об-- разом.

1. Моделирование непрерьгвного движения в зоне нескольких перекрестков .

При подаче распределителем 1 вариантов движения к-го перекрестка разрешающего сигнала, соответствующего логическому уровню О, этот сигнал через разделительные диоды поступает на первые входы элементов И блока 14 элементов И, и в момент времени, соо ветствующий приходу импульса с выхода блока 5 задания скорости транспортных средств на вторые входы элементов И блока 14, разрешает прохождение тактовых импульсов на вторые входы регистра 15 сдвига, образованные входами синхронизации триггеров 1-й группы. Регистр 15 сдвига работает по двухтактной схеме. В первом такте импульсами с выходов блока 14 передается содержимое триггеров

26

второй группы и содержимое триггера 12 в триггеры первой группы. Во втором такте задержанными импульсами с выхода элемента 11 задержки, поступающими на входы синхронизации триггеров второй группы, образующих первые входы регистра 15 сдвига, передается содержимое триггеров первой группы в триггеры второй группы и осуществляется сдвиг информации, записанной в младший разряд регистра 15 сдвига на один разряд влево. Одновременно импульсами с выхода младшего разряда регистра 15 сдвига, образующего его второй выход, осуществляется установка триггера 12 в исходное состояние при поступлении импульса синхронизации с выхода элемента I1 задержки, после чего он готов к приему новой информации, например, импульса логического уровня 1,с выхода блока 6 задания интервалов

следования. Таким образом, появление

(11 1

логического уровня

на выходе

(младшего разряда регистра 15 сдвига разрешается триггером 12 при поступлении на его вход очередного импульса с генератора блока 6 задания интервалов следования, и дальнейшего продвижения влево по разрядам регистра 15 сдвига осуществляется с частотой, задаваемой генератором блока 5 задания скорости движения транспортных

средств. Одновременно через блок 3 задания вариантов движения обеспечивается блоком 4 индикации появление светового указателя наличия транспортного средства на макете перекрестка, отстающего по времени от появления предыдущего указателя на величину id t, а перемещение указателя по макету полосы движения осуществляется дискретно с периодом 4tj, где

4t, I/f , 4ti l/f, f, и f 1 - частоты следования импульсов с выходов блоков 6 и 5 соответственно, причем f кратно f,. Период Jt соответствует в масштабе моделируемому интервалу следования, частота f - скорости движения, а произведение f , f - интенсивности движения. В случае наличия разрешающего сигнала на движение, например, на К-м перекрестке, этим

сигналом поддерживается открытие состояния ключевого элемента 8 на (К+1)-м перекрестке по нгшравлению оделируемого движения, вследствие его с выхода блока 6 задания интер10

t5

20

71518826

вйлов следования для (К+1)-го перекрестка поступают через открытый ключевой элемент 8 импульса логического уровня 1 на третий вход формирователя 7 режимов и характеристик движения, которые записываются в младший разряд регистра 15 сдвига данного формирователя 7, что соответствует появлению светового указателя в блоке 4 индикации на макете (К+1)-го перекрестка с периодом 4t, и продвижению его по макету полосы движения дискретно с периодом dtj, задаваемыми блоками 6 и 5 соответственно для (К+1)-го перекрестка. Аналогично при наличии разрешающего сигнала на движе+ ние на (К+1)-м перекрестке им поддерживается открытое состояние ключевого элемента 8 на (К+2)-м перекрестке, с выхода блока 6 задания интервалов следования (К+2)-го перекрестка на третий вход формирователя 7 режимов и характеристик движения этого же перекрестка, что соответствует появле- 25 нию и продвижению световых указателей в блоке 4 индикации на макете (К+2)-го перекрестка, т.е. моделированию не- пре - ьшного движения (зоны 1 на фиг. 2).

L. Моделирование образований и разъездов очередей транспортных средств в зоне нескольких перекрестков и моделирование их движения по перегонам.

При появлении на выходе распределителя 1 вариантов движения К-го перекрестка, .запрещающего сигнал логического уровня 1 регистр 15 сдвига переходит в режим накопления В этом случае вследствие наличия обратной связи через разделительные диоды с первых выходов регистра 15 сдвига на третьи входы блока 14 элементов И и запрета с распределителя 1 вариантов

8

30

35

40

крестке в направлении движения (зона 2 на фиг. 2).

При подаче запрещающего сигнала н движение на К-м перекрестке этот сигнал с выхода распределителя 1 вариантов движения поступает на управляющий вход ключевого элемента 8 (К+1)-го перекрестка, который пре- рьшает поступление импульсов от блока 6 задания интервалов следования на третий вход формирователя 7 режимов и характеристик движения (К+1)-го перекрестка, сигналы логического уровня 1 в младщий разряд регистра сдвига не записьшаются, и на макете полосы движения блока 4 ин дикации данного перекрестка, в ее начальном сечении не происходит появ ления светового указателя и дальнейшего его продвижения по полосе движения. По другим разрядам регистра 15 сдвига осуществляется сдвиг информации логического уровня 1, записанной в нем ранее от блока 6 втэ время нахождения ключевого элемента 8 в открытом состоянии. В результате на макете полосы движения между двумя перекрестками образуется свободная от световых указателей зона 2j моделирующая разрьюы в транспортном потоке на перегоне между соседними перекрестками с Величина этой зоны меняется во времени и зависит от сос тояний распределителей 1 вариантов двилсения на смежных перекрестках, например на К-м и (К+1)-м, Тем саньм моделируется меняющаяся плотность транспортного потока на полосе движения. В случае, например, наличия запрещающего сигнала на движение на К-м перекрестке и разрешающего сигнала на (К+1)м перекрестке ве,г1и- чина этой зоны (разрьша ) увеличивадвижения, тактовые импульсы не посту- ,,; ется. Если же на К-м и (К+1)-м пе- пают на входы триггеров первой груп- рекрестках присутствует разрешающий

8

0

5

0

5

30

35

40

крестке в направлении движения (зона 2 на фиг. 2).

При подаче запрещающего сигнала на движение на К-м перекрестке этот сигнал с выхода распределителя 1 вариантов движения поступает на управляющий вход ключевого элемента 8 (К+1)-го перекрестка, который пре- рьшает поступление импульсов от блока 6 задания интервалов следования на третий вход формирователя 7 режимов и характеристик движения (К+1)-го перекрестка, сигналы логического уровня 1 в младщий разряд регистра сдвига не записьшаются, и на макете полосы движения блока 4 индикации данного перекрестка, в ее начальном сечении не происходит появления светового указателя и дальнейшего его продвижения по полосе движения. По другим разрядам регистра 15 сдвига осуществляется сдвиг информации логического уровня 1, записанной в нем ранее от блока 6 втэ время нахождения ключевого элемента 8 в открытом состоянии. В результате на макете полосы движения между двумя перекрестками образуется свободная от световых указателей зона 2j моделирующая разрьюы в транспортном потоке на перегоне между соседними перекрестками с Величина этой зоны меняется во времени и зависит от состояний распределителей 1 вариантов двилсения на смежных перекрестках, например на К-м и (К+1)-м, Тем саньм моделируется меняющаяся плотность транспортного потока на полосе движения. В случае, например, наличия запрещающего сигнала на движение на К-м перекрестке и разрешающего сигнала на (К+1)м перекрестке ве,г1и- чина этой зоны (разрьша ) увеличива

Изобретение относится к техническим средствам моделирования и обучения управлению дорожным движением и может быть использовано для исследования режимов и характеристик движения транспортных средств на улично-дорожной сети в условиях светофорного регулирования. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Устройство содержит распределители 1 вариантов движения, блоки 2 коммутации, задатчик 3 вариантов движения, блоки 4 индикации, блоки 5 задания скорости движения, блоки 6 задания интервалов следования, формирователи 7 режимов и характеристик движения, ключевые элементы 8, преобразователь 9 частоты в напряжение и блок синхронизации. Устройство обеспечивает моделирование непрерывного движения в зоне нескольких перекрестков, образования и разъездов очередей в зоне нескольких перекрестков, движения в условиях координированного регулирования по принципу "зеленая волна" и в условиях регулирования по принципу "зеленая улица" и движения в условиях независимого регулирования. 3 ил.

пы, начиная, например, с двух старших разрядов. Тогда запрещается передача содержимого триггеров первой группы в триггеры второй, и сдвиг информации происходит только в оставшихся младших разрядах, а начиная со старшего разряда на выходах регистра 15 сдвига устанавливаются последовательно через один разряд сигналы логического уровня 1, при этом световые указатели блока 4 индикации имитируют остановку транспортных средств и образование очереди на К-м пере0

5

сигнал на движение в регистр 15 сдвига формирователя 7 режимов и характеристик движения (К+)-го перекрестка записьшается с частотой f, и по его разрядам сдвигается с периодом 4ti информация, то ключевой элемент 8 (К+2)-го перекрестка открыт, информация поступает и в регистр 15 сдвига формирователя 7 (К+2)-го перекрестка, в котором происходит или непре- рьюный сдвиг - при разрешающем Сигнале на движение от распределителя 1 вариантов движения (К+2)-го перекрестка, или при запрещающем сигнал на выходах регистра 15 сдвига устанавливаются последовательно через один разряд сигнала логического уровня 1, при этом световые указатели блока 4 индикации на макете полосы движения (К+2)-го перекрестка имитируют остановку транспортных средств и образование очереди (зона 4 на фиг. 2),

Значение скорости движения транспортных средств, пропорциональное частоте импульсов с выхода блока 5 К-го перекрестка, образуется преобразователем частоты в напряжение в пропорциональную скорости величину напряжения, которое после перевода устройства в режим зеленая волна замыканием тумблера 18 поступает на вход интегратора 19. Процесс изменения напряжения на выходе интегратора 19 имитирует продвижение транспортных средств по улично-дорожной сети, при этом величина напряжения пропорциональна пройденному пути--. Это на- пряя.ение поступает на первые входы компараторов 20, на вторые входы которых от блока 17 поданы напряжения, величины которых пропорциональны длинам перегонов от К-го перекрестка до остальных в направлении движения.

В моменты равенства напряжений с выхода интегратора 19 и выходов блока 17 компараторы 20 изменяют свое состояние и открьшают ключи 21, через которые от источника 22 питающее напряжение в определенные моменты времени подается последовательно на распределители 1 вариантов движения на К-м, K-fr)-M, (К+2)-м и т.д. перекрестках, запускает их, начиная, например, с разрешающего (зеленого сигнала, т.е. открьшая возможность движения подошедшим транспортным средствам. В дальнейшем распределители 1 функционируют по присущей каждому из них временной программе. Совместная работа распределителей 1 вариантов движения на направления движения транспортных средств моделирует работу светофорной сигнализации по принципу зеленая волна, а соответствующие распределители 1 регули0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

руют изменения состояний регистров сдвига в формирователях 7 и соответст-. венно изменения состояний световых указателей в блоках 4 индикации. Таким образом, на схеме 16 индицируется перемещение световых указателей, моделирующее беспрепятственное движение транспортных средств в направлении координации. Изменениями величин напряжений на вторых входах компараторов может быть достигнута та или иная степень безостановочного проезда (за счет изменения сдвига в подаче зеленого сигнала).

При необходимости моделирования движения в условиях регулирования по принципу зеленая улица на всех выходах блока 17 задания уровней напряжения устанавливается одинаковое значение напряжения, например, ноль. Тогда включение разрешающего сигнала на К-м, (К+1)-м, (К+2)-м и т.д. перекрестках осуществляется одновременно и через данные перекрестки, по макетам полос движения осуществляется не- прерьшное перемещение световых указателей, моделирующее движение транспортных средств по принципу зелелая улица.

Б этом случае в блоке 17 задания уровней напряжения устанавливаются произвольные, например случайные, подчиняющиеся нормальному закону распределения, значения напряжений, поступающих на вторые входы компараторов 20. При замыкании тумблера 18 и возрастании напряжения на выходе интегратора 19 срабатьшание компараторов 20, открытие ключей 21 и подача питания на распределитель 1 вариантов движения осуществляется случайным образом, а перемещение световых указателей в блоках 4 индикации будет определяться функционированием распределителей 1 .

В блоке 17 уровни напряжений устанавливаются таким образом, чтобы, например, были равны между собой напряжения, подаваемые на входы компараторов 20 всех нечетных перекрестков и были равны между собой напряжения, подаваемые на входы компараторов всех четных перекрестков (по направ11

лению движения). Соотношение этих двух не равных друг другу величин налряж ений задается, например, по величине скорости движения транспортных средств в начальном сечении, т.е. по частоте импульсов блока 5 задания скорости на ключевом перекрестке и средней длине перегона между перекрестками. Тогда на сосед- них перекрестках обеспечивается сочетание разрешающего и запрещающего сигналов с распределителей 1, а на перекрестках через один сигналы будут однородными, В этом случае при моделировании свободного движения, например, на К-м перекрестке, на (К+1)-м перекрестке осуществляется накопление очереди, но при движении световых указателей К-го пере- крестка в зоне (К+1)-го и достижении (по времени) ими подхода к (К+ +)-му перекрестку, сигнал распределителя 1 на нем изменит свое состояние на разрешающий, произойдет разъезд накопленной очереди и продвижение через (К+1)-й. перекресток световых указателей, проследовавших ранее через К-й перекресток.

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается возможност моделирования в реальном времени режимов и характеристик связанного и независимого дорожного движения на группе перекрестков, входящих в улич но-дорожную сеть, в условиях реализации различных способов светофорного регулирования, а также возможность исследования плотности транспортного потока, транспортных задержек и очередей на магистралях при различных параметрах режимов координированного регулирования, что расширяет функциональные возможности устройства,

6

Формул

и

12 зоб

р е т е н и я

1,Устройство для моделирования дорожного движения по авт, ев,

№ 1065870, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено ключевыми элементами, преобразователем частоты в напряжение и блоком синхронизации, при этом выходы блоков задания интервалов следования через ключевые элементы подключены к третьим входам соответствующих формирователей режимов и характеристик движения, выход блока задания скорости одного из перекрестков через преобразователь частоты в напряжение соединен с входом блока синхронизации, выходы блока синхронизации соединены с входами I питания соответствующих распределителей вариантов движения, выходы распределителей вариантов движения для предшествующих по направлению движения транспортных средств перекрестков связаны с управляющими входами ключевых элементов, соответствующих последующим по направлению движения транспортных средств перекресткам, и четвертый вход формирователя режимов и характеристик движения одного из последующих по направлению движения транспортных средств перекрестков соединен с выходом распределителя вариантов движения предшествующего перекрестка,

2,Устройство по п, 1, отличающееся тем, что четвертый вход формирователя режимов и характеристик движения одного из последующих по направлению движения транспортных средств перекрестков соединен с вторыми входами элементов И блока элементов И этого формирователя ,

перекресток

JoMQ Зона

Фи1.1

() ne- ffKpecroK

(

II

П