Management of Traffic Lights

Bakalárka práca sa zaoberá správou križovatkovej signalizácie. Hlavným prvkom signalizácie využívanej vrámci práce sú križovatkové svetlá.

Teoretická časť obsahuje prehľad terminológie pre zabezpečenie unimorfného porozumenia problematiky. Prvá časť sa zaoberá definovaním a vysvetlením konceptu modelovania a simulácie, a s týmito odvetviami spojenými termínmi. Druhá časť obsahuje vysvetlenie problematiky dopravy. Dopravná problematika sa zaoberá špecifikáciou užívateľov dopravy, bezpečenosťou premávky, dopravnými nehodami, a následne aj hlavným zameraním na koncept križovatkových svetiel.

V podkapitole zaoberajúcej sa dopravnými nehodami sa taktiež vyskytujú viaceré revolučné spôsoby minimalizácie vplyvu dopravných nehôd formou úpravy transportačnej infraštruktúry. Podkapitola križovatkových svetiel je zameraná na definíciu prínosu a implementácie týchto zariadení. Princíp spravovania križovatkových fáz je vysvetlený na typickej štvorsmernej križovatke za pomoci ring-and-barrier diagramu. Táto podkapitola taktiež obsahuje definíciu plánu riadenia svetlenej signalizácie križovatiek, ktorý je elementárnou súčasťou vytvárania vylepšených a optimalizovaných riešení v tejto bakalárskej práci. Za poslednú podkapitolu dopravnej problematiky bola zvolená problematika odbočovania vľavo. Doležitosť tejto podkapitoly zdôrazňuje fakt, že ide o najnebezpečnejší šoférovací manéver spojený s dopravnými križovatkami. Podkapitola úvadza dva rozdielne prístupy k problému. Jeden zo smeru bezpečnosti, a to presnejšie chránené odbočovanie vľavo. To je vykonávané pomocou dodatočnej fázy určenej len pre toto odbočovanie, ktoré má však ako dôsledok aj zníženie priepustnosti križovatky. Druhý skúmaný prístup k odbočovaniu vľavo je viac zameraný na efektivitu križovatky, avšak zároveň je náchylnejší na dopravné nehody. Neochránené odbočovanie vľavo ale vychádza z predpokladu, že oproti idúce dopravné prúdy umožňujú odbočovanie vľavo formou medzier v plynulosti premávky.

V teoretickej časti práce je taktiež uvedený prehľad simulačných softvérových možností, ktoré môžu byť použité pri vytváraní a následnom experimentovaní so zvoleným problémom. Väčší dôraz je následne kladený na simulačný softvér použitý pri realizácii výskumnej časti bakalárskej práce. Táto podkapitola obsahuje prehľad základných prostriedkov zvoleného simulačného softvéru, ktoré boli použité pri vytváraní modelu, ako aj pri samotnej optimalizácii plánov riadenia svetlenej signalizácie križovatiek. Taktiež je vysvetlený spôsob zhromažďovania meraných cieľov práce pomocou zvoleného simulačného softvéru.

V časti vytvárania modelu bol zvolený dopravný úsek reprezentujúci časť mestskej dopravnej siete často sa vyskytujúci v blízkosti centra mesta. To znamená, že väčšina zamestnanej populácie v rozvinutých krajinách príde do kontaktu s týmto typom križovatky na každodennej báze. Samotný zvolený dopravný uzol je formou generalizácie, nakoľko neodpovedá konkrétnemu dopravnému úseku. Pre stanovenie zvládnuteľnej mierky problému bola zvolená časť dopravnej siete obsahujúca mierne neštandardnú štvorsmerú križovatku, priamo napojenú na typickú križovatku s tvarom T. Zvolený dopravný uzol odpovedá 19 dopravným cestám a 12 peším. Cesty určené len pre motorizovanú dopravu odpovedajú viac než 3 kilometrom použiteľných dopravných ciest. 

Vytvorený model má špecifikované predvolené konfigurácie vytvorené formou zvoleného simulačného softvéru. Tie sú následne považované za základné konfiguračné nastavenia svetelnej signalizácie a všetky sukcesívne vylepšenia sú voči nim porovnávané. Ťažiskom všetkých vylepšení sú fázy križovatkových svetiel. Možnosti ich konfigurácie a všetky limitácie týchto prístupov a ich preferované použitie v rozlišných dopravných situáciách sú kriticky analyzované.

V neposlednom rade je v časti vytvárania modelu definované rozdelenie a špecifikácia použitých dopravných aktérov. Toto rozdelenie bolo určené na základe informácií získaných od Európskeho Štatistického Úradu (EUROSTAT). Model obsahuje 4 typy bežných dopravných vozidiel, každé z nich s inými fyzikálnymi vlastnosťami.

Simulačný model zvolenej časti dopravnej siete obsahuje taktiež verejnú dopravu. Systém správy verejnej dopravy je z veľkej časti prispôsobený verejnej doprave v meste Brno, avšak nie je mu úplne izomorfný.

V poslednom rade je doležité taktiež spomenúť spôsob rozdelenia simulácie na viaceré časové intervaly.  V priebehu simulácie je model prispôsobený jednému dňu, počas ktorého obsahuje 5 časových intervalov simulujúcich predpokladaný dopravný nápor na zvolený dopravný uzol. Každý časový interval obsahuje diametrálne odlišné dopravné vyťaženie na zvolenom dopravnom uzle. Zámer za voľbou viacerých časových úsekov bolo adekvátne simulovanie dopravných špičiek a ich vplyv na zvolenie optimálnej konfigurácie križovatkových svetiel. Skúmaný je taktiež nárast dopravného zaťaženia v nasledujúcich časových intervaloch spôsobený dopravnou vyťaženosťou ciest počas dopravných špičiek. Nakoľko je model reprezentáciou časti dopravnej siete v blízkosti centra mesta, tak aj samotná doprava je rovnako zameraná.  Fiktívne centrum mesta bolo určené na juhozápade modelu. Vrámci prvej dopravnej špičky je doprava smerovaná hlavne na juhozápad a vrámci druhej presne opačným spôsobom. Zvolená orientácia dopravy je použitá pre simuláciu každodennej mobility zamestnanej populácie.

V experimentálnej časti je kladený dôraz na časové konfigurovanie križovatkových svetiel pre zabezpečenie premávkovej plynulosti. Následná analýza efektívnosti konfigurácie plánu riadenia svetlenej signalizácie križovatiek určuje správnosť predošlej zvolenej zmeny v konfigurácii a možnosť jej následnej expanzie.  Rôznorodé dynamické, ako aj statické prístupy ku správe premávky na križovatkách sú preskúmané a implementované pre definíciu ich rozdielov a ich následné porovnávanie. Pri statickom nastavení plánov riadenia svetlenej signalizácie križovatiek sa experimentuje s nemennými dĺžkami jednotlivých fáz počas celej doby simulácie, ako aj s premenlivými dĺžkami pre jednotlivé fázy a ich časové intervaly. Tento prístup má za cieľ adekvátne preskúmanie možností optimalizácie statických svetelných križovatiek bez nutnosti reštrukturalizácie dopravných úsekov a s týmto procesom spojenými finančnými záťažami.  Následne je dôraz kladený na dynamickú konfiguráciu.

Časť zhnutia výsledkov z experimentálnej časti obsahuje porovnanie vylepšení prístupov k riadeniu svetlenej signalizácie križovatiek. Prvotne sú statické optimalizačné prístupy porovnávané medzi sebou pre definíciu lepšieho statického prístupu na základe výsledných meraných cieľov optimalizácie. Lepší z týchto prístupov je následne porovnaný s dynamickým prístupom optimalizácie.

Formou vizuálnej reprezentácie je demonštrovaná postupná optimalizácia meraných cieľov vrámci jednotlivých optimalizačných prístupov.

Simulácia zvoleného dopravného uzlu ukázala pozitívny vplyv aktualizácie zastaralých križovatkových plánov na merané ciele. Ukázalo sa, že rozdiely v meraných cieľoch medzi dynamickou konfiguráciou a dobrou statickou konfiguráciou nie sú až také diametrálne. Z tohto dôvodu je odôvodnené pri výbere formy optimalizácie dbať viac na iné aspekty spojené so zvolenými prístupmi pri procese rozhodovania. Nakoľko očakávané rozdiely medzi dvomi prístupmi vrámci finančného zaťaženia na vykonávajúcu autoritu sú veľmi odlišné, je namieste adekvátna analýza cien príležitostí. Nakoľko však informácie ohľadom finančných zaťažení nie sú verejne dostupné, ide len o ich odhad a rozdielny medzi prístupmi môžu byť bezvýznamné.

Priemerná denná premávka, Kapacita cesty, Križovatka, Dopravná špička, Svetelné signalizačné zariadenia, Dopravná nehoda