Синхронизация сигналов — это метод, который используют инженеры дорожного движения для распределения права преимущественного проезда на регулируемом перекрестке. Процесс включает выбор соответствующих значений для синхронизации, которые реализуются в специализированных контроллерах сигналов светофора. Синхронизация сигналов включает в себя принятие решения о том, сколько зеленого времени светофор обеспечивает перекрестку при движении или приближении (в зависимости от конфигурации полосы), как долго должен длиться сигнал пешехода WALK, следует ли отдавать приоритет поездам или автобусам, а также множество других факторов.
В основах синхронизации сигналов существуют различные режимы работы, через которые может пройти контроллер сигналов, который управляет сигналом. Сигналы светофора могут делиться на две большие группы по способу работы. Они могут быть либо предварительно синхронизированными, либо активированными. Сигналы с предварительным синхронизацией предоставляют каждому подходу к перекрестку фиксированное количество времени на заранее определенной основе, обслуживая каждый подход последовательно и повторяя шаблон. При нормальной работе никакие движения не пропускаются. Активированный сигнал светофора полагается на некоторый механизм для обнаружения транспортных средств по мере их приближения к перекрестку. Если произошло обнаружение, этому подходу предоставляется зеленое время. Подходы без обнаружения пропускаются. Эти две схемы также называются синхронизацией сигналов на основе интервала и на основе фазы.
Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) определила стандартную схему, по которой каждое движение на перекрестке может обслуживаться без одновременного входа на перекресток конфликтующих движений. Эту схему обычно называют фазовой диаграммой NEMA.
Одним из наиболее часто используемых методов обнаружения являются индукционные петли . Другие методы включают магнитометры, видео, инфракрасное, радиолокационное и микроволновое обнаружение. Типичная установка петлевого детектора может быть до шести квадратных футов или шести футов в ширину и тридцати футов в длину. Могут использоваться и другие формы, включая круглые и шестиугольные петли. Они врезаются в поверхность дороги или закапываются под нее. Предпочтительный провод — многожильный медный с изолирующим покрытием, который затем свободно окружается защитной оболочкой. С электрической точки зрения это «плоская» катушка в структуре дорожного покрытия, которая обнаруживает транспортные средства по изменениям в магнитном индукционном поле катушки, когда черный металл из транспортного средства проходит через поле. Электронный датчик в шкафу контроллера обнаруживает изменение магнитного поля. Выходной сигнал от электроники датчика — замыкание «переключателя». Это может быть электромеханическое реле или твердотельное. «Переключатель» нормально замкнут (NC) в обесточенном состоянии, но остается разомкнутым при подаче питания на цепь. Это называется «вызов при сбое», так как в случае отказа электроники датчика выходной сигнал посылает «вызов» контроллеру, как будто на петлевом детекторе присутствует транспортное средство.
Видео (как обычное, так и инфракрасное) используют изменение контрастности зоны обнаружения изображения для обнаружения движения. Все методы обнаружения, за исключением детекторов с индукционной петлей и магнитометров, страдают от точности из-за концепции окклюзии. Это ограничивает обзор камеры в определенных случаях.
Существуют различные категории приводимых в действие сигналов. Чтобы сэкономить деньги на обслуживании, некоторые агентства предпочитают проектировать перекресток как полуприводимый. Полуприводимый означает, что перекресток имеет обнаружение только на подходах к второстепенным улицам и поворотах налево по главной улице. Затем весь перекресток программируется на работу в фиксированное время каждого цикла, но контроллер будет обслуживать другие движения только при наличии «вызова» или спроса. Артериальная серия сигналов, работающих в полуприводимом или фиксированном режиме и, что важно, работающих с одинаковой длиной цикла, может работать скоординированно. Во время координации сигналов большинство сигнальных систем обычно проектируются для работы в полуприводимом режиме.
В фиксированной работе контроллер имеет установленное время для обслуживания всех движений в каждом цикле. Контроллер будет обслуживать все движения независимо от того, есть ли спрос на транспортное средство. Когда детектор на активированном сигнале ломается, это движение должно будет работать как фиксированное, пока детектор не будет отремонтирован.
Существует три основных режима работы сигнала: FREE, COORD и FLASH. В режиме FREE сигнал работает на основе собственного спроса и параметров синхронизации на основе информации, предоставленной его детекторами. Он не работает при какой-либо длине фонового цикла. В режиме COORD, сокращенно от «координация», сигнал работает в течение фонового цикла. Движения по второстепенным улицам обычно по-прежнему активируются, и контроллер будет оставаться на главной улице до тех пор, пока не будет выполнена длина фонового цикла. Последний режим — режим FLASH, в котором все головки сигналов транспортных средств непрерывно отображают мигающий красный цвет, или главная улица отображает мигающий желтый цвет, в то время как другие отображают мигающий красный цвет. Головы пешеходов темные.
Когда объем транспортных средств на перекрестке больше не требует включения сигнала, сигнал может переключиться в режим FLASH. Когда объем снова увеличивается, сигнал переключается обратно в режим FREE или COORD. Например, ежедневная работа сигнала может включать режим FLASH рано утром, COORD днем, FREE вечером и обратно в режим FLASH поздно ночью. Его также можно настроить на мигание до тех пор, пока он не перестанет мигать, что позволяет по сути превратить его в маяки, если светофор достаточно устарел.
Для работы контроллера дорожного движения необходимо запрограммировать несколько основных функций синхронизации.
MIN time определяет минимальную продолжительность зеленого интервала для каждого движения. Левые повороты, второстепенные улицы, главные улицы обычно имеют разное MIN time. Интервалы левых поворотов и второстепенных улиц часто находятся в диапазоне от 4 до 10 секунд, в то время как главные улицы часто превышают 15.
Промежуток, расширение или время проезда определяют продлеваемую часть зеленого времени для движения. Движение остается в продлеваемой части до тех пор, пока присутствует срабатывание и не истек таймер проезда . Если интервал установлен в три секунды и по истечении этих трех секунд нет транспортного средства, движение прекращается.
MAX временные ограничения максимального времени зеленого интервала. Если на перекрестке нет противоречивых требований, контроллер проигнорирует MAX и останется в движении по основной улице.
Желтый просвет определяет желтое время для соответствующего движения.
Красный просвет определяет полностью красное время для соответствующего движения.
Время ходьбы указывает на продолжительность прогулки.
Мигающий сигнал «Не ходите» — это длительность мигающего пешеходного просвета. Он рассчитывается как длина пешеходного перехода, деленная на скорость 3,5 фута в секунду, за вычетом желтого просвета для движения смежного транспортного средства.
Cycle Length контролирует время от одного желтого сигнала главной улицы до следующего желтого сигнала главной улицы в целях координации. Часто устанавливается главным контроллером для конкретного используемого плана. Это также используется, если к сигналу не подключены детекторы.
Offset управляет временем начала зеленого сигнала главной улицы и/или окончания зеленого сигнала главной улицы, чтобы поддерживать согласованность сигнала с другими сигналами в общем плане синхронизации. Это время может быть установлено главным контроллером для конкретного используемого плана.
Координация (более правильный термин — прогрессия) относится к синхронизации сигналов таким образом, чтобы «взвод» автомобилей, движущихся по улице, прибывал на последовательность зеленых сигналов и проезжал через несколько перекрестков , не останавливаясь. Хорошо скоординированная система сигналов может улучшить транспортный поток, сократить задержки и минимизировать загрязнение. Однако не всегда возможно сохранить прогрессию по всей сети сигналов. Также сложно поддерживать прогрессию сигналов на улице с двусторонним движением. Ранний инженер по дорожному движению Генри Барнс , который занимал должность комиссара по дорожному движению во многих городах, включая Балтимор, Мэриленд и Нью-Йорк , разработал скоординированную синхронизацию сигналов светофора, чтобы большие объемы движения могли быть размещены на основных транспортных магистралях.
Синхронизация сигналов светофора — очень сложная тема. Например, синхронизация сигнала «ИДИТЕ» для широкого пешеходного перехода и более медленных пешеходов (например, пожилых) может привести к очень длительному ожиданию транспортных средств, и, таким образом, увеличить вероятность проезда автомобилей на красный свет, что может привести к аварии. Таким образом, оптимизация безопасности перекрестков включает в себя множество факторов, таких как ширина улицы, ширина полосы, количество пересекающихся улиц, наличие электричества для сигнала, количество автомобилей в единицу времени и равномерный/неравномерный характер потока, количество и тип пешеходов и многие другие факторы.
Сигналы светофора можно запрограммировать на разные временные планы сигналов в зависимости от времени суток. Некоторые системы управления сигналами адаптируют временные планы сигналов в зависимости от измеренных условий дорожного движения.
Стандартизация процедур синхронизации сигналов, стандартов и передовых методов была завершена в форме Руководства по синхронизации сигналов, спонсируемого Федеральным управлением шоссейных дорог . Руководство по синхронизации сигналов — это настольный ресурс, составленный Kittelson & Associates, Inc., Техасским институтом транспорта , Институтом инженеров транспорта (ITE) и Мэрилендским университетом .
В марте 2020 года ITE приняла рекомендации инженерного консультанта из Бивертона, штат Орегон, Матса Ярлстрёма по времени включения желтого света. Ярлстрём начал расследование этого вопроса после того, как его жена получила штраф от камеры фиксации проезда на красный свет в 2013 году. После того, как он опубликовал свои выводы, штат Орегон оштрафовал его за занятие инженерной деятельностью без лицензии . Ярлстрём, имеющий степень в области электротехники , подал иск в федеральный окружной суд, заявив о нарушении его прав, гарантированных Первой поправкой . Суд согласился с ним, постановив, что штат не может ограничивать использование слова «инженер». [1]