Порівняльний аналіз ефективності руху транспортних потоків у разі реалізації зеленої хвилі з урахуванням впливу на другорядні дороги

Abstract

The article provides a detailed presentation of the results of a comprehensive study on the effectiveness of implementing coordinated traffic flow control based on the "green wave" principle. This research was conducted using microscopic simulation modelling in the SUMO environment, taking as a case study the corridor of Nauky Avenue under conditions of gradually increasing traffic intensity. The aim of the study was to comprehensively assess the feasibility of applying synchronized signal timings at urban intersections, considering not only the indicators of the main arterial road but also the changes in traffic characteristics of secondary approaches, which traditionally remain outside the focus in most studies. For this purpose, a realistic model of the transport network was built and calibrated based on an origin-destination matrix generated by the uniform probability method and refined using the TFlowFuzzy procedure with the integration of drone-based video observation data. The obtained results confirmed the hypothesis that both the "green wave" and adaptive control significantly reduce the average queue length and idle time on the main road; however, they simultaneously cause an increase in these same indicators on the secondary approaches, which in some cases offsets the overall positive effect. Considering the identified imbalance, it is recommended to use combined schemes in which adaptive or fixed "green wave" control is integrated with multicriteria optimization of traffic signal parameters, allowing for the minimization of total delays within the network and the prevention of critical deterioration in the level of service on secondary roads under high load conditions. The practical value of this work lies in the clearly formulated applicability threshold of the "green wave" depending on the ratio of main to secondary flow intensities, as well as in the proposals for integrating adaptive control algorithms under complex topologies of large cities. This provides a foundation for the further development of multicriteria optimization models and the creation of more balanced traffic management strategies.

Детально висвітлено результати комплексного дослідження ефективності впровадження координованого регулювання транспортних потоків за принципом «зеленої хвилі», виконаного методом мікроскопічного імітаційного моделювання в середовищі SUMO на прикладі коридору проспекту Науки (м. Харків) в умовах поступового зростання інтенсивності руху. Мета роботи — всебічно оцінити, наскільки доцільним є застосування синхронізованих циклограм на міських перехрестях з огляду не лише на показники головної магістралі, а й на зміни транспортних характеристик другорядних підходів, що традиційно залишаються поза увагою більшості досліджень. Для цього побудовано та відкалібровано реалістичну модель транспортної мережі на основі матриці кореспонденцій, сформованої рівновірогідним методом і уточненої процедурою TFlowFuzzy із залученням даних відеоспостережень з квадрокоптера. Серія з десяти послідовних експериментів з підвищенням навантаження на 10 % у кожному сценарії охоплювала чинні фіксовані циклограми, синхронізацію «зеленої хвилі» та адаптивну систему керування. Отримані результати підтвердили гіпотезу, що «зелена хвиля» та адаптивне регулювання істотно скорочують середню довжину черги й час простою на головній дорозі, проте водночас спричиняють зростання тих самих показників на другорядних підходах, що в окремих випадках нівелює загальний позитивний ефект. З урахуванням виявленого дисбалансу рекомендовано використовувати комбіновані схеми, у яких адаптивна або фіксована «зелена хвиля» інтегрується з багатокритеріальною оптимізацією параметрів світлофорних фаз, що дозволяє мінімізувати сумарні затримки в мережі та запобігти критичному погіршенню сервісного рівня на другорядних дорогах за високих навантажень. Практичну цінність роботи становить чітко сформульована межа застосовності «зеленої хвилі» залежно від співвідношення інтенсивностей головних і другорядних потоків, а також пропозиції щодо інтеграції адаптивних алгоритмів керування в умовах складної топології великих міст, що є підґрунтям для подальшого розвитку багатокритеріальних моделей оптимізації та створення збалансованіших стратегій управління дорожнім рухом.