News of the Kabardino-Balkarian Scientific Center of the Russian Academy of SciencesNews of the Kabardino-Balkarian Scientific Center of the Russian Academy of SciencesИзвестия Кабардино-Балкарского научного центра РАН1991-66392949-194028209210.35330/1991-6639-2024-26-6-115-128FAHNBDComputer modeling and design automationКомпьютерное моделирование и автоматизация проектированияResearch ArticleOptimization of traffic light operation at urban intersections made of roads with two lanesОптимизация режимов работы светофора на двухполосном по каждой трассе перекрестке городаhttps://orcid.org/0000-0002-8313-41999931-1060KudaevV. Ch.КудаевВ. Ч.
Russian Federation

Institute of Computer Science and Problems of Regional Management, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Head of the Department

Институт информатики и проблем регионального управления, канд. физ.-мат. наук, вед. науч. сотр.

vchkudaev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9097-33486808-6669БуздовА. К.BuzdovA. K.
Russian Federation

Institute of Computer Science and Problems of Regional Management, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher

Институт информатики и проблем регионального управления, канд. физ.-мат. наук, стар. науч. сотр.

abuzdov@rambler.ruКабардино-Балкарский научный центр Российской академии наукKabardino-Balkarian Scientific Center of the Russian Academy of Sciencesru1512202420242661151280203202502032025Copyright ©; 2024, Кудаев В.C., Буздов А.K.Copyright ©; 2024, Кудаев В.Ч., Буздов А.К.2024Кудаев В.C., Буздов А.K.Кудаев В.Ч., Буздов А.К.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rcsi.science/1991-6639/article/view/282092

One of the current challenges in optimizing city traffic flow is the intersection traffic light control. The paper presents a solution to the traffic light control problem using mathematical modeling and computer design, operating in two- and three-phase modes. In our study we base on the well-known Lighthill-Whitham condition. Our interest in intersections with two-lane roads is due to the fact that they make up a significant part of the urban road network. Modern approaches to solving the problem are based on the analysis of the dataset that contains road intersection average data. The advantage of the presented approach, which is based on the Lighthill-Whitham condition, is related to the analytical solution of the optimization problem with consideration of the parameters of traffic flows at signalized intersections during the peak periods.

Одной из актуальных задач оптимизации транспортной системы города является задача о режиме работы светофора на перекрестках города. В работе представлено решение задачи о светофоре на основе математического моделирования и компьютерного проектирования, работающем в двухфазном и трехфазном режимах. В основе представленного метода лежит известное условие Лайтхилла–Уизема. Рассмотрение именно двухполосных по каждой из двух трасс перекрестков связано с тем, что такие перекрестки составляют значительную часть в системе перекрестков города. В настоящее время в основе подходов к решению задачи лежит рассмотрение усредненных показателей транспортной системы на перекрестках городских дорог. Преимущество представляемого метода решения задачи, основанного на методе Лайтхилла–Уизема, состоит в аналитическом решении задачи оптимизации при учете параметров движения автотранспортных средств через перекресток в пиковый (наиболее напряженный) период суток.

two-lane intersectionoptimization of traffic light operation modesflow of motor vehiclestwo-phase modethree-phase modeintersection lanestraffic capacityvehicle loadintersection blocking conditionдвухполосный перекрестокоптимизация режимов работы светофорапоток автотранспортных средствдвухфазный режимтрехфазный режимтрассы перекресткапропускная способностьнагрузка автотранспортных средствусловие блокировки перекресткаGasnikov A.V. Vvedeniye v matematicheskoye modelirovaniye transportnykh potokov [Introduction to Mathematical Modeling of Transport Flows] Moscow: Moscow Institute of Physics and Technology, 2010. 417 p. ISBN: 978-5-7417-0334-2. (In Russian)Гасников А. В. Введение в математическое моделирование транспортных потоков. М.: МФТИ, 2010. 417 с. ISBN: 978-5-7417-0334-2Lighthill M.J., Whitham G.B. On kinematic waves: II Theory of traffic flow on long crowded roads. Proc. R. Soc. London. Ser. A. 1955. Vol. 229. Pp. 281–345.Lighthill M.J., Whitham G.B. On kinematic waves: II Theory of traffic flow on long crowded roads // Proc. R. Soc. London. Ser. A. 1955. Vol. 229. Pp. 281–345.Uizem Dzh. Lineynyye i nelineynyye volny [Linear and nonlinear waves]. Moscow: Mir, 1977. (In Russian)Уизем Дж. Линейные и нелинейные волны. М.: Мир, 1977.Richards P.I. Shock Waves on the Highway. Oper. Res., 1956. Vol. 4. Pp. 42–51.Richards P.I. Shock Waves on the Highway // Oper. Res., 1956. Vol. 4. Pp. 42–51.Shets S.P., Spravtseva E.V., Kalmykov A.A. Application of simulation modeling in improving traffic organization at an intersection in Bryansk. Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of Bryansk State Technical University]. 2017. No. 3(56). Pp. 67–72. DOI: 10.12737/article_59b11cbf31cbf2.58347936. (In Russian)Шец С. П., Справцева Е. В., Калмыков А. А. Применение имитационного моделирования при совершенствовании организации дорожного движения на перекрестке города Брянска // Вестник Брянского государственного технического университета. 2017. № 3(56). С. 67–72. DOI: 10.12737/article_59b11cbf31cbf2.58347936Novikov A.N., Eremin S.V., Shevtsova A.G. Basic principles of calculating a traffic light control program based on controlled networks and saturation flow. Vestnik SibADI [Bulletin of SibADI]. 2019. Vol. 16. No. 6(70). Pp. 680–691. DOI: 10.26518/2071-7296-2019-6-680-691. (In Russian)Новиков А. Н., Еремин С. В., Шевцова А. Г. Основные принципы расчета программы светофорного регулирования на основе управляемых сетей и потока насыщения // Вестник СибАДИ. 2019. Т. 16. № 6(70). С. 680–691. DOI: 10.26518/2071-7296-2019-6-680-691Novikov I.A., Shevtsova A.G., Kravchenko A.A., Burlutskaya A. G. Development of a methodology for adapting a controlled intersection model. Vestnik SibADI [Bulletin of SibADI]. 2020. Vol. 17. No. 6(76). Pp. 726–735. DOI: 10.26518/2071-7296-2020-17-6-726-735. (In Russian)Новиков И. А., Шевцова А. Г., Кравченко А. А., Бурлуцкая А. Г. Разработка методики адаптации модели регулируемого пересечения // Вестник СибАДИ. 2020. Т. 17. № 6(76). С. 726–735. DOI: 10.26518/2071-7296-2020-17-6-726-735Kalinin I.N., Glukharev K.K. Study of integral characteristics of intersections using microscopic models of traffic flows. Komp'yuternyye issledovaniya i modelirovaniye [Computer research and modeling]. 2014. Vol. 6. No. 4. Pp. 523–534. (In Russian)Калинин И. Н., Глухарев К. К. Исследование интегральных характеристик перекрестков при помощи микроскопических моделей транспортных потоков // Компьютерные исследования и моделирование. 2014. Т. 6. № 4. С. 523–534.Dolgushin D.Yu., Myznikov T.A. Simulation modeling of road traffic flows to assess alternative traffic management schemes in urban conditions. Vestnik SibADI [Bulletin of SibADI]. 2011. Vol. 2(20). Pp. 47–52. (In Russian)Долгушин Д. Ю., Мызников Т. А. Имитационное моделирование автотранспортных потоков для оценки альтернативных схем организации дорожного движения в городских условиях // Вестник СибАДИ. 2011. Т. 2(20). С. 47–52.Gariaev N.A., Shatalina V.A. Optimization of intersection capacity based on multivariate simulation modeling. Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Povolzh'ya [Scientific and Technical Bulletin of the Volga Region]. 2022. No. 12. Pp. 26–29. EDN: WCTOIL. (In Russian)Гаряев Н. А., Шаталина В. А. Оптимизация пропускной способности перекрестка на базе многовариантного имитационного моделирования // Научно-технический вестник Поволжья. 2022. № 12. С. 26–29. EDN: WCTOILLikhachev D.V., Dorokhin S.V., Artemov A.Yu. Analysis of the main methods used in foreign methods for calculating the traffic light cycle. V sbornike: Aktual'nyye voprosy i perspektivy razvitiya sovremennoy nauki. Materialy Natsional'noy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Actual issues and prospects for the development of modern science. Proceedings of the National Scientific and Practical Conference. Responsible]. Voronezh, 2022. Pp. 53–58. DOI: 10.34220/CIPDMS2022_53-58. (In Russian)Лихачев Д. В., Дорохин С. В., Артемов А. Ю. Анализ основных методов, применяемых в зарубежных методиках расчета светофорного цикла // В сб.: Актуальные вопросы и перспективы развития современной науки. Материалы Национальной научно-практической конференции. Воронеж, 2022. С. 53–58. DOI: 10.34220/CIPDMS2022_53-58Minina D.N. Modeling in MATLAB of car traffic at a regulated intersection. Politekhnicheskiy molodezhnyy zhurnal [Polytechnical youth journal]. 2022. No. 2(67). DOI: 10.18698/2541-8009-2022-2-774. (In Russian)Минина Д. Н. Моделирование в MATLAB движения автомашин на регулируемом перекрестке // Политехнический молодежный журнал. 2022. № 2(67). DOI: 10.18698/2541-8009-2022-2-774Kudaev V.Ch., Buzdov A.K. Complete system of conditions for non-accumulation of vehicles in front of a traffic light at a symmetrical two-lane intersection. Vestnik KRAUNTS [Bulletin of KRAUNC]. Phys.-math. sciences. 2022. Vol. 40. No. 3. Pp. 103–112. DOI: 10.26117/2079-6641-2022-40-3-103-112. (In Russian)Кудаев В. Ч., Буздов А. К. Полная система условий ненакопления автотранспортных средств перед светофором на симметричном двухполосном перекрестке // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2022. Т. 40. № 3. C. 103–112. DOI: 10.26117/2079- 6641-2022-40-3-103-112Kudaev V.Ch., Buzdov A.K. Possible modes and optimization of traffic lights at a two-lane intersection of the city. News of the Kabardino-Balkarian Scientific Center of RAS. 2023. No. 6 (116). Pp. 65–73. DOI: 10.35330/1991-6639-2023-6-116-65-73. (In Russian)Кудаев В. Ч., Буздов А. К. Возможные режимы и оптимизация работы светофора на двухполосном перекрестке города // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2023. № 6(116). С. 65–73. DOI: 10.35330/1991-6639-2023-6-116-65-73