Інформаційне забезпечення для моделювання та керування транспортними потоками у великих містах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одеський національний політехнічний університет

УДК 656.13.056.4.001.37:625.712

Автореферат

Дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Інформаційне забезпечення для моделювання та керування транспортними потоками у великих містах

05.13.06--Автоматизовані системи управління і прогресивні інформаційні технології

Григоров Михайло Антонович

Одеса - 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеському національному політехнічному університеті Міністерства освіти і науки України на кафедрі „Комп'ютерних систем”

Науковий керівник: академік АПН, заслужений діяч науки і техніки, доктор технічних наук, професор Малахов Валерій Павлович, Одеський національний політехнічний університет, завідувач кафедри, ректор.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Савенко В`ячеслав Якович, Український транспортний університет „Київський автодорожний інститут.” завідувач кафедри Будівництва автомобільних доріг

Доктор технічних наук, доцент Нестеренко Сергій Анатолійович, Одеський національний політехнічний університет, директор інституту комп`ютерних систем.

Провідна установа - Національний технічний університет „Харківський політехнічний інститут”, Міністерство освіти і науки України.

Захист відбудеться 29 вересня 2005 р о 13-30 годині на засіданні Спеціалізованої Вченої Ради Д 41.052.01 в в Одеському національному політехнічному університеті за адресою: просп. Шевченка, 1, ауд 400-а, м. Одеса, 65044

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеського національного політехнічного університету за адресою: 65044, м. Одеса просп. Шевченка, 1.

Автореферат розісланий 26 серпня 2005 р.

Вчений секретар Спеціалізованої Вченої Ради Ю.С.Ямпольський

Загальна характеристика роботи

В сучасних умовах зростання інтенсивності автомобільного руху виникає багато проблем, більшість яких потребує найскорішого розв'язку. При цьому одна із першочергових задач в системі організації дорожнього руху, є управління транспортними потоками.

Організація та управління дорожним рухом неможливі без інформації про закономірності формування транспортних потоків та їх ропозділ на ділянках вулично-дорожньої мережі. Внаслідок цього, однією з головних сучасних проблем є визначення цих закономірностей. Тому, вирішення задачі розподілу транспортних потоків з урахуванням характеристик існуючих вулично-дорожних мереж є актуальною проблемою для України.

Дослідження, що проводились в області інформаційного забезпечення для побудови моделей транспортних потоків не враховували особливості автоматизованого управління дорожним рухом, та оптимізацію розподілу транспортних потоків.

З метою підвищення ефективності використання існуючих транспортних систем міста, необхідна розробка багатофункціональних систем керування дорожнім рухом.

Тому розробка інформаційної системи для моделювання та керування транспортними потоками є актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими прграмами, планами ,темами.

Робота виконувалась відносно “Цільової комплексної програми розвитку транспортного комплексу України “Транспорт”, яка була прийнята розпорядженням Кабінету Міністрів України від 23. 07. 1993 № 551-Р;”Програма забезпечення безпеки дорожнього руху та економічної безпеки транспортних засобів” яка була прийнята постановою Кабінету Міністрів України від 06.04.1998 р. № 456, а також планів Міністерства освіти і науки України за напрямком “Проблеми формування раціональних транспортних логістичних систем та ефективне забезпечення їх складових”

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є визначення закономірностей розподілу транспортних потоків на ділянках вулично-дорожної мережі та реалізація оптимального розподілу з використанням математичного моделювання елементів та структури дорожнього руху.

Для досягнення цієї мети в роботі були розв'язані наступні задачі:

- проведено аналіз сучасних методів визначення функцій розподілу транспортних потоків у містах , визначені проблемні питання , пов'язані з розподілом транспортних потоків;

- розроблено регресійні моделі, які описують параметри руху транспортних засобів по вулично-дорожній мережі міста;

- проведено імітаційне моделювання руху транспортних засобів на вулично-дорожних мережах міста;

- визначені закономірності розподілу транспортних потоків у містах;

- запропоновано оптимальний розподіл транспортних потоків в мережах міста.

Об'єкт дослідження-- автоматизована система управління дорожнім рухом для складної міської вуличної мережі.

Предмет дослідження: моделі автоматизованого управління транспортними потоками міської вуличної мережі.

Методи дослідження базуються на теорії ймовірності та математичній аналітиці теорії графів, матричному численні, теорії апроксимації (часу руху); на імітаційному моделюванні на ЕОМ, лінійній алгебрі і обчислювальній математиці.

Достовірність отриманих результатів забезпечується коректним застосуванням загальновизначених теорій: загальної теорії системи і системного аналізу, застосуванням на етапі теоретичних досліджень методів імітаційного моделювання, адекватністю комп'ютерного моделювання експериментальним даним.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в подальшому розвитку і поглибленню теоретичних і методологічних основ для керування транспортними потоками у великих містах.

Новими науковими результатами дисертаційного дослідження є:

- одержано подальший розвиток моделювання транспортних потоків, шляхом визначення параметрів функціювання транспортної мережі таких як інтенсивність руху на всіх елементах мережі, середні швидкості руху, затримка та витрати часу;

- досліджені закономірності зміни швидкості руху транспортних засобів на ділянках маршрутів між перехрестями, а також під час перетину перехрестя без світлофорів з поворотами вліво, вправо;

- уперше розроблено математичну модель оптимального розподілу транспортних потоків по мережі з використанням графів та обмеження що мають місце для вуличних мереж із-за їх пропускної здатності;

- проведено ідентифікацію цільової функції АСУ дорожнім рухом за допомогою апроксимації часу проїзду по вулицях з максимально дозволеною швидкістю;

- дістав подальшого розвитку метод імітаційного моделювання рухом транспортних засобів по вулично-дорожній мережі з урахуванням типу дільниці, середньої швидкості руху на дільниці, часу руху, часу затримки на перехресті;

- досліджені закономірності вибору водієм шляху слідування, в залежності від розподілу транспортних кореспонденцій у містах.

Практичне значення одержаних результатів складається у тому, що моделювання транспортних потоків на вулично-дорожних мережах міста дозволяє оцінити вплив параметрів траси маршрутно-транспортного засобу на час руху, вибрати із черги альтернативних шляхів слідування той, що буде мінімальним за часом руху.

Узагальнена інформація, що стосується закономірностей формування параметрів транспортного потоку на вулично-дорожних мережах міста дозволяє створити відповідну інформаційну базу даних для подальшого керування рухом транспортних засобів з метою ліквідіції затримок біля регульованих та нерегульованих перехресть, заторів на магістралях, при проектуванні вуличних мереж та магістралей.

Результати досліджень були використані в ОНПУ при організації навчального процесу студентів, які навчаються за фахом: комп'ютерні інтелектуальні системи і мережі, автомобільний транспорт.

Особистий внесок здобувача. В публікаціях з соавторами особистий внесок здобувача полягає в наступному:

- у роботі [1] визначено вигляд функції тяжіння між вузлами вулично-дорожної мережі;

- у роботі [2] розроблена класифікація факторів, що впливають на час руху транспортних засобів;

- у роботі [3] створено модель, що враховує зміну параметрів руху транспортних засобів та законів їх розподілу;

- у роботі [4] проведено аналіз впливу шляхових умов на швидкість руху транспортних засобів;

- у роботі [5] без співавторства розгорнуті аспекти розподілу транспортних потоків у містах, запропонована імітаційна модель руху транспортних засобів по вулично-дорожній мережі.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на:

- Всеукраїнській науково-методичній конференції „ Логістика-2002”, „Проблемы научных исследований и подготовки специалистов логистического управления транспортными системами” (Харківський національний автомобільно-дорожній університет, 17-19 квітня 2002 р.)

- Міжнародній науковій конференції „Теория и техника приема и обработки информации” (Харківський національній університет радіоелектроніки, 7-10 жовтня 2003р.);

- Всеукраїнська наукова конференція „Проблемы создания новых машин и технологий” (Кременцузький державний політехнічний університет 21-22 травня 2003р.)

За темою дисертації опубліковано 5 статей у фахових виданнях, 2 монографії.

Структура дисертації. Дисертація включає вступ, 5 розділів, висновки по роботі, посилання на 151 літературне джерело і 2 додатки. Повний обсяг дисертації складає 159 сторінок, у тому числі: 16 рис., 54 табл., 2 додатки.

Основний зміст роботи

Вступ. Розкрито актуальність роботи, визначені об`єкт, предмет і мета дослідження, сформульовані задачі дослідження, методи їх досягнення. Визначено наукову новизну і практичну цінність роботи, наведені відомості про апробацію, публікації і впровадження.

У першому розділі на основі системного аналізу встановлені фактори, які впливають на розподіл транспортних потоків у містах.

Керування транспортними потоками руху є прикладом керування складною системою з присутніми їм властивостями: наявністю мети, великою кількістю виконавчих функцій, складною, ймовірною та динамічною поведінкою, яка проявляється в залежностях підсистем і потребує оберненого зв`язку при керуванні.

Об'єктом керування в системі є транспортний потік, що характеризується низкою ознак процесу руху: інтенсивність, швидкість, склад та інші показники. З точки зору різних споживачів системи керування дорожним рухом можна виділити різні цілі керування. Тож, з позиції спеціаліста по організації дорожного руху необхідно максимально використати пропускну здатність мережі. Для учасників дорожнього руху важливими характеристиками руху є: можливість руху з бажаною швидкістю, довжина поїздки та інше.

Одною з важливіших задач розподілу транспортних потоків є визначення величини кореспонденцій між районами міста. Існуючі методи визначення матриці кореспонденцій базуються на використанні функції тяготіння населення між районами міста. Водії транспортних засобів, які рухаються по встановленому маршруту слідування, не можуть самостійно змінювати його, незалежно від реальної транспортної ситуації. На думку дослідників цієї проблеми, наявність маршрутизованого транспорту в мережі, тільки додає нагрузку на перегони.

Таким чином, визначивши маршрути руху немаршрутизованого транспорту, можливо визначити інтенсивність руху транспортних засобів на ділянках вулично-дорожної мережі. Тому фактори, що впливають на вибір можливого маршруту руху, будуть визначати розподіл потоків транспортних засобів у містах.

До факторів, що впливають на вибір водієм шляху слідування належать параметри, які характеризують якість обслуговування та безліч інших випадкових факторів. Внаслідок цього, модель вибору можна будувати за ймовірним принципом. При деяких умовах критерієм ефективності розподілу транспортних потоків в мережі використовується сумарний час проїзду по мережі з деякими допущеннями.

Положення транспортних засобів у просторі та часі розглядається як стохастичний процес. При цьому головним чинником, що впливає на вибір можливого маршруту слідування є час руху. Він визначається довжиною маршруту та швидкістю руху. Не завжди шлях, який за відстаню є коротшим, за часом внаслідок різних швидкостей руху може бути не раціональним.

В зв'язку з цим виникає необхідність в аналізі факторів, які впливають на швидкість руху транспортних засобів у потоці. До цих факторів слід віднести кількість смуг руху, склад потоку, динамічні якості груп транспортних засобів.

З фактором часу руху транспортних засобів пов'язуються не тільки задачі організації дорожнього руху, але і задачі оптимізації перевізного процесу транспортними засобами різних типів.

Швидкість руху транспортних засобів залежить також від інтенсивності руху.

Аналіз методів моделювання вулично-дорожнього руху у містах показав, що частіше всього використовуються імітаційне моделювання, теорія масового обслуговування. В зв'язку з тим, що рух транспортних засобів погано формалізується, доцільно для задач управління використовувати імітаційне моделювання. Незважаючи на це, багато дослідників розглядали ймовірні моделі для визначення часу руху. При цьому, в моделі інсталірувалися такі закони розподілу часу руху як нормальний,логнормальний,гамма-розподіл.

Завдяки тому, що параметри транспортних потоків визначаються великою кількістю факторів, аналізувалася можливість використання апроксимації. Це особливо актуально при моделюванні великомасштабних транспортних мереж.

В цьому випадку значна деталізація приводить до істотного ускладнення моделі та системного аналізу функціонування транспортних потоків.

В залежності від підходу до моделювання транспортних потоків відомі моделі поділяють на дві групи: детерміновані та ймовірно-стохастичні.

При макро- і мікроскопічному моделюванні потік розглядають як стаціонарне явище, що характеризується середньою інтенсивністю, швидкістю, густиною. Такий підхід дозволяє зв`язати з допомогою апроксимації вказані характеристики потоку.

Аналіз фізичних аналогій при моделюванні транспортних потоків показав, що найбільш вдалими є аналогії руху потоку рідини, або потоку тепла. Використовуючи рівняння нерозривності руху та моменту кількості руху разом із законом збереження енергії, було одержано вираз для оптимальної інтенсивності швидкості та густини транспортного потоку.

Макромоделювання транспортних потоків на вулицях з урахуванням перехресть найбільш ефективне за допомогою імітаційного моделювання.

Таким чином, найбільш ефективне вирішення поставлених задач можливо на основі гравітаційного моделювання в зв`язку з незначною ємністю збору даних та одержання більш точних оцінок.

Моделювання транспортних потоків на основі матриці кореспонденції потребує суцільного обстеження транспортної мережі міста, тому що кінцевими даними мають бути існуюча інтенсивність на всіх ділянках транспортної мережі.

Аналіз методів визначення функцій розподілу транспортних потоків дозволив сформулювати основні етапи дослідження, які графічно можна представити у вигляді наступної структурної схеми (рис.1).

Другий розділ. „Дослідження взаємозв'язку умов та параметрів руху транспортних засобів” включає методику проведення досліджень та обробки даних, експерементальне дослідження законів розподілу параметрів руху транспортних засобів.

Аналіз експериментальних залежностей транспортних засобів від умов їх руху проводився методами кореляційного та регресійного аналізу.

Одержані моделі мають високу інформаційну здатність . Так, на основі цих моделей випливає, що швидкість руху транспортних засобів збільшується, якщо зростає інтенсивність руху. Кількість смуг проїздної частини в напрямку слідування транспортних засобів також впливає на інтенсивність руху. Фактором, який збільшує кількість руху є також довжина ділянки.

Математично описана зміна часу прослідування перехресть в залежності від умов руху. Закономірності зміни швидкості руху транспортних засобів на ділянках маршрутів між перехрестями з двустороннім рухом можуть бути описані рівнянням:

(1)

де L-довжина ділянки маршруту, V-швидкість транспортного потоку, K-кількість смуг в напрямку транспортного потоку, Bв-вік водія, -питома потужність двигуна.

Швидкість транспортного потоку позитивно впливає на швидкість транспортного засобу, який слідує у даному потоці, тому що йому необхідно підтримувати параметри та закономірності інших транспортних засобів.

Питома потужність двигуна транспортного засобу також позитивно впливає на швидкість руху.

Оцінка адекватності побудованих моделей проводилась за показником середньої помилки апроксимації.

Аналітичні дослідження проводились для ділянок з одностороннім рухом (табл. 1).

У третьому розділі розв'язана задача оптимального розподілу транспортних потоків по мережі.

Одним із допущень при складанні алгоритмів керування дорожнім рухом є те, що маршрути індивідуальних автомобілей визначаються вільним побажанням їх водіїв.

Для моделювання транспортних потоків на базі цільової функції використано довільно спрямований граф з n вершинами та n дугами.

Критерієм ефективності розподілу транспортних потоків по мережі використано сумарний час переміщення F, який визначається формулою:

(2)

де -час проїзду по дузі I при інтенсивності руху на ній q; -інтенсивність потоку, рух якого починається у вершині j. Представимо qk - частину транспортного потоку на дузі j з вершиною k (точкою призначення) і gk - відповідно інтенсивність потоку в ній формулами

(3)

Тоді в разі множини точок призначення і матриці інциденцій А розподіл транспортних потоків можно записати у вигляді.

Аqk = gk, (4)

Отже, проблему розподілу транспортних потоків по мережі можна звести до проблеми мінімізації і сумарного часу проїзду , , , при обмеженнях (4) для усіх j,k i qi?Cj , де Cj - пропускна здатність дуги j.

Розглянуто метод оптимізації у випадку постійного часу проїзду, тобто, для . Це припущення означає, що середня швидкість автомобіля постійна, незалежно від інтенсивності руху, яка дорівнює пропускній можливості дуги Cj.

Цільова функція F (рис. 2) для цього випадку є лінійною функцією від gkj:

(5)

Обмеження запишуться у вигляді:

(6)

Звідси використовуючи техніку лінійного програмування можна одержати оптимальний розподіл транспортних потоків відповідно мінімуму F.

Рис. 1 Структурна схема досліджень по визначенню закономірностей розподілу транспортних потоків в містах.

В роботі розглядається і загальний випадок максимізації функції F = f (х1, х2,..., хn) при обмеженнях , - довільне). Методом множників Лагранжа розв`язуються одночасно п рівнянь

(7)

та (т1 + т2) рівнянь і нерівностей (6) з обмеженнями:

(8)

Рівняння (8) визначають такі умови: якщо h1 > 0 , то , або при hi = 0, то.

У точці х = (х1, х2, ...хn) умовного максимуму функції f досить мале заміщення x у довільному напрямку, якщо воно не порушує обмежень (8), сприяє зміні f.

Розглянута задача оптимального розподілу транспортних потоків для випадку, коли час проїзду по кожній дузі можна апроксимувати за допомогою лінійної функції, яка зображена на рис. 2(б):

(9)

(10)

де j - час проїзду, коли має місце нульова інтенсивність руху, дорівнює довжині дуги j, поділеній на максимально допустиму швидкість. Цільова функція для цього випадку має вигляд:

(11)

Умови нев'язки qjN+l сумісно з (10) можна перетворити до вигляду:

(12)

Звідси, поєднуючи рівняння (4) та (12) одержимо:

(13)

де Е - l-мірна одинична матриця, . Рівняння (13) відповідає прийнятим обмеженням при gi = 0. Розв`язок цього рівняння відповідає оптимальним (qjk). На рис.3 показана візуалізація роз`язку для вуличної мережі. Числа над і під кожною дугою на рис. 3 представляють відповідно пропускну здатність Сj та мінімальні значення часу проїзду j. На рис 4 зображено транспортний попит.

Рис. 3 Приклад дорожної мережі.

Рис. 4 Приклад числових розрахунків

Четвертий розділ „Імітаційна модель руху транспортних засобів по вулично-дорожній мережі” присвячений розробці алгоритмів. Схема алгоритму імітаційної моделі.

В залежності від типу ділянки в розрахунках реалізуються відповідні моделі та параметри законів розподілу, що наведені в розділі 2.Так як в здебільшому швидкість руху розподілена за нормальним законом, Методом Неймана визначається фактична швидкість руху транспортних засобів.

В роботі наведена оцінка адекватності імітаційної моделі руху автомобілей, що забезпечує можливість моделювання транспортних засобів на нескінченній множині маршрутів. Критерієм оцінки адекватності запропонованих моделей була використана середня похибка по відношенню до фактичних.

П'ятий розділ „Функції розподілу транспортних потоків у містах” присвячений визначенню закономірностей вибору водієм шляху слідування в залежності від величини транспортної кореспонденції, між районами міста.

Об'єм вибірки при обстеженні визначався методами статистики. Аналіз результатів обстеження показав, що кореспонденція транспорту між районами міста реалізується різними шляхами слідування. Величина такої кореспонденції складається із суми кореспонденцій , які реалізуються на кожному шляху.

Аналіз закономірностей зміни величини кореспонденцій та часу руху на кожному шляху слідування показав, що величина кореспонденцій на кожному із можливих шляхів слідування обернено пропорціональна часові руху між цими районами, і описується наступною залежністю:

(14)

де - величина кореспонденції із i-го в j-й район, яка реалізується на k-му шляху слідування; - кореспонденція між транспортними районами; - час руху між i-м і j-м районами на k-му шляху слідування , хв.; - час руху між i-м і j-м на шляху слідування m, хв; n-кількість можливих шляхів слідування із i-го в j-й район.

Таким чином, використовуючи залежність (14) можна визначити величину кореспонденцій, яка реалізується на кожному шляху слідування. Транспортні потоки на ділянках вулично-дорожньої мережі формуються шляхом суперпозиції кореспонденцій транспорту із района відправлення до району прибуття , шлях слідування до яких проходить через задану ділянку .

Визначення транспортних потоків і їх розділ за маршрутами слідування спрощується при наявності топологічних схем районів. На рис (5) показана блок схема моделі формування транспортних потоків у місті.

Аналіз опитування водіїв показав, що водії вибираючи ціль поїздки віддають перевагу шляху слідування, який забезпечує мінімальний час руху.

Розроблені моделі, алгоритми та методи складають основу для інформаційного забезпечення, яке дозволяє реалізувати принципи оптимізації при автоматизованому управлінні вулично-дорожним рухом міста. Результати роботи впроваджені у відділі АСУДР м. Одеси.

Розроблені моделі прийняті в практику проектування автомагістралей та автобанів міжнародного значення.

Рис. 5. Блок схема моделі формування транспортних потоків у місті.

Висновки

1.Проведений аналіз методів організації і керування дорожнім рухом показав, що зниження концентрації автомобільних потоків і зв'язаних з ними економічних втрат, кількість дорожньо-транспортних пригод, транспортного шуму, забруднення довколишнього середовища, можливо за рахунок розподілу транспортних потоків по ділянкам вулично-дорожної мережі, Для цього необхідно визначити закономірності розподілу потоків транспортних засобів у містах. Аналіз закономірностей розподілу транспортних потоків у містах дозволив зробити висновок, що основним фактором у формуванні транспортних потоків на ділянках вулично-дорожньої мережі є час руху.

2. Тому при побудові алгоритму оптимального розподілу транспортних потоків на ділянках мережі, необхідно вказувати гранично допустимк на них інтенсивність руху та максимально дозволену швидкість.

3. Виявлено, що зміна фактичної швидкості руху транспортних засобів на ділянках маршруту, її середньоквадратичного відхилення і тривалості перетину перехресть на маршруті слідування можливо описати нормальним законом розподілу.

4. Проведені дослідження дозволили встановити закономірності функціонального впливу параметрів транспортних засобів, траси маршрута слідування, водія на середню швидкість руху автомобілей на ділянці маршрута між перехрестями, її середньоквадратичне відхилення і час перетину перехресть вулично-дорожньої мережі.

5. Розроблена імітаційна модель руху транспортних засобів по вулично-дорожній мережі дозволяє оцінити їх час руху між районами міста.

6. Величина транспортної кореспонденції між районами міста, що реалізується на кожному із можливих шляхів слідування, обернено пропорціональна часу руху між цими районами.

7. Величина транспортної кореспонденції між районами міста з достатньою точністю описується лінійним регресійним рівнянням, в якому в якості змінних використовуються параметри відправлення, прибуття і маршрута слідування, який забезпечує мінімальний час руху.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Григоров М.А., Давидич Ю.А., Засядько Д.В. Расчет транспортных и пассажирских корреспонденций в городах // Автомобильный транспорт. Вып. 10 - Харьков: ХНАДУ, 2002. - с. 78-81.

2. Доля В.К., Григоров М.А. К вопросу моделирования движения автомобилей и выбора водителем пути следования // Проблемы бионики: Всеукр. межвед. Науч.-техн. Сб. Вып. 57. - Харьков: ХНУРЭ, 2002г. - с. 99-102.

3. Григоров М.А., Давидич Ю.А., Моделирование параметров движения автомобилей по улично-дорожной сети города. // Вестник Кременчуцкого государственного политехнического университета. Научные труды КГПУ, Вып. 4/2003 (21). - с. 127-129.

4. Григоров М.А., Давидич Ю.А. Анализ взаимосвязи параметров и условий движения автомобилей. // Вестник НТУ “ХПИ”. Сб. научн. трудов. - Харьков: -2003, №4 - с. 139-142.

5. Григоров М.А. Некоторые аспекты распределения транспортных потоков в городах. // Восточно-европейский журнал передовых технологий. Харьков. Вып. №7 (7), 2004. - с.25-28.

6. Григоров М.А., Дащенко А.Ф., Усов А.В. Проблемы моделирования и управления движением транспортных потоков в крупных городах. Монография. - Одесса, Астропринт, 2004.-272с.

7. Григоров М.А., Информационное обеспечение для оптимизации транспортных потоков. Монография. - Одесса, Астропринт, 2004.-372с.

Григоров М.А. Інформаційне забезпечення для моделювання та керування транспортними потоками у великих містах. - Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - Автоматизовані системи управління і прогресивні інформаційні технології - Одеський національний політехнічний унівкрситет, Одеса, 2004.

У дисертаційній роботі приведене нове розв`язання важливої народногосподарської проблеми, що полягає у розробці методологічних основ та інструментальних засобів для побудови математичного забезпечення АСУ дорожнім рухом для складної вулично-дорожньої системи міста, а також впровадженні алгоритмічних моделей, які зумовлять пошуки шляхів спрямованих на зниження концентрації потоків транспортних засобів і пов`язаних з ними економічних збитків.

Для ефективного управління багатопараметричною системою автоматизованого управління дорожнім рухом запропоновано алгоритмічну реалізацію локального і мережного управління транспортними потоками. Оптимізація розподілу транспортних потоків в мережі проведена за допомогою графів, з обмеженнями.

Розроблена імітаційна модель руху транспортних засобів по вулично-дорожній мережі, яка дозволяє оцінити час руху їх між районами міста. Розглянуті закономірності формування величини транспортних кореспонденцій між районами міста. Встановлено, що на кожному шляху слідування ця величина обернено пропорційна часу руху між цими районами. Крім цього, їх можна описати лінійним регресивним рівнянням, в якому параметри районів відправлення, прибуття та маршруту слідування представленні у вигляді змінних.

Ключові слова: АСУ, дорожній рух, транспортний потік, оптимізація, моделі.

Grigorov M.A. Information maintenance for modeling and control of transport flows in big cities. - Manuscript

The dissertation work for scientific degree of the candidate of technical science in specialty 05.13.06 - Automatic control systems and progressive information technologies - Odessa national polytechnic university, Odessa, 2004.

In the dissertation work the new solution of the important economical problem, this consists in development of methodological bases and tool modes for a construction of software for an automated control system of road driving. For a complicated urban road-street net and also introduction of algorithmic models, which rout the search for lowering the concentration of transport flows and economical losses, linked to it.

For an effective control of a multiparameter system of automated management of road driving an algorithmic realization of local and net control of transport flows is introduced. The optimizing of the transport flows distribution in the net is done with the help of graphs, with restrictions.

An imitation movement model for the means of transport in an urban street-road net, which allows estimating their movement time between the city regions, is developed. The appropriateness of forming of the number of correspondences between the city regions is researched. It is determined, that on every way of going this number is inversely proportional to the time of movement between these regions. Besides, they can be described by linear regressive equation, in which the parameters of the regions of departure, arrival and the rout of going are presented as variables.

Key words: ACS, road driving, transport flow, optimizing, models.

Григоров М.A. Информационное обеспечение для моделирования и управления транспортными потоками в крупных городах. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06-Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии.- Одесский национальный политехнический университет. Одесса, 2004.

В современных условиях роста уровня автоматизации возникает множество проблем в системе организации и управления дорожным движением. С целью повышения эффективности использования существующих транспортных систем городов, необходима разработка многофункциональных систем управления дорожным движением. При этом одной из первоочередных задач является управление транспортными средствами.

Организация и управление дорожным движением невозможны без информационного обеспечения о закономерностях формирования транспортных потоков, их распределения по участкам улично-дорожной сети и оптимизации.

Отсутствие четких моделей и информационного к ним обеспечения автоматизированного управления дорожным движением, повышение безопасности движения автотранспорта и увеличение пропускной способности на участках дорог и перекрестках путем оптимизации распределения транспортных потоков- обусловило выбор темы исследований. В работе проведен факторный анализ эффективности дорожного движения, выделены доминирующие параметры, характеризующие транспортные потоки. Исследованы существующие модели движения взаимосвязи условий и вероятностно-статистические характеристики транспортного потока. Здесь же предоставлена информация по законам распределения параметров движения транспортных средств на участках маршрутов между перекрестками и на перекрестках.

Методы исследований базируются на теории вероятностей и теории графов, матричном исчислении, теории апроксимаций, имитационном моделировании на ЭВМ, линейной алгебре и вычислительной математике. Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным применением общепринятых теорий систем и системного анализа, имитационным моделированием, адекватностью компьютерного моделирования экспериментальными данным.

Научная новизна полученных в работе результатов состоит в углублении теоретических и методологических основ для управления транспортными потоками в крупных городах. К новым научным результатам диссертационных исследований относятся: закономерности изменения скорости движения транспортных средств на участках маршрутов между перекрестками, а также во время пересечения нерегулируемого перекрестка с поворотами влево, вправо; разработанная математическая модель оптимального распределения транспортных потоков по сети с привлечением графов и ограничений, которые имеют место для сети дорог в виде их пропускной способности, проведено идентификацию целевой функции АСУ дорожным движением с помощью апроксимации времени проезда по улицам с максимальной разрешенной скоростью; усовершенствован метод имитационного моделирования движением транспортных средств по улично-дорожной сети с учетом характеристик участка, времени движения, задержке на перекрестке. Важным результатом исследований являются установленные закономерности выбора водителем пути следования в зависимости от распределения транспортных корреспонденций в городах.

Практическая значимость полученных результатов состоит в том, что моделирование транспортных потоков по улично-дорожной сети города позволяет оценить влияние параметров трассы маршрутно-транспортных средств на момент движения, выбрать по очереди альтернативных путей следования тот, который обеспечит минимальное время нахождения в пути.

Обобщена информация, которая относится к установленным закономерностям формирования параметров транспортного потока на улично-дорожных сетях города. Эта информация создает условия для обеспечения информационной базы данных, которые в последующем используются для управления движением транспортных средств с целью ликвидации задержек возле регулируемых и нерегулируемых перекрестков, ликвидации заторов на магистралях, при проектировании уличных сетей и магистралей.

Результаты исследований использованы в практику проектирования дорожной сети городов, новых транспортных решений.

Ключевые слова: АСУ, дорожное движение, транспортный поток, оптимизация, модели.

Размещено на Allbest.ru

...