Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ НИУ ВШЭ

КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И АТОМИТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫДЕЛЕННЫХ ПОЛОС НАЗЕМНОГО ГОРОДСКОГО ПАССАЖИРСКОГО ТРАНСПОРТА

“Утверждаю”

Зав. кафедрой

Тумковский С. Р.

“_____” __________________ 2013г.

студенту АП-91 группы

дневного отделения

Семаго Илье Михайловичу

(Утверждена приказом по институту от “___” _______ 2013 г. № ____)



Техническое задание.

Разработать системный модуль для автоматизированного анализа и экспертной оценки эффективности отдельных характеристик транспортной системы, для решения задач создания инфраструктуры маршрутной сети; Оценки провозной способности маршрутов общественного транспорта в зависимости от различных характеристик маршрута, затрачиваемого на маршрут времени; комплексной оценки эффективности маршрута.

Содержание расчетно-пояснительной записки.

А. Специальная часть проекта.

1. Введение

2. Проектирование наземной городской транспортной инфраструктуры

3. Проектирование улично-дорожной сети как научная проблема

4. Описание существующих программных продуктов, реализующих аналоги предлагаемой разработки

5. Описание целевого назначения и основных характеристик программного комплекса, включающего модуль оценки эффективности элементов транспортной сети

5.1 Пакет имитационного моделирования Aimsun

5.2 Геоинформационная система Mappl

5.3 Программный комплекс подготовки данных и визуализации результатов транспортного моделирования ANetEditor

6. Особенности разработки системного модуля экспертной оценки эффективности транспортной системы

7. Техническое задание на разработку системного модуля.

Б. Конструктивно-технологическая часть проекта.

1. Математическое обеспечение программного комплекса

2. Проектирование и разработка модульной системы для автоматизированного анализа и комплексной оценки эффективности элементов транспортной системы

2.1. Расчет промежуточных результатов

2.2. Оценка параметров маршрутов общественного транспорта

2.3 Время в пути на маршруте

2.4 Средний пассажиропоток на маршруте

2.5 Средняя наполняемость транспортного средства наземного городского пассажирского транспорта на маршруте

2.6 Расчет эффективности выделенной полосы по времени в пути на исследуемом участке улично-дорожной сети

2.7 Расчет эффективности выделенной полосы по значению пассажиропотока на исследуемом участке улично-дорожной сети

3. Разработка интерфейса модульной системы оценки эффективности элементов транспортной системы

В. Охрана труда

1. Безопасность труда при работе с персональным компьютером

2. Микроклимат в рабочей зоне

3 Расчет защитного зануления

Г. Экологическая часть проекта

1. Разработка эргономических показателей интерфейса системного модуля

Перечень графического материала (с указанием обязательных чертежей)

1. Контрольный пример оценки эффективности выделенной полосы на участке УДС Нахимовского проспекта от Варшавского шоссе до Профсоюзной улицы

Консультанты по проекту

Консультант по специальной части Козлов А.В.

Консультант по конструктивно-технологической части Козлов А.В.

Консультант по экологической части Савин В.А.

Консультант по охране труда Савин В.А.

Дата выдачи задания: “_____” ____________________ 2013___ г.

Руководитель дипломного проектирования Тумковский С. Р.

Задание принял к исполнению__________________________________

“_____” ____________________ 2013 г.

Примечание

1. Задание оформляется в двух экземплярах и сдается студентом на кафедру. После утверждения один экземпляр задания выдается на руки студенту. Экземпляр задания вшивается в пояснительную записку.

2. Получив задание, студент должен составить и согласовать с руководителем от кафедры календарный график выполнения дипломного проекта.



ОГЛАВЛЕНИЕ

• Введение
• 1. Проектирование наземной городской транспортной инфраструктуры
• 1.2. Описание существующих программных продуктов, реализующих аналоги предлагаемой разработки
• 1.3. Описание целевого назначения и основных характеристик программного комплекса, включающего модуль оценки эффективности элементов транспортной сети (МОЭТС)
• 1.3.1 Пакет имитационного моделирования Aimsun
• 1.3.2 Геоинформационная система Mappl
• 1.3.3 Программный комплекс подготовки данных и визуализации результатов транспортного моделирования ANetEditor
• 1.4. Особенности разработки системного модуля оценки эффективности транспортной системы
• 1.5. Техническое задание на разработку системного модуля
• 2. Математическое обеспечение программного комплекса МОЭТС
• 2.1. Расчет промежуточных результатов
• 2.2. Оценка параметров маршрутов общественного транспорта
• 2.3 Время в пути на маршруте
• 2.4 Средний пассажиропоток на маршруте
• 2.5 Средняя наполняемость транспортного средства наземного городского пассажирского транспорта на маршруте
• 2.6 Расчет эффективности выделенной полосы по времени в пути на исследуемом участке улично-дорожной сети
• 2.7 Расчет эффективности выделенной полосы по значению пассажиропотока на исследуемом участке улично-дорожной сети
• 3. Проектирование и разработка модульной системы оценки эффективности элементов транспортной системы
• 3.1. Положение системы МОЭТС в структуре взаимодействия с другими компонентами программного комплекса
• 3.2 Проектирование модульной системы оценки эффективности элементов транспортной системы
• 3.3 Разработка интерфейса модульной системы оценки эффективности элементов транспортной системы
• 4. Охрана труда и экология
• 4.1 Безопасность труда при работе с персональным компьютером
• 4.2 Микроклимат в рабочей зоне
• 4.3 Расчет защитного зануления
• 4.4 Экология
• Заключение
• Список литературы

• Список сокращений
• НГПТ - Наземный городской пассажирский транспорт
• ТС - Транспортное средство
• МОЭТС - Модульная (система) оценки эффективности элементов транспортной системы
• ГИС - Геоинформационная система
• УДС - Улично-дорожная сеть
• СО - Светофорный объект
• СУБД - Система управления базами данных
• ПИМ - Пакет имитационного моделирования
• ПД - (Модуль) подготовки данных
• КОЭМ - (Модуль) комплексной оценки эффективности маршрута
• API - (англ. application programming interface) Интерфейс программирования приложений
• ПВЭМ - Персональные электронные вычислительные машины
• КЗ - Короткое замыкание.


Введение

Уровень развития транспортной системы государства - один из главных признаков ее экономической стабильности и процветания. Единая транспортная система обеспечивает согласованное развитие и функционирование всех видов транспорта с целью максимального удовлетворения транспортных потребностей при минимальных затратах. Согласно Федеральному закону N 16-ФЗ от 9 февраля 2007 года «О транспортной безопасности» инфраструктура включает используемые транспортные сети или пути сообщения (дороги, железнодорожные пути, воздушные коридоры, каналы, трубопроводы, мосты, тоннели, водные пути и т. д.), а также транспортные узлы или терминалы, где производится перегрузка груза или пересадка пассажиров с одного вида транспорта на другой (например, аэропорты, железнодорожные станции, автобусные остановки и порты). Роль транспорта - не только перемещение грузов и пассажиров, он способствует экономическому, социальному и культурному развитию общества.

В последнее десятилетие в несколько раз увеличился уровень автомобилизации населения и доля пассажирских перевозок на личном транспорте. Это повлекло за собой перегрузку транспортных магистралей и узлов, вследствие чего транспортная сеть перестала справляться с нагрузкой. В часы «пик» средняя скорость передвижения значительно упала, резко ухудшился уровень транспортного обслуживания. Таким образом, на повестке дня встал вопрос о разработке критериев эффективности и, соответственно, возникла проблема анализа транспортной системы с целью оценки эффективности планируемых и реализуемых мероприятий по ее развитию.

Детализация анализа функционирования городских транспортных систем определяет позицию социального равенства в области транспортного движения в больших мегаполисах. Транспортное перемещение - единственно, что объединяет всех людей в общее социальное взаимодействие. Это детерминируется, в первую очередь, особенностями настоящего времени, касающихся действующих технических систем обеспечивающих реализацию транспортных потребностей людей в городах. Функционирование подобных технических систем происходит на общих площадях общественных пространств. Таким образом, основным ресурсом подобных пространств является сама окружающая среда. Именно она, а также качество действующей транспортной системы, определяет качество жизни в городах.

В то же время, людские сообщества, живущие в постиндустриальных городах, уже не способны содержать неэффективную гигантскую общественную инфраструктуру, ранее созданную для развития градообразующих производств.

Для обеспечения наиболее эффективного транспортного обслуживания населения и организации дорожного движения, необходимо, чтобы транспортная система соответствовала потребностям города. Существует два пути увеличения такой эффективности: увеличение пропускной способности транспортной сети и рациональное использование существующей сети.

Первое решение связано с большими материальными затратами на реконструкцию транспортных узлов и магистралей. Второе направление - рационализация использования существующих транспортных систем и оптимизация процессов перераспределения нагрузок на транспортную сеть.

В связи с, постановлением правительства Москва от 10 августа 2010г. «О дальнейшей организации приоритетного движения маршрутных транспортных средств на объектах улично-дорожной сети города Москвы» были введены выделенные полосы наземного городского маршрутного транспорта (НГПТ). На данный момент насчитывается 17 выделенных полос на основных магистралях города. Возникает проблема оценки эффективности подобных инфраструктурных решений. Для этого необходимо моделирование процессов транспортных потоков и создание соответствующих программных комплексов, способных автоматизировать процесс подобной оценки. Именно решением этих вопросов и определяется актуальность нашей работы.

Целью работы является разработка системного модуля, для автоматизированного анализа и экспертной оценки эффективности отдельных характеристик транспортной инфраструктуры.

Объектом исследования является макромодель транспортной системы города.

Предметом исследования - автоматизация процесса анализа наземной транспортной инфраструктуры в пределах города.

Задачи исследования.

1. Анализ литературных данных по проблеме автоматизации процесса анализа транспортной инфраструктуры города.

2. Разработка оценки аналитических показателей эффективности модели анализа.

3. Разработка подсистемы подготовки данных для импорта исходных данных, создания инфраструктуры маршрутной сети.

4. Разработка модуля оценки эффективности выделенных полос на основе разработанной системы аналитических показателей.

5. Разработка графических интерфейсов модулей системы.

Назначение разработки

Основным назначением предлагаемой разработки является экспертная оценка эффективности выделенных полос наземного городского маршрутного транспорта.



1. Проектирование наземной городской транспортной инфраструктуры

1.1. Проектирование улично-дорожной сети как научная проблема

Вопросами транспортного планирования городов, проектирования улично-дорожной сети, определения технических параметров магистральных дорог, по которым движется пассажирский транспорт общего пользования занимались российские ученые, такие как: Е.М. Лобанова, А.Ю. Михайлова, И.М Головных. В работах В.Н. Луканина, В.Ф. Бабкова, В.В. Сильянова рассматривались вопросы экспериментального и теоретического исследования, математического моделирования транспортных потоков.

Задачами управления транспортными системами занимались как российские, так и зарубежные исследователи. Так проектированием систем управления транспортными потоками занимались Н.О. Брайловский, Б.И. Грановский, М.Я. Блинкин, В.В. Семенова. Э. А. Сафронова.

Этими исследователями рассматриваются проблемы отдельных видов транспорта в общей структуре, формирования парка автотранспортных средств, последствий воздействия транспорта на окружающую среду, обеспечения устойчивого развития транспортной системы, проблемы транспортной планировки городов. В частности вопросы использования спутниковой навигации на автомобильном транспорте, в системах управления городским пассажирским транспортом общего пользования рассматриваются в монографиях П. Пржибыла, М. Свитека, В.М. Власова, А.В. Постолита, Д.Б Ефименко.

Основы исследования внутренней динамики поведения транспортных потоков заложены в трудах Б. Гриншильдса, Х. Гринберга, которые одними из первых описали аналитически фундаментальную кривую «скорость- плотность» для транспортного потока на одной полосе и установили современный вид зависимостей, «скорость-интенсивность» для транспортного потока.

Исследователями А.К.Бируля, В.Ф.Бабков, Н.Ф.Хорошилов, Я.А.Калужский, Я.В.Хомяк, М.С.Фишельсон, А.А.Поляков, Г.И.Клинковштейн, В.В.Сильянов и другими были сделаны вклады в изучение вопросов влияния интенсивности движения, состава потока на скорость потока автомобилей.

С точки зрения проектирования автомобильных дорог, в работе В.В.Сильяновой отражены вопросы оценки пропускной способности автомобильных дорог, эффективности принятия проектных решений и эффективности применения отдельных средств организации движения.

Моделирование широко используют для формализованного описания процесса функционирования потока транспорта в городских условиях. В различное время построением моделей городских транспортных потоков занимались: И.Р. Пригожин, В.В. Зырянов, В.В. Сильянов, В.И. Коноплянко, Е.М. Лобанов, А.П. Буслаев, Д. Дрю, Б.С. Кернер, Т. Нагатами, Ф.К.Мартинес и другие. В результате был накоплен большой объем научных, статистических и экспериментальных исследований, что позволило решать транспортные задачи в условиях жестких требований к эффективности транспортных систем городов. Вопросы оптимизации движения транспортных потоков хорошо рассмотрены в книге А.П. Буслаева, А.В.Новикова, В.М. Приходько, А.Г. Таташева, М.В. Яшиной «Вероятностные и имитационные подходы к оптимизации автодорожного движения» . Так же следует отметить работу Швецова В.И. «Математическое моделирование загрузки транспортных сетей» и также публикацию В.В. Семенова «Математическое моделирование динамики транспортных потоков». В них рассмотрены проблемы инструментария и алгоритмов построения моделей загрузки улично-дорожной сети городов и динамического моделирования движения транспорта.

В области построения моделей движения транспортного потока следует отнести фундаментальные работы коллектива кафедры волновой и газовой динамики механико-математического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (Н.Н. Смирнов, А.Б. Киселев, В.Ф. Никитин). В этих работах представлено развитие модели движения автотранспортных потоков, предложена модель двухполосного транспортного потока, учитывающая перестроения транспортных. Модель описывает особенности однонаправленного движения транспорта и хорошо согласуется с проводившимися экспериментальными измерениями.

В то же время, построение масштабных транспортных моделей в большинстве российских городов еще не получило достаточного и необходимого уровня.

Так, прежде чем проводить конкретные организационно-технические мероприятия, необходимо четко прогнозировать, как последствия их реализации, так и целесообразность проведения подобных мероприятий вообще. Решение подобных технических задач должно полностью опираться на математическое моделирование процессов, возникающих при взаимодействии существующих транспортных сетей городов и их потребителей.

Таким образом, основная задача всех математических моделей - спрогнозировать и оценить эффективность возможных реализаций проектируемых мероприятий.

Любая математическая модель, в том числе и функционирования транспортной сети, основывается на большом многокомпонентном объеме исходных данных, получение которых связано, и с большими затруднениями, и с быстро меняющейся ситуацией в мегаполисе, делающей подобные данные неактуальными и устаревшими. Именно это является основной трудностью для создания транспортных моделей крупных городов. К подобным необходимым для полноценного моделирования данным относятся: дифференцированная по районам численность населения, число мест приложения труда, рекреационный потенциал, среднее время передвижения и др. Очевидно, что сбор исходных данных составляет наиболее трудоемкий и продолжительный по времени этап при построении транспортных моделей.

При этом необходимая формализация параметров, используемых аналитических показателей, характеризующих существующее состояние дорожно-транспортного комплекса, является первым этапом в создании транспортной модели города, то есть созданием транспортного предложения. Следующим (вторым) этапом моделирования является расчет транспортного спроса, что представляет собой более сложную и трудоемкую в математическом моделировании задачу.

Подобное моделирование, в первую очередь, должно быть связано с определением критериальной системы оценки эффективности функционирования транспортных систем.

Следует отметить, что само понятие «транспортная система» редко и достаточно сложно формализуется в современной научной литературе. К тому же представление транспортной системы исключительно как природно-технической системы сразу же переводит задачу постановки критериев эффективности ее? функционирования в плоскость взаимодействия участников дорожного движения и окружающей среды, что, в ситуации необходимого равноправия этих компонентов системы делает ее значительно более сложной.

В научной литературе 70-х годов прошлого века исследованиям и оценкам качества функционирования транспортных систем городов было уделено значительное внимание. В исследованиях понятия «качество транспорта», «эффективность транспорта» были отнесены исключительно к отдельным составляющим транспортных систем и их функционированию [4; 19]. Тогда же исследовались региональные особенности функционирования транспортных систем. Также оценивалась эффективность отдельных мероприятий, инноваций в области систем транспорта, более редко работы были посвящены организации дорожного движения.

В настоящее время цель функционирования городских транспортных систем, обеспеченная в свое время соответствующим математическим моделированием, все более скрывается за сложными экономическими взаимоотношениями современной рыночной экономики. Фактическое отсутствие формальных целевых установок делает достаточно сложным, а в некоторых ситуациях практически невозможным, саму постановку задачи определения эффективности функционирования транспортной системы во всем многообразии ее проявлений.

Фактическое отсутствие надежной системы координат, соответствующих аналитических показателей для оценки качества эффективности функционирования современных транспортных систем городов в условиях современной экономики и инфраструктуры постиндустриального общества можно объяснить, в первую очередь, отсутствием современных инструментов оценки транспортного спроса на транспортные услуги. Получив определенным образом построенные модели транспортного спроса, в том числе, проведя адекватное современной ситуации математические моделирование, становится возможным и проведение исследований по сопоставлению (эффекту) затрат сообщества на эксплуатацию транспортной системы и потребностей общества и степени их удовлетворения.

В отличие от задач организации дорожного движения, где используются, в основном, имитационные модели движения транспорта, в транспортном планировании используются прогнозные модели, основывающиеся на макроскопических параметрах, описывающих транспортный поток. В этих моделях параметрами являются: скорость транспортного потока, интенсивность транспортного потока, интенсивность пассажиропотоков. Таким образом, основой прогнозного моделирования городских транспортных систем становится задача реализации пассажирских транспортных корреспонденций.

Транспортная прогнозная модель, как правило, представляет собой программный комплекс, состоящий из информационных и расчетных блоков. Информационные блоки реализуют базу данных хранения и обработки информации, необходимой для прогноза транспортных потоков. Расчетные блоки представляют алгоритмы решения задач математического программирования, ориентированных на прогноз потребности в перемещениях людских потоков и расчет реализующих ее потоков транспортных единиц.

Очевидно, что сбор исходных данных представляет собой наиболее трудоемкий и продолжительный по времени этап при построении транспортных моделей [26]. В свою очередь, алгоритмизация построения транспортных моделей решает задачу определения степени соответствия существующего транспортного спроса имеющемуся транспортному предложению. Таким образом, базовую часть модели, включающую наполнение ее исходными данными можно разделить на два этапа:

1 этап. Создание транспортного предложения и расчет транспортного спроса. При этом необходима определенная формализация параметров, характеризующих имеющееся в настоящий момент состояние дорожно-транспортного комплекса,

2 этап. Совершенствование алгоритмов распределения транспортного спроса по имеющемуся транспортному предложению и калибровка модели по собранным данным, определяющим основные параметры транспортного движения на действующей сети. Последнее возможно лишь при наличии сформированных и формализованных параметров транспортного спроса и

Можно оценить необходимый к формализации объем исходных данных, который будет определяться достаточно большим числом составляющих. По мнению этого автора к этим составляющим относятся:

· Транспортное предложение;

· Транспортный спрос.

· Транспортное предложение, в свою очередь, имеет следующие составляющие:

· Картографическая информация (цифровой план города);

· Сеть путей движения для различных видов транспорта, ее свойства и условия движения, включая технические средства организации дорожного движения;

· Типы улиц и дорог, среднегодовая суточная интенсивность, пропускная способность перегонов и перекрестков, и т.д.

Транспортный спрос:

· Данные статистики: сведения о населении, о трудоспособном населении, о рабочих местах, о рабочих местах в сфере услуг, о количестве студентов и учебных местах;

· Данные статистики о распределении корреспонденций по целям поездок;

· Модель Split: общее разделение транспортных потоков по видам транспорта на исследуемой территории.

Тем же автором предлагается следующий расчет прогноза в подобной транспортной модели, который осуществляется по четырехшаговому алгоритму, вследствие чего такие прогнозные транспортные модели называют «четырехшаговыми». В подобной модели выделяются четыре этапа (шага):

1. Генерация спроса (Trip Generation).

2. Распределение спроса (Trip Distribution).

3. Выбор режима (Mode Choise).

4. Перераспределение (Assignment).



1.2. Описание существующих программных продуктов, реализующих аналоги предлагаемой разработки

В настоящий момент рынок программных продуктов в области транспортного планирования (макро-моделирования) и организации движения (микро-моделирования) только начинает формироваться. Одной из первых и программ, реализующих представленный выше четырехшаговый алгоритм загрузки транспортных сетей является программа EMME/2. (расшифровка «Equilibre Multimodal, Multimodal Equilibrium» означает "Мультимодальное Равновесие"). Первые подобные транспортные модели на основе данного программного продукта были созданы в Канаде и в Финляндии. Программное обеспечение EMME/2 разрабатывалось как интерактивно-графическая гибкая среда моделирования для городского и регионального транспортного планирования.

На российском рынке можно отметить две системы моделирования движения Vissim+Visum (PTV Vision) и Aimsun NG (TSS). По своим возможностям и области решаемых задач системы практически идентичны и объединяют в себе полный пакет программного обеспечения для планирования, анализа и организации транспортного движения.

В модуле VISUM PTV Vision® реализован первый уровень моделирования - макро-моделирование, в котором объектом моделирования является транспортный поток. На сегодняшний день в мире существует также и множество специальных систем для микро-моделирования транспортных потоков, например, VISSIM, TRANSIMS, PARAMICS, EMME/2, SATURN.



1.3. Описание целевого назначения и основных характеристик программного комплекса, включающего модуль оценки эффективности элементов транспортной сети (МОЭТС)

Программный комплекс представляет собой сетевую систему, состоящую из пакета имитационного моделирования Aimsun, программного комплекса подготовки данных и визуализации результатов транспортного моделирования AnetEditor и геоинформационной системы Mappl (Рисунок 1.1). В свою очередь, комплекс подготовки данных и визуализации результатов включает модули подготовки данных (ПК) и комплексной оценки эффективности маршрута (КОЭМ).

Рисунок 1.1 Программный комплекс проектирования параметров УДС

Размещено на http://www.allbest.ru/



1.3.1 Пакет имитационного моделирования Aimsun

ПИМ Aimsun представляет собой полнофункциональный комплекс инструментов анализа транспортных потоков и перевозок, который может использоваться для планирования, детального моделирования и исследования требований и условий деятельности в сфере транспорта. Продукт реализует интегрированную платформу, пригодную для выполнения как статического, так и динамического моделирования. ПИМ Aimsun спроектирован и реализован в помощь аналитику, применяющему на практике четырехступенчатую модель транспортного планирования. Основные функции приложения таковы: статическое распределение (назначение) трафика (одно- и многопользовательское), анализ запросов (включая импорт/экспорт матриц, манипуляции с матрицами, анализ местоположения детекторов и корректировку матриц) и генерация обходов.

Моделирования дорожного движения необходимо как для выявления эффективных стратегий управления транспортными потоками, так и для поиска оптимальных решений по развитию улично-дорожной сети (УДС) в периоды реконструкции, ремонтов коммуникаций и пр.

Целью моделирования является определение оптимальной топологии УДС, адекватный выбор расположения технических средств организации дорожного движения, определение возможных этапов будущего развития. На модели можно опробовать влияние всплесков интенсивности, влияние перекрытия полос движения, связанное с предстоящей реконструкцией, на общую транспортную ситуацию, что невозможно сделать в реальной сети.

Исходными данными для моделирования являются результаты транспортного обследования, в ходе которого выявляются:

Топологические характеристики УДС включают, в том числе:

· количество полос дорожного полотна;

· ширина полос дорожного полотна;

· ширина обочины;

· геометрические данные пересечений;

· количество и расположение остановок городского транспорта;

· расположение знаков регулирования дорожного движения.

Характеристики транспортных средств включают, в том числе:

· длину;

· ширину;

· максимальную допустимую скорость;

· максимальное ускорение;

· максимальное и нормальное торможение;

· время реакции водителя;

· минимальную дистанцию между ТС;

· уровень потребления топлива;

· уровень выброса загрязняющих веществ.

Характеристики светофорных объектов (СО) включают, в том числе:

· организацию дорожного движения на перекрестках;

· фактические временные параметры работы СО;

· наличие регистрирующих камер и управляющих детекторов на перекрестке.

Характеристики транспортных потоков включают, в том числе:

· входную интенсивность движения;

· интенсивность движения на поворотных направлениях.

Особенности движения и парковки транспортных средств на рассматриваемой УДС включают, в том числе:

· наличие парковок в пределах исследуемой сети;

· количество автомобилей выезжающих с парковок, расположенных вдоль дорог, в час.



1.3.2 Геоинформационная система Mappl

Географическая информационная система Mappl (ГИС Mappl) - это система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, отображение и распространение данных, а также получение на их основе новой информации о пространственно-ориентированных явлениях. В ГИС информация организована в виде слоев. Каждый слой представляет собой совокупность объектов, объединенных каким-либо общим признаком (например, тематические слои зданий, гидрографических объектов и др.). В свою очередь, каждый объект в ГИС характеризуется координатной парой (или набором координат) и некоторыми атрибутивными характеристиками. ГИС предоставляет возможности накопления и анализа пространственной информации, оперативного поиска объектов, их отображения в удобном для использования виде, осуществления различного рода поисково-справочных процедур. Данные со слоёв хранятся в реляционной СУБД. ГИС хранит данные в MySQL.

1.3.3 Программный комплекс подготовки данных и визуализации результатов транспортного моделирования ANetEditor

Программный комплекс ANetEditor (рисунок 1.1) создан для распределенной подготовки данных и визуализации результатов транспортного моделирования пакета Aimsun. Он использует ГИС Mappl для редактирования и отображения объектов. В отличии от пакета Aimsun, комплекс ANetEditor позволяет анализировать результаты моделирования Основным недостатком программного комплекса Аimsun следует считать то, что при моделировании необходимых параметров он отражает загруженность каждой секции в отдельности, при этом не учитывая влияние одной секции на другую. Последнее может быть определено как достаточно большая погрешность в значительной степени снижающей эффективность прогнозирования «пробкообразования».

В свою очередь комплекс ANetEditor позволяет оценивать как результаты моделирования по каждой секции в отдельности, так и рассматривать «пробку» как единое целое, т.е. в данном случае присутствует влияние одной секции на другую, что позволяет комплексно анализировать систему «пробкообразования» как единое целое, тем самым в значительной степени повышая эффективность прогнозирования.

Следует отметить также, что, в отличии от Aimsun, ANetEditor экономически более целесообразен в плане дешевизны, а также к его достоинству можно отнести возможность изменения функции визуализации.

1.4. Особенности разработки системного модуля оценки эффективности транспортной системы

Разрабатываемый системный модуль МОЭТС является компонентом программного комплекса ANetEditor. Его основной задачей является экспертная оценка эффективности выделенных полос наземного городского маршрутного транспорта.

Системный модуль состоит из двух подсистем:

· подсистемы подготовки данных.

· подсистемы комплексной оценки эффективности маршрута.

Подсистема подготовки данных осуществляет импорт существующей маршрутной сети из городских информационных баз, а также полуавтоматический ввод данных по инфраструктуре маршрутной сети. Она позволяет подготовить данные для последующей загрузки в ПИМ Aimsun. Основной модуль МОЭТС (подсистема комплексной оценки эффективности маршрута) непосредственно осуществляет комплексную оценку эффективности маршрута. Он позволяет оценить провозную способность маршрутов общественного транспорта в зависимости от различных характеристик маршрута, а так же затраченное время на маршрут. Программное обеспечение основного модуля обеспечивает оценку следующих показателей:

· Максимальная провозная способность маршрута.

· Провозная способность в соответствии с модельным спросом на пассажироперевозку по данному маршруту.

· Необходимые интервалы движения маршрутно-транспортных средств, в соответствии со спросом.

· Время маршрута в общем транспортном потоке.

· Время маршрута с учетом выделенной полосы по всему маршруту или на отдельных участках.

· Оптимальные характеристики маршрута с учетом ввода выделенных полос движения, времени движения по маршруту, загрузки транспортных средств и провозной способности маршрута.

Входными данными для основного модуля являются:

· Длина секции.

· Число полос.

· Полная пропускная способность секции.

· Пропускная способность на полосу.

· Спрос автомобильного движения на секцию.

· Скорость участка свободного движения.

· Характеристики маршрутов НГПТ.

· Характеристики остановочных пунктов НГПТ.

· Интервалы движения маршрутных транспортных средств.

· Вместимость маршрутных транспортных средств.

· Транспортные задержки на характерных участках маршрутов (пересечения со светофорным регулированием, сложные транспортные развязки и т.д.).

Выходными параметрами модуля являются:

· Длина участка, с прогнозируемыми монотонными значениями параметров дорожного движения (средней скорости, плотности и интенсивности движения).

· Тип затрудненного участка.

· Средняя скорость транспортного потока на участке.

· Средняя плотность транспортного потока на участке.

· Время в пути на участке.

· Интенсивность движения транспортного потока на участке.

· Значения провозной способности маршрутных транспортных средств, в зависимости от характеристик маршрутов.

· Значения провозной способности полосы движения для личного транспорта.

· Значения времени, необходимого для совершения маршрута для маршрутных средств и личного транспорта при различной инфраструктуре (без ввода выделенной полосы, выделенная полоса по всему маршруту, выделенная полоса на отдельных участках маршрута).

· Значения комплексных показателей оценки эффективности маршрута.

Основным результатом работы системного модуля является отображение на ГИС Mappl картограмм и цифровых характеристик маршрутов как по монотонным участкам, так и по маршруту в целом, сформированный отчет в виде табличных форм, графиков и диаграмм по агрегированным значениям параметров участков маршрута и значениям комплексных показателей оценки эффективности маршрута и его привлекательности для пассажиров.

1.5. Техническое задание на разработку системного модуля

Техническое задание на разработку системного модуля приведено в Приложении I.

2. Математическое обеспечение программного комплекса МОЭТС

Для разработки программного обеспечения модульной системы экспертной оценки эффективности транспортной системы необходимо определить математический аппарат и разработать соответствующую алгоритмизацию, составляющую вычислительную часть программного комплекса МОЭТС.

Для этого, в первую очередь, необходимо определить основные исходные данные, детерминирующие содержательное наполнение программного продукта.

К последним следует отнести основные показатели, определяющие эффективность данного сектора наземной транспортной системы.

В данной работе, исходя из особенностей анализа транспортной системы, предложенной во Введении, определены следующие базовые (исходные) показатели:

· J_i - Интервал движения маршрутного ТС для одного маршрута;

· P_iR - Расчетный пассажиропоток для секции;

· K_i - Вместимость маршрутного транспортного средства;

· V_sp - Средняя скорость транспортного потока для секции;

· Q_s - Средняя плотность транспортного потока для секции;

· L_s - Длина секции;

· V_мf - Скорость свободного движения маршрутного транспортного средства;

· N_pass - Количество пассажиров на остановке.

Интервал движения маршрутного ТС первоначально определяется, исходя из имеющихся предположений о характере и особенностях маршрута движения соответствующего ТС в данном микрорайоне. Этот показатель рассматривается нами как наиболее варьируемый в зависимости от получаемых результатов на выходе модуля КОЭМ.

Показатель расчетного пассажиропотока определяется на основании данных, получаемых с помощью программного комплекса Aimsun.

Аналогично такие показатели как вместимость маршрутного транспортного средства, средняя скорость транспортного потокаё средняя плотность транспортного потока, а также скорость свободного движения маршрутного транспортного средства являются варьируемыми показателями, определяемыми как особенностями данного урбанистического ландшафта, так и результатами промежуточного анализа, получаемого с помощью разрабатываемого модуля.

2.1. Расчет промежуточных результатов

Исходя из зафиксированных на момент промежуточного анализа исходных данных на первом этапе разработки математического аппарата проводится разработка алгоритма расчета промежуточных результатов. При этом должно быть, в первую очередь, учтено количество проходящих маршрутов по секции (C_м). Данный показатель рассчитывается посредством ГИС Mappl и является фиксированным.

Таким образом, пассажиропоток общественного транспорта (P_spt) на секции определяется как

(2.1.1)

где, C_м - Количество проходящих маршрутов по секции;

P_iR - Расчетный пассажиропоток.

При этом суммация происходит по всем маршрутам данной секции.

Важным показателем промежуточных расчетов является средняя интенсивность транспортного потока (I_s), рассчитываемого для каждой секции. Этот показатель ставиться является функцией произведения таких показателей, как средняя скорость транспортного потока (V_sp) и средняя плотность транспортного потока (Q_s) и рассчитывается по формуле:

(2.1.2)

Аналогично рассчитываются такие промежуточные показатели как среднее время движения транспортного потока по секции (T_s) и пассажиропоток личного транспорта на секции (P_scar) (соответственно формулы 2.1.3, 2.1.4)

(2.1.3)

где L_s длина секции, V_sp - средняя скорость транспортного потока

и

(2.1.4)

Где I_s (средняя интенсивность транспортного потока). Последняя берется из расчета по формуле 2.1.2, а - средняя наполняемость личного автомобиля.

Параметр (P_scar) следует рассматривать как наиболее вариабельный и зависящий от сезонностиё дня недели и времени дня. В связи с этой особенностью должен быть определен приблизительный диапазон возможной вариабельности показателя P_scar , что при дальнейшей разработке должно быть учтено в оценке эффективности данного сектора наземной транспортной системы.



2.2. Оценка параметров маршрутов общественного транспорта

К параметрам анализа совокупности маршрутов общественного транспорта в пределах рассматриваемой секции относятся такие показатели как:

· Средняя скорость (V_kr);

· Время в пути (Tspt, Tsvp, Tst);

· Пассажиропоток на секции (P_kr);

· Наполняемость транспортного средства (N_kr);

· Оптимальная частота транспортного средства (F_опт).

Показатель средняя скорость на секции определяется разностью исходно задаваемых показателей V_sp и V_мf

(2.2.1)

Где значение V_мf задается в настройках программы.

Показатель времени в пути на секции вычисляется, если показатель V_kr, рассчитанный по формуле (2.2.1) меньше нуля. При этом он определяется как совокупностью показателей (T_spt , T_svp T_st), где, соответственно,

T_spt - время в пути в потоке;

T_svp - время в пути по выделенной полосе;

T_st - задержка на остановке.

Последний показатель задается в настройках либо функцией от количества входящих пассажиров.

При этом показатели T_spt , T_svp рассчитываются по формулам:

(2.2.2)

(2.2.3)

где, как уже отмечалось, V_sp - средняя скорость транспортного потока; L_s - длина секции; V_мf - скорость свободного движения маршрутного транспортного средства; T_st - задержка на остановке.

Оценка пассажиропотока на секции вычисляется, если показатель V_kr, рассчитанный по формуле (2.2.1) также меньше нуля. При этом он определяется как разность между пассажиропотоком общественного транспорта (P_spt) и пассажиропотоком личного транспорта на секции (P_scar).

(2.2.4)

Как уже отмечалось, оценка пассажиропотока личного транспорта будет зависеть от сезонности, дня недели и даже времени суток, поэтому такой же вариабельностью будет обладать и показатель общего пассажиропотока на данной секции, что также должно быть учтено при дальнейшей разработке модуля оценки эффективности.

Важным показателем, имеющим достаточный «вес» в оценке эффективности выделенных полос городского пассажирского транспорта, является наполняемость транспортного средства. Отметим, что подобный показатель в значительной степени будет зависеть от вида данного транспортного средства (вид пассажирского автобуса, маршрутное такси и т.п.).

Этот показатель определяется как разность между среднеоптимальной наполняемостью ТС (N_о-ср) и расчетной наполняемостью (N_расч).

(2.2.5)

При этом каждый из слагаемых рассчитывается по соответствующим формулам.

(2.2.6)

где N_oi - наполняемость транспортного средства НГПТ. Этот показатель является функцией, рассчитываемой по формуле:

(2.2.7)

Где K_i - вместимость маршрутного транспортного средства, µ - коэффициент оптимальной вместимости ТС НГПТ, который задается в настройках модуля и должен быть представлен в настройках интерфейса.

Расчетная наполняемость ТС определяется по формуле:

(2.2.8)

где P_spt - пассажиропоток общественного транспорта, а F_ср-м - средняя частота маршрута, соответственно рассчитывается как

(2.2.9)

где J_i - интервал движения маршрутного ТС для одного маршрута, K_i - вместимость маршрутного транспортного средства,

Показатель оптимальной частоты движения ТС НГПТ определяется как отношение пассажиропотока общественного транспорта (P_spt) и оптимальной средней наполняемости ТС НГПТ.

(2.2.10)



2.3 Время в пути на маршруте

Усредненное время прохождения данного маршрута транспортным средством (Т_м-ср) складывается из совокупности усредненных времен прохождения каждой секции (Т_мi-ср). То есть

(2.3.1)

где Т_мi-ср - усредненное время прохождения секции ТС НГПТ.

В свою очередь, усредненное время прохождения секции ТС НГПТ будет зависеть как от времени непосредственного движения по данной секции, так и времени, отводимого на процедуру остановки и связанной с ней посадкой и высадкой пассажиров и процедур подъезда и отъезда от остановки.

Таким образом, мы получаем ряд формул для расчета этих временных показателей.

(2.3.2)

где T_dv - время движения на секции. В свою очередь, T_dv = T_spt в случае наличия выделенной полосы для ТС НГПТ или T_dv = T_svp в случае ее отсутствия;

T_stop - время, затрачиваемое ТС на процедуру, связанную с торможением, разгоном и высадкой-посадкой пассажиров. Этот показатель определяется по формуле:

(2.3.3)

где T_tor - время торможения перед остановкой; T_pvp - время посадки - высадки пассажиров; T_raz - время разгона после остановки.

В свою очередь, время торможения перед остановкой является функцией как скорости свободного движения маршрутного транспортного средства (V_mf), так и 1 - ускорение торможения (задается в настройках в диапазоне 1,5 - 2,5, по умолчанию значение 1 принимается равной 2) и определяется как следующее отношение.

[сек] (2.3.4)

Аналогично, время разгона (T_raz) - функцией скорости свободного движения маршрутного транспортного средства (V_mf) и 2 - ускорение разгона (задается в настройках в диапазоне 1,2 - 1,8, по умолчанию значение 2 принимается равной 1,4). T_raz точно также определяется как отношение:

[сек] (2.3.5)

Время посадки-высадки пассажиров (T_pvp), либо определяется как C_pvp - константа (задается в настройках), либо определяется по формуле

(2.3.6)

Где параметр в определяется из следующих граничных условий:

= 2, если N_расч < 0,8* N_о-ср

= 3,2, если 0,8* N_о-ср ?N_расч ? 1,05* N_о-ср;

= 4,1, если N_расч > 1,05* N_о-ср

где N_pass -количество пассажиров, входящих на остановке, N_о-ср - соответственно, средняя наполняемость пассажирами транспортного средства.



2.4 Средний пассажиропоток на маршруте

Средний пассажиропоток на маршруте (P_spt-ср) является одним из основных показателей, определяющих эффективность выделенных полос. Он складывается из совокупности среднего пассажиропотока городского наземного пассажирского транспорта и усредненного пассажиропотока личного автотранспорта. В свою очередь, эти показатели рассчитываются по следующим формулам:

(2.4.1)

(2.4.2)

где, P_spt -пассажиропоток общественного транспорта; P_scar-ср - средний пассажиропоток личного транспорта на секции; I_п-ср - средняя интенсивность полосы движения транспортного потока на маршруте, берется из расчета параметров транспортных потоков на магистралях в aNetEditor; - средняя наполняемость личного автомобиля.

2.5 Средняя наполняемость транспортного средства наземного городского пассажирского транспорта на маршруте

Для определения большинства из вышеприведенных показателей, влияющих на оценку эффективности выделенных полос для НГПТ, необходимо оценить среднюю наполняемость транспортного средства наземного городского пассажирского транспорта на маршруте. Она является функцией как расчетных показателей наполняемости транспортного средства наземного городского пассажирского транспорта, так и временных параметров движения транспортных средств и определяется как отношение суммы произведений расчетного показателя наполняемости транспортных средств данного маршрута на усредненное время прохождения секции всеми ТС НГПТ к усредненному времени прохождения данного маршрута транспортным средством и рассчитывается по формуле:

(2.4.3)

2.6 Расчет эффективности выделенной полосы по времени в пути на исследуемом участке улично-дорожной сети

Эффективность ввода выделенной полосы по времени в пути на НГПТ рассчитывается по следующей формуле:

(2.6.1)

где, T_mp-ср - время в пути на маршруте в общем потоке; T_mv-ср - время в пути на маршруте по выделенной полосе.

В свою очередь эти показатели (T_mp-ср , T_mv-ср) рассчитываются по формуле 2.3.1, соответственно, с выделенными полосами НГПТ и при ее отсутствии. Данный показатель выражается в процентном соотношении.

2.7 Расчет эффективности выделенной полосы по значению пассажиропотока на исследуемом участке улично-дорожной сети

Расчет эффективности выделенной полосы по значению пассажиропотока на исследуемом участке улично-дорожной сети проводится как ряд последовательных шагов, реализуемых соответствующими программными комплексами.

Шаг 1 - Расчет значения пассажиропотока (P_iR ) на дугах графа (секциях) по текущей транспортной модели. Расчет пассажиропотока на исследуемом участке УДС производится в программном комплексе транспортного моделирования Aimsun 8 Expert без ввода выделенной полосы. Данный показатель, рассчитываемый для каждой секции, является исходным для модуля КОЭМ.

Шаг 2 - Расчет значений усредненного времени прохождения секций ТС НГПТ (Т_мi-ср) проводится модулем КОЭМ по формуле 2.3.2.

Шаг 3 - На этом шаге необходимо провести корректировку ценовых функций (PT Delay) дуг графа (секций) на исследуемом участке УДС для алгоритма равномерного распределения пассажиропотока для общественного транспорта. Корректировка ценовых функций производится оператором ПЭВМ вручную на основании нормативных показателей элементов транспортной системы, актуализируемых на данный момент времени.

Шаг 4 - Данная операция полностью аналогична по своей структуре шагу 1 за исключением того, что на этом шаге расчет новых значений пассажиропотока на дугах графа (секции) по текущей транспортной модели в ПИМ Aimsun проводится уже с учетом ввода выделенной полосы на исследуемом участке УДС.

Шаг 5 - Расчет эффективности выделенной полосы по значению пассажиропотока на исследуемом участке улично-дорожной сети (W_p) проводится модулем КОЭМ по следующей формуле:

(2.7.1)

где, P_spt-ср-p - средний пассажиропоток исследуемого участка без учета выделенной полосы (показатель результата вычислений на шаге 1);

P_spt-ср-v - средний пассажиропоток исследуемого участка с учетом выделенной полосы (показатель результата вычислений на шаге 4);

P_scar-ср - средний пассажиропоток перевозимый на личном транспорте по 1-й полосе движения (рассчитывается по формуле 2.4.2). При этом значение I_п-ср (средняя интенсивность полосы движения транспортного потока на маршруте) берется из расчета параметров транспортных потоков на магистралях в aNetEditor, а показатель средней наполняемости личного автомобиля () является одним из исходных параметров.



3. Проектирование и разработка модульной системы оценки эффективности элементов транспортной системы

В процессе проектирования и разработки программного обеспечения модульной системы оценки эффективности элементов транспортной системы была выбрана гибкая методология разработки программного продукта. Данный выбор был обоснован динамичностью формирований требований к функциональной нагрузке и интерфейсу системы модулей. Данная методология подразумевает поставку рабочего кода продукта через каждые итерационные периоды и тесное (практически ежедневное) общение с заказчиком.

Для решения поставленной задачи было использовано следующее программное обеспечение:

· Среда разработки программного обеспечения Borland Delphi 7;

· Система автоматического контроля версий исходного кода CVS-NT;

· Система управления базами данных MySQL

· Графический интерфейс пользователя реляционных баз данных SQLyog.

3.1. Положение системы МОЭТС в структуре взаимодействия с другими компонентами программного комплекса

Модульная система оценки эффективности элементов транспортной системы (МОЭТС) входит в программный комплекс ANetEditor внутри которого он взаимодействует с ГИС Mappl и СУБД MySQL (Рис. 3.1). Система МОЭТС состоит из модуля подготовки данных (модуль ПД), который проводит предварительную подготовку данных о точечных объектах маршрутной инфраструктуры для последующей их обработки и хранения и модуля комплексной оценки эффективности маршрута (КОЭМ). Подготовленные модулем ПД данные по анализируемым объектам передаются (импортируются) в СУБД, которые в дальнейшем поступают непосредственно в пакет имитационного моделирования (ПИМ) Aimsun для дальнейших вычислений и расчета пассажиропотока и создания инфраструктуры маршрутной сети. Данный модуль позволяет в автоматическом или полуавтоматическом режиме создавать точечные объекты инфраструктуры маршрутной сети для последующего экспорта в (ПИМ) Aimsun. Создаваемые модулем ПД объекты накапливаются в СУБД для последующей обработки в (ПИМ) Aimsun и отображении получаемых результатов в ГИС Mappl.

...