Введение к работе
8Т" -і j ^^'\.,:!:і^&т.уальность проблеми. Повышение эффективности функцич-нирования транспортных систем крупных городов и районов трг
Сложность прогнозирования изменения дорожно-транспг^тних ситуаций на городских магистралях и выбора оптимальних стратегий управления движением приводят к пополнению арсенала математических методов, служащих основой для решения конкретных задач, с сохранением классической структуры микро- и макроподходов к исследованию дорожного движения. Особую актуальность имеет решение проблемы адекватного описания явлений, происходящих в неравновесных ситуациях как при взаимодействии отдельных автомобилей, так и в транспортном потоке.
Анализ закономерностей дорожного движения показывает, что-такие нерптпювесные ситуации сопровождаются скачкообразным и'їмсчігпі,' м состояния транспортного потока на макроуровне и соопн'.'мтиугаим изменением поведения взаимодействующих автомобилей па микроуровне. Эти скачкообразные изменения относятся к характерным особенностям процесса дорожного движения и коренным образом влияют на достоверность описания именно таких ситуаций, которые являются ключевыми при принятии решения о степени сложности условий движения и выборе управляющих воздействий. Между тем, практически все классические микро- и макромодели
основаны на гипотезе неразрывности и имеют ограниченные возможности в приложении к таким неравновесным ситуациям. Это диктует необходимость использования специальных моделей и методов, имеющих, однако, достаточную степень универсальности для применения их при решении широкого спектра задач теории транспортных потоков и получения некоторых специфических данных для целей проектирования дорог.
Эффективное использование любых моделей и методик в практической деятельности по организации дорожного движения невозможно без существования критериев, обеспечивающих объективную информацию о сложившихся условиях движения и их изменением в связи с проводившимися мероприятиями. В процессе развития методов исследования дорожного движения сирокое применение наели энергетические критерии - шум ускорения, градиент скорости, шум энергии, градиент энергии. Однако, нет систематизированных сведений о свойствах этих критериев и особенностях их применения. Выявление структуры взаимосвязей между этими критериями и определение принципов совместного применения энергетических критериев являются важными задачами теории транспортных потоков.
Цель работы - разработка теоретических методов повышения эффективности прогнозирования изменения состояния транспортного потока на основе формирования математических моделей и критериев, учитывающих закономерности движения автомобилей и транспортных потоков в неравновесных ситуациях.
Дня достижения поставленной цели необходимо решить сле
дующие задачи: ,
на основе анализа особенностей функционирования системы "автомобиль-водитель-дорога" 'АВД) выявить методологические предпосылки применения теории катастроф при исследовании дорожного движения, как одного из методов описания скачкообразных изменений;
изучить свойства микро- и макромоделей движения автомобилей и транспортных потоков, обосновать выбор математического аппарата теории катастроф для адекватного отражения поведения
системы АЗД в неравновесных ситуациях;
разработать на базе математического аппарата теории катастроф систему микромоделей движения автомобилей, исследовать их свойства и разработать рекомендацию по использования этих моделей;
развить на основе теории катастрОч,, класс динамических макромоделей транспортного потока для прогнозирования изменения характеристик движения на связанных участках дорэжно-уличной сети в течение заданного периода времени;
разработать методологию оценки условий движения при совместном применении энергетических критериев.
На защиту рыносятся:
методология предложенного научного направления формирования микро- и макромоделей дорожного движения на основе теории катастроф, результаты исследования свойств этих моделей и условий их применения;
методы совместного применения энергетических критериев оценки условий движения транспортных потокоз.
Научная новизна:
в результате проведенных исследований сформулирован методологический подход к описанию дорожного движения на микро- и макроуровнях на основе теории катастроф// разрабо*-тана система соответствующих моделей;
предложены варианты макромоделей транспортного потока учитывающие разрывной характер зависимостей между характеристиками транспортных потоков при неустойчивом состоянии потока;
разработана динамическая модель прогнозирования состояния транспортного потока на связанных элементах дорожно-уличной сети в течение заданного периода времени, позволяющая с большей достоверностью описывать процессы, происходящие при возникновении "узких" мест;
разработана система микромоделей движения автомобилей, обладающих рядом принципиально новых свойств в классе
моделей следования за лидером;
предложена методика совместного применения имитационного моделирования и процедуры факторного анализа при исследовании транспортных потоков, открывающая новые возможности при проверке гипотез о конкретном проявлении зависимостей между параметрами дорожного движения;
выявлены закономерности изменения основных центральных моментов распределения скорости автомобилей в транспортном потоке,и получены зависимости, позволяющие определять значения моментов и вид кривой плотности распределения скорости;
уточнены закономерности распределения транспортных средств по ширине полосы движения в зависимости от её ширины, состава транспортного потока, методов регулирования и скорости движения;
-определена структура взаимосвязей энергетических критериев и сферы их применения;
- разработаны методы совместного применения энергети
ческих критериев при оценке условий движения с использова
нием факторных и дискриминантных моделей.
Практическая ценность;
на основе разработанных моделей разработан комплекс программ для решения задач организации движения и перевозок;
предложена методика применения динамической модели при расчете изменения характеристик транспортных потоков на смежных участках дорожно-уличной сети;
разработана методика оценки условий движения при совместном применении энергетических критериев;
предложены рекомендации по использованию результатов исследований при определении расчетной нагрузки на полосах движения с учетом распределения автомобилей по ширине полосы движения.
Получены также результаты, которые с точки зрения общей направленности работы являются частными, но имеют практическую ценность: на основе разработанных методов моделирования созданы программы по расчету токсичных выбросов автомобилей, сформирован банк данных по дорокко-уличной сети
г.Кемерово, получен значительный объем экспериментальных данных о характеристиках транспортных потоков и зьячениях энергетических критериез на улицах г.г. Кемерово и Новокузнецка.
Реализация результатов работы.
Разработанные методики, модели, рекомендации внедрены ъ УТАИ УВД Кемеровского облисполкома, Нитомирском филиале РПИИ "Укркоммукремдорпроект", территориальном объдкненип автомобильного транспорта "Кемеровоавтотранс", Кемеровском областном комитете охраны природы.
Отдельные этапы работы и полученные результаты использовались при выполнении комплексных программ по безопасности движения в Кемеровской области, плана комплексных мероприятий по охране окружай'дей среды от вредных выбросов отработавких газов автомобильных двигателей в г.Кемерове, раздела "Транспорт" комплексной программы "Кузбасс-90", программы разработки вариантов прогноза экологических последствий функционирования автотранспортного комплекса до 2015 г. ГКНТ СССР.
Результаты диссертационной работы использованы при выполнении ряда научно-исследовательских тем по организации движения и перевозок, снижению токсичных Еыбросов автомобильного транспорта, выполненных в Кузбасском политехническом институте и Московском автомобильно-дорожном институте.
Материалы диссертации используются в учебном процессе при чтении студентам КузШ курсов лекций "Безопасность движения", "Применение экономико-математических методов при организации движения и перевозок" по специальностям 15.05, 24.01, при изучении дисциплины "Организация дорожного движения" по специальности 24.04 в MAJJ1.
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях МАД1 - 38 -ой I960 г., 40-сй - 1982 г., 45-ой - 198? г., 4б-ой - 1983 г., 47-ой -1939 г., 48-ой - 1990 г., У Всесоюзной научно-технической конференции "Пути повышения безопасности дорожного движения"
{г.Вильнюс - 1985 г.); 2-ой Республиканской конференции "Проблемы охраны окружающей среды в районах с интенсивно развивающейся промышленностью^ г .'Кемерово - 1982 г.); зональных научно-технических семинарах "Город - транспорт - человеке г.Челябинск - 1984-іЗб г.г.); научно-техническом семинаре "Повышение эффективности и качества проектирования городских цо^ог" (г.Житомир - 1937 г.); научном семинаре ВНИЦ БД МВД СССР (г.Москва - I9G9 г.); Республиканской научно-практической конференции "Пути повышения безопасности дорожного движения на автомобильном транспорте" (г.Кызыл - 1988 г.); научно-технических конференциях Кузбасского политехнического института (г.Кемерово - 1978-90 г.г.), научном семинаре в КАДИ (1992 г.). Публикации.
По результатам диссертационной работы опубликовано 35 статей, тезисов докладов на научных конференциях, учебное пособие, монография.
Структура и объем работы.
