Введение к работе
Актуальность исследования
Улично-дорожная сеть (УДС) города создается десятилетиями, и для ее изменения необходимо время и значительные инвестиции. Структура и протяженность УДС города создаются на основе генеральных планов развития, ориентированных на определенный уровень автомобилизации. В течение длительного времени в нашей стране приоритет в развитии транспортного обслуживания отдавался общественному пассажирскому транспорту и в качестве расчетного уровень автомобилизации городов принимался 60 авт./ЮОО жителей. Именно на этот уровень автомобилизации и была создана вся транспортная инфраструктура и система управления дорожным движением современных российских городов.
Основными ее недостатками являются:
малая удельная плотность магистральных улиц и неразвитость сети местных улиц;
низкая пропускная способность улиц и пересечений;
совмещенное движение общественного пассажирского транспорта, легкового и грузового движения;
применение для регулирования движения устаревших методов и технических средств, ориентированных на движение транспортных потоков малой плотности;
отсутствие системы информационного обеспечения городского движения;
практическое отсутствие системы обеспечения парковок в городе;
отсутствие специализированных дорог и маршрутов в УДС для движения грузовых автомобилей;
административные барьеры в транспортном обеспечении совместной работы УДС города, пригородной и реакреционной зон города.
Активная автомобилизация крупнейших городов Западной Европы, начавшаяся в 50-е годы, проходила практически по одной закономерности для всех стран: линейный рост количества автомобилей до уровня 300-350 авт./ЮОО жителей, затем замедление роста и стабилизация при уровне 550+50 авт./ЮОО жителей. Темпы автомобилизации российских городов, особенно таких мегаполисов, как Москва, С.-Петербург, несколько больше, чем западноевропейских городов периода достижения ими уровня 300 авт./ЮОО жителей, но спад темпа наблюдается также при уровне 250-300 авт./ЮОО жителей. Есть основание ожидать в российских городах предельный уровень автомобилизации порядка 550 авт./ЮОО жителей к 2020-2025 годам, что в полтора раза больше уровня, достигнутого сегодня на большей части территории России. Это требует пересмотра всей стратегии развития городов и улично-дорожной сети.
Возможности многофункциональной компьютерной технологии, которая уже более 20 лет успешно решает оптимизационные задачи организации и управления дорожным движением в развитых европейских странах следую щие:
моделирование существующих и прогнозируемых транспортных потоков;
включение в модель всей сети дорог и сети линий общественного транспорта, разработка комплексных транспортных схем;
анализ и оценка правил и интенсивности движения;
отработка сценариев типа «что будет, если...»;
планирование транспортной инфраструктуры общественного транспорта;
создание платформы для транспортно-информационных систем;
прогнозирование транспортных пробок;
выбор оптимальной организации движения на перекрестке и оценка пропускной способности для каждого варианта движения;
анализ пропускной способности и движения в зоне остановок с учетом приоритета общественного транспорта;
оптимизация работы сигнальных устройств;
анализ «узких» мест;
сравнение различных вариантов пунктов пересечения (круговое движение, регулировка направления движения, направляющие сигнальные устройства и развязки);
создание правил управления движением транспортных средств на автострадах и улицах.
Дорожное движение по транспортной сети относится к классу сложных систем, которые должны исследоваться с позиций системного подхода, опирающегося на многомодельность. Наиболее важными в отношении возможностей исследования проблем дорожного движения являются имитационные МО дели. Однако большая мощность, разнообразие и вероятностная неопределенность множества элементов транспортной сети (ТС) и единиц транспортного потока, включая разнообразие маршрутов, целей передвижения и внешних условий, делают имитационное моделирование объектов данного класса неэффективным по быстродействию и масштабам необходимых средств моделирования и сложным в обработке результатов моделирования и принятия решений в области автоматизации управления дорожным движением.
В условиях регионального промышленного центра, каковым, безусловно, является и город Пермь, решение перечисленного класса задач усложнено наличием мощных устойчивых транспортных потоков, которые в ближайшем будущем не имеют альтернативных маршрутов из-за отсутствия кольцевой дороги и ограниченности мостовых сооружений и поэтому существенно увеличивают нагрузку на УДС, постоянно создавая опасность возникновения заторов,
что снижает скорость движения, создает транспортный шум, загрязняет окружающую среду, невольно способствует росту числа дорожно-транспортных происшествий.
Таким образом, актуальность исследования обусловлена сложившимся противоречием между потребностью практики в разработке эффективных автоматизированных систем управления транспортными потоками промышлен ного центра и отсутствием адекватного ее сложности научно-методического аппарата моделирования дорожного движения, а также поддержки на этой основе принятия технических и управленческих решений большого народнохозяйственного значения.
Цель исследования заключается в обосновании эффективных подходов к развитию автоматизированных систем управления транспортными потоками промышленного центра с позиций адекватного нестохастического описания дорожного движения как объекта исследования и экспертной интерпретации результатов моделирования.
Достижение цели исследования потребовало решения следующих частных задач:
-
разработка концепции представления транспортных потоков на альтернативной вероятностным подходам основе;
-
приведение моделей транспортного потока с вероятной неопределенностью к альтернативным агрегированным моделям с меньшей степенью неопределенности;
-
разработка принципов моделирования процессов прохождения транспортными потоками промышленного значения элементов улично-дорожной сети;
-
разработка методики обобщения гетерогенных результатов моделирования дорожного движения и поддержки принятия решений по совершенствованию системы управления транспортными потоками;
-
разработка рекомендаций по использованию имитационного моделирования на этапах разработки и эксплуатации перспективных автоматизированных и телематических систем управления дорожным движением промышленного центра.
Объектом исследования является дорожное движение в промышленном центре.
Предмет исследования - инструментальные средства моделирования дорожного движения и их использование в задачах автоматизированного управления транспортными потоками промышленного центра.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций диссертации подтверждена анализом и корректным обоснованием предложенных математических моделей, а также результатами практического применения.
Научная новизна выполненного в диссертации исследования заключается в развитии концепции агрегирования и имитационного моделирования
транспортных потоков для создания инструмента исследования эффективности дорожного движения, включающей в себя:
принципы имитационного моделирования агрегируемых транспортных потоков промышленного центра;
методику анализа эффективности транспортной сети по результатам имитационного моделирования дорожного движения на основе комплексного оценивания.
На защиту выносятся следующие научные положения.
-
Концепция агрегирования транспортных потоков на основе учета пеле-тонообразующих факторов, дополненная процедурой приведения моделей дорожного движения с вероятностной неопределенностью к моделям со слабо-проявленной при больших значениях параметра распределения Пуассона интервальной неопределенностью, позволяет применить имитационное моделирование в задачах автоматизированного управления транспортными потоками как достаточно доступный и эффективный метод исследования дорожного движения.
-
Принципы имитационного моделирования прохождения основных пе-летонизированных транспортных потоков промышленного центра через элементы улично-дорожной сети способны методически обеспечить оценку различных показателей качества управления дорожным движением.
-
Гетерогенные по своему составу результаты имитационного моделирования дорожного движения на множестве вариантов управления им согласно разработанной методике комплексного оценивания объединяются в обобщенный показатель с достаточным уровнем экспертной чистоты и ранжируются по отношению строгого порядка для поддержки принятия решения при выборе стратегии развития автоматизированных систем управления транспортными потоками.
Практическая значимость результатов исследования заключается в разработке обоснованных рекомендаций для принятия решения при выборе стратегии развития автоматизированных систем управления транспортными потоками.
Результаты диссертационного исследования использованы при организации и управлении дорожным движением ГИБДД Пермской области, подтвердив большую экономическую и социальную эффективность для региона и могут быть использованы специалистами при разработке мер по улучшению состояния дорожного движения в масштабе страны
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались на Всероссийской научно-практической конференции Пермского НЦ УрО РАН, Пермского филиала ИЭ УрО РАН (15 апреля 2004 г.), международном семинаре (Варна, июль 2004 г.), конференции Пермского ЦНТИ (ноябрь 2004 г.), а также на технических совещаниях ГИБДД и администрации Пермской области.
Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трехглав, заключения и списка литературы и содержит 7 таблиц, 25 рисунков.