Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния вопроса в области разработки и внедрения проектов интеллектуальной транспортной системы 23
1.1 Формирование глоссария и формирование терминологического справочника основных понятий Интеллектуальной транспортной системы в соответствии с международными стандартами и российским официальным переводом 23
1.2 Мировой опыт развития Интеллектуальных транспортных систем 26
1.3 Обоснование необходимости разработки Интеллектуальной транспортной системы в Российской Федерации, актуализация Интеллектуальной транспортной системы для различных сегментов деятельности на автомобильном транспорте 29
1.4 Описание фактического уровня научной проработки в области Интеллектуальных транспортных систем в Российской Федерации 30
1.5 Опыт стандартизации в области Интеллектуальных транспортных систем 36
1.5.1 Описание европейской и мировой систем стандартизации в области Интеллектуальных транспортных систем 36
1.5.2 Стандартизация в сфере Интеллектуальных транспортных систем в Российской Федерации 37
1.6 Анализ зарубежных технологий Интеллектуальных транспортных систем
и оценка их эффективности 39
1.7 Выводы по главе 1 40
2 Научная гипотеза по формированию концепции жизненного цикла локального проекта интеллектуальной транспортной системы 42
2.1 Методология формирования архитектур Интеллектуальной транспортной системы 42
2.1.1 Доменная архитектура 42
2.1.2 Функциональная архитектура 43
2.1.3 Физическая архитектура 50
2.1.4 Архитектура Интеллектуальной транспортной системы в целом 56
2.2 Обоснование необходимости поиска оптимума при проектировании архитектуры Интеллектуальной транспортной системы 61
2.3 Разработка научной гипотезы по формированию концепции жизненного цикла локального проекта Интеллектуальной транспортной системы 62
2.3.1 Концепция структуры жизненного цикла 64
2.3.2 Требования к технико-экономическому обоснованию локального проекта Интеллектуальной транспортной системы 68
2.3.2.1 Становление жизненного цикла локального проекта Интеллектуальной транспортной системы 68
2.3.2.2 Вывод интегральной эффективности локального проекта Интеллектуальной транспортной системы по совокупности индикаторов 70
2.4 Методология построения сегмента проектирования жизненного цикла локального проекта Интеллектуальной транспортной системы 71
2.4.1 Взаимодействие инженерная система - социум 71
2.4.2 Прикладная архитектура методик в задаче проектирования локального проекта Интеллектуальной транспортной системы 74
2.4.3 Разработка требований к плану научных исследований в сфере Интеллектуальных транспортных систем, сопровождение жизненного цикла локального проекта Интеллектуальной транспортной системы 77
2.4.3.1 Нормативно-методическое обеспечение в области Интеллектуальных транспортных систем 77
2.4.3.2 Развитие нормативно-правового регулирования сферы Интеллектуальных транспортных систем 80
2.4.3.3 Описание основных концепций научного сектора в обосновании принципов технического регулирования в сфере Интеллектуальных транспортных систем 81
2.5 Выводы по главе 2 83
3 Теоретические основы формирования жизненных циклов локальных проектов интеллектуальных транспортных систем 84
3.1 Научные подходы при проектировании систем косвенного управления транспортными потоками 84
3.1.1 Структура и методологические принципы построения системы косвенного управления транспортными потоками 84
3.1.2 Методика зонирования систем косвенного управления транспортными потоками 87
3.1.2.1 Актуализация теории зонирования 87
3.1.2.2 Разработка методических принципов сбора данных для территориального зонирования 90
3.1.2.3 Разработка модели, описывающей эффективность локального проекта систем косвенного управления транспортными потоками 97
3.1.2.4 Формирование целевой функции, определяющей сложность ситуации на дороге 104
3.1.2.5 Разработка эталона для задачи зонирования системы косвенного управления транспортными потоками 124
3.1.2.6 Разработки методики определения оптимальной зоны установки системы косвенного управления транспортными потоками 127
3.1.3 Определение требований к технологии косвенного управления транспортными потоками (методика качественной матрицы корреспонденции, методика построения матрицы объектов притяжения, формирование банка стандартных сообщений, технология информирования для разных режимов) 129
3.1.3.1 Процесс разработки систем косвенного управления транспортного потока 129
3.1.3.2 Структура технологии косвенного управления транспортными системами 130
3.1.3.3 Алгоритм разработки системы косвенного управления транспортными потоками, основанной на динамических информационных табло 132
3.1.3.4 Выбор зоны установки и ее оценка с точки зрения актуальности установки системы косвенного управления транспортными потоками 132
3.1.3.5 Анализ выбранного участка улично-дорожной сети 134
3.1.3.6 Проектирование качественной матрицы корреспонденции 136
3.1.3.7 Определение областей информирования водителей 145
3.1.3.8 Разработка требований к типу стандартных сообщений выводимых на динамические информационные табло в соответствии с режимом работы системы косвенного управления транспортными потоками 147
3.1.3.9 Разработка требований к банку стандартных сообщений выводимых на динамические информационные табло и его формированию 154
3.1.3.10 Разработка требований по выбору сообщения из банка 156
3.1.3.11 Требования по выбору сообщений из банка стандартных сообщений 157
3.1.4 Определение требований к динамическим информационным табло как к техническим средствам 158
3.1.4.1 Описание процесса формирования требований к динамическим информационным табло 158
3.1.4.2 Требования к размещению динамических информационных табло 160
3.1.4.3 Требования к видам опор 162
3.1.4.4 Требования к опорам 164
3.1.4.5 Общие требования к расположению табло 165
3.1.4.6 Требования к горизонтальному размещению табло 166
3.1.4.7 Требования к вертикальному размещению табло 166
3.1.4.8 Разработка требований к информационным примитивам динамических информационных табло 167
3.1.4.9 Требования к высоте символов 170
3.1.4.10 Разработка требований к техническим параметрам динамических информационных табло, как средствам косвенного управления транспортными потоками 171
3.1.4.11 Рекомендации к применению динамических информационных табло в различных дорожных ситуациях 174
3.1.4.12 Анализ восприятия структуры сообщений участниками дорожного движения 178 3.1.5 Методика лоцирования динамических информационных табло 179
3.1.5.1 Разработка структуры методики лоцирования динамических информационных табло 179
3.1.5.2 Определение целевой функции 180
3.1.5.3 Создание математической модели определения минимального расстояния от транспортного узла до места установки динамических информационных табло 183
3.1.5.4 Разработка методики определения мест установки динамических информационных табло по условию наличия возможности отвлечения внимания водителя от дорожной обстановки 199
3.1.5.5 Разработка алгоритма нахождения узлов установки динамических информационных табло, соответствующих максимальной эффективности работы системы косвенного управления транспортными потоками 211
3.1.5.6 Разработка методики определения мест оптимальной установки динамических информационных табло 213
3.2 Разработка особой группы факторов взаимодействия участников дорожного движения с Интеллектуальной транспортной системой 215
3.2.1 Принципы определения факторов взаимодействия участников дорожного движения и Интеллектуальной транспортной системы 215
3.2.2 Методика определения границ перехода между группами типов участников дорожного движения 219
3.2.3 Методология определения типов водителей 222
3.2.3.1 Проведение экспериментов по выявлению типов водителей 223
3.2.3.2 Выявление типов водителей 225
3.2.4 Проблема лидера-провокатора на улично-дорожной сети 233
3.3 Выводы по главе 3 234
4 Эксприменальные иследованя при выработке проектных решений интеллектуальной транспортнойсистемы на примере комплексной подсистемы косвенного управления транспортными потоками 236
4.1 Описание объекта экспериментального исследования 236
4.1.1 Анализ объекта экспериментального исследования 236
4.1.2 Видеообследование объекта экспериментального исследования 237
4.2 Проектирование системы косвенного управления транспортными потоками на объекте внедрения 248
4.2.1 Определение области эффективного распространения системы косвенного управления транспортными потоками 248
4.2.2 Проектирование качественной матрицы корреспонденции на примере участка Ленинградского проспекта 257
4.2.2.1 Определение условий дорожного движения 257
4.2.2.2 Определение мест установки идентификационных блоков формирования качественной матрицы корреспонденции 258
4.2.2.3 Определения маршрутов и локаций установки идентификационных блоков 264
4.2.2.4 Предлоцирование 265
4.2.3 Лоцирование динамических информационных табло 269
4.3 Оптимизация замечаемости динамических информационных табло 275
4.3.1 Определение угла обзора участников дорожного движения на реальном участке дороги аппаратным методом 275
4.3.2 Определение угла обзора участников дорожного движения на модельном участке дороги аппаратным методом 277
4.3.3 Определение доверительного интервала корреляции модельньных методов проведения психофизиологических экспериментов 280
4.3.4 Разработка методики повышения замечаемости динамических информационных табло с целью оптимизации проектных решений систем косвенного управления транспортными потоками 290
4.3.4.1 Замечаемость динамических информационных табло без применения дополнительных средств привлечения внимания водителей 290
4.3.4.2 Замечаемость динамического информационного табло с применением дополнительных средств привлечения внимания водителей 298 4.4 Выводы по главе 4 303
5 Разработка исследовательского центра обоснования проектных решений интеллектуальной транспортной системы на основе оценки психофизиологических параметров участников дорожного движения 304
5.1 Концепция структуры исследовательского центра 304
5.2 Обоснование требований к исследовательскому комплексу 305
5.2.1 Предложения по структуре исследовательского комплекса 305
5.2.2 Система сбора исходной информации 308
5.2.3 Комплекс имитационного моделирования транспортного потока 309
5.2.4 Разработка комплекса имитации движения участников дорожного движения 311
5.2.4.1 Графопостроитель 311
5.2.4.2 Модуль импорта внешних данных 312
5.2.4.3 Модуль 2-х мерного редактирования локации 315
5.2.4.4 Модуль генерации ландшафта 316
5.2.4.5 Модуль 3-х мерного редактирования локации 317
5.2.4.6 Модуль экспорта в симулятор 318
5.2.5 Разработка симулятора индивидуальной оценки воздействия на
водителя предлагаемых технических решений локального проекта
интеллектуальной транспортной системы 318
5.2.5.1 Требования к симулятору 318
5.2.5.2 Описание симулятора 318
5.2.5.3 Структура симулятора 321
5.2.5.4 Требование к визуализации 321
5.2.5.5 Схема симуляции 321
5.2.5.6 Технология работы симулятора 322
5.2.5.7 Требование к системе бортовой навигации 323
5.2.6 Разработка комплекса психофизиологического мониторинга участников дорожного движения 325
5.2.6.1 Способы оценки влияния полученной информации на водителя 325
5.2.6.2 Параметры оценка физиологических особенностей водителя 326
5.2.6.3 Классификация типов систем, используемых для трекинга взгляда 327
5.2.6.4 Описание разработанного аппаратно-программного комплекса
трекинга глаз водителя и анализа фокуса его зрения 329
5.2.6.5 Требования к рабочему режиму 333
5.2.6.6 Подпрограмма обработки видео 334
5.2.6.7 Подпрограмма просмотра 334
5.2.6.8 Видео наблюдение за водителем во время эксперимента и общий
анализ полученных данных со всех устройств 335
5.3 Обоснование требований к комплексу формирования информационных платформ для разрабатываемых локальных проектов Интеллектуальных транспортных систем 337
5.4 Обоснование требований к полигонно-тестовому комплексу 338
5.4.1 Назначение и цель создания полигонно-тестового комплекса 338
5.4.2 Состав Полигонно-тестового комплекса 338
5.4.3 Центр обработки данных локального проекта Интеллектуальной транспортной системы 340
5.4.4 Подсистема информирования 341
5.4.5 Подсистема светофорного регулирования 341
5.4.6 Подсистема детектирования транспортных средств 342
5.4.7 Подсистема видеонаблюдения 342
5.4.8 Подсистема метеомониторинга 343
5.4.9 Подсистема весового контроля 344
5.4.10 Подсистема платных дорог 344 5.5 Выводы по главе 5 345
6 Методология формирования концепции жизненного цикла локального проекта ИТС 346
6.1 Формирование структуры жизненного цикла локального проекта Интеллектуальной транспортной системы 346
6.2 Формирование комплекса мероприятий по внедрению жизненного цикла локального проекта Интеллектуальной транспортной системы 362
6.2.1 Мероприятия органа исполнительной власти в сфере нормативно-правового обеспечения Интеллектуальной транспортной системы 362
6.2.2 Мероприятия Минтранса в сфере Интеллектуальных транспортных систем 363
6.2.3 Прикладная архитектура документов локального проекта Интеллектуальной транспортной системы 364
6.3 Концепция структуры нормативно-правового и нормативно-технического обеспечения, регулирующего деятельность в сфере интеллектуальных транспортных систем 366
6.3.1 Подготовка структуры и повременного плана мероприятий по разработке нормативно-правового и нормативно-технического обеспечения 366
6.3.2 Подготовка проектов стандартов (обоснование выбора группы стандартов для проектной разработки) 367
6.4 Выводы по главе 6 370
Основные выводы и результаты 372
Список литературы
- Обоснование необходимости разработки Интеллектуальной транспортной системы в Российской Федерации, актуализация Интеллектуальной транспортной системы для различных сегментов деятельности на автомобильном транспорте
- Архитектура Интеллектуальной транспортной системы в целом
- Разработка методических принципов сбора данных для территориального зонирования
- Проектирование системы косвенного управления транспортными потоками на объекте внедрения
Введение к работе
Актуальность исследования. Одной из наиболее важных задач управления транспортным комплексом России является обеспечение максимальной эффективности функционирования транспортно-дорожного комплекса страны путем повышения качества удовлетворения потребностей экономики и населения в безопасных и эффективных транспортных услугах. Реализация задачи обеспечения требуемой мобильности населения возможна за счет двух взаимно дополняемых направлений деятельности:
строительство новых участков дорог;
внедрение технологий организационного управления транспортной системой с использованием современных информационно-телекоммуникационных и телематических технологий.
Учитывая накопленный в стране опыт строительства разрозненных информационных систем на транспорте, решающих ограниченные технологические задачи, на сегодняшний день назрела необходимость формирования единой государственной стратегии, определяющей правила развития сферы государственного контроля, технического регулирования и развития рынка технологий, как частей единого программного комплекса, объединяющего деятельность широкого перечня федеральных органов исполнительной власти, а также органов исполнительной власти субъектов федерации.
Существующие и разрабатываемые локальные или технологически ограниченные ведомственные системы информационного сопровождения и контроля деятельности сегментов транспортно-дорожного комплекса обеспечивают в ряде случаев эффективное решение узкого перечня задач. При этом отсутствие единых государственных стандартов развития аналогичных систем ограничивает возможность их интеграции с целью создания единой управляющей платформы, в которой принципы управления выходят на новый качественный уровень - прогнозного управления, то есть управления предвидения ситуации по всем показателям деятельности транспортно-дорожного комплекса.
Такая совокупная система, объединяющая в единый технический и технологический комплекс подсистемы организации дорожного движения, обеспечения безопасности дорожного движения, а также предоставления информационного сервиса для участников дорожного движения и потенциальных субъектов транспортного процесса, сегодня получила название Интеллектуальная Транспортная Система (ИТС).
Оперативной задачей ИТС является осуществление и поддержка возможности автоматизированного и автоматического взаимодействия всех транспортных субъектов в реальном масштабе времени на адаптивных принципах.
Ключевыми комплексами инфраструктуры для ИТС являются: дорожно- транспортный, транспортно-технологической, транспортно-сервисной и информационный. Фактически, эти комплексы представляются как совокупность подсистем, в которых предусмотрены функции диспетчерского, оперативного и ситуационного координирования взаимодействия вовлеченных служб, ведомств и иных субъектов. Для организации такого взаимодействия необходимо создавать региональные диспетчерские центры.
Построение ИТС невозможно без разработки и реализации проектных решений по формированию среды (комплекса) связи, учитывающей все виды связевого взаимодействия, от проводных (высокоскоростные оптоволоконные сети), до беспроводных (стандарты связи, доступные от операторов сотовой связи; радио- и транкинговая связь, Интернет).
При принятии решений по проектированию, строительству и расширению ИТС необходимы научные принципы определения и мониторинга индикаторов эффективности подсистем ИТС в системе интересов региона (по параметрам функционирования транспортной системы), а также пользователей информационных и иных услуг, предоставляемых опосредованно через ИТС. Одновременно, данные ИТС могут использоваться для обоснования затрат по обслуживанию, реконструкции дорог, а также с целью обоснования целесообразности и параметров строительства новых участков дорог.
Цель исследования - повышение качества управления транспортными комплексами городов и регионов за счет применения комплексных научно обоснованных методов разработки и внедрения жизненных циклов интеллектуальных транспортных систем.
Для достижения цели поставлены и решены следующие взаимосвязанные задачи исследования:
-
-
Обоснование необходимости научной проработки ИТС в РФ, актуализация ИТС для различных сегментов деятельности на АТ, формирование глоссария и терминологического справочника ИТС.
-
Разработка методологии формирования архитектур ИТС, классификация архитектур ИТС.
-
Разработка методологии формирования и реализации Жизненного цикла (ЖЦ) локальных проектов (ЛП) ИТС, требования к видам деятельности по реализации комплекса мероприятий внедрения ЖЦ ЛП ИТС, входящие в научный сегмент проектирования ЖЦ ЛП ИТС.
-
Обоснование комплекса индикаторов эффективности выполненных моделей ЛП ИТС, осуществление их мониторинга.
-
Определение связи параметров психо-модели поведения УДД и архитектуры ИТС (на примере КУТП), в том числе формирование теоретического аппарата влияния психо-модели УДД на применяемую архитектуру ИТС в целом и КУТП в частности.
-
Формирование научных подходов при проектировании КУТП, субъекты и объекты КУТП, архитектуры КУТП (доменная, функциональная, физическая).
-
Разработка научных подходов зонирования ИТС в целом и КУТП в частности, методика лоцирования ДИТ, определение требований к ДИТ как к техническому средству, определение требований к технологии КУТП.
-
Разработка принципов выбора и апробации моделей физической архитектуры КУТП с применением аппаратно-программных комплексов психологического и микро-моделирования.
-
Разработка требований к специализированному оборудованию для выполнения аналитического сбора данных, в том числе разработка комплекса психофизиологического мониторинга УДД, формирование классификатора УДД.
-
Разработка требований к Исследовательскому центру определения требований к проектным решениям ИТС, в том числе к исследовательскому комплексу Центра, включающему программный комплекс имитационного моделирования, к полигонно-тестовому комплексу Центра, к программно- аналитическому комплексу Центра. Разработка принципов взаимодействия комплексов Центра, в т. ч. в качестве Центра поддержки деятельности профильного государственного Технического комитета по стандартизации.
11) Обоснование структуры документов, регулирующих деятельность по ИТС, в том числе: разработка структуры и повременного плана мероприятий по разработке нормативно-правовых документов, подготовка структуры и плана разработки НТО; подготовка проекта плана стандартизации в сфере ИТС, разработка проектов стандартов; разработка требований к плану научных исследований (НИОКР) в сфере ИТС, разработка прикладной архитектуры методик в задаче проектирования ЛП ИТС.
Объект исследования - транспортные комплексы регионов и городов, инженерные системы управления транспортными потоками, участники дорожного движения и пользователи сервисов интеллектуальных транспортных систем регионов, городов.
Предмет исследования - научные принципы и методы обоснования эффективных технических, организационных и проектных решений локальных проектов интеллектуальных транспортных систем.
Методы исследований: системный анализ; математический анализ; математическая статистика и теория вероятностей; линейное и нелинейное программирование; теории принятия решений, управления, экспертных оценок; психофизиология, социология; дорожные и стендовые испытания, натурные обследования.
Научную новизну исследования составляют следующие теоретико- методологические положения и разработки инновационной направленности для оптимизации проектных решений ИТС, которые выносятся на защиту:
методология формирования и реализации жизненного цикла локальных проектов ИТС, определяемая принципом построения архитектуры индикаторов эффективности выполненных моделей ЛП ИТС;
новые положения методологии обоснования эффективных технических решений локальных проектов ИТС, основанные на связи параметров психо-модели поведения УДД и архитектуры ИТС на примере комплексной подсистемы косвенного управления транспортными потоками (КУТП);
теоретические основы и научно-методические подходы к комплексному проектированию КУТП, как теоретической модели проектирования ИТС, включая принципы обоснования субъектной и объектной структуры подсистемы, ее архитектур (доменной, функциональной, физической), научные подходы к зонированию подсистемы, методику дислоцирования (лоцирования) средств отображения информации (ДИТ), определение требований к ДИТ как к техническим средствам, определение требований к технологии КУТП;
теоретические основы и научно-методические подходы к разработке принципов выбора и апробации моделей физической архитектуры КУТП с применением аппаратно-программных комплексов психологического моделирования и микро-моделирования;
теоретические основы и научно-методические подходы к разработке требований к специализированному оборудованию для выполнения аналитического сбора данных, в том числе к разработке аппаратно-программного инструментального комплекса психофизиологического мониторинга УДД, формирование классификатора УДД;
теоретические основы и научно-методические подходы к разработке требований к Исследовательскому центру формирования проектных решений ИТС, в том числе к исследовательскому комплексу Центра, включающему программный комплекс имитационного моделирования, к полигонно-тестовому комплексу Центра, к программно-аналитическому комплексу Центра, разработка принципов взаимодействия комплексов Центра.
Достоверность результатов и выводов обеспечивается использованной методологией исследования, включающей в себя апробированные научные методы, а также использованием современного математического аппарата, наличием достоверной исходной информации и значительного объема экспериментальных исследований и подтверждается сопоставимостью теоретических и экспериментальных результатов, их практическим использованием. Полученные патенты и решения о выдаче патентов РФ подтверждают новизну предложенных разработок на уровне изобретений.
Научная и практическая значимость результатов работы. Полученные результаты в виде совокупности теоретико-методологических положений, моделей, методик, алгоритмов и программ, а также технических, технологических и управленческих решений вносят фундаментальный вклад в теорию и практику проектирования и внедрения сложных инженерных систем управления транспортными комплексами городов, регионов. Данные подходы дают возможность обоснованно формировать технические, организационные и регламентные требования к жизненным циклам локальных проектов ИТС. Также данные подходы позволяют формировать требования к принципам анализа эффективности принимаемых решений, в том числе с применением на основе психофизиологического анализа оценки обратной связи от пользователей систем и сервисов ИТС, что имеет большое практическое значение для экономики транспортно-дорожной отрасли и социальной сферы. На их базе впервые созданы и использованы или подготовлены к использованию комплексы методик обоснования проектных решений отдельных подсистем и проектов ИТС в целом.
Результаты исследования имеют прикладной характер и могут быть использованы:
органами государственной власти и местного самоуправления, органами обеспечения безопасности и организации дорожного движения, структурами дорожно-строительного и автотранспортного комплекса для обоснования принятия рациональных управленческих решений по обоснованию требований к планируемым к внедрению локальным проектам ИТС;
субъектами предпринимательской деятельности в сфере проектирования дорожных систем, ориентированных на управление транспортным комплексом, при разработке и установлении стандартов и правил указанной деятельности и контроле за соблюдением их требований.
Реализация результатов работы.
Полученные теоретические результаты приняты к использованию в учебном процессе МАДИ кафедрой «Транспортная телематика» направления «Эксплуатация наземного транспорта и транспортного оборудования» для подготовки студентов по специальностям «Сервис транспортный и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)» и «Автомобили и автомобильное хозяйство».
Отдельные результаты диссертационного исследования использовались при разработке ряда стандартов в области проектирования Интеллектуальных транспортных систем и систем косвенного управления транспортными потоками, а также при выполнении ряда научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в рамках реализации Федеральных целевых программ: «Повышение безопасности дорожного движения», «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», «Глобальная навигационная система».
Основные результаты диссертационной работы лезли в основу действующей «Концепции создания ИТС на автомобильных дорогах федерального значения» Федерального дорожного агентства Министерства транспорта Российской федерации.
Апробация работы.
Отдельные положения и результаты диссертации представлялись в 1991-2010 гг. на 35 научных конференциях, в числе которых: 21 международная конференция, 7 российских конференций и 7 научных семинаров.
Публикации. По результатам исследований в 1994-2012 гг. опубликовано 52 работы, в числе которых: 17 статей в научных журналах из списка ВАК; 2 коллективные монографии; 33 публикации в других изданиях; подготовлены: 1 патент РФ на полезную модель; 1 свидетельство о регистрации программных средств.
Личный вклад автора заключается в разработке концепции и формулировании цели работы, определении направлений теоретических и экспериментальных исследований, задач и принципиальных методологических и методических положений, организации и проведении комплексных экспериментальных исследований, обобщении положений по формированию и реализации проектов жизненных циклов локальных интеллектуальных транспортных систем, обобщении положений по научному обоснованию принципов оптимизации технических решений локальных проектов ИТС.
Структура и объем диссертации: введение, 6 глав, основные результаты и выводы, список использованных источников из 337 наименований, 6 приложений; диссертация изложена на 449 стр. основного текста, включая 219 рисунков и 47 таблиц.
Обоснование необходимости разработки Интеллектуальной транспортной системы в Российской Федерации, актуализация Интеллектуальной транспортной системы для различных сегментов деятельности на автомобильном транспорте
В настоящее время АСУД 3-го и 4-го поколений установлены в нескольких десятках городов: в 53 городах Великобритании, в Мадриде, Гонконге, Токио, Торонто, Бордо, Бахрейне и ряде других.
Важнейшей составляющей АСУД является система информирования участников движения, особенно глобально распространившаяся с развитием Интернет-сетей. В настоящее время значительная часть территории, например, США или Франции, охвачена информационными системами, передающими УДД количественные данные о транспортных потоках в реальном времени.
В последние годы находят все большее распространение системы, прогнозирующие среднюю скорость и время проезда по тем или иным маршрутам. Подобные системы оказывают весьма существенное воздействие на перераспределение транспортных потоков.
В штате Техас силами Техасского департамента транспорта успешно внедрена система АСУД, базирующаяся на сочетании центрального повременного и центрального адаптивного управления с использованием библиотеки заранее рассчитанных ПК.
Япония является передовой страной в области разработок и использования высших форм автоматизированных систем управления движением (перешла на уровень интеллектуальных транспортных систем управления).
Кроме Японии и другие страны Азиатско-Тихоокеанского региона целенаправленно вкладывают средства в развитие систем управления. В некоторых городах Австралии для зонального управления транспортными контроллерами используется управляющая система SCATS, часто комбинируемая и с другими подсистемами. Большое внимание этим вопросам уделяется и в Южной Корее.
В Китае существует комиссия по управлению развитием исследований интеллектуальных транспортных систем. Разработана программа, включающая общую стратегию развития ИТС и перечень пилотных демонстрационных проектов. В эти пилотные проекты в первоочередном порядке включены городские центры управления движением и электронные системы оплаты за проезд.
Опираясь на мировой опыт можно утверждать, что развитие АСУД в современных условиях является одним из самых эффективных путей решения усложняющихся транспортных проблем, как в городах, так и на загородных дорогах.
Поэтому вопрос разработки обоснованных технических требований к АСУД является важнейшим, и особенно для России, где имеется значительная неравномерность в развитии транспортных инфраструктур по регионам. Существенны и историко-архитектурные особенности, особенно в городской застройке: известно, что топология российских городов весьма отличается от топологии европейских и американских.
Обоснование необходимости разработки Интеллектуальной транспортной системы в Российской Федерации, актуализация Интеллектуальной транспортной системы для различных сегментов деятельности на автомобильном транспорте
Внедрение проектов ИТС в РФ включает в себя следующие особенности: отсутствует инструмент подбора наиболее эффективного технического решения, отсутствуют системные стратегии модернизации, не учитывается синергетический эффект технических решений и средств управления. Доминирующим критерием выбора является ценовая политика, отсюда следует, что каждый предлагаемый проект будет изначально «ущербным», минимальным по своим функциональным и физическим свойствам, что приводит к разовому применению системы, требующей при модернизации новых капитальных вложений [4,5].
Помимо этого, в Российской Федерации ИТС как таковые не регламентируются ни одним государственным стандартом. Отсутствуют стандарты, регулирующие отношения в области информационных коммуникаций и систем управления наземными транспортными средствами в городе и в сельской местности, включая организацию дорожного движения, общественный транспорт, коммерческий транспорт, аварийные службы и коммерческие услуги в области ИТС. В соответствии с вышеизложенным, актуальными и востребованными являются научные исследования в области построения опорных подсистем и локальных проектов (ЛП) ИТС, а также разработка стандартов, устанавливающих как общие требования к ИТС (в первую очередь к базовым элементам функциональной и физической архитектуры), так и к технологии комплексных подсистем ИТС [6,7,8,9].
Описание фактического уровня научной проработки в области Интеллектуальных транспортных систем в Российской Федерации
В рамках данной научной работы проведен анализ российских нормативно-правовых, нормативно-технических документов, а также научных трудов в области ИТС [9].
Результаты данного анализа свидетельствуют о высоком уровне научной проработки в области теории транспортных потоков, организации и безопасности дорожного движения в рамках гидродинамических и стохастических моделей. Область применения технических средств организации и обеспечения безопасности дорожного движения и субъективные факторы восприятия систем управления транспортными потоками исследованы не в полной мере для комплексного понимания.
Стоит отметить, что научный аспект диспетчеризации грузового и маршрутного пассажирского транспорта проработан достаточно хорошо [10,11,13,12,14]. Это вызвано тем, что данные системы широко применяются в крупных городах Российской Федерации.
При этом, такие комплексные подсистемы как косвенное управление транспортными потоками (КУТП), фиксация нарушений ПДД, обслуживание дорог и сервиса с научной точки зрения на сегодняшний день не рассматривались.
Архитектура Интеллектуальной транспортной системы в целом
В состав каждой из комплексных подсистем входит множество интегральных (технологических) подсистем со своими требованиями к техническому обеспечению и связи. Каждая из инструментальных подсистем включает в себя технические средства (периферия, бортовое оборудования), которые в последующем через средства связевого взаимодействия производят передачу и получение необходимой информации.
Определение требований к средствам информационного взаимодействия проводится на основании характеристик применяемого оборудования и требуемого функционального взаимодействия.
Функционал технических систем и средств автоматизации, являющихся периферийным оборудованием связевого взаимодействия, входящего в состав соответствующих модулей, должен обеспечивать: - прием, обработку и передачу информации для последующей обработки; - анализ и обработку информации с последующей передачей ее соответствующим субъектам; - безопасность; - осуществление соответствующего управления; - информационную поддержку пользователей; - взаимодействие с внешними информационными системами; - осуществление соответствующего управления при штатном, оперативном и ситуационном управлении. Функционал ИТС в общем виде должен обеспечивать полное взаимодействие между техническими составляющими элементов. Функционал модуля управления транспортными потоками должен обеспечивать: - автоматизированное управление дорожным движением (прямое и косвенное); - мониторинг транспортных потоков; - сбор информации о характеристиках транспортных потоков; - поддержание в актуальном состоянии схемы организации дорожного движения и дисклокации технических средств организации дорожного движения, а также параметров и характеристик их функционирования; - передачу в центральный модуль обработки данных информации по запросу или с определенной регламентами взаимодействия периодичностью. Функционал диспетчерского модуля должен обеспечивать: - мониторинг движения транспортных средств; - контроль выполнения транспортной работы; - контроль нарушений правил дорожного движения (превышение допустимой скорости движения); - контроль расхода горюче-смазочных материалов; - контроль соблюдения графиков, расписаний и маршрутов движения транспортных средств; - передачу в центральный модуль обработки данных информации по запросу или с определенной регламентами взаимодействия периодичностью. Функционал модуля фиксации нарушений должен обеспечивать: - фото и/или видео наблюдение за участками улично-дорожной сети; - автоматическую фиксацию нарушений правил дорожного движения; - автоматическое распознавание государственных номерных знаков транспортных средств; - поиск сведений о владельцах транспортных средств; - передачу информации по запросу или с определенной регламентами взаимодействия периодичностью. Функционал модуля управления состоянием дорог должен обеспечивать: - контроль метеоусловий на улично-дорожной сети; - определение состояния дорожного полотна; - контроль состояния сложных инженерных сооружений (опциально, при их наличии); - передачу в центральный модуль обработки данных информации по запросу или с определенной регламентами взаимодействия периодичностью. Функционал модуля пользовательских сервисов должен обеспечивать: - обеспечение пользователей сервисами повышающими качество и удобство, в соответствии с пользовательскими запросами; - информационное обеспечение пользователей системы (платное/бесплатное), в соответствии с запросами пользователей.
Модуль управления транспортными потоками, диспетчерский модуль, модуль фиксации нарушений, модуль управления состоянием дорог, а также модуль пользовательских сервисов могут являться самостоятельными системами.
Подбор наиболее выгодного варианта для заказчика из множества решений обосновывается сугубо индивидуальным выбором. Подбор технических решений (подбор инструментальных подсистем, технических средств, средств информационного взаимодействия, связь) проводится на основании Федерального закона Российской Федерации от 21 июля 2005 г. N 94-ФЗ «О размещении заказов на поставки товаров, выполнение работ, оказание услуг для государственных и муниципальных нужд» и ТЭО, проведенного с привлечением компетентной организации (экспертов) по определению наиболее эффективного технического решения и оптимальной стоимости.
Система информационного взаимодействия (каналы связи, протоколы, интерфейсы и др.) применяется в соответствии с существующими стандартами. В случае необходимости применения других видов информационного взаимодействия, ранее неприменяемых на территории РФ, появляется необходимость в разработке стандарта (применение DSRC).
Далее представлены некоторые из инструментальных подсистем (Таблица 2.1) [35,39]. Общая схема архитектуры ИТС представлена ниже (Рисунок 2.3). Анализа нормативной правовой и нормативной технической базы развития ИТС в РФ и за рубежом показывает необходимость разработки требований к функциональной и физической архитектуре. Определение требований к функциональной и физической архитектуре позволит обеспечить построение ИТС в соответствии с реальными потребностями пользователей ИТС, снизить капитальные затраты и повысить эффективность системы в целом, определить оптимальный набор необходимых решений для первоначального внедрения и разработать план последующего развития ЛП ИТС (план модернизации).
Разработка методических принципов сбора данных для территориального зонирования
Этапы определения области (зоны) эффективного распространения системы косвенного управления транспортными потоками
Методология сбора данных для территориального зонирования КУТП должна быть подчинена общей методики зонирования ИТС (Рисунок 3.6) согласно которой сбор данных проходит в два этапа: для определения предварительной области установки ИТС и на этапе формирования окончательной зоны.
Каждый из этапов определения области оптимального распространения ИТС в свою очередь состоит из ряда подэтапов. Поэтому в общей сложности можно выделить 12 самостоятельных этапов зонирования ИТС [54,55].
1.Выбор территориального объекта оптимизации, который будет являться начальной зоной внедрения ИТС. В качестве объектов возможного внедрения стоит рассматривать административные единицы такие, как города, административные округа, области, федеральные трассы, регионы. При этом конечная или предварительная зона внедрения ИТС должна быть значительно меньше территориального объекта оптимизации.
2.Сбор и анализ первичной информации. На данном этапе формируются следующие рабочие данные по всему территориальному объекту оптимизации: - картографическая основа территориального объекта оптимизации; - матрица корреспонденции; - основные пассажиропотоки; - основные грузопотоки; - транспортные потоки по основным магистралям дорожной сети территориального объекта оптимизации; - текущая пропускная способность транспортной сети; - статистика, топология с анализом причин возникновения очага; - данные по загрузке основных магистралей.
3. Определение слабых звеньев (очагов) в территориальном объекте оптимизации. На данном этапе на основании первичной информации выявляются очаги затруднения в сети, которыми могут быть: - очаги ДТП - места концентрации ДТП по причинам их возникновения; - очаги заторов - места, где наблюдается постоянная высокая загрузка УДС - очаги концентрации пассажиропотоков и дополнительная потребность в городском пассажирском транспорте, необходимом для качественного их обслуживания; - очаги концентрации грузовых потоков. 4. Определение стандартных методов решения для каждого очага. На данном этапе экспертно оценивается возможные методы нивелирования очага: - строительство новых дорог (самый затратный метод) - расширение дорог (без строительства новых); - реорганизация перекрестков, связанная со строительством; - реорганизация перекрестков, связанная с изменениями в организации дорожного движения; - неизменяемая реорганизация дорожного движения (изменение разметки и стационарных дорожных знаков, выделение постоянной полосы приоритетного проезда, создание независимого светофорного регулирования и др.) 5. Проверка экспертных решений с помощью имитационного моделирования. 6. При условии, что каждое из рассматриваемых решений является либо малоэффективным, либо слишком затратным, либо с низким соотношением эффективность к затратам, то необходимо рассмотреть возможность построения локальной системы управления очагом: - строительство локальной ИТС с возможной реорганизацией дорожного движения; - строительство локальной ИТС с сопровождающимся строительством новых дорог и возможной реорганизацией дорожного движения на существующей дорожно-транспортной сети. 7. Укрупнение и объединение очагов, формирование макроучастка, на котором в дальнейшем буден определятся зона строительства локальной ИТС. 8. Разбиение макроучастка на микроуровни и сбор дополнительных исходных данных, необходимых для имитационного моделирования. 9. Создание модели макроучастка, необходимого для проведения имитационного моделирования различных зон установки локальной ИТС. 10. Выбор подсистемы ИТС первого уровня (опорной), проектируемой на макроучастке: - Автоматизированная система управления дорожным движением (АСУДД) директивного принципа действия; - Система косвенного управления транспортным потоком (КУТП); - Автоматизированная система маршрутизированного транспорта. 11. Подбор подсистем второго уровня и построение регресса подсистем. 12.Определение окончательной области (зоны) эффективного распространения ИТС.
Проектирование системы косвенного управления транспортными потоками на объекте внедрения
Поскольку нахождение значения целевой функции достаточно затратный процесс, целесообразно использовать опорные точки, дискретно распределенные по макро-участку. В качестве опорных точек выбираются точки на УДС макро-участка, наиболее определенно характеризующие определенный микро-участок, либо переход.
Микро-участки бывают двух типов: 1. Участки дорог с гомогенными параметрами транспортного потока и геометрии дороги, 2. Транспортные узлы.
Необходимо наличие как минимум одной опорной точки на микро-участке и переходе с одного микро-участка на другой.
Для оценки результатов эксперимента необходимо учитывать такие параметры транспортного потока, как интенсивность, скорость движения, выбросы вредных веществ, условия движения маршрутного общественного транспорта. Улучшение какого-либо одного параметра не может свидетельствовать об улучшении общей ситуации. Каждый из этих параметров имеет свой «вес», то есть имеет различное влияние на общую ситуацию на участке сети. Чтобы оценивать все параметры как единое целое необходимо перевести их в безразмерную величину, и умножить ее на коэффициент, соответствующий «весу» данного параметра. Для перевода значений в безразмерную величину проводятся следующие действия: - создается эталонный участок улично-дорожной сети; - задаются определенные условия движения для данного участка; - проводится эксперимент, по его окончанию замеряются параметры транспортного потока; - значения параметров, полученных в ходе эксперимента, принимаются за эталонные значения; - определяется, во сколько раз значения параметров реальной сети отличаются от значений параметров эталонного участка. Данное число и является безразмерной величиной определенного параметра.
Участок сети для определения эталонных значений представляет собой дорогу, имеющую две полосы для движения в одном направлении, длинной 1км, без ответвлений, примыканий, или любых других пересечений с другими дорогами (Рисунок 3.14). Прямолинейный участок, без каких либо помех для движения транспорта. Движение транспорта происходит строго по полосам без перестроений. Количество полос на дороге выбрано минимальным из учета целесообразности установки системы КУТП на участке сети.
Расчетным методом установлено, что пропускная способность одной полосы дороги соответствует интенсивности 2200 авт./ч., поэтому на данном эталонном участке принята интенсивность потока транспорта 4400 авт./ч. Максимально разрешенная скорость движения транспорта соответствует разрешенной скорости движения по населенному пункту и равна 60 км/ч. Каждый автомобиль, который въехал на участок, обязательно выезжает с него.
Определение требований к технологии косвенного управления транспортными потоками (методика качественной матрицы корреспонденции, методика построения матрицы объектов притяжения, формирование банка стандартных сообщений, технология информирования для разных режимов)
Процесс разработки систем КУТП должен состоять из ряда действий (Рисунок 3.17), включающий в себя следующие этапы:
Связи 1 4 - это связи влияния этапов процесса разработки систем КУТП, имеющие определенная последовательность, которая обуславливается зависимостями: поставленные перед системой КУТП задачи определяют требования к лоцированию ДИТ, которые в свою очередь определяют технические требования к самому ДИТ. От технических требований, предъявляемых к ДИТ, зависит финальное лоцирование ДИТ, на основе которого происходит расчет индикаторов эффективности функционирование системы.
Последовательность накопления суммарной ошибки, связанные с: 1. Точностью оборудования для сбора показателей ТП. 2. Определением вектора притяжения ТП. 3. Определением доминантного ОП. 4. Выбором топологии мест сбора данных. 5. Точностью определения треков ТС, или процент нераспознанных треков. 6. Выбором сценария. 7. Выбором параметров сценария. 8. Точностью моделирования ТП на УДС. 9. Выбором типа стандартного сообщения для каждого сценария. 10. Точностью выбора структуры ДИТ для каждого сценария. 11. Погрешностью реальной реакции ТП по сравнению с моделированием. Оценка эффективности систем КУТП должна проводиться на основе анализа интегральных индикаторов эффективности (снижение времени нахождения ТС в пути, повышение пропускной способности УДС, снижение экологической нагрузки, повышение доверия к системе) на следующих стадиях: 1. Создания модели УДС и систем КУТП; 2. Предварительного лоцирования и создания БСС; 3. Финального лоцирования; 4. В процессе функционирования систем КУТП. Алгоритм проектирования системы косвенного управления транспортными потоками (Рисунок 3.20) представляет собой совокупность решений следующих задач: - Выбор участка УДС и его оценка с точки зрения актуальности установки системы КУТП, формирование целевых индикаторов; - Анализ выбранного участка УДС, построение векторов притяжения ТП, определение ОП; - Проектирование качественной матрицы корреспонденции; - Определение мест вывода сообщений и лоцирования ДИТ; - Оптимизация и оценка эффективности системы КУТП, обеспечение её эффективной работы. Выбор основывается на соблюдении участком критериев необходимости и достаточности, соблюдение которых дает возможность проектирования системы КУТП для рассматриваемой зоны.
Похожие диссертации на Научные основы и методология формирования интелектуальных транспортных систем в автомобильно-дорожных комплексах городов и регионов
-
