Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ функционирования современных систем реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильных дорогах 9
1.1. Задачи информационного обеспечения безопасности транспортного процесса на автомобильных дорогах 9
1.2. Анализ зарубежного опыта создания систем реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильных дорогах 15
1.3. Научные исследования функционирования современной российской системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильных дорогах 29
Выводы по первой главе 33
Глава 2. Методические основы построения эффективной системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильных дорогах 36
2.1 .Формальное описание системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильных дорогах 36
2.2. Оценка возможностей применения телематической технологии для повышения эффективности системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильных дорогах 46
2.3. Разработка методических основ построения эффективной системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильных дорогах 54
Выводы по второй главе 68
Глава 3. Разработка модели, алгоритма и программного обеспечения системы реагирования на ДТП
3.1. Описание модели функционирования системы реагирования 71
3.2. Разработка алгоритма функционирования системы реагирования 79
3.3. Разработка программного обеспечения системы реагирования 88
Выводы по третьей главе 97
Глава 4. Экспериментальная часть. Разработка инструментов эффективного ситуационного управления на основе программного обеспечения системы реагирования при возникновении ДТП 100
4.1. Описание особенностей функционирования программного обеспечения системы реагирования при возникновении ДТП 100
4.2. Анализ затрат времени и ресурсов на реагирование при возникновении ДТП на основе программного обеспечения для системы реагирования ... 106
4.3. Подход к минимизации затрат времени и ресурсов на реагирование при возникновении ДТП 121
Выводы по четвертой главе 143
Общие выводы и результаты работы 146
Список литературы
- Анализ зарубежного опыта создания систем реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильных дорогах
- Научные исследования функционирования современной российской системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильных дорогах
- Оценка возможностей применения телематической технологии для повышения эффективности системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильных дорогах
- Анализ затрат времени и ресурсов на реагирование при возникновении ДТП на основе программного обеспечения для системы реагирования
Анализ зарубежного опыта создания систем реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильных дорогах
За последние десятилетия страны Европы, Япония и США накопили обширный опыт внедрения и использования ИТС различной сложности. Однако в течение всех этих лет скорость развития технологий и оборудования, используемых в более поздних подсистемах ИТС, а так же темпы роста количества транспортных средств, постоянно превышали скорость развития и накопления научной и методической базы проектирования ИТС. В настоящее время это отставание проявляется, в частности, во все большей фрагментарности научных знаний по данной тематике, отсутствии общей теории интеллектуальных транспортных систем.
Большинство современных разработок в сфере создания ИТС применяют в своих подсистемах как централизованный, так и сетевой подход. Интересные результаты применения сетевого подхода представлены в работе [49, С. 102]: «... сиетемы оповещения о бедствии сокращают время между ДТП и предоставлением медицинской помощи. Улучшая обмен информацией между травматологом и фельдшерами-спасателями, они так же помогают быстрее оказать конкретно необходимую медицинскую помощь. Автоматическая система аварийного вызова, которая вводится сейчас в Европе (проект «e-call» ), дополняет системы оповещения тем, что предоставляет спасательным службам дополнительную информацию о месте и тяжести аварии и о характере полученных травм. В Финляндии подсчитано, что данная система сможет снизить общую смертность на дорогах на 4-8%, а смертность водителей и пассажиров транспортных средств - на 5-10% ...». Анализ представленных данных показывает, что формирование новых, прямых связей между различными службами позволяет значительно повысить эффективность работы системы в целом.
Большой интерес представляет критика современных ИТС со стороны американского профессора В.Р. Вучика, который указывает на то, что разрабатываемые в настоящее время подсистемы ИТС решают лишь тактические вопросы, связанные с безопасностью. Например, существующие в настоящее время ИТС помогают ответить на вопрос, как организовать движение транспортных средств, скапливающихся в определенных местах транспортных сетей, но обходят стороной принципиальный вопрос о механизме ликвидации этих мест [28, С. 87-88].
Применение централизованного подхода наглядно показано на примере PRT-систем (Personal Rapid Transit). Так, А.Э. Горев отмечает: «PRT - это системы общественного транспорта, которые обеспечивают безостановочную перевозку пассажиров по их запросу с помощью автоматических транспортных средств без водителя. Система PRT использует собственную транспортную сеть, которая может быть выполнена в виде дорожного полотна с направляющими устройствами, рельсового пути либо монорельса, а также в виде комбинации этих устройств. Пользователь на остановочном пункте выбирает пункт назначения, и система подает свободный вагон или направляет сюда попутный. Вагон самостоятельно выбирает кратчайший путь до пункта назначения, основываясь на особенностях топологии сети. Вся система имеет централизованное компьютерное управление на уровне распределения вагонов и обеспечения безопасности. Наиболее современная система PRT в 2009 г. введена в строй в лондонском аэропорту Хитроу, где она связывает пятый, наиболее современный, терминал с удаленными автостоянками. Система протяженностью 3,9 км имеет 3 станции и обслуживается 21 вагоном. Каждый вагон может развивать скорость до 40 км/ч., а среднее время ожидания вагона после вызова - 12 сек., а максимальное время для 95 % пользователей - не более 1 мин.» [30, С. 201-207].
Данные, приведенные выше, характеризуют основанные на принципе централизованного управления PRT-системы, как потенциально высокоэффективные решения с точки зрения удовлетворения потребностей пассажиров и обеспечения безопасности. Однако необходимо отметить, что подобные системы проектируются для решения транспортных задач на относительно небольшой территории. К тому же, для таких систем строится собственная инфраструктура, которая не предусматривает использование каких-либо других транспортных средств. Поэтому можно сделать вывод о том, что сфера применения подобных систем довольно узка, как в виду высокой стоимости, так и в виду ограничений, которые связаны с применением централизованного управления.
Альтернативным подходом является организация управления субъектами транспортной системы, основанная на сетевом подходе. Каждый субъект транспортной системы самостоятельно принимает решения по оперативному реагированию на изменения транспортной обстановки, основываясь на информации, получаемой от участников дорожного движения и доставленной до него в обработанном виде в качестве вариантов реагирования, рекомендаций, графическом представлении текущей дорожной обстановки или обработанной еще каким-либо специальным способом.
В настоящее время становится все более очевидным, что задача создания эффективной ИТС сводится не только к технологическому и управленческому аспек 18 там, но и к пользовательскому аспекту. Это особенно важно для российских условий, где дисциплина водителей значительно ниже, чем в развитых странах. Общим обстоятельством для всех стран является то, что основную массу транспортных средств представляют собой частные автомобили, водители которых постоянно находятся в контакте с другими водителями и дорожной инфраструктурой. Поэтому очень важно, чтобы любые внедряемые системы учитывали интересы водителей, были для них удобны, понятны и помогали решать их каждодневные задачи.
Таким образом, можно выделить три группы факторов, оказывающих влияние на качество функционирования ИТС в развитых странах: - инженерно-технологические факторы, оказывающие влияние на выбор применяемых технологий, устройств, сетей передачи сигналов, определяющие запас мощности подсистем, сложность обслуживании и модернизации; - организационно-управленческие факторы, оказывающие влияние на методы и скорость принятия решений, организационную структуру управленческого аппарата, гибкость и изменяемость управленческих подходов, расстановку приоритетов при распределении ограниченных ресурсов; - потребительские факторы, оказывающие влияние на популярность и скорость распространения пользовательских устройств-терминалов ИТС, желание сторонних компаний и организаций интегрировать свои продукты или самих себя в ИТС, возможность привлечения дополнительных средств за счет коммерческого использования подсистем ИТС или данных, ими собираемых.
Для создания ИТС, обеспечивающей безопасность дорожного движения, оперативное реагирование при возникновении экстремальных ситуаций и эффективное использование дорожной сети, необходимо еще на этапе проектирования сбалансировать влияние перечисленных выше факторов. Такой подход может оказаться более эффективным с точки зрения затрат, чем интеграция в единую систему отдельных подсистем, разработанных автономно или с частичной координацией.
Научные исследования функционирования современной российской системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильных дорогах
Из информации, представленной в таблице 2.2.1, следует, что с увеличением уровня организации информирования связано усложнение систем сбора информации, увеличение объема передаваемой информации, улучшение качества этой информации и увеличение скорости доставки информации. С другой стороны, усложнение систем сбора и передачи информации означает рост количества необходимого оборудования, что ведет к увеличению стоимости владения, а также требует более сложных систем управления.
Уровень 1 представляет собой описание современной ситуации с организацией информирования специальных служб при возникновении ДТП. Основными каналами связи являются сотовые сети. Участники ДТП или их очевидцы используют их для обращения в службы экстренного реагирования по коротким номерам. В случае невозможности использования каналов сотовых сетей, альтернативой может служить любое другое подручное средство связи в пределах доступности: кабельные телефонные линии, рации и т.п. По данным Роскомнадзора покрытие сотовой связью территории РФ составляет не более 60% [74]. Этот показатель постоянно растет, однако из-за особенностей распределения плотности населения по территории РФ, 100% покрытие вряд ли будет экономически целесообразным для владельцев этих сетей. Наличие «мертвых зон» или зон с неустойчивым сигналом является серьезной проблемой для информирования на основе сотовых сетей [57].
Другой характерной чертой данного уровня является то, что решение об обращении в службу реагирования принимается человеком. Это требует от человека дееспособности и способности к формулированию обстоятельств произошедшего. В условиях города или оживленных трасс это не имеет такого большого значения, так как практически всегда находятся очевидцы, способные обратиться за помощью по номерам специальных служб. Но в условиях менее оживленных дорог, а также в ночное время, данное обстоятельство приобретает более серьезное значение.
Рассматривая данный уровень с точки зрения его соответствия критериям эффективности, описанным в предыдущем параграфе, можно сделать вывод о том, что: - с точки зрения функциональной полноты уровень, определяемый критерием Fb предоставляет минимальный набор возможностей, требует выполнения многих операций в ручном режиме и предполагает использовать в качестве источника первичных данных информацию, полученную от участников ДТП и очевидцев. В целом, данный уровень может быть охарактеризован как условно-удовлетворительный; - с экономической точки зрения, данный уровень, определяемый критерием Еь не требует дополнительных затрат на развитие. Финансирование необходимо только для поддержания текущего функционального наполнения. В целом, данный уровень можно охарактеризовать как не требующий дополнительного финансирования; - с точки зрения сбалансированности функционального наполнения и необходимого финансирования, данный уровень, определяемый критерием Сі, не является оптимальным. Соотношение функционального набора и существующего объема финансирования сложилось исторически. Дублирование некоторых функций в работе различных служб дает основания предполагать наличие дополнительных возможностей для оптимизации общих затрат.
Уровень 2, а также некоторые его вариации, уже успешно внедряются в различных странах. Одна из основных идей данного подхода заключается в сведении всех действий, требуемых от человека, которому требуется помощь, к нажатию одной кнопки. Программы класса «ЭРА-ГЛОНАСС», реализующие данный функционал уже демонстрируют свою эффективность, как это было отмечено в главе 1. В Европе и других странах в качестве канала связи используется сотовые сети, покрытие которых позволяет говорить о практически повсеместной доступности данного вида связи.
Как уже отмечалось выше, в РФ использование сотовых сетей в качестве ос 50 новного канала передачи данных сопряжено с риском наличия «мертвых зон», для ликвидации которых потребуются дополнительные договоренности и затраты.
Вследствие этого, основным каналом передачи экстренных сообщений и сопутствующих данных должен стать ГЛОНАСС. Система спутникового позиционирования по своей сути предоставляет покрытие в 100% поверхности не только территории РФ, но и всего земного шара. Система ГЛОНАСС обеспечит необходимое качество соединения, а также достаточную точность позиционирования на местности. Кроме того, система сможет анализировать скоростной режим транспортного средства и определять слишком резкий перепад скорости, который может являться признаком столкновения. Уже делаются шаги по решению неизбежно возникающих вопросов интеграции систем ГЛОНАСС и систем координирования служб реагирования [50, С. 22].
Кроме того, сотовая связь, при условии ее доступности, может быть хорошим дополнением к этой системе. Данный канал позволит оператору центра реагирования связаться с водителем, чтобы уточнить или опровергнуть данные, переданные в автоматическом режиме.
Воспользоваться кнопкой экстренного вызова помощи возможно так же и в ручном режиме, в случае если необходимость в помощи возникла не вследствие ДТП. Рассматривая данный уровень с точки зрения его соответствия критериям эффективности, можно сделать вывод о том, что: - с точки зрения функциональности уровень 2, определяемый критерием F2, предоставляет более широкий набор возможностей по сравнению с критерием F]. Данный уровень предполагает добавление к существующему функционалу нового блока, но без целостного переосмысления подходов к осуществлению этих функций. В целом, данный уровень может быть охарактеризован как удовлетворительный; - с экономической точки зрения, уровень 2, определяемый критерием Е2, по сравнению с Ei требует дополнительных затрат на внедрение и поддержание нового блока функционала. Так как сокращения каких-либо старых блоков функционала за счет внедрения новых не предполагается, затраты на поддержание прежнего
Оценка возможностей применения телематической технологии для повышения эффективности системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильных дорогах
Первый условный оператор проверяет переданный параметр Pteiematics - наличие бортовой телематики. В случае если значение переданного параметра «ложно» (это означает что транспортное средство оборудовано только кнопкой экстренного вызова, но без набора дополнительных датчиков), то дальнейшие действия определяются в соответствии с алгоритмом определения набора служб для транспортного средства, не оснащенного кнопкой экстренного вызова.
Если значение характеристики объекта - Pteiematics? переданного в условный оператор, «истинно», то далее необходим каскад из двух условий, последовательно проверяющих значение характеристики PheipMode - характер происшествия, передаваемой в параметр условных операторов, на соответствие значениям: «ALL» - и в случае истинности на место происшествия направляются все три службы; «GIBDD_SMP» - и в случае истинности на место происшествия направляются службы ГИБДД и СМП; в противном случае значение параметра должно соответствовать «GIBDD» и в этом случае на место происшествия необходимо направить только службу ГИБДД.
С точки зрения алгоритмизации процессов, связанных с действиями служб на месте происшествия, необходимо рассмотреть вопросы формализации деятельности различных служб в соответствии с их задачами и возможностями.
Выезд расчетов служб реагирования на место происшествия возможен только, если имеются расчеты, не задействованные в текущей деятельности, то есть находящиеся в режиме ожидания. Количество расчетов каждой из служб в модели ограничено, поэтому ситуация с вынужденным ожиданием появления свободных расчетов служб реагирования вполне возможна и отвечает специфике моделируемой сие 85 темы. Алгоритмически задача реализации ожидания появления доступных расчетов решается с помощью условного оператора, который сравнивает с нулем значение количества свободных расчетов заданной службы реагирования. В случае если результат сравнения «ложь», то следующим шагом общего алгоритма будет выезд расчета заданной службы на место происшествия. В случае если результат сравнения «истина», необходимо производить перепроверку значения количества свободных расчетов заданной службы до тех пор, пока оно не станет достаточным.
Кроме оказания помощи пострадавшим и ликвидации последствий ДТП, важной задачей специалистов, прибывших на место происшествия, является координация общей деятельности в то время, когда на месте происшествия находится только одна или две из служб, а прочие еще в пути.
Подробное описание того, каким образом специалисты службы раньше других прибывшей на место происшествия будут корректировать свои действия, и принимать решения о принятии необходимых мер по спасению жизней и здоровья пострадавших, дано в параграфе 3.1 настоящей работы. Алгоритмическая реализация данной методики основывается на анализе параметра объекта модели ксложность. Значение данного параметра определяет и уровень необходимой подготовки специалистов, от которых может потребоваться оказание первой медицинской помощи, и необходимость последующей госпитализации пострадавших, а также факт блокировки пострадавших внутри деформированного кузова транспортного средства оказавшегося в ДТП.
Если значение данного параметра окажется ниже 0.25, то это означает, что пострадавшим требуется медицинская помощь, которую в состоянии оказать сотрудник любой из служб, первой прибывшей на место ДТП. Если значение параметра окажется в диапазоне от 0.25 до 0.5, - это означает, что пострадавшим требуется квалифицированная медицинская помощь, которую может оказать сотрудник службы СМП или МЧС. Если значение параметра окажется в диапазоне от 0.5 до 0.85, -это означает, что пострадавшим требуется экстренная квалифицированная медицинская помощь, которую может оказать сотрудник службы СМП или МЧС, а также последующая госпитализация. Если значение параметра окажется большим, чем 0.85, - это означает, что пострадавшим требуется квалифицированная медицинская помощь, которую может оказать сотрудник службы СМП или МЧС, а так же последующая госпитализация.
Кроме того, присутствие на месте ДТП сотрудников МЧС обязательно, так как потребуется деблокировка пострадавших из деформированного кузова транспортного средства, а также иные, специфические для данной службы, работы на месте происшествия. При этом время оказания медицинской помощи пострадавшим неизбежно увеличивается на величину времени необходимую на деблокировку пострадавших.
На основании вышеперечисленной градации значений данного параметра, строится алгоритм, с помощью которого возможно отменять вызов служб, в случае если после осмотра места происшествия специалистами службы, первой прибывшей на место ДТП, устанавливается, что необходимость в ранее вызванных службах отсутствует.
Каждая из служб реагирования имеет собственную специализацию и специфические особенности деятельности. Поэтому, безотносительно того, каким образом был сформирован состав служб, направленных на осуществление действий по оказанию помощи пострадавшим и ликвидации последствий ДТП, можно описать алгоритм работы каждой из этих служб по отдельности.
Экипажи служб реагирования - это субъекты модели. Каждый субъект наделен собственным набором характеристик, определяющих его поведение и как результат - время, затрачиваемое на оказание помощи пострадавшим и ликвидацию последствий ДТП. Так как специфика деятельности служб различна, набор характеристик для каждой службы имеет как подобные, так и уникальные элементы.
Набор характеристик субъекта модели - службы ГИБДД - представлен в таблице 3.2.2. Характеристики субъекта службы ГИБДД, используются в математических расчетах для определения времени, необходимого для осуществления определенных этапов реагирования, и общего времени реагирования, оказания помощи пострадавшим и ликвидации последствий ДТП.
Анализ затрат времени и ресурсов на реагирование при возникновении ДТП на основе программного обеспечения для системы реагирования
Полученные в результате испытаний значения времени округляются до целых в соответствии с математическими правилами. По результатам оптимизационного эксперимента 9 из 46 испытаний дали удовлетворительные результаты. Параметр «среднее расстояние до места ДТП» принимает значения в диапазоне [16,24]. Таким образом, среднее из оптимальных значение расстояния до места возникновения ДТП составляет 20 км. Следовательно, средне-оптимальная плотность размещения постов МЧС составляет 1 / 20 = 0,05 постов на километр.
На основе данных, полученных в ходе оптимизационного эксперимента, построен график зависимости времени прибытия расчетов МЧС на место происшествия, от плотности размещения постов МЧС. Данный график представлен на рисунке 4.3.16. Серая полоса на графике указывает на допустимый диапазон времени прибытия расчетов МЧС на место возникновения ДТП. Диапазон значений плотности раз 139 мещения постов МЧС, соответствующий допустимому значению времени прибытия на место ДТП, обозначен дополнительными пунктирными линиями. Среднее время прибытия на место ДТП
Анализ данного графика показывает, что диапазон плотности размещения постов МЧС составляет от 0,0417 до 0,0625 пост./км. Таким образом, оптимальное расстояние между постами МЧС составляет 32-48 км.
Оптимизация размещения постов ГИБДД. Результаты оптимизационного эксперимента представлены на рисунке 4.3.17. По оси ординат измеряется время прибытия расчета ГИБДД на место происшествия. По оси абсцисс отмечаются порядковые номера испытаний модели. Всего было проведено 46 прогонов по количеству перебираемых значений параметра «среднее расстояние до места ДТП». Номер прогона не совпадает со значением параметра. Серая полоса указывает на допустимый диапазон времени. Результаты испытаний отмечены серыми точками. Результаты испытаний, удовлетворяющие условиям допустимого диапазона времени прибытия на место ДТП, располагаются на поле, отмеченным серым цветом.
Полученные в результате испытаний значения времени округляются до целых в соответствии с математическими правилами. По результатам оптимизационного эксперимента 9 из 46 испытаний дали удовлетворительные результаты. Параметр «среднее расстояние до места ДТП» принимает значения в диапазоне [12,20]. Таким образом, среднее из оптимальных значение расстояния до места возникновения ДТП составляет 16 км. Следовательно, средне-оптимальная плотность размещения постов ГИБДД составляет 1 / 16 = 0,0625 постов на километр.
На основе данных, полученных в ходе оптимизационного эксперимента, построен график зависимости времени прибытия расчетов ГИБДД на место происшествия, от плотности размещения постов ГИБДД. Данный график представлен на рисунке 4.3.18.
Серая полоса на графике указывает на допустимый диапазон времени прибытия расчетов ГРІБДД на место возникновения ДТП. Диапазон значений плотности размещения постов ГИБДД, соответствующий допустимому значению времени прибытия на место ДТП, обозначен дополнительными пунктирными линиями.
Анализ данного графика показывает, что диапазон плотности размещения постов ГИБДД составляет от 0,05 до 0,0833 пост./км. Таким образом, оптимальное расстояние между постами ГИБДД составляет 24-40 км. Результаты оптимизационных экспериментов для службы ГИБДД в режиме 2 и режиме 3 совпадают. Это объясняется тем, что в состав режима 3 включен полностью функционал режима 2, а дополнительный функционал, позволяющий еще на первоначальном этапе определять характер происшествия, не оказывает влияния на время прибытия экипажа ГИБДД.
Средние значения оптимальной плотности размещения постов различных служб в трех различных режимах, представлены в сводной таблице 4.3.2:
Более высокие показатели требуемой плотности размещения постов ГИБДД, по сравнению с постами прочих служб, может быть объяснены более жесткими требованиями по приемлемому времени прибытия на место происшествия. Близость показателей требуемой плотности размещения постов СМП и МЧС объясняется близкими исходными значениями параметров движения расчетов данных служб, а также одним и тем же диапазоном целевого времени прибытия на место происшествия. Из данных, представленных в таблице, видно, что скачкообразное (порядка 40-50%) уменьшение необходимой плотности размещения постов служб реагирования, происходит за счет оснащения транспортных средств комплексом оборудования класса «ЭРА-ГЛОНАСС» с поддержкой спутникового позиционирования ГЛО-НАСС для 100% покрытия территорий (режим 2). Дальнейшее усложнение системы реагирования, не оказывает существенного влияния на исследуемый этап реагирования - выезд и прибытие на место происшествия (потенциальные возможности ускорения движения за счет динамического пересчета и выбора наилучшего маршрута следования не исследовались).