Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ проблематики и методов управления безопасностью дорожного движения в условиях современных городов 10
1.1. Безопасность дорожного движения как социально-экономическая проблема городских территорий 10
1.2. Классификация факторов, определяющих уровень безопасности дорожного движения 15
1.3. Математические методы анализа и управления уровнем безопасности дорожного движения 21
1.4. Использование автоматизированных систем управления дорожным движением для повышения его безопасности 28
1.4. Цель и задачи исследования 39
ГЛАВА 2. Модели и алгоритмы принятия решений по управлению транспортными потоками 41
2.1. Формализованное описание транспортных процессов на городских автомагистралях 41
2.2. Алгоритмизация управления транспортными потоками на основе регулирования параметров светофорной сигнализации . 51
2.3. Модель управления транспортными потоками на основе многопозиционных дорожных знаков 65
2.4. Модель анализа альтернативных вариантов управления светофорной сигнализацией 68
Выводы второй главы 72
ГЛАВА 3. Реализация аппарата нечеткой логики в моделях управления транспортными потоками 74
3.1. Модели нечеткой логики в системе регулирования светофорной сигнализацией 74
3.2. Разработка системы управления потоком транспортных средств для группы перекрестков на основе аппарата нечеткой логики 87
3.3. Нечеткое регулирование многопозиционных дорожных знаков 90
Выводы третьей главы 94
ГЛАВА 4. Программное обеспечение алгоритмов принятия решений и результаты их практической апробации 96
4.1. Структура информационной системы анализа и управления безопасностью дорожного движения 96
4.2. Подсистема анализа и прогнозирования уровня безопасности дорожного движения 100
4.3. Подсистема управления транспортными потоками на основе регулирования параметров светофорной сигнализации и многопозиционных дорожных знаков 107
4.4. Реализация программного комплекса в режиме управления транспортными потоками 114
Выводы четвертой главы 119
Заключение 121
Литература 123
Приложение 136
- Классификация факторов, определяющих уровень безопасности дорожного движения
- Алгоритмизация управления транспортными потоками на основе регулирования параметров светофорной сигнализации
- Разработка системы управления потоком транспортных средств для группы перекрестков на основе аппарата нечеткой логики
- Подсистема анализа и прогнозирования уровня безопасности дорожного движения
Введение к работе
Актуальность темы. В условиях современных городов безопасность дорожного движения является одной из острейших социально-экономических проблем, требующих решения на государственном уровне. Сложившийся дисбаланс между ростом автомобильного парка и уровня развития средств управления транспортными потоками привел к ухудшению условий движения, к так называемой «пробковой» проблеме. Кроме того, снижение уровня обучения водительского состава, а также появление на автодорогах водителей, не имеющих достаточного опыта управления транспортными средствами, также связано с резким понижением уровня безопасности на городских автомагистралях. За последние четыре года социально-экономический ущерб от дорожно-транспортных происшествий составляет более 2 % ВВП, что в абсолютном выражении сопоставимо с сотнями миллиардов рублей. Таким образом, повышение безопасности дорожного движения представляется самостоятельным направлением государственной политики.
Следует отметить, что из множества факторов, оказывающих влияние на безопасность дорожного движения (состояние дорожного покрытия, уровень квалификации водителей, техническое состояние автомобильного парка, плотность транспортного потока, выполнение скоростных режимов управления автотранспортом и т.д.), основное значение имеет уровень организации дорожного движения, непосредственно связанный с реализацией современных методов управления потоками транспорта, направленных на повышение эффективности функционирования городских автомагистралей.
Таким образом, актуальность темы диссертационной работы продиктована необходимостью дальнейшего совершенствования средств моделирования и алгоритмизации процессов управления объектами транспортных потоков, направленных на снижение времени простоя на перекрестках, уменьшение очередей транспортных средств, сокращение количества пробок, повы-
шение скорости передвижения, и как следствие, улучшение социально-психологического климата на автомобильных магистралях, а также повышение уровня безопасности дорожного движения.
Тематика диссертационной работы соответствует одному из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета «Вычислительные системы и программно-аппаратные комплексы», а также госбюджетной НИР кафедры «Автоматики и информатики в технических системах» (ГБ № 504310).
Целью работы является разработка моделей и алгоритмов управления потоками транспортных средств на основе аппарата нечеткой логики, а также средств информационной поддержки процессов принятия решений, направленных на повышение уровня безопасности дорожного движения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести анализ социально-экономического значения проблемы повышения уровня безопасности дорожного движения, а также содержания и специфики решения задач управления транспортными потоками;
разработать формализованное описание транспортных процессов на городских автомагистралях;
разработать алгоритмы управления режимами работы светофорной сигнализации на отдельном перекрестке на основе аппарата нечеткой логики;
разработать алгоритмы нечеткого управления режимами работы светофорной сигнализации системы взаимосвязанных перекрестков;
разработать модель анализа альтернативных вариантов управления светофорной сигнализацией;
разработать алгоритмы управления транспортными потоками на основе многопозиционных дорожных знаков;
разработать информационную подсистему анализа и прогнозирования уровня безопасности дорожного движения;
разработать средства программного и информационного обеспечения процедур моделирования процессов управления транспортными потоками и принятия решений по повышению уровня безопасности дорожного движения.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались основные положения теории вероятностей и математической статистики, методы математического моделирования, теории массового обслуживания, нечеткой логики, теории графов, теории множеств, теории построения баз данных.
Новизна исследований. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
способ формализованного описания транспортных процессов на городских автомагистралях, обеспечивающий реализацию процедур управления безопасностью дорожного движения на базе моделей нечеткой логики;
алгоритм управления транспортными потоками на перекрестках простой конфигурации, отличающаяся учетом многополосности городских автомагистралей, а также условий повышенной интенсивности движения;
алгоритм управления системой взаимосвязанных перекрестков, отличающаяся синхронизацией режимов управления светофорной сигнализацией на основе аппарата нечеткой логики;
модель анализа альтернативных вариантов управления светофорной сигнализацией, отличающаяся возможностью выбора оптимальных режимов регулирования, минимизирующих время пребывания транспортных объектов в системе;
алгоритм управления транспортными потоками, отличающаяся реализацией многопозиционных дорожных знаков в условиях ликвидации пробок на регулируемых перекрестках;
структура программного и информационного обеспечения процедур моделирования процессов управления безопасностью дорожного движения
на основе аппарата нечеткого регулирования транспортными потоками, позволяющая повысить эффективность и оперативность принимаемых решений.
Практическая значимость работы состоит в разработке программного обеспечения, реализующего модель управления транспортными потоками на основе аппарата нечеткой логики, позволяющего в условиях системы взаимосвязанных перекрестков осуществить эффективное регулирование светофорной сигнализацией и обеспечить максимально возможную в конкретных условиях пропускную способность автомобильных магистралей, а также высокий уровень безопасности дорожного движения.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические результаты работы реализованы в виде специального программного и информационного обеспечения системы управления транспортными потоками, которые практически апробированы в реальных условиях городской территории г. Воронежа.
Кроме того, они внедрены в учебный процесс при обучении студентов по дисциплинам «Моделирование систем», «Методы принятия решений» на кафедре автоматики и информатики в технических системах Воронежского государственного технического университета.
Результаты внедрения подтверждаются соответствующими актами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2008, 2009); V Всероссийской научно-технической конференции «Теория конфликта и ее приложения: материалы (Воронеж, 2009); Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2009); международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы инновационных систем информации и безопасности» (Воронеж, 2009); научно-методических семинарах кафедры автоматики и информатики
в технических системах Воронежского государственного технического университета (2007-2009 гг.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Работа содержит 139 страниц, включая 55 рисунков, 8 таблиц, приложение и список литературы из 131 наименования.
Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи исследования, их научная новизна, практическая значимость полученных результатов, приведены сведения об апробации и внедрении работы.
Первая глава посвящена анализу проблематики и методов управления безопасностью дорожного движения в условиях современных городов.
Безопасность дорожного движения представлена как социально-экономическая проблема городских территорий. Представлены данные официальной статистики, характеризующие социально-экономический ущерб, понесенный вследствие дорожно-транспортных происшествий на уровне Российской Федерации и на уровне отдельного региона.
Представлена классификация факторов, определяющих уровень безопасности дорожного движения. Рассмотрены методы математического анализа и управления уровнем безопасности дорожного движения. Анализируется динамика развития автоматизированных систем управления дорожным движением.
На основании проведенного анализа определяются цель и задачи исследования.
Во второй главе рассматриваются модели и алгоритмы принятия решений по управлению транспортными потоками.
Представлено формализованное описание транспортных процессов на городских автомагистралях включающее набор показателей, характеризующих суммарную интенсивность движения транспортных средств, скорость, плотность потока транспортных средств, состав транспортного потока, среднюю длину очереди на перекрестки и время простоя автомобилей в очереди.
Рассматривается вопрос алгоритмизации управления транспортными потоками на основе регулирования параметров светофорной сигнализации в условиях перекрестков простой конфигурации с учетом многополосности городских автомагистралей, а также в условиях системы взаимосвязанных перекрестков.
Для повышения пропускной способности городских автомагистралей предложен алгоритм использования многопозиционных дорожных знаков, предоставляющих возможность гибко влиять на транспортные потоки путём сменяющихся управляющих воздействий.
Предложена методика проверки эффективности предлагаемых методов управления потоком транспортных средств, позволяющая провести анализ и выбор оптимальных вариантов регулирования светофорной сигнализацией, минимизирующих время пребывания транспортных объектов в системе.
В третьей главе представлены модели управления транспортными потоками, основанные на аппарате нечеткой логики.
Рассматривается вопрос формирования базы лингвистических переменных и базы знаний, используемых при управлении адаптивной светофорной сигнализацией и многопозиционными дорожными знаками. Представлены алгоритмы формирования и уточнения набора правил и набора лингвистических переменных. Предложены алгоритмы управления светофорной сигнализацией и многопозиционными дорожными знаками на городских автомагистралях.
В четвертой главе приведено описание структуры разработанного программного комплекса, а также его функции и порядок работы с ним оператора. Приведены результаты апробации комплекса в реальных условиях, показавшие его эффективность и возможность использования на практике.
В заключении рассмотрены основные результаты работы.
В приложении приведены материалы практической апробации результатов исследования.
Классификация факторов, определяющих уровень безопасности дорожного движения
Объектом управления в системе управления дорожным движением является транспортный поток, состоящий из технических средств (автомобилей, мотоциклов, автобусов и так далее). В то же время водители автомобилей обладают свободной волей и реализуют при движении свои частные цели. Таким образом, дорожное движение представляет собой техносоциаль-ную систему, что и определяет его специфику как объекта управления. Поэтому, даже рассматривая только технические аспекты управления дорожным движением, мы должны постоянно иметь в виду, что этот объект весьма своеобразен и обладает крайне неприятными с точки зрения управления свойствами (рис. 1.2).
Первой и довольно очевидной особенностью городских транспортных потоков является их нестационарность, причем наблюдаются колебания их характеристик, по крайней мере, в трех циклах: суточном, недельном и сезонном. Второй особенностью является стохастичность транспортных потоков, характеристики которых допускают прогноз только с определенной степенью вероятности. Транспортный поток в первом приближении ведет себя как традиционный технический объект и описывается теми же характеристиками, что и поток жидкости или газа: скоростью, плотностью интенсивностью и составом потока, связи между которыми, достаточно хорошо исследованы и описаны как с помощью дифференциальных уравнений, так и другими методами. Транспортный поток движется по транспортной сети, в свою очередь обладающей определенными характеристиками, допускающими более или менее строгое описание. Как правило, достаточно просто описывается топология транспортной сети, длины и пропускные способности ее участков, сложнее - состояние покрытия, для оценки которого не существует общепринятой шкалы и методики. Характеристики транспортной сети тоже являются нестационарными. Состояние покрытия зависит от погодных условий, топология сети - от градостроительных мероприятий и просто от проведения дорожных работ. Естественно, транспортная сеть влияет на характеристики транспортных потоков, внося дополнительный элемент нестационарности. Кроме того, на транспортные потоки могут влиять разнообразные случайные события: дорожно-транспортные происшествия, выход пешеходов на проезжую часть и так далее.
Третьей особенностью дорожного движения как объекта управления является неполная управляемость, суть которой состоит в том, что даже при наличии у системы управления полной информации о транспортных потоках и возможности доведения управляющих воздействий до каждого водителя, эти воздействия в ряде случаев в принципе могут носить только рекомендательный характер. Эта особенность делает весьма проблематичным достижение глобального экстремума любого критерия управления.
Четвертой особенностью, относящейся уже не только к собственно дорожному движению, объединяющей транспортные потоки, движущиеся по транспортной сети, но и к системе управления ими, относится множественность критериев качества управления. Дорожное движение в районе или городе, управляемое определенным образом, обладает некоторыми синтетическими характеристиками, среди которых могут быть названы: задержка, скорость сообщения, число дорожно-транспортных происшествий, объем вредных выбросов атмосферу и так далее. Большинство перечисленных характеристик взаимосвязаны, но назвать одну из них главной или даже однозначно ранжировать их не представляется возможным.
Пятой особенностью дорожного движения как объекта управления является сложность и даже невозможность замера практически всех характеристик качества управления. Так, оценка величины транспортной работы требует либо наличия датчиков транспортных потоков на всех направлениях их движения, либо использования данных аэрофотосъемки, либо проведения трудоемкого ручного обследования. В большинстве регионов ситуация осложняется отсутствием надежных и недорогих технических средств (датчиков), предназначенных для получения данных о транспортных потоках.
Также, необходимо отметить принципиальную невозможность проведения масштабных натурных экспериментов в сфере управления дорожным движением. Эта невозможность предопределена, во-первых, необходимостью обеспечения безопасности движения, во-вторых, материальными и трудовыми затратами на проведение эксперимента и, в-третьих, тем что серьезные изменения в комплексной схеме организации движения затрагивают интересы большого количества людей - участников движения.
Из последних двух особенностей дорожного движения как объекта управления вытекает, в частности, необходимость создания моделей дорожного движения, позволяющих прогнозировать последствия изменений, влияющих на характеристики транспортных потоков, и оценивать качество управления ими.
Практики традиционно разделяют все методы управления дорожным движением на организацию движения и его регулирование, относя к регулированию все, что связано с работой светофорной сигнализации, а к организации остальные мероприятия. Это разделение обусловлено тем, что первоначально к регулированию были отнесены методы управления, которые описываются с помощью параметров регулирования, меняющихся в течение коротких интервалов времени.
С точки зрения системного подхода, все методы управления дорожным движением можно разделить на методы, действующие в реальном времени (on-line методы), и вне его (off-line методы) (рис. 1.3).
Алгоритмизация управления транспортными потоками на основе регулирования параметров светофорной сигнализации
В начале 70-х годов произошло событие, приведшее к революционным изменениям в технологии управления светофорной сигнализацией - в Великобритании группой сотрудников TRRL (Transport and Road Recearch Laboratory) под руководством Д. Робертсона был разработан и программно реализован метод расчета ПК TRANSYT, позволяющий строить ПК для транспортных сетей произвольной конфигурации и использующий информацию об интенсивностях транспортных потоков и взаимосвязях между потоками на соседних перекрестках. В течение 70-х годов шел процесс уточнения этого метода и расширения его возможностей. Результат оказался настолько удачным, что и на сей день разработанный более 20 лет назад TRANSYT считается наиболее надежным, быстрым и удобным методом расчета ПК. В это же время на Западе были созданы АСУДД, позволяющие хранить и оперативно доводить до управляющих устройств на перекрестках достаточное с точки зрения технологии количество ПК. Одновременно АСУДД, созданные в 70-х годах, позволяли реализовывать ряд алгоритмов МГР. Эти АСУДД следует отнести ко второму поколению. Говоря об эффективности этих АСУДД, можно привести следующие цифры: внедрение полной библиотеки ПК на 224 перекрестках в 1993 году в Далласе, где до сих пор стоит система 2-го поколения, позволил снизить задержки транспорта на 43%, остановки на 34%, экономия горючего составила 5 % ("ITE Journal", N 4, 1994). При общих затратах на проведение обследования, расчет и внедрение ПК 6 млн. $ годовая экономия составила 24 млн. $.
Опыт работ с расчетом ПК показал, что для получения исходных данных необходимо проводить трудоемкое обследование транспортных потоков (В Далласе для сбора данных и проверки качества ПК пришлось провести более 2000 выездов на перекрестки). Это стимулировало проведение работ по автоматизации обследования и созданию различного типа датчиков транспортных потоков. В свою очередь, наличие датчиков привело к дальнейшему развитию алгоритмов МГР и создало предпосылки для появления систем 3-го и 4-го поколений.
Одновременно большое внимание стало уделяться технологическому сопровождению систем. Расчет ПК по методу TRANSYT мог выполнить только квалифицированный пользователь, поэтому, например, в США, не являющихся передовой страной с точки зрения разработки АСУДД, в начале 80-х годов существовало более пятидесяти курсов, где в течение месяца инженеры-технологи изучали работу с программой TRANSYT. Следует отметить, что для эффективного функционирования систем даже 2-го поколения требуется постоянное технологическое сопровождение, основной задачей которого является отслеживание динамики транспортных потоков и регулярное, не реже, чем раз в 3 года, обновление библиотеки ПК.
В это же время (середина 70-х годов) в СССР были созданы первые АСУДД на базе ЭВМ (система "СТАРТ" в Москве, система "Город", разработанная СКБ "Промавтоматика" и внедренная первоначально в Алма-Ате, а затем в ряде других городов СССР), которые, как и зарубежные аналоги, позволяли использовать при управлении большое число ПК. В отличие от ТСКУ, в них можно было использовать любые значения длительностей циклов, длительностей фаз и сдвигов, оперативно менять последовательность фаз на перекрестке, но по-прежнему оставалось невозможным оперативное изменение распределения направлений по фазам и структуры промежуточных тактов. Эти АСУДД можно было бы отнести ко второму поколению, если бы расчет ПК был автоматизирован.
К сожалению, покупка лицензионной версии TRANSYTa показалась нерациональной, а к разработке отечественного аналога этой программы приступили только в середине 80-х годов (В.Т. Капитанов, ВНИИБД). Две нелегальные версии TRANSYTa попали в Россию в начале 80-х годов. Одна из них использовалась и используется в настоящее время сотрудниками института "МосгортрансНИИпроект" для расчета ПК в системе "Город", что позволяет отнести эту систему ко второму поколению АСУДД. Копия второго нелегального экземпляра TRANSYTa после упомянутых выше и оказавшихся неудачными попыток написать отечественный аналог, была передана СКБ "Автоматика". Эта версия, предназначенная для работ на больших ЭВМ класса ЕС, эпизодически использовалась для расчета библиотек ПК силами сотрудников СКБ для некоторых городов СССР (Алма-Ата, Минск). Заканчивая историю разработки отечественной версии TRANSYTa, укажем, что опыт работы с ним позволил в 1990 году создать алгоритм "ТРАССА". К сожалению, развал группы технологов, работавших с TRANSYTOM В НПО "Автоматика", (бывшем СКБ) не позволил завершить программную реализацию в рамках этой организации, и в настоящее время в НПО пользуются неотла-женной версией программы. Разработка окончательной версии не закончена по сей день ввиду отсутствия финансирования.
Возвращаясь к истории создания отечественных АСУДД, отметим, что уже в конце 70-х годов в СССР, как и на Западе, начались работы по установке датчиков и включению в АСУДД алгоритмов МГР. К сожалению, у пользователей АСУДД отсутствовал такой мощный стимул, как применение собранной датчиками информации для расчета ПК, поэтому датчики, как правило, не поддерживались в рабочем состоянии. Отсутствие средств расчета режимов привело к тому, что при эксплуатации отечественных АСУДД стало правилом отсутствие их технологической поддержки, что снижало их эффективность и в конечном счете дискредитировало саму идею АСУДД. Даже после появления средств расчета режимов ("САПР АСУДД" - НПО "Автоматика", комплекс программ разработанных фирмой "Ритом") пользователи АСУДД традиционно избегают решения проблем технологической поддержки систем, насильственно сдерживая переход их во 2-е поколение.
80-годы на Западе, в первую очередь в Великобритании, ставшей "законодательницей мод" в области управления дорожным движением, был осуществлен переход к системам 3-го и 4-го поколений. Наличие надежных датчиков и опыт их эксплуатации при сборе исходных данных для расчета ПК естественным образом подтолкнули к идее включения этого расчета в контур управления, что и было реализовано в системах 3-го поколения. Технолог, таким образом, был освобожден от необходимости сбора, обработки и ввода данных в программу TRANSYT. Следует отметить, что переход к 3-му поколению произошел плавно, путем включения в уже существующие системы специальной подсистемы автоматического расчета ПК наряду с системой их ручного ввода.
Разработка системы управления потоком транспортных средств для группы перекрестков на основе аппарата нечеткой логики
Реализации адаптивной светофорной сигнализации осуществляется путем изменения длительностей сигналов светофора и изменением времени начала горения зелено сигнала относительно других перекрестков. При этом предлагается оставить полное время цикла постоянным, осуществляя управление потоком транспорта на отдельном перекрестке путем изменения соотношения длительностей красного и зеленого сигналов светофора. Причем потоки транспортных средств на встречных направлениях рассматриваются как единый поток, осуществляя управление для пересекающихся потоков транспорта на различных направлениях. Для получения параметров управления производится модельный эксперимент, в ходе которого постепенно уточняются оптимальные параметры светофорной сигнализации. Структура предлагаемой системы адаптивной светофорной сигнализации приведена на рис. 2.11.
Блок обработки входной информации необходим для получения информации о состоянии перекрестка, а именно длины очередей в каждом направлении движения. Длина очереди перед перекрестком является основным критерием управления. При изменении параметров светофорной сигнализации оценка улучшения или ухудшения ситуации перед перекрестком происходит именно на основе изменения длины очереди.
После получения информации об очереди на перекрестке производится изменение длительностей сигналов. Длительность зеленого увеличивается для направлений с наибольшей длинной очереди.
Проверка на качество управление необходимо для того, чтобы изменение длительностей сигналов, сделанное в предыдущем пункте не привело к ухудшению ситуации на дороге. Примером необходимости такой проверки может служить ситуация, когда очередь, возникшая у одного перекрестка, достигает соседний перекресток. В этом катастрофическом случае не только блокируется указанный перекресток, но также снижается пропускная способность дороги в прямом направлении, так как очередь занимает время горения зеленого сигнала на втором перекрестке. Данная ситуация проиллюстрирована на рис. 2.12.
На рисунке стрелками обозначены отдельные автомобили и направление их движения. При увеличении длительности зеленого сигнала на перекрестке 1 в направлении наверх, может произойти полное блокирование автомобилей в боковом направлении на этом же перекрестке.
Корректировка начала цикла светофоров предназначена для организации движения транспортных средств по основной магистрали с минимальным числом остановок. Данный инструмент управления помогает снизить очередь перед перекрестками в прямом направлении, но не производит никакого влияния на транспортные потоки на боковых направлениях.
Отличительная черта многопозиционных дорожных знаков - возможность гибко влиять на транспортные потоки путём сменяющихся управляющих воздействий. Они позволяют оперативно управлять предельной скоростью движения в конкретных условиях, движением транспортных средств по отдельным полосам дорожного полотна, маршрутом следования на отдельных перекрёстках. Задача системы управления знаками заключается в извлечении и демонстрации информации, содержащейся в знаке. Система управления знаками делится на три группы по способу управления знаками: 1. Управление сменой фиксированных сообщений, хранящихся в самом знаке. 2. Управление сообщениями, которые либо хранятся в запоминающем устройстве, либо составляются при помощи клавиатуры на терминале. 3. Третья - комбинация первых двух. Основные принципы формирования знаковой дорожной информации могут быть сформулированы следующим образом: Логика и последовательность представления информации и смыслового содержания должны соответствовать изменению дорожных условий и характеристик транспортных потоков, а информативность знака должна обеспечивать обязательность, своевременность и безошибочность его восприятия. Сочетание смысловой информации знаков на участке дороги должно вызывать у водителя доверие к этой информации и уверенность в том, что соблюдение требований знаков минимизирует время достижения пункта назначения и обеспечит безопасность движения. Исходя из приведённых выше принципов, можно представить на рассмотрение некоторые рекомендации и предложения по применению МПЗ. Во-первых, необходимо чётко разделить данные знаки на информационные табло с выводом текстовой информации и собственно дорожные знаки со сменной информацией. При этом информационные табло применимы для информирования водителей о неблагоприятных погодных условиях, аварийности или заторах на участке дороги. Во-вторых, дорожные знаки со сменной информацией должны иметь форму и цветовое оформление, аналогичные обычным дорожным знакам. Такие знаки применимы при изменении скоростного режима, запрещении обгона, изменения направлений движения, а также введения других ограничений и рекомендуемых режимов движения. В-третьих, следует ограничивать количество знаков и их позиций на участке дороги или улично-дорожной сети, так как существует определённое привыкание водителей к существующей схеме организации дорожного движения и частая смена её может приводить к неуверенности, напряжённости, нервозности и, как следствие, повышению аварийности. То есть, эффект может быть прямо противоположный. В-четвёртых, можно рассмотреть ещё один аспект. Применять многопозиционные знаки стали сравнительно недавно и многие участники дорожного движения ещё не научились руководствоваться ими. Поэтому перед участками, где применяются МПЗ, следует устанавливать информационные щиты для привлечения внимания и информирования водителей о применении таких средств организации движения.
Подсистема анализа и прогнозирования уровня безопасности дорожного движения
Посредством пользовательского интерфейса обеспечивается взаимодействие пользователя со всеми функциональными модулями информационной системы. Данное взаимодействие поддерживается управляющим модулем, который включает средства, обеспечивающие реализацию функций информационной системы, связанных с актуализаций базы данных и её использованием для принятия решений.
Модуль заполнения БД включает в себя средства, позволяющие оперативно вносить все данные о ДТП и записывать их в базу данных информационно системы.
Модуль анализа статистики включает в себя средства, позволяющие оперативно проводить анализ статистических данных, представлять статистику в виде графиков, получать данные о количестве ДТП, вычислять уровень безопасности дорожного движения за конкретный период времени.
Модуль прогнозирования включает в себя средства, позволяющие оперативно просматривать данные о ДТП и прогнозировать уровень безопасности в краткосрочный и среднесрочный период.
Подсистема двухуровневого управления транспортными потоками предназначена для решения задачи исследования эффективности методов управления потоком транспорта, которая формулируется следующим образом: необходимо выделить характеристики, наибольшим образом влияющие процесс движения потока транспорта, и исследовать их изменение в зависимости от применяемого способа управления потоком транспорта. В качестве первичной характеристики эффективности управления предлагается использовать параметр суммарной (по всем сторонам перекрестка) средней длины очереди перед перекрестком. Зная длину очереди, можно вычислить среднее время ожидания автомобилей и определить среднюю скорость движения транспортных средств по основной магистрали.
Среднее время ожидания можно оценить как количество циклов работы светофора, в течение которых машина стоит в пробке. Если за один цикл работы светофора через перекресток прошло меньше машин, чем стояло перед ним, то оставшиеся машины стоят в пробке более одного цикла работы светофора.
Будем считать, что предлагаемые параметры эффективны, если в результате реализации управляющий воздействий ситуация на перекрестке улучшилась по сравнению с текущими параметрами управления. При этом под улучшением ситуации подразумевается сокращение числа машин, находящихся перед светофором. Так как в любой момент времени поток машин является произвольным и возможны колебания плотности потока, то систему управления можно считать эффективной, если за некоторое количество циклов работы СУПТ полученный результат лучше по сравнению с традиционным алгоритмом управления на основе автоматических светофоров. Разработанная подсистема, общая структура которой представлена на рис. 4.2, предназначена для получения оптимальных параметров светофорной сигнализации и параметров многопозиционных дорожных знаков для указанного времени суток.
Данная подсистема включает следующие блоки: - блок настройки параметров - предназначен для расчета параметров дорожного движения для определенного дня недели и времени суток, исходные параметры движения поступают в него из базы данных; - блок сбора статистики - предназначен для ведения протокола работы системы управления потоком транспорта; в протокол заносятся все параметры: число поступивших на перекресток машин, число прошедших через перекресток машин, среднее время пребывания транспортного средства, средняя длина очереди, средняя скорость передвижения; - блок моделирования включает в себя две модели: модель проверки эффективности и модель определения параметров управления. В программе происходит запуск модели проверки эффективности с текущими параметрами управления. После этого запускается модель определения оптимальных параметров управления. После получение оптимальных параметров происходит второй запуск модели проверки эффективности, но уже с оптимальными параметрами управления; - блок управления служит для управления транспортным потоком во всех модельных экспериментах, а также для определения оптимальных параметров регулирования; - блок базы данных содержит параметры перекрестков и интенсивности движения. Для работы информационной системы необходимо располагать IBM-совместимой ЭВМ с установленной операционной системой Windows 98/ХР. База данных реализована средствами Microsoft Access, внешняя оболочка и вычислительные модули написана в среде Visual Studio 2005 на языке программирования Borland C++ Builder 6.0, что дает программе следующие возможности: - высокая производительность, достигаемая за счет использования только API-функций, оптимизации используемых алгоритмов; - возможность переносимости под различные операционные системы за короткое время; - расширяемость программы, за счет использования гибкой структуры классов. Функциональное ядро подсистемы анализа и прогнозирования уровня безопасности дорожного движения включает собственно базу данных, в которой формируются и хранятся все статистические данные, и внешнюю оболочку для управления этими данными. В базе данных информация сформирована и хранится в виде записей, которые содержат: номер записи, дату и время происшествия, а также 14 групп факторов. Данный набор факторов был взят из стандартной формы, заполняемой сотрудником ГИБДД при описании дорожно-транспортного происшествия, и включает такие характеристики как: дата ДТП; наличие ИДПС на маршруте; значение дороги; категория улицы; количество ТС, участвующих в ДТП; элементы плана дороги; элементы профиля дороги; наличие сооружений, инженерных устройств; ширина проезжей части; ширина обочины; ширина тротуара; ширина разделительной полосы; вид покрытия; состояние проезжей части; освещение; состояние погоды; дорожные условия, сопутствующие совершению ДТП; характеристики транспортного средства; категория участника ДТП и другие.
Похожие диссертации на Управление безопасностью дорожного движения на основе моделей регулирования транспортными потоками
