Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

В даний час у великих містах України мають місце проблеми організації дорожнього руху, особливо в їх центральних частинах. Це пов'язано з підвищенням рівня автомобілізації і наявністю незмінною історично склалася вулично-дорожньої мережі міста, а також наявністю парковок на проїжджій частині. Все це призводить до зниження рівня безпеки руху транспортних засобів і пропускної спроможності вулично-дорожньої мережі, які викликають предзаторові і заторові режими руху.

Радикального поліпшення умов руху транспорту в місті, на тривалу перспективу, можна досягти при здійсненні заходів містобудівного характеру: будівництвом мостів, тунелів, пробивкой нових магістралей. Здійснення таких проектів вимагає значних фінансових вкладень і витрат часу. Аналіз показує, що значно пом'якшити ситуацію дозволить комплекс заходів, пов'язаних з удосконаленням управління транспортними потоками в місті-впровадженням комп'ютеризованих автоматичних систем управління дорожнім рухом на вулично-дорожній мережі міст.

Безпека дорожнього руху та ефективність управління транспортними та пішохідними потоками значною мірою визначаються якістю організації дорожнього руху, надійністю і стійкістю до відмов програмно-технічних засобів систем керування дорожнім рухом. Тому розробка принципів організації дорожнього руху та систем керування транспортними потоками, необхідність використання сучасних технологій зв'язку і управління, розробка принципів управління є досить актуальною проблемою в даний час.

1. Актуальність теми

Зростаючі обсяги автомобільних перевезень, збільшення швидкостей та інтенсивності руху і пов'язани з ними зростання числа дорожньо-транспортних пригод пред'являє нові, все більш високі вимоги до технічної досконалості автомобільних доріг, їх інженерного обладнання і стану, транспортно-експлуатаційним характеристикам та організації руху в процесі експлуатації.

Необхідною передумовою створення системи управління транспортними потоками на автомобільних магістралях є формування стратегічних концепцій, комплексу моделей керованого об'єкта і заснованих на них алгоритмів переробки інформації та прийняття керуючих рішень.

2. Мета і завдання системи

Метою магістерської роботи є розробка метода зеленої хвилі в режимі реального часу, що дозволить автоматизувати управління транспортним потоком на магістралях і поліпшити пропускну здатність і безпеку руху.

Основні завдання системи:

3. Огляд існуючих моделей і методів

На даний момент існують наступні системи управління транспортними потоками:

АСКДР - Автоматизована система управління дорожнім рухом. Це комплекс технічних, програмних та організаційних заходів, що забезпечують збір та обробку інформації про параметри транспортних потоків і на основі цього оптимізують управління рухом.

Основні функції системи:

ІСУТП - Інтелектуальна система управління транспортними потокамі. Глобальний координаційний центр ГКЦ аналізує кількість заявок, на переміщення від окремих водіїв і будує для них маршрут переміщення відповідно до завантаженості трас, кліматичних умов, часу доби, дня тижня. Приймає рішення з організації роботи світлофора, виходячи з транспортної необхідності. ГКЦ аналізує за допомогою багатофункціонального пристрою, встановленого в автомобілі, манеру водіння автомобіліста, його навички, звички, втоми і на підставі цього виставляє людині оцінку за його підготовленість.

Після проведення аналізу існуючих підсистем можна сказати, що вони не дозволяють повною мірою поліпшити динаміку руху транспортних потоків.

В основному такі подібні системи розроблялися в Москві, але всі проекти були закриті, так і залишивши проблеми з дорожнім трафіком в м. Москва.

В ДонНТУ також ведуться дослідження в даній сфері. Методика поліпшення динаміки руху транспортних потоків полягає у використанні клітинних автоматів. Створена програма для моделювання транспортних і людських потоків, а також прогнозування та дослідження реального руху транспорту. Програма призначена на запобігання аварійних ситуацій і великих пробок. [ 6 ]

4. Математична постановка задачі

Об'єктами управління в цих системах є транспортний потік на автомобільній магістралі і транспортні потоки на в'їздах-виїздах. Засобом управління служать світлофори на перехрестях, в'їздах і виїздах.

З метою досягнення ефективного управління транспортними потоками розглядається розробка комп'ютерної системи, за допомогою якої в реальному часі на основі вступних вхідних даних визначатимуться раціональні значення швидкості руху транспортного потоку і тривалості функціонування світлофорів.

Система реалізує такі основні функції:

Кожна з перелічених функцій виконує певні дії.

Збір даних про транспортний потік буде включати в себе:

Збір даних здійснюватиметься за всіма напрямками розглянутого перехрестя в одну і іншу сторони. Статичними даними будуть відстані між перехрестями, параметри самої магістралі (кількість смуг, обмеження по швидкості і т.д.). Вся інформація може бути зібрана за допомогою розумних світлофорів [3], які вже використовуються у великих містах різних країн. Розумні світлофори мають вбудовані датчики збору інформації, які зв'язуються з сервером через GSM-модем. Світлофори також можуть бути оснащені камерами, які фіксують додаткову інформацію. Багато хто має табло відліку часу, що показують, скільки залишилося часу до зміни статусу світлофора. Всі світлофорні об'єкти підключені до єдиної системи регулювання руху, яка знаходиться в пункті управління світлофорами. Координатори можуть змінювати сигнали світлофорів з пункту управління, а також переглядати всі дані, які надходять з датчиків.

За допомогою функції обробки даних і організації зберігання основні параметри, які характеризують рух транспорту, будуть зберігатися і оброблятися.

Для реалізації функції розрахунку рекомендованих значень параметрів руху використовуються розрахункові методи і методи моделювання . Одним з найбільш поширених методів , що організовують рух транспорту у великих містах , є принцип « зеленої хвилі » , за допомогою якого на певних магістральних дорогах міста задається тривалість сигналів світлофора таким чином , щоб забезпечити « зелену хвилю» , тобто забезпечення безупинного руху транспорту за рахунок узгодженого включення зеленого світла світлофора на перехрестях. Принцип роботи «зеленої хвилі» наведено на прикладі організації руху по вулиці з одностороннім рухом [2]. На рис. 1 зліва схематично показаний план вулиці з перехрестями A, B, C, D, E розташованими на однаковій відстані один від одного.

Графік «зеленої хвилі» і діаграма «шлях - час» для трьох автомобілів (для спрощення діаграми не показан час жовтого сигналу)

Рисунок 1 - Графік «зеленої хвилі» і діаграма «шлях - час» для трьох автомобілів (для спрощення діаграми не показан час жовтого сигналу)

У правій частині малюнка наведено графік, на якому по горизонтальній осі відкладено час, по вертикальній - шлях, прохідний автомобілем при русі від перехрестя A до перехрестя E. Широкі заштриховані смуги на графіку - стрічки часу, протягом яких автомобіль може безупинно проїжджати всі перехрестя, дотримуючись певної швидкості. Величина швидкості визначається як тангенс кута нахилу стрічки часу до горизонтальної осі. Використовуючи цей принцип в реальному часі і з огляду на чинники, що впливають на зміну характеристик потоку, можна поліпшити якісні характеристики транспортного потоку.

Використовуючи мову UML, можна уявити функції комп'ютеризованої системи в наступному вигляді:

Функціональна схема системи

Рисунок 2 - Функціональна схема системи

Використовуючи виміряні значення характеристик транспортного потоку, можна буде визначити щільність потоку - число автомобілів на одиницю довжини дороги (наприклад, на 1 км) [4]. Зв'язок між основними характеристиками потоку автомобілів виглядає таким чином:

N = VQ,

де N - інтенсивність руху, Q - щільність потоку, V - середня швидкість руху.

Якщо щільність потоку на магістралі буде дуже велика, повинен виконуватися розрахунок рекомендованих значень параметрів руху.

Для цього потрібно знати, як визначити тривалість сигналів світлофора і швидкість автомобіля [2]. Керуючим впливом для світлофорного об'єкта, по відношенню до одного напряму руху, можуть бути параметри:

Тривалість червоного сигналу знаходиться зі співвідношення

tк = Т - tз - tж,

Приймемо величини Т, tз и tж однаковими для всіх світлофорів магістралі і знайдемо значення Dt0,i - початок включення зеленого сигналу i-того світлофора щодо світлофора в точці 0, забезпечують безперешкодний пропуск картежа автомобілів по всій магістралі в режимі зеленої хвилі.

Уявімо магістраль з одностороннім рухом у вигляді відрізка, який розбитий на окремі ділянки в деяких відомих точках.

Нехай L - загальна довжина магістралі, а li - відстань між суміжними (i +1) і i перехрестями (i = 0, 1, 2, 3,…, n). При такій розбивці

Рух головного автомобіля по магістралі в кортежі, сформованому в точці 0, описується рівнянням

де V - рекомендована швидкість руху автотранспортних засобів, км / г.

ДДля першого світлофорного об'єкта в точці 1 величина t1 l0,1 / V, визначає значення Dt0,1 - початок включення зеленого сигналу щодо світлофора в точці 0.

У загальному випадку для (k +1)-го світлофора (k

де k = 1, 2, 3,…, n-1.

Таким чином, видно, що тривалість сигналів світлофора залежить від рекомендованої швидкості проходження автомобіля відрізка дороги і можливо управляти як швидкістю, так і тривалістю сигналу.

Для пошуку ефективних стратегій управління транспортними потоками у великому місті і організації дорожнього руху необхідно враховувати широкий спектр характеристик транспортного потоку, закономірності впливу зовнішніх і внутрішніх факторів на динамічні характеристики транспортного потоку. В даний час одним з найбільш використовуваних методів, що дозволяють вирішити завдання організації та управління дорожнім рухом, є метод імітаційного моделювання, реалізація якого вимагає створення адекватної моделі транспортного потоку з урахуванням складності конфігурації транспортних розв'язок, зовнішніх впливів, і випадкових факторів, що впливають на всю структуру взаємодії рухомих потоків.

Результатами рішення задачі повинні бути змінені тривалості сигналів світлофорів (довжина циклу, тривалість зеленного і червоного світла) і рекомендована швидкість руху на заданій ділянці. Виділивши функціональну структуру системи, можна зобразити алгоритм вирішення задачі за допомогою діаграми послідовності на рис. 3.

Діаграма послідовності системи

Рисунок 3 - Діаграма послідовності системи

Висновки

В результаті проведених досліджень була обгрунтована необхідність розробки комп'ютеризованої системи управління транспортними потоками великого міста , визначено її основні функції , проаналізовано існуючі методи розрахунку раціональних параметрів транспортних потоків , наведено принцип методу зеленої хвилі , зумовлене використання імітаційного моделювання для знаходження рекомендованих параметрів управління рухом з урахуванням складності конфігурації транспортної системи та впливу цілого ряду випадкових факторів.

Список джерел

  1. Дерех З.Д., Рейцен Є.О. Дослiдження пiдвищення ефективностi автоматизованих систем керування дорожнiм рухом в Українi // Наук.-техн. вiсник "Безпека дорожнього руху України".–1999. – 1(2). – с. 79–85.
  2. Кременец Ю.А., Печерський П.П. Технические средства регулирования дорожного движения. - М.: Трансп., 1981. – 108 c.
  3. Интеллектуальные транспортные системы — проблемы на пути внедрения в России / Интернет-ресурс. – Режим доступа: http://habrahabr.ru/post/175497 – Загл. с экрана.
  4. Руководство по оценке пропускной способности автомобильных дорог. – М.: Транспорт, 1982 г. – 95 с.
  5. Левашев А.Г. Михайлов А.Ю. Головных И.М. Проектирование регулируемых пересечений: Учеб. пособие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007 г. – 208 с.
  6. Аноприенко А.Я., Коноплёва А.П., Плотников Д.Ю., Малёваный Е.Ф. Применение клеточных автоматов для моделирования динамических процессов: опыт ДонНТУ // Информационные управляющие системы и компьютерный мониторинг (ИУС и КМ 2013)– Донецк, ДонНТУ – 2013, с. 271-278
  7. Cuzinov Dr.A. Новый тип пересечений в одном уровне с непрерывным транспортным потоком по главной из пересекающихся дорог / Интернет-ресурс. – Режим доступа: http://www.2dxt.de/contru.html – Загл. с экрана.
  8. Воронин В.Е., Куранцева В.С. Оптимизация управления транспортными системами с использованием имитационного моделирования / Интернет-ресурс. – Режим доступа: http://www.gpss.ru/immod07/doklad/65.html – Загл. с экрана.
  9. Черепанов В.А. Транспорт в планировке городов. – М.: Стройиздат, 1981. – 38 c.
  10. Капитанов В.Т., Хилажев Е.Б. Управление транспортными потоками в городах. – М.: Транспорт, 1985. – 74 c.