Буслаев А.П. Вероятностные и имитационные подходы к оптимизации автодорожного движения
Подождите немного. Документ загружается.
A'n'
БУСЛАЕВ,
А.В.
НОВИКОВ,
В.М.
ПРИХОДЬКО
,
А.Г.
ТАТАШЕВ,
М.В.
ЯШИНА
ВЕРОЯТНОСТНЫЕ
И
ИМИТАЦИОННЫЕ
ПОДХОДЫ
К
ОПТИ
И
УДК
625.7
ББК
39.38
Б92
Рецензенты:
д.ф.-м.н.,
проф.
С.
л.
Семаков
К.Т.Н.,
зав.
отд.
МОСГОРТРАНСНИИПРОЕКТ
при
правительстве
Москвы
М
П.
Печерскuй
А.
п.
Буслаев,
А.
В.
Новиков,
В.
М.
Приходько,
А.
г.
Таташев,
М.
В.
Яшина.
Б92
Вероятностные
и
имитационные
подходы
к
оптимиза-
ции
автодорожного
движения.
Под
редакцией
чл.-корр.РАН
В.
м.приходько.
-
М.:
Мир,
2003, - 368
с.,
ил.
ISBN 5-03-003646-6
Монография
посвящена
актуальным
вопросам
автомобильного
транспорта,
безопасности
дорожного
движения.
С
позиций
общих
задач
мониторинга,
описания,
регулирования,
безопасности
исследуется
детерминированно
стохастическая
модель
автотранспортных
потоков
на
многополосных
дорогах
.
Рассмотрены
также
некоторые
подходы
к
оптимизации
в
регулировании
движения
автомобилей.
для
специалистов
по
управлению
автотранспортными
потоками
и
безопасности
дорожного
движения,
а
также
аспирантов
и
студентов,
примеияющих
математические
методы
в
прикладных
исследованиях.
Заказное
издание.
УДК
625.7
ББК39.38
Заказчик
-
Московский
автомобильно-дорожный
институт
(государственный
технический
университет)
ISBN 5-03-003646-6
©
Авторы,
2003
Оглавление
Предисловие
7
Введение
. . . 8
Глава
1.
Задачи
и
модели
в
автотранСПОРТНОМ
КОМПJlексе
(АТК)
14
1.1.
Автомобильный
транспорт,
дороги
и
потоки
14
1.2.
Детерминированно-стохастическая
модель
АТП
...........
16
1.3.
Просачивание.
. . . . . .
18
1.4.
Сегрегация и
агрегация
19
1.5.
Модель
перекрестка
. . .
21
1.6.
Моделирование
АТП
на
сложной
УДС
22
1.7.
Прогнозирование
ДТП
. . . . . . . . .
23
1.8.
Оценки
энеРГОЭКOJIогических
характеристик
потоков
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
1.9.
Мониторинг
и
оптимизация
измерений
кинематических
и
энергоэкологических
характеристик
потоков
. . . . . .
Глава
2.
Моделирование
движеНИJl
2.1.
Детерминированно-стохастическая
модель
потоков
......
..
............
.
2.2.
Стохастическое
движение
по
одной
полосе
2.3.
Стохастическая
модель
движения
по
бесконечной
ПOJIосе
. . . . . . .
2.4.
Стохастическая
модель
движения
по
окружности
. . . . . . . . . . .
37
49
49
54
57
60
4
Оглавление
Глава
3.
Стохастические
модели
при
исследовании
больших
систем
61
3.1.
Качественные
свойства
цепей
Маркова
и
общие
теоремы
...................
.
3.2.
Некоторые
вопросы
теории
просачивания
Глава
4.
Имитационные
алгоритмы
и
вычислительные
эксперименты
б1
б5
73
4.1.
Схема
алгоритма
и
статистические
оценки
73
4.2.
Программная
реализация
имитационной
модели
77
4.3.
Моделирование
однополосного
движения.
8б
4.4.
Моделирование
двухполосного
движения.
90
4.5.
Моделирование
движения
на
магистрали
(т
=
3,
т
=
5)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
..
99
Глава
5.
Аппроксимация
Бернулли
ДЛЯ
смешанного
потока
на
нескOJIЬКИХ
ПOJIосах
104
5.1.
Смешанный
поток
на
произвольном
'ЧИсле
полос
104
5.2.
Однородный
поток
на
двух
полосах.
. . . . .
..
111
5.3.
Смешанный
поток
на
двух
полосах.
. . . . .
..
113
5.4.
Характеристики
АТП
с
учетом
npиоритета
АТС,
двигающих:ся
справа
.............
119
5.5.
Модель
участка
дороги
с
препятствием
на
полосе
............
.
Глава
6.
Модель
просачивания
б.1.
Динамическая
модель
"быстрого"
одностороннего
движения
................
.
б.2.
Одностороннее
монотонное
движение
на
двух
полосах
............
.
6.3.
Просачивание
по
двуxnолосной
дороге
125
132
132
133
с
несимметричными
характеристиками
139
б.4.
Просачивание
по
дороге
с
тремя
полосами.
144
Глава
7.
Сегрегация
АТП
147
7.1.
Постановка
задачи.
. . . . . . . . . . . . . . . .
..
147
7.2.
Компьютерное
моделирование
и
результаты
счета
154
7.3.
Математическая
модель
...............
16б
Оглавление
5
7.4.
Сравнение
результатов
вычислений
с
имитацион-
ным
моделированием
..............
" 181
Глава
8.
Математические
модели
движения
АТС
на
перекрестке
183
8.1.
Обзор
работ
по
математическим
моделям
движения
АТС
на
перекрестке
...........
183
8.2.
Математическая
модель
АТП
на
нерегулируемом
перекрестке
двух
дорог
с
односторонним
движением
........
.
..............
197
8.3.
Стационарные
вероятности
состояний
модели
АТП
на
нерегулируемом
перекрестке
с
односторонним
движением
. . . . . . . . . . .
.,
206
8.4.
Математическая
модель
АТП
на
нерегулируемом
перекрестке
двух
дорог
с
двусторонним
движением
.......................
216
8.5.
Математическая
модель
А
ТП
на
npямоугольной
сети
дорог
снерегулируемыми
перекрестками
228
8.6.
Математическая
модель
А
ТП
на
регулируемом
перекрестке
двух
дорог
..............
232
8.7.
Математическая
модель
АТП
на
прямоугольной
сети
дорог
с
регулируемыми
перекрестками
.
..
234
8.8.
Численное
исследование
модели
АТП
по
однополос-
ному
мосту
на
дороге
с
двусторонним
движением
236
8.9
Математическая
модель
АТП
на
простом
перекрестке
с
учетом
потоковой
скорости
. .
..
239
Глава
9.
Безопасность
автодорожного
движения
244
9.1.
Структура
и
статистика
ДТП
. . . . . . . . .
..
244
9.2.
Безопасность
автодорожного
движения
в
рф
и
других
странах
................
277
9.2.1.
Факторы,
влияющие
на
безопасность
дорожного движения
. . . . . . . . 277
9.2.2.
Скорость
и
безопасность
. . . . . . . 288
9.2.3.
Повышение
безопасности
движения.
293
9.3.
Оценка
распределений
конфликтных
точек
потока
298
9.4.
Имитационное
моделирование
простого
перекрестка
с
буфером
. . . . . . . . . . . . . .
..
310
6
Оглавление
Глава
10.
Управление
и
оптимизация
321
10.1.Удельная
эффективность
многополосной
дороги
321
10.2.
Оптимизация
интенсивности
движения
посред-
ством
ограничений
для"
медленных"
А
те
323
10.3.
Оптимизация
интенсивности
смешанного
потока
на
двyxnолосной
дороге
...............
327
10.4.Интенсивность
АТП
на
дороге
с
препятствиями
.
329
10.5.
Волны
макрохарактеристик
АТП
в
окрестности
препятствия
. . . . . . . . . . . . . . . . .
334
Глава
11.
38.I<JIючение:
суждения,
выводы,
рекомендации
347
11.1.0ргавизация
дорожного
движения
. . . .
347
11.2.Разделение
в
пространстве:
многослойные
сети.
349
11.3.
Разделение
во
времени:сортировка
по
типу
АТС
352
11.4.
Правила
дорожного
движения
и
водительские
на-
выки
................
.
..........
352
11.5.
Оптимизация
автодорожного
движения:
учет
кол-
лективной
и
индивидуальной
составляющих
355
Список
литературы
359
...
Предисловие
Настоящая
монография
посвящена
описанию
одного
из
возможных
подходов
к
моделированию
автодорожного
дви
жения.
Этой
теме
посвящено
много
публикаций
и,
в
пер
вую
очередь,
в
тех
странах,
которые
прошли
взрывной
рост
автомобилизации. Россия
переживает
автомобильный
бум
сегодня
и,
тем
самым,
задачи
оптимизации
строитель
ства
и
функционирования
комплекса
дороги-автомобили
водители
стоят
наиболее
остро.
Отличительной
чертой,
нашей
спецификой
является,
мягко
говоря,
недостаточ
ное
уважение
водителей
к
правилам
дорожного
движения,
пешеходам
и
друг
к
другу.
Это
создает
дополнитель
ные
проблемы
на
дороге,
провоцирует
большое
количество
дорожно-транспортных
происшествиЙ.
Оценить
ту
или
иную
ситуацию
и дать
количественный
прогноз
отклика
на
определенные
управляющие
мероприятия
-
одна
из
целей,
которую
ставили
перед
собой
авторы.
Мы
намеренно
ограничили
обсуждаемые
проблемы
по
становками
задач,
имитационными
просчетами
и
наброс
ками
теоретических
решений,
не
перегружая
текст
излиш
ними
формулами
и
громоздкими
исследованиями
теорети
ческих
моделей.
Монография
является
существенно
расширенным
и
пе
реработанным
вариантом
работы
Приходько
В.
М.,
Бу
слаев
А.
п.
«Стохастическое
моделирование
и
оптимизация
в
автодорожном
движению).
-
М.:
МАДИ
(гту)
,
2003.
-
171
с.
Авторский
коллектив
пополнили
д.ф.-м.н.
Тат
а
шев
А.
г.,
д.т.н.
Яшина
М.
В.,
ассистент
Новиков
А.
В.
Наряду
с
переработкой
глав
1-7
вышеупомянутой
мо
нографии
двух
авторов
в
новую
вошли
главы
,
посвященные
перекресткам,
безопасности
автодорожного
движения
и
др.
Введение
Транспорт,
обеспечивающий
пассажирские
перевозки
и
товародвижение,
необходим
для
функционирования
совре
менной
экономики.
При
этом
он находится
в
постоянных
напряженных
отношениях
с
обществом,
которое
требует
все
большей
мобильности.
Общественное
мнение,
как
пра
вило,
недовольно
посредственным
качеством
услуг,
оказы
ваемых
транспортно-перевозочными
службами.
Но
это
лишь
экономические
проблемы,
сопутствующие
возрастающему
влиянию
транспортных
процессов
в
совре
менном
обществе.
Другая
сторона
-
возрастающие
эколо
гические
проблемы
и,
что
особенно
важно
-
н.едостаточ
н.й.Я
безоnасн.ость
автодорожн.ого
движен.'U.Я.
Из
всех
видов
транспорта
автомобuльн.ыЙ
тран.сnорт
является
Са.«ЬШ
оnасн.ым
и
ун.осит
большинство
чело
веческих
жuэнеЙ.
Общественность
воспринимает
этот
факт
как
нормальную
картину,
и
поэтому
дорожно
транспортные
nроисшествuя
(ДТП)
на
наших
дорогах
до
последнего
времени
не
вызывали
бурных
реакций.
Как
еще
можно
объяснить
относительную
толерантность
к
ДТП,
когда
ежедневн.о
число
ДТП
со
с-мертельн.ьш
исходом,
н.а
nример,
на
европейских
автодорогах
соизмери-мо
С
число-м
жертв
при
крушен.ии
средн.его
самолета?!
Безопасность
дорожного движения
становится
одним
из
главных,
если
не
самым
главным,
предметом
озабоченности
специалистов
в
связи
с
бурной
автомобилизацией
как
в Рос
сии,
так
и
в
других
странах
мира.
Автомобильн.ыЙ
тран.сnорт
(АТ)
по
оценкам
многих
ис
следований
и
экспертов
дает
около
80%
выбросов
в
окружа
ющее
пространство
вредных
веществ
(таких
как
СО,
С0
2
и
9
,цр.).
Такое
воз,цействие
А Т
на
окружающую
сре,цу
связано
с
массовым
распространением
автомобиля
в
повсе,цневной
,цеятельности
лю,цеЙ.
Уровень
авто.м.обuдuзацuu-
количе
ство
автотранспортных
средств
(АТС)
на
тысячу
населе
ния
-
в
наиболее
развитых
странах
,цостигает
500-700.
В
сре,цнем
по
всем
странам
-
около
100
АТС
/1000
'Чед.,
так
как
на
6
млр,ц.
жителей
Земли
прихо,цится
620
млн.
авто
мобилей.
620
млн.
автомобилей
~
~qDP
Рис.
1.
Территория,
население
и
автомобилизация
в
целом
сле,цует
отметить,
что
количество
автомоби
лей
в
мире
растет
быстрее
населения,
т
.е.
растет
.м.иро-
10
вой
уровень
авто.мобшr.изации.
А
поскольку
территории,
на
которых
происходят
упомянутые
явления,
неизменны
по
площади,
то
еще
более
высокими
темпами
растет
и
уро
вень
авто.мобилизации(моторизации)
территории-
коли
чества
АТС
на
единицу
территории
(приписанных
к
еди
нице
территории).
Общее
состояние
дорожной
отрасли
в
России
к
2002
г.
отражено
в
докладе
nредседате.л.я
Правительства
рф
Кась.янова
М.
М.
"Приоритеты
дорожной
отрасли",
[1].
"
...
Мы
лишь
приступили
К
созданию
дорожно-транспортной
сети,
отвечающей
международным
стандартам.
Полная
протяженность
автодорог
России
составляет
906
тысяч
километров.
Это
в
два
раза
.меньше,
'Чем
.минu.мальна.я
потребность
э'Х:оно.ми'Х:и
...
"
По
nо'Х:азателю
плотности
дорожной
сети
на
ты
с.я'Чу
жителей
Россu.я
в
нес'Х:оль'Х:о
раз
уступает
развиты.м
странам.
Структура
дорожной
сети
во
многом
архаична.
Около
80
процентов
дорог
-
это
дороги
низших
категорий.
Толь'Х:о
треть
дорог
доnус'Х:ает
движение
транспорта
с
.массой
более
6
тонн.
Средняя
скорость
движения
по
этим
дорогам
- 40
'Х:ило.метров
в
'Час
-
в
два
раза
ниже
чем
в
Европе,
что
увели'Чuвает
cтou.мocть
nеревозо'Х:
на
30-50
процентов.
Все
это
сказывается
на
экономике,
на
себестоимости
промышленного
производства
всех
видов
продукции.
Крайне
негативно
влияет
на
экономику
страны
и
де
фицuт
nроnус'Х:ной
способности
автодорог.
За
последние
шесть
лет
'Чuсло
авто.мобилеЙ
в
рф
возросло
в
1.6
раза.
Особенно
остро
данная
проблема
стоит
в
секторе,
обеспе
чивающем
межрегиональные
и
международные
потоки.
На
эти
автодороги,
протяженность
которых
составляет
менее
10
процентов
от
дорожной
сети
страны,
приходится
до
65
процентов
грузооборота
автомобильного
транспорта.
И
если
за
последние
пять
лет
интенсивность
движения
в
сред
нем
по
дорожной
сети
выросла
на
пять
процентов,
то
в
рам
ках
страны
на
автомагистралях
интенсивность
движения
увеличилась
более,
чем
на
26
процентов.
Соответственно