Буслаев А.П. Вероятностные и имитационные подходы к оптимизации автодорожного движения
Подождите немного. Документ загружается.
11
аварийность
на
дорогах
страны
снизил
ась
на
4.5
процента,
а
на
автомагистралях
возросла
почти
на
25
процентов,
[1].
Серьезной
проблемой
остается
региональная
разобщен
ность
дорожно-транспортной
сети
России.
Дадьн:uй
Во
сто'К:,
Чу'К:от'К:а,
северные
райаны
Я'К:утии,
Красно.ярс'К:ого
'К:ра.я,
ОМС'К:ОЙ
обдасти
и
Цe.ltого
р.яда
других
регионов
nра-к
ти'Чес-ки
оторваны
от
единой
дорожной
системы
страны.
Причем
ни
железные
дороги,
ни
авиация,
никогда
не
заме
нят
наиболее
массовый
и
доступный
автомобильный
транс
порт.
Его
отсутствие
ведет
к
значительным
социально
экономическим
потерям.
Одной
из
основных
задач
является
финансирование
до
рожного
хозяйства.
Принятие
налогового
кодекса,
пре
дусматривающего
снижение
ставки
обременительного
для
промыmленности
дорожного
налога,
потребует
компенса
ции.
доходов
территориальных
дорожных
фондов,
что, в
частности,
можно
сделать
за
счет
отмены
необоснованных
льгот и
повышения
дорожного
налога
с
владельцев
транс
портных
средств.
Владельцы
легкового
автомобиля
выпла
чивают
налоги
в
размере
от
120
до
400
рублей
в
год,
а
грузо
вого
от
900
до
3000
руб./год.
Эти
цифры
несопоставимы
с
износом
автомобильных
дорог.
Резкий
рост
числа
владель
цев
транспортных
средств
свидетельствует
о
достаточной
платежеспособности
населения,
позволяющей
несколько
по
высить
эти
ставки.
Во
многих
странах
дороги
финансиру
ются
за
счет
налогов
на
пользователей.
Система
ценообразования
все
еще
основывается
на
уско
ряющем
базисно-индексном
методе
и
не
стимулирует
под
рядчиков
к
снижению
себестоимости,
внедрению
экономич
ных
материалов
и
технологий.
Необходимо
приблизить
эту
систему
к
рыночным
формам,
без
чего
невозможна
реали
зация
инвестиционных
проектов.
Сроки
строительства
объектов
не
всегда
увязываются
с
технологией
строительных
работ,
преобладает
строитель
ство
мелких,
второстепенных
объектов.
Как
следствие
про
исходит
снижение
эффективности
инвестиций
и
увеличение
объемов
незаверmенного
строительства.
12
На
сегодняшний
день
законодательством
не
урегулиро
ваны
полностью
земельные
и
имущественные
отношения
пользователей
и
владельцев
автодорог.
Все
больше
отстает
от
сети
формирование
новых
технических
нормативов.
За
последние
пять
лет
утвержден
всего
один
дорожный
стан
дарт,
в
то
время как
большинство
действующих
базируется
на
опыте
70-х,
80-х
годов.
Бурный
рост
моторизации
порождает
проблемы
обес
печения
безопасности
населения
и
негативного
влияния
на
окружающую
среду.
Для
при
мера,
в
России
с
ее
140
миллио
нным
населением
в
результате
дорожно-транспортных
про
исшествий
ежегодно
гибнут
более
30
тыс.
человек
и
свыше
200
тыс.
человек
получают
ранения
(см.
Гл.
1,
рис.
1.12).
Основными
показателями
аварийности
на
автотра
нспорте
является
количество
летальных
исходов
ДТП,
при
веденное
к
определенному
парку
автотранспортных
средств
(АТС),
либо
к
объему
улично-дорожной
сети
(УДС)
,
либо
к
объему
транспортной
работы.
По
информации
Министра
транспорта
Российской
Фе
дерации,
[45],
"число
погибших
на
10
тыс.яч
транспортных
средств
в
нашей
стране
в
3-4
раза
выше,
чем
в
США
и
в
6-7
раз
выше,
чем
в
Швеции.
И
это,
подчеркнем,
при
явно,
куда
более
низком
уровне
автомобилизации,
чем
на
Западе."
Об
этом
свидетельствуют
данные
за
1998
г.,
[2],
таблице
1.
Таблица
1.
Число
летальных
исходов
Приведенный
показатель
Россия
Финляндия
США
на
10 000
жителей
2.04
0.83 1.53
на
10000
АТС
11.7 1.7
2.0
на
100 .
106
Маш.
Х
КМ
11.7 0.9 1.0
Как
видно
из
табл.
1,
имеются
коренные
отличия
указан
ных
ВЬШIе
показателей
для
России
по
сравнению
с
наиболее
развитыми
странами
(США)
и
странами
со
сходным
кли
матом
(Финляндия).
Причины
тах;ого
отх;донени.я
доджны
быть
предметом
в
том
числе
научных
исследований.
13
Изучение
основных
характеристик
транспортных
пото
ков,
постоянный
мониторинг
системы
автомобиль
-
води
тель
-
дорога
являются
необходимыми
для
принятия
аде
кватных
мер
по
снижению
риска
дтп.
Вместе
с
тем
разработка
необходимых
рекомендаций
по
оптимизации
дорожного
движения
в
современных
условиях
nрах;т'l1,'чесх;и
иевоз.м.ожиа
без
nри.м.еиеиш
.методов
.м.ате
.м.атичесх;о~о
.м.оде,л,ироваиш
u.
nро~иозироваиш
развu.тш
дорожио-траисnортиых
ситуаций
в
зависи.м.ости
от
nо
столиио
возрастающе~о
х;о,л,ичества
фах;торов,
в,л,шющu.x
иа безоnасиость
дорожио~о
движеиш.
В
монографии
рассматриваются
стохастические
под
ходы
к
моделированию
автодорожного
движения.
При
этом
основные
макрохарактеристики
потоков
являются
следствием
конечнопараметрической
модели,
учитывающей
сложный
характер
движения
автомобилей
на
дороге
с
не
сколькими
полосами,
различные
скоростные
режимы
и
кон
фликтные
ситуации.
Изучаются
зависимости
скорости
от
плотности,
состава
движения
и
других
параметров,
рас
сматриваются соответствующие
оптимизационные
задачи,
которые
могут
быть
основой
для
практических
рекоменда
ций
по
управлению
автодорожным
движением.
Условные
сокращения
А
Т
автомобильный
ДТП -
дорожно-транспортное
транспорт
происшествие
А
ТК
-
автотранспорт-
ПДД
-
правила
дорожного
дви-
ный
комплекс
АТП
-
автотранспорт
ный
поток
А
те
-
автотранспортное
средство
ГАИ-ГИБДД
тоинспекция
дарственная
безопасности
движения
Госав
Госу
инспекция
дорожного
две
-
двигатель
вну
треннего
сгорания
жения
ТЭХ
-
топливно-экологические
характеристики
уде
-
улично-
дорожная
сеть
К3
-
Конфликтная
зона
ФУАД
цр-
Федеральное
упра
вление
автомобильных
дорог
"Центральная
Россия"
Мини
стерства
транспорта
России
ээх
-
энерго-экологические
ха
рактеристики
Глава
1
Задачи
и
модели
в
автотранспортном
комплексе
(АТК)
1.1.
Автомобильный
транспорт,
дороги
и
потоки
Автотранспортный
nото'К:
(АТП)
-
одна
из
форм
со
существования
большого
коллектива
АТС.
Основными
ма
крохарактеристиками
АТП
являются
nдoтHocть,
tmmeH-
сивность
и
состав
А
те
на
дороге.
Режим
перемещения
от
дельного
АТС
внутри
потока
определяет
энергоэкологи
ческие
характеристики
(ЭЭХ):
'К:ине.м.ати'К:у,
расход
тоn
дива,
выбросы
и
др.
q
qmax
Р·
Р
Рис.
1.1.
Основная
диаграмма
потока
по
полосе
(плотность-интенсивность)
1.1.
Автомобильный
транспорт,
дороги
и
потоки
15
Для
исследования
А
ТП
важное
значение
имеет
осnовnа.я
диагра,м,ма
-
зависи,мость
иnтеnсивnости
от
nлотnости
(рис.
1.1),
которая
во
многих
исследованиях
эмпирически
представляется
функцией
с
двумя
интервалами
монотонно
сти
[9]
и
которая
вполне
удовлетворительно
описывает
по
ведение
стациоnарnого
одnородnого
А
ТП
на
одной
полосе
без
обгонов.
Так
на
основе
анализа
основной
диаграммы
можно
вы
делить
устойчивые
и
неустойчивые
режимы
АТП,
[7].
Поведеnие
разлu'Чnых
АТС
па
дороге
с
nеСКОЛЫI:tL.ми
nо
лоса,ми
оказываетс.я
зnа'Чительnо
сложnее.
Если
движе
ние
каnа4uзироваnо,
т.е.
заnрещеnы
nере,мещеn'U.Я
с
од
пой
полосы
па
другую,
то
описание
сводится
к
конечно
параметрической
задаче
[4,
5].
В
случае
же
разрешенного
перемещения
с
одной
по
лосы
на
другую
зависимость
макрохарактеристик
потока
от
плотности
становится
нетривиальноЙ.
Очень
большое
значение
также
имеет
неоднородность
состава
А
ТП.
В
этой
ситуации
известные
гидродинамические
аналогии
[10]
ста
новятся
слишком
грубыми
и
возникает
необходимость
в
бо
лее
детальном
анализе
потока.
Конечно,
во
всем
необходима
мера.
Нам
представля
ется,
что
моделирование
поведения
каждого
водителя
в
ре
альном
режиме
времени
[12-14]
не
дает
более
точной
кар
тины
из-за
большого
количества
приближенно
известных
исходных
данных
и
из-за
приближенно
описываемых
реак
циях
отклика
водителей.
Поэтому,
кроме
потокового
по
ведения
для
отдельного
АТС,
в
следующем
приближении
достаточно
ввести
конечное
число
типов
стохастического
внутрипотокового
перемещения.
Таким
образом,
поток
можно
представить
в
виде
компо
зиции
стациоnарnой
детер,миnироваnnой
(nо,миnальnо
nо
токовой)
составмющей
и
стохастu'Ческой
ко,мnоnеnты.
Если
детерминированная
составляющая
определяет
физиче
ский
масштаб
областей
взаимодействия
на
дороге
(диnа.ми
'Ческuе
габариты),
то
стохастическая
компонента
модели
рует
перемещение
АТС
по
этим
областям
(клеткам),
[7,8].
16
Глава
1.
Задачи
и
модели
в
АТК
Вследствие
этого
встает
задача
описания
однонапра
вленных
блужданий множества
частиц
(АТС)
по
клеточ
ному
полю
в
форме
полосы
или
последовательности
полос
разной
ширины
.
Как
ведет
себя
такая
совокупность?
Одной
из
основных
задач
предполагаемого
исследова
ния
является
моде.л:u.рован:u.е
nоведе'Н'U.Я
с
целью
уnравле'Н'U.Я
u
оnт'/.Шuэацuu.
Еще
более
сложная
задача состоит
в
опи
сании
АТП
на
улuч'Но-дорож'Ных
сетях
(уде),
[3-5].
Рассмотрим
отдельные
фрагменты
У
ДС:
перегоны,
транспортные
развязки,
перекрестки.
1.2.
Детерминированно-стохастическал
модель
АТП
Смеша'Н'Ная
,м,одель
aBmompaucnopmJtbJx
потоков
'На
,м,JtогоnолосJtой
дороге
ocJtoBaJta
Jta
?Со,м,nозuцuu
?Соме?С
тив'Ных
u
u'НдuвuдуальJtых
(макро
u
ДО?СаАЬ'НЫХ)
свойств
АТП.
Рис.
1.2.
а)
Детерминированная
и
б)
стохастическая
компоненты
потока
1.2.
Детерминированно-стохастическая
модель
АТП
17
Она
используется
для
определения
зависимости
скоро
сти
движения
от
плотности
транспортного
потока,
числа
полос
и доли
в
транспортном
потоке
грузовых
(медленных)
машин,
т
.е.
для
генерации
основной
диаграммы.
Модель,
в
частности,
может
служить подтверждением
того,
что
даже
небодьша.я
дом
меддеииых
машиu
суще
ственио
умеuьшает
средuюю
сх;орость
движеutLЯ
рассма
триваемого
автотрансnортиого
nотох;а.
Для
примера
(рис.
1.2),
имитационная
модель
АТП
на
двух
полосах
для
однородного
(быстрых
АТС)
и
смешан
ного
(быстрых
и
медленных
АТС)
потоков
дает
возмож
ность
определить
зависимость
скорости
Vst
от
его
плотно
сти
r
(рис.
1.3,
сплошная
линия
-
однородный
поток,
пунк
тир
-
10%
грузовых
и
90%
легковых),
[42].
С
помощью
данного
подхода
определяется
также
эф
фех;тивuосmъ
способа
уведи~енtLЯ
иитеисивиости
движе
нtLЯ
введеиие,м
запрета
въезда
,меддеииых
машиu
иа
х;рай
нюю
девую
подо
су
(ши
две
х;райиие
девые
подосы),
что
ма
жет
служить
одним
из
оснований
введения
такого
запрета
.
0.5 Vdet
----
~
,
-,
•
•
'"
•
.......
"
.
.
"
.
0.45
0.4
0.35
0.3
•
"'"
,
0.25
0.2
..
~
..
..
..
"-
..
.
........
0.15
0.1
.. -
....
-
-
......
..
..
-
..
0.05
о
о
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.8 0.7 0.8 r
Рис.
1.3.
Стохастическая
скорость
потока
на
двух
полосах
18
Глава
1.
Задачи
и
модели
в
АТК
Модель
может
использоваться
д.л.я
исследова'Нш
послед
ствий
воз'Ни'Х:'Нове'Нш
nреn.ятствш
'На
полосе
движе'Нш,
вызванного,
например,
дорожно-транспортным
происше
ствием.
е
ее
помощью
.исследуется
эффективность
алгоритмов
управления
·
движением
при
возникновении
подобнщ
ситу
.
аций
путем
замедления
движения
на
участке,
расположен
ном
на
определенном
расстоянии
от
места
происшествия,
посредством
установленного
на
перегоне
светофора
и
пе
рестройки
движения,
при
которой
автомашины
на
опреде
ленном
расстоянии
от
препятствия
переходят
с
полосы,
где
возникло
препятствие,
на
другие
полосы.
1.3.
Просачивание
Речь
идет
о
теоретuчес'Х:о,м
и
u.митaциO'НHOM
,моделu
ровании
nере,меще'Нш
э'Х:стрен'Ных
(очень
быстрых)
АТС.
•
Каковы
возможности
перемещения
очень
быстрых
А
те
внутри
потока
стандартных?
•
Как
они
зависят
от
характеристик
окружающего
ав
тотранспортного
потока?
•
Как
оптимизировать
просачивание?
Эти
задачи
имеют
большой
практический
интерес,
ка
сающийся
машин
госавтоинспекции
(Г
АИ-ГИБДД),
чрез
вычайных
ситуаций
и
скорой
помощи.
Оценки
возможных
характеристик
просачивания
позволяют
принимать
квали
фицированные
решения
о
применении
более
мобильных
и
дорогих
видов
транспорта
(например,
вертолета).
."..
.
1.4.
Сегрегация
и
агрегация
19
А
Б
Рис.
1.4.
Клеточная
модель просачивания
в
качестве
характеристики
просачивания
может
быть
использована
функция
VlJt(d,
Т)
скорости
перемещения
АТС
в
зависимости
от
плотности
r
окружающего
потока
при
условии,
что
в
свободном
режиме
за
один такт
времени
оно
проходит
d
клеток,
d = 1,2,3,
....
1.4.
Сегрегация
и
агрегация
Сегрегацu.я
(сортировка)
потока
возникает
во
многих
ситуациях:
•
во-первых,
в
районе
соответствующих
перекрестков
на
сети
в
связи
с
выбором
направления
дальнейшего
движения,
•
во-вторых,
из-за
технологических
причин
(весовой
контроль,
габаритный
контроль
и
т.д.),
•
в
третьих,
при
канализировании
потока
в
целях
опти
мизации
(сортировка
по
диапазону
скоростей
и
т.д.).
Модель
А
ТП
на
дороге
из
двух
полос
перед
разделением
имеет
вид
(рис.
1.5)
20
Глава
1.
Задачи
и
модели
в
АТК
1
L
Рис.
1.5.
Сегрегация
потока
Здесь
L -
длина
активной
зоны
перестроек.
Как
зависят
макрохарактеристики
потока
от
L,
долей
разделяющихся
частей
А
ТП
и
плотности?
~
i
~
Рис.
1.6.
Схема
сегрегации
в
зоне
сегрегации
поток
расщепляется
в
соответствии
с
потребностями
выбора
маршрута
участниками
движения
(рис.
1.6).
Здесь
fЗl
и
fh
-
доли
потока
АТС,
которые
на
мерены
двигаться
в
указанных
направлениях.
На
рис.
1.7
отмечены
основные
зоны,
на
которые
разби
вается
кольцевая
дорога
с
сегрегацией.
После
прохождения
зоны
111
происходит
объединение
потоков
(агрегацш).
2