CC BY
71
66 НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
УДК 001.57; 658.818; 681.3
РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ ГОРОДА
А.Г. ЖИХАРЕВ С.И. МАТОРИН Н.О. ЗАЙЦЕВА
Белгородский государственный национальный исследовательский университет
e-mail: zhikharev@bsu.edu.ru
Рассматриваются основные аспекты разработки имитационной модели транспортных потоков города с применением системно-объектного метода представления знаний. Представлено описание формальное описание транспортного потока, расширения дороги, сужения дороги, а так же -перекрестка транспортных потоков.
Ключевые слова: имитационное моделирование, системнообъектный метод представления знаний, транспортный поток, перекресток транспортных потоков, дорожная полоса.
Системно-объектный метод представления знаний (СОМПЗ) [1] - это
современный метод хранения и обработки организационных знаний, основой которого является технология моделирования сложных систем «Узел-Функция-Объект» [2]. В работе [3] рассматривают возможность применения СОМПЗ для построения имитационных моделей транспортных потоков. Проведенный анализ показал, что средства СОМПЗ позволяют реализовывать имитационные модели транспортных потоков. Рассмотрим подробнее разработку такой модели средствами СОМПЗ.
В соответствии с системно-объектным методом представления знаний, любая модель, построенная с помощью данного метода, представляет собою набор УФО-элементов и потоков, соединяющих данные элементы [1]. УФО - элемент в терминах СОМПЗ представляет собою узел и соответствующий ему узловой объект. Узловой объект
- это информационная структура, состоящая из полей и методов. Поля - представляют собою набор характеристики узлового объекта, методы - представляют собою процедуры преобразования входных узловых потоков в выходные [1].
Потоковый объект, в терминах СОМПЗ, представляет собою информационную структуру, которая имеет определенный набор полей и не имеет методов.
Формально, узловой объект описывается с помощью следующего выражения:
С = [/?*= а?ц /ту = Л!у; 1п = /т = Ът\ (1)
¡7 „
111 - поле объекта (может представлять собой набор или множество), которое содержит
П7. „
значение входного потока I и, соответственно, имеет такой же тип данных;
^7 - поле объекта (может представлять собой набор или множество) которое содержит
а\; ..
значения выходного потока У и имеет такой же тип данных;
НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ
67
- метод объекта (может представлять собой набор или множество), преобразующий входные потоки узла в выходные.
1т - поле объекта (может представлять собой набор или множество), которое содержит
основные характеристики данного объект (^т).
Потоковый объект представляет собою подобную конструкцию, как в выражении (і), только здесь отсутствуют методы и обязательные поля, соответствующие входным и выходным потокам узла. Формально, потоковый объект описывается в виде:
аі = Ру = ьі] (2)
Ъ=Ъ:
где: 1 - потоковый объект с именем «а»; 1 ) - поля потокового объекта с некоторыми
Ъ:
значениями I.
Для разработки модели транспортных потоков города, необходимо определить, что будет являться узлами модели и соответствующими узловыми объектами, и потоковыми объектами. В роли потоковых объектов будем рассматривать полосу для движения на дороге, в роли узлов и соответствующих узловых объектов - любые разветвления полос для движения, перекрестки и т.п. Таким образом, узлами модели будут расширения дорог, сужения дорог и перекрестки. Рассмотрим примеры визуализации расширения и сужения дороги в терминах СОМПЗ.
Рис. 1. Визуальное представление расширения дороги - слева, сужения дороги - справа
Визуальное представление перекрестка рассмотрено авторами в работе [1]. Далее для построения модели, необходимо определиться с структурой потоковых и узловых объектов. Как говорилось ранее, связь на диаграмме представляет собою транспортный поток, поэтому для полноценного описания потокового объекта, необходимо определиться с характеристиками транспортного потока. В работе предлагается использовать следующее описание потокового объекта имитационной модели транспортных потоков:
flow[distance, number, forward, right, left, back],
где: flow - идентификатор транспортной полосы;
distance - протяженность транспортной полосы в метрах;
number - количество автомобилей в полосе на текущий момент времени;
forward - возможность движения прямо в конце полосы;
right - возможность движения направо к конце полосы;
left - возможность движения налево в конце полосы;
back - возможность движения в обратном направлении в конце полосы.
Поля транспортной полосы: forward, right, left и back представляют собою логические переменные и могут принимать значение true или false. Поле хранит истинное значение, если разрешено движение данном направлении, иначе поле -
Серия История. Политология. Экономика. Информатика.
2014 № 1 (172). Выпуск 29/1
ложное. Остальное поля транспортной полосы принимают любые числовые значения больше нуля.
Узловой объект, в соответствии с выражением (i), характеризующий расширение или сужение полосы будет иметь следующую структуру: extension[flows!, flows?, F(flows?)flows!], где: extension - идентификатор узлового объекта;
flows! - поля узлового объекта, соответствующие выходным потокам; flows? - поля узлового объекта, соответствующие входным потокам;
F(flows?)flows! - метод узлового объекта, описывающий некоторую процедуру обработки входных и выходных потоков.
Для примера рассмотрим расширение дороги в виде, как показано на рисунке 1 слева. Для начала опишем транспортные полосы: inband, outband1, outband2. Визуально на модели, разделение полос будет иметь следующий вид:
inband
_____i________
extension
I
'î iJ
outband2 outbandl
Рис. 2. Раздвоение полосы на имитационной модели
Установим начальные значения полей потоковых объектов: inband[distance=322,4, number=17, forward=true, right=false, left=false,
back=false];
outband2[distance=24, number=2, forward=false, right=true, left=false,
back=false];
outband1[distance=24, number=1, forward=true, right=false, left=false,
back=true].
Перечисленное описание транспортных полос трактуется следующим образом: входящая полоса inband разделяется на две полосы: outband1 - полоса для движения прямо и в обратном направлении и outband2 - полоса для движения направо на перекрестке.
Рассмотрим описание узлового объекта, характеризующего расширение дороги: extension[outband1!; outband2!; inband?; F(inband?)outband1!,outband2!],
Метод рассмотренного узлового объекта можно описать следующим образом: F(inband?)outband1!,outband2!{ if(inband?.number>=1) { inband?.number = inband?.number-1; outband1!.number = outband1!.number + 0,5;
outband2!.number = outband2!.number + 0,5;
}
}
Вызов метода узлового объекта будет осуществляться в каждую единицу времени, которая, в свою очередь, определяется параметрами «движка» модели. В описании метода сперва проверяется наличие автомобилей в входящей полосе, если оно больше или равно единицы, тогда поле входящей полосы, где хранится количество автомобилей уменьшается на единицу, а те же поля выходящих полос увеличиваются на 0.5. Таким образом, моделируется распределение транспорта по двум полосам в отношении 50х50.
68
НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ
Серия История. Политология. Экономика. Информатика. (
2014. №1 (172). Выпуск 29/1
Узловой объект, характеризующий перекресток, имеет подобную структуру как у узлового объекта расширения дороги, единственное отличие: у перекрестка имеется ряд дополнительных полей, отражающих сигнал светофора, среднее время пересечения перекрестка автомобилем и др.
В перспективе планируется выпуск новой версии программного инструментария UFO-toolkit, где будут автоматизированы все описанные возможности системнообъектного метода представления организационных знаний.
Исследование поддержано грантом РФФИ, рег. номер 13-07-12000
Список литературы
1. Жихарев, А.Г. О системно-объектном методе представления организационных знаний [Текст] /А.Г. Жихарев, С.И. Маторин, Е.М. Маматов, Н.Н. Смородина // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Сер. История. Политология. Экономика. Информатика. - 2013. - № 8 (151) выпуск 26/1.
2. А.Г. Жихарев, С.И. Маторин, М.В. Михелев, Н.В. Цоцорина «Формализация бизнеса с помощью графоаналитических моделей»// Научные ведомости БелГУ. Сер. Информатика. -№1(56).- Вып. 9/1. - 2009. С. - 86-95.
НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ
DEVELOP TOOLS AND METHODS OF SIMULATION OF TRAFFIC FLOW OF THE CITY
The basic aspects of developing a simulation model of traffic flow of the city using a system-object method for knowledge representation. The description of the formal description of traffic, road widening, narrowing the road, as well as - the crossroads of traffic flows.
National research univewty Keywords: simulation, system-object method of knowledge
Belgorod state umversity representation, traffic flow, intersection traffic flow, traffic lane.
e-mail: zhikharev@bsu.edu.ru
A. G. ZHIKHAREV S.I. MATORIN N.O. ZAITSEVA
