CC BY
56
УДК 625.721.2
ПРОГНОЗУВАННЯ РОЗВИТКУ ТРАНСПОРТНО СИТУАЦП НА ВУЛИЧНО-ДОРОЖН1Й МЕРЕЖ1 М1СТА
G.M. Гецович, професор, д.т.н., Н.О. Семченко, ст. викладач, ХНАДУ
Анотаця. Запропоновано методику прогнозування розвитку транспортног ситуацИ' на вулич-но-дорожтй мереж1 на основi емтрико-стохастичного тдходу до моделювання руху транспортних потоюв для попереджувального оперативного управлтня дорожтм рухом.
Ключов1 слова: прогнозування, транспортна ситуащя, вулично-дорожня мережа, попереджу-вальне оперативне управлтня, емтрико-стохастичний пiдхiд, моделювання руху транспортних потоюв.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ТРАНСПОРТНОЙ СИТУАЦИИ НА УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ ГОРОДА
Е.М. Гецович, професор, д.т.н., НА. Семченко, ст. преподаватель, ХНАДУ
Аннотация. Предложена методика прогнозирования развития транспортной ситуации на улично-дорожной сети на основе эмпирико-стохастического подхода к моделированию движения транспортных потоков для упреждающего оперативного управления дорожным движением.
Ключевые слова: прогнозирование, транспортная ситуация, улично-дорожная сеть, предупреждающее оперативное управление, эмпирико-стохастический подход.
FORECASTING OF THE DEVELOPMENT OF TRAFFIC SITUATION IN THE
URBAN ROAD NETWORK
E. Getsovich, Professor, Doctor of Technical Science,
N. Semchenko, senior lecturer, KhNAHU
Abstract. In this paper we present a method offorecasting of the development of transport situation in the urban road network based on the empirical-stochastic approach to modeling traffic flows for traffic proactive operating control.
Key words: forecasting, traffic situation, urban road network, proactive operating control, empirical-stochastic approach.
Вступ
Безперервно зростаюче транспортне наван-таження на вулично-дорожш мереж (ВДМ) великих мют (мегаполюв) призвело до того, що ВДМ працюють i3 перенапруженням, про що свщчать систематично виникаючi перед-заторовi i заторовi ситуацп.
Одним з найефектившших шляхiв зниження напруженосп в робот транспортно1 системи центрально! дшово! частини мегаполюа
(ЦДЧМ) е створення автоматично1 системи управлшня дорожшм рухом (АСУ ДР) ваа центрально!' частини, до завдань яко1 входить:
- безперервний мошторинг транспортних потоюв;
- прогнозування розвитку ситуацш на вшх дiлянках ВДМ ЦДЧМ;
- виявлення проблемних дiлянок;
- перекомутащя транспортних потокiв в об-хд проблемних дiлянок за допомогою рiзних технiчних засобiв регулювання дорожнього руху (ДР) [1].
Аналiз публжацш
При пошуку ефективних стратегiй управлш-ня транспортними потоками необхщно вра-ховувати широкий спектр характеристик транспортного потоку, закономiрностi впли-ву зовнiшнiх i внутршшх чинникiв та дина-мiчнi властивость Поведiнка транспортного потоку дуже мшлива i залежить вiд дп бага-тьох чинникiв та !х поеднань. Разом з техшч-ними чинниками (транспортш засоби, дорога) виршальний вплив на нього справляють поведшка людей (водив, пiшоходiв), а також стан середовищ руху.
Для усшшного вирiшення вказаних проблем iснуе безлiч рiшень, що грунтуються на рiз-них методах управлiння дорожньо-транс-портною обстановкою. Вiдома велика юль-юсть робiт, присвячених iснуючим методам управлшня дорожшм рухом (локальне управлiння; адаптивне управлiння; коорди-новане управлiння), яю не дозволяють попе-реджати появу передзаторових ситуацш i заторiв транспортних засобiв [1].
Мета та постановка задачi
Авторами ставиться завдання попереджувального оперативного управлшня дорожшм рухом з метою запобтання передзаторовим i заторовим ситуащям на пiдставi прогнозування транспортно! ситуацп на елементах транспортно! мереж1.
Методика прогнозування
Прогнозувати стан транспортних потоюв пе-редбачаеться на шдст^ шформаци, одержано! на основних входах в дослщжувану мережу i на окремих елементах усередиш мереж (рис. 1).
Рис. 1. Сxемaтичне pозмiщення точок збоpy iнфоpмaцiï на тpaнcпоpтнiй меpежi ме-гaполicy: О - точка збоpy iнфоpмaцiï
Оцiнюючи пеpебyвaння тpaнcпоpтного потоку на одному з елемештв меpежi, можна з достатньою точнicтю оцiнити його стан i на наступнж елементax. У мipy вiддaлення такого елементу вщ точки збоpy iнфоpмaцiï точнicть пpогнозyвaння зменшуватиметься (pиc. 2). Тому необxiдно визначити область вipогiдноcтi pезyльтaтiв ^огнозування i встановлення додaтковиx мicць збоpy iнфоp-мaцiï.
Кiнцевим pезyльтaтом e синтез aлгоpитмy фyнкцiонyвaння системи, який дозволяе здiйcнювaти монiтоpинг тpaнcпоpтниx потоюв на всш ВДМ мегаполюу, пpогнозyвaти pозвиток cитyaцiï на пpоблемниx ïï дiлянкax i здiйcнювaти пеpекомyтaцiю тpaнcпоpтниx потокiв в обxiд пpоблемниx дiлянок, тобто зaпобiгaти виникненню пеpедзaтоpовиx i за-тоpовиx cитyaцiй.
В^шення зaдaчi пpогнозyвaння pозвиткy cитyaцiй на вж дiлянкax ВДМ ЦДЧМ мож-ливе тiльки на оcновi моделювання pyxy тpaнcпоpтниx потокiв за задано!' cxеми оpгa-нiзaцi!' ДР, а для вибоpy нaйpaцiонaльнiшо!' cxеми пеpекомyтaцiï необxiдно виконати моделювання iз пpогнозyвaнням для деcяткiв (а iнодi i сотень) вapiaнтiв cxем оpгaнiзaцiï ДР. Пpи цьому до моделi pyxy тpaнcпоpтниx потокiв i заснованого на нш пpогpaмного пpодyктy ^ед’являються cyпеpечливi вимо-ги. З одного боку, точнють пpогнозyвaння залежить вщ точноcтi моделювання, тобто вимагае мaкcимaльноï детaлiзaцiï моделi. З дpyгого боку, бaгaтовapiaнтнicть зaдaчi i велика юльюсть (тиcячi) одночасно pyxомиx об’екпв y поeднaннi з необxiднicтю опеpaти-вного yпpaвлiння pyxом тpaнcпоpтниx потоюв вимагають висо^' швидкоди, тобто максимального с^ощення моделi.
Для можливост попеpеджyвaльного опеpa-тивного у^авлшня тpaнcпоpтними потоками пpогнознa модель повинна вiдобpaжaти ди-нaмiкy тpaнcпоpтного потоку, його флуктуа-ци, пpоцеc yтвоpення пачок aвтомобiлiв i pозpивiв мiж ними, можливicть блокового моделювання, викоpиcтaння мiнiмaльного нaбоpy вxiдниx пapaметpiв i мати достатню швидкодда.
Мaтемaтичнi модел^ вживaнi для aнaлiзy тpaнcпоpтниx меpеж, е вельми piзномaнiтни-ми за в^шуваними задачами, математич-ним aпapaтом, даними i ступенем детaлiзaцiï опису pyxy, що викоpиcтовyютьcя.
ввд джерела збору шформаци
Рис. 2. Залежшсть точност прогнозування вщ вщдалення елемента транспортно! мереж вщ джерела збору шформаци: О - точка збору шформаци
На сьогодш вщомо декiлька пiдходiв до моделювання руху транспортних потоюв. Так зваш макроскошчш моделi, що базуються на гiдро-, газо- або електродинамiчних аналоп-ях, забезпечують достатньо високу швидко-дiю, але при цьому не дозволяють моделюва-ти дискретно-безперервш потоки i не забезпечують достатньо! точност прогнозування. Мiкроскопiчнi модел^ побудованi на докладному описi руху кожного об’екта i !х взаемоди в потоках, мають достатню точ-нiсть прогнозування, але не забезпечують необидно! швидкоди через дуже велике (вщ сотень тисяч до мшьйошв) число рiвнянь i умов в систем^ що описуе рух потоюв у ЦДЧМ. Спроби об’еднати переваги цих тд-ходiв у так званих мезоскопiчних моделях приводять до зворотного результату, тобто об’еднання !х недолiкiв [1].
В результатi вивчення юнуючо! теоретично! бази було виявлено:
- на сьогодш юнують методи, що дозволяють прогнозувати перебування транспортних по-тоюв на мережi мiста (району) з усереднени-ми безперервними характеристиками;
- можливють використання прогнозних характеристик потоку для здшснення попе-реджувального оперативного управлiння дорожшм рухом на мережi мегаполюу в роз-глянутих програмних продуктах вщсутня;
- в цiлому аналiз робiт у данiй областi показав, що ушверсальних моделей, однаково добре вщповщних для опису процесу дорож-нього руху в рiзних ситуацiях i впливаючих чинникiв, що враховують велике рiзноманiт-тя, на сьогодшшнш день не iснуе;
- для моделювання поведшки транспортних потоюв на мереж з умовою можливост по-переджувального оперативного управлiння потоками в системi АСУ ДР мегаполюу е можливим використати емшрико-стохастич-ний шдхщ [2], при якому початковими параметрами моделi е емшрично одержанi данi на основних входах в дослщжувану мережу та на окремих елементах усерединi мережi i включае стохастичну модель розподiлу потоюв у зош управляючих дш.
При емпiрико-стохастичному пiдходi транс-портний потш представляеться у виглядi ру-хомих «пакетв» автомобiлiв [2]. Характеристики потоку в цьому випадку (число автомобшв у пакетi, вщстань мiж пакетами, динамiчний габарит автомобшя в пакетi, габарит пакета) носять випадковий характер i при моделюванш руху потоку можуть зада-ватися яким-небудь розподшом ймовiрностi. Розподiл ймовiрностi по кожному параметру пiдлягае експериментальному визначенню шляхом обстеження реальних транспортних потокiв на ВДМ мюта. При цьому слiд вра-ховувати, що закон розподшу i розташування дисперсiй по осi абсцис перерахованих пара-метрiв залежать вiд штенсивносп потоку. Iнтенсивностi потоку пiдлягають визначенню при мошторингу транспортних потокiв на ВДМ.
Додатковi зручностi користування такою моделлю виникають в результат наступних особливостей. АСУ ДР, що здшснюе пере-комутацiю транспортних потокiв в обхщ проблемних дiлянок ВДМ, на яких прогнозуеть-ся виникнення предзаторових ситуацiй, призначена, в першу чергу, для мiнiмiзацi!
сумарних втрат часу вшма учасниками ДР. Тобто виршення задачi i порiвняння варiан-тiв АСУ ДР виконуе в координатi «час». У той же час параметри потоку шляхом дшення !х на швидюсть руху можуть бути представ-леш в координатi «час».
Емпiрико-стохастичний тдхщ дозволяе в сотнi раз зменшити кiлькiсть рiвнянь i умов i при цьому зберегти точнiсть опису руху i можливiсть розгляду дискретно-безперерв-них транспортних потокiв, властиву мшро-скопiчним моделям.
Для створення емтрико-стохастично! моделi вже вирiшено такi задача
- визначено перелiк стандартних елементв ВДМ;
- визначено перелiк параметрiв транспортних потокiв, достатнiх для прогнозування !х перебування на мережц
- розроблено пробнi алгоритми руху транспортних потоюв на деяких окремих нерегу-льованих i регульованих перехрестях на тд-ставi емтрико-стохастичного пiдходу;
- на сьогоднi проводяться додатковi експе-риментальнi дослiдження необхщних характеристик транспортного потоку.
Для завершення роботи треба виконати на-ступне:
- отримати розподш вiрогiдних змiн параме-трiв;
- перевiрити адекватнiсть одержано! моделi кожного блоку;
- розробити модель мережi на пiдставi ув’яз-ки блокiв;
- провести експериментальш дослiдження з метою перевiрки адекватностi моделi мереж1.
Висновок
На 0CH0Bi запропоновано! методики прогнозування розвитку транспортно! ситуаци на вулично-дорожнш мережi з використанням емтрико-стохастичного тдходу до моделювання руху транспортних потоюв для попе-реджувального оперативного управлiння дорожнiм рухом можливо створити програм-ний продукт, який за показниками точносп, швидкоди та утверсальносп може бути ос-новним для створення АСУ ДР мегаполюв.
Л^ература
1. Гецович Е.М. Задача синтеза алгоритма функционирования АСУ дорожным движением в мегаполисах / Е.М. Гецович, Н.А. Семченко, В.Ю. Король // Автомобильный транспорт : сб. научн. тр.
- Харьков : хНаДУ. - 2009. - Вып. 25.
- С. 120-122.
2. Гецович Е.М. Эмпирико-стохастический подход к моделированию транспортных потоков / Е.М. Гецович, В.Т. Лазурик, Н.А. Семченко, В.Ю. Король // Компьютерное моделирование в наукоемких технологиях : тр. научн.-техн. конф. с междунар. участием Харьк. нац. ун-та имени В.Н. Каразина, 18-21 мая 2010 г.
- Харьков. - 2010. - Ч. 1. - С. 101-104.
Рецензент: В.Т. Лазурик, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакцп 5 липня 2010 р.
