Ситуационный анализ транспортной системы города как социо-эколого-экономической системы Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

СИТУАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ ГОРОДА КАК СОЦИО-ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

© Мамонова В.Г.*

Новосибирский государственный технический университет, г. Новосибирск

Предлагаются основы ситуационного анализа при рассмотрении транспортной система города, как социо-эколого-экономическая системы. Сформулирована и решена задача описания пространства ситуаций, позволяющая перейти к реализации принципа классификации ситуаций.

Загрязнение атмосферы в городах РФ в настоящее время вызвано в основном выбросами от автотранспорта. Это связано, во-первых, с резким ростом автопарка городов, во-вторых, с отсутствием продуманной и реализованной транспортной политикой, в-третьих, с катастрофической ситуацией, особенно в крупных городах (Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск и др.) связанной с неразвитостью инфраструктуры, в-четвертых, с большим количеством автомобилей со старыми двигателями, не отвечающими экологическим требованиям. Задача регулирования концентрацией вредных выбросов в атмосферу от автотранспорта является одной из главных в проблеме управления качеством окружающей среды (КОС) города еще и потому, что эти выбросы осуществляются вдоль непосредственной близости от тротуаров в зоне интенсивного пешеходного движения и вдоль магистралей, проходящих в жилых районах.

Постановка задачи

В настоящей работе ставятся и решаются задачи поиска такого описания пространства ситуаций, которой в сочетании с имитационным моделированием позволило бы реализовать принцип классификации в решении задачи поиска наиболее эффективного решения в управлении КОС города.

Рассмотрим транспортную систему города как социально-эколого-экономическую-транспортную систему города (СЭЭТСГ) [1].

Системные принципы иерархичности и информационного единства требуют рассматривать СЭЭТСГ как многоуровневую, иерархическую систему при построении моделей и методов в задачах управления КВС города.

Введем следующие определения [2]:

- Событием Г/ по /-ой координате управляемой подсистемы С7-1, ] = 1, т назовем любое отклонение ьое составляющей вектора,

* Доцент кафедры АСУ, кандидат технических наук.

определяющего состояние системы за допустимые пределы. Событие Г,- определяется двойкой:

Г,.(/■) = г*, г,.(/■); ] = 1, т (1)

где /и) - момент вмешательства управляющей подсистемы в работу подсистемы объекта управления г, - значение координаты, определяющее начальное состояние объекта управления, значение координаты, определяющее состояние системы г,(1) в момент времени / = /■.

- Ситуация ^ - это состояние всех координат ■'-го управляемого объекта и состояние среды в момент времени / = /(■). Ситуация определяется тройкой:

5 ■ = {г*г, (/■ )и1 (/■)} (2)

где И( /(■)) - уровень неопределенности в принятии решения управляемой системы.

Для формализации постановки задачи конкретизируем аналогично принцип классификации в виде следующих аксиоматических положений:

- на каждом уровне управления СЭЭТСГ множество допустимых решений для каждого из узлов управления по конкретной ситуации конечно;

- существует некоторое наиболее рациональное в среднем решение Ц) на множестве решений Ц );

- Множество ситуаций $3) соответствует конечное множество такое, что каждому соответствует некоторое подмножество ситуаций, по которым решение должно приниматься 1-ой управляющей подсистемой, может быть разбитой на конечное число классов 5(), к =1, к по числу элементов «К» множества «Б» существует некоторое однозначное отображение:

-+ Б® (3)

и обратное отображение:

Ьл: Б® (4)

такое, что для всех:

Ци® =: Ц^) (5)

■ ^(Ц^) (6)

Совокупности классов образующих в СЭЭТСГ.

Выбор качественных и количественных признаков ситуаций является первым шагом в проведении ситуационного анализа, позволяющим сформулировать образ ситуации. В понятие образа ситуаций будем вкладывать тот же смысл, который он имеет в теории распознавания образов [3]. Признаками или образующими, используемыми при описании ситуаций, выберем непроизводные объекты, объединенные множеством О:

g е О (7)

где g - отдельные признаки или образующие, являющиеся носителями информации.

Множество в состоит из непересекающихся классов образующих

О“, Оа с О (8)

где а - общий индекс класса образующих:

О = иаОа (9)

Интерпретация такого разбиения состоит в том, что образующие или признаки ситуаций похожие качественно, относятся к одному классу. Для целей регулирования качества воздушной среды города воспользуемся воспроизводством - в качестве классов образующих выберем следующие совокупности:

О = О“1 и О“2 и О“3и О“4 и О“5и Оа6 (10)

О = ^,Оа1 / = 16 (11)

где О“1 - образующие, описывающие структурную принадлежность ситуации к элементу объекта управления (ОУ) (география возникновения ситуации);

О“2 - образующие, описывающие временные характеристики возникшей ситуации;

О“3 - образующие, описывающие экологические последствия от возникшей ситуации;

О“4 - образующие, описывающие экономические последствия от возникшей ситуации;

О“5 - образующие, описывающие социальные последствия от возникшей ситуации;

О“6 - образующие, описывающие структурную принадлежность к тому или иному узлу управляемой системы.

Для задания классов образующих определим для них идентификаторы и опорные пространства. Идентификатор представляет собой наименование образующих. Опорное пространство - некоторую среду, применительно к которой применена образующая.

Для формирования образа ситуации необходимо установить типовые узловые события. Типовые события - это события, воздействие которых приводит к неблагоприятной экологической ситуации в городе. Проведенный анализ показывает, что для СЭЭТСГ такими событиями являются:

- метеоусловия в городе;

- характеристики транспортных потоков;

- характеристики дорожные.

В табл. 1 представлены основные факторы, влияющие на возникновение узловых событий.

Таблица 1

Факторы, влияющие на возникновение узловых событий

№ Типовое узловое событие

Метеоусловия Дорожные характеристики Транспорт

1. Скорость ветра Геометрия дороги Количество транспорта

2. Направление ветра Состояние покрытия Структура транспортного потока в %

3. Температура воздуха Транспортные знаки Общее количество транспорта на входах магитсралей

4. Влажность Общее состояние дороги

5. Интенсивность осадков Направление движения

6. Уровень солнечной радиации Коэффициент рассеивания автотранспорта на перекрестке

7. Характеристика температурной инверсии Параметры системы светофоров

Образующая Оа1 формируется в соответствии с картой города. На рис. 1 представлена карта города, которая используется для формирования образующей О1.

Рис. 1. Карта-схема города

Магистрали города состоят из перегонов и перекрестков. Поэтому в качестве образующих выделим перегоны и перекрестки, из которых как из модулей можно построить любую магистраль города. В табл. 2 представлен пример формирования идентификаторов образующих класс О“1 для города Новосибирска.

Таблица 2

Перечень идентификаторов образующих класс б“1

Образующая Идентификатор

V1 район Ленинский магистраль Троллейная перегон Широкая 1 - Титова 1

$2а1 район Ленинский магистраль пр. Маркса перегон Геодезическая 1 - пл. Лыщинского

Snal, гДе n - количество магистралей и перегонов в городе

Q а\ &m район Ленинский перекресток Титова - ул. Станиславского

На основе приведенных идентификаторов (табл.2) представим образующую } в виде множества элементарных образующих, описываю-

щих одновременно причину возникновения типового узлового события и место его возникновения:

Q«1 Q«1 Q«1 ! /1Л\

гijkl J ~<Tijkl1, &ij№,---, ^ijklU ) (12)

где i, j, k, l - район, магистраль, перегон, перекресток соответственно.

В дальнейшем совокупность этих индексов обозначим через р. Тогда составляющие, характеризующие первую группу узловых событий - метеоусловия:

,9“/ - скорость ветра;

5“22 - направление ветра;

- температура воздуха;

3а1 - влажность;

р4 ’

- интенсивность осадков;

- уровень солнечной радиации;

- температурная инверсия.

Составляющие, характеризующие второе узловое событие - дорожные характеристики :

- геометрия дороги;

- состояния покрытия дороги;

- транспортные знаки;

,9“! - параметры светофорной системы;

5“^ - количество полос движения на перегоне;

5“^ - количество направлений движений на перекрестке.

Составляющие, характеризующие третье узловое событие - транспортные характеристики:

5“^ - структура транспортного потока;

5“^ - интенсивность движения;

5“^ - вероятность выбора каждого направления:

Так как образующие класса целесообразней всего рассматривать в виде точечных образующих, то в качестве их количественного признака введем в рассмотрение числовой признак, состоящий из двух частей: первая показывает номер макрообразующей класса и изменяется согласно табл. 1 от 1 до 7, вторая указывает номер микрообразующей и может меняться соответственно выражению (12). Перечень значений /Р1 приведен в табл. 3.

Таблица 3

Образующие класса ЗаА

Общая расшифровка образующих ид. к.п. ид. к.п. ид. к.п.

скорость ветра 0101 а“1 ^2.1 0201 а“1 ^34.1 3401

направление ветра а“1 ^1.2 0102 а“1 ^2.2 0202 а“1 ^34.2 3402

температура воздуха а“1 ^1.3 0103 а“1 ^2.3 0203 а“1 ^34.3 3403

влажность 0104 а“1 ^2.4 0204 а“1 ^34.4 3404

интенсивность осадков 0105 а“1 ^2.5 0205 а“1 ^34.5 3405

уровень солнечной радиации < 0106 а“1 ^2.6 0206 а“1 ^34.6 3406

температурная инверсия 0107 а“1 ^2.7 0207 а“1 ^34.7 3407

геометрия дороги а“1 ^1.8 0108 а“1 ^2.8 0208 а“1 ^34.8 3408

состояние покрытия дороги а“1 ^1.9 0109 а“1 ^2.9 0209 а“1 ^34.9 3409

транспортные знаки а“1 ^1.10 0110 а“1 ^2.10 0210 а“1 ^34.10 3410

параметры светофорной системы а“1 ^1.11 0111 а“1 ^2.11 0211 а“1 ^34.11 3411

количество полос движения на перегоне а“1 ^1.12 0112 а“1 ^2.12 0212 а“1 ^34.12 3412

количество направлений движений на перекрестке а“1 ^1.13 0113 а“1 ^2.13 0213 а“1 ^34.13 3413

структура транспортного потока а“1 ^1.14 0114 а“1 ^2.14 0214 а“1 ^34.14 3414

интенсивность движения а“1 ^1.15 0115 а“1 ^2.15 0215 а“1 ^34.15 3415

вероятность выбора каждого направления а“1 ^1.16 0116 а“1 ^2.16 0216 а“1 ^34.16 3416

Образующие второго класса Оа2 задают временные параметры возникшего узлового события - момент возникновения и его длительность. Для объекта управления рассматриваемый класс включает в себя непрерывное множе-

ство точечных образующих. Каждую макрообразующую За2 е G“2 представим в виде двух микрообразующих следующим образом:

где 5“1 - образующие, определяющие момент начала узлового события; 5“2 - образующие, определяющие длительность типового узлового события.

В класс образующих ОаЪ включены две образующие:

где 5“3 - образующая, характеризующая уровень концентрации на момент окончания узлового события;

5“1 - образующая, характеризующая ПДК вредных веществ в атмосфере.

В качестве основных загрязнителей атмосферы от автотранспорта будем рассматривать наиболее опасные из них СО, СН, N0.

Область значений ОаЪ - экологические последствия от возникшей ситуации определяется как уровень концентрации вредных веществ в атмосферу от транспортного процесса:

где і = 1, к ;

Сі - концентрация і-го вещества;

ПДК - предельно допустимая концентрация по і-ому ингредиенту.

Условием нормальной экологической обстановки является достижение концентрации вредных веществ в атмосферу, меньших ПДК:

Область значений Оа4 будет включать в себя оценку экономических последствий от возникшей ситуации. Для оценки ущерба предлагается использовать [4] условный показатель общей экономической эффективности - Э.

(13)

(14)

Ф, < 1

(16)

(17)

где Зэ - годовые эксплуатационные расходы да-ого воздухоохранного мероприятия, руб./год;

Зке - капитальные вложения в строительство, обеспечивающее реализацию воздухоохранного мероприятия, руб./год; кн - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений на охрану атмосферы.

Образующая О“5 как и Оа4 основывается на последствиях от экологической обстановки и характеризует в первую очередь уровень заболеваемости населения. Поэтому в качестве основного критерия социальных последствий используется санитарно - гигиенический показатель Сс, который определяет степень соблюдения действующих и разрабатываемых стандартов допустимого влияния химических, физических и биологических факторов и их комбинаций на организм человека:

=Х ф ,В (18)

1=1

где п = 3;

В - оценка /-ой предельно допустимой концентрации вредных веществ в баллах (воздух оценивается по 20-балльной шкале).

В качестве областей значения О“5 примем множество из двух элементов [0,1]:

- 0 - ситуация может быть устранена управляющей системой нижнего уровня

- 1 - в процесс управления подключается координатор на уровне города, в качестве которого могут выступать ГИБДД, СЭС, прокуратура.

Решение о конкретном значении образующей оператора принимает ответственное лицо (ЛПР), основываясь на оценки последствий от экологической, экономической и социальной ситуации.

Комбинаторная теория образов предусматривает структурное объединение стандартных блоков - образующих в конфигурации. В качестве примера на рис.2. представлены некоторые ситуации. Из рисунка видно, что последствия от первого типа события (рис. 2а) можно устранить на нижнем уровне, а от второго (рис. 26) - на верхнем уровне управления.

б)

Рис. 2. Конфигурация ситуаций

В данной статье изложены основы ситуационного анализа при рассмотрении транспортной системы города, как социо-эколого-экономической-транспортной системы, сформулирована и решена задача описания пространства ситуаций, позволяющая перейти к реализации принципа классификации ситуации.

Список литературы:

1. Мамонов В.И. Основы построения автоматизированных систем управления качеством воздушной среды города: учеб. пособие / Новосибирский электротехнический институт. - Новосибирск, 1987. - 82 с.

2. Мамонова В.Г. Принятие решения в оперативном управлении с использованием имитационной модели: дисс. ... канд. техн. наук. - Новосибирск, 1980. - 197 с.

3. Гренандер У Лекции по теории образов. - М.: Мир, 1979. - 383 с.

4. Бачинский Г.А. Мамонов В.И., Марков Ю.Г. Социально-экономические системы как объект управления. - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1990. - 238 с.