Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования, 2015, том 2, вып. 2 (3) -

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ МЕЗОСКОПИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ КРУПНОГО ГОРОДА

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR CREATING MESOSCOPIC MODELS OF TRANSPORT SYSTEMS A LARGE CITY

Ключевые слова: управление транспортными потоками, моделирование транспортных потоков, улично-дорожная сеть, транспортное моделирование

Keywords: traffic management, traffic flow modeling, street and road network, transport modeling

В статье представлено описание технологии создания динамической транспортной мезомодели на примере центральной части города Рязани с помощью программного комплекса DTALite+Nexta. Применение технологии позволит создавать адекватные динамические транспортные модели на мезоскопическом уровне.

The article presents the description technology create a dynamic transport mesomodel for example, the Central part of the city of Ryazan with the help of software package DTALite+Nexta. Application of technology allows the creation of adequate dynamic transport models at the macroscopic level.

Применение технологий транспортного моделирования является перспективным направлением при принятии решений в области обоснования комплексных программ развития городской инфраструктуры как с точки зрения оценки эффективности финансирования транспортных проектов, так и с точки зрения комплексной оценки транспортного обслуживания в городах РФ. Также актуальным является использование технологий моделирования в составе систем оперативного управления транспортными потоками [1, с. 2] в городах и регионах нашей страны.

Для оценки вышеуказанных показателей разработка методов и технологий построения адекватных транспортных моделей является перспективным научным направлением. Авторами данной статьи предлагается технология построения транспортной модели на мезоскопическом уровне.

Мезоскопический подход при моделировании транспортных потоков исследован следующими учеными: Mahmassani, Hu, Peeta и Ziliaskopoulos, Ben- Akiva, Bierlaire, Burton, Koutsopoulos и Mishalani подробнее в источниках. [2, с. 6,3, с. 4, 4, с. 186].

Главной особенностью мезомоделей является способность воспроизводить сложные процессы образования и распространения транспортных заторов на УДС не прибегая к детальному моделированию отдельных агентов в транспортном потоке. Такие модели обладают универсальность макромоделей [5, с. 60] и детальностью микромоделей [6, с. 28], что позволяет описывать УДС городов и регионов с высокой дискретностью с наименьшими затратами компьютерного времени. В данном случае оптимизация работы достигается за счет применения упрощенных математических моделей мезоуровня.

Для реалистичного описания распространения заторов с учетом эффектов создания очередей, ударных волн на перегонах (сегментах) УДС в технологии предлагается использовать упрощённую математическую модель Newell (1993). В модели Newell скорость входящего потока регулируется выходящей интенсивность транспортного потока через обратный процесс распространения затора (или ударной волны). Кроме того, количество транспортных средств на перегоне не должно превышать максимальной плотности. В результате, предлагаемая модель может определить и захватить обратное распространение очереди на перегонах УДС.

Описание процесса проезда регулируемых пересечений заключается в передаче транспортных средств между перегонами на основе загрузочного буфера, который действует в качестве временной накопительной очереди. В каждый временной интервал, если последующий перегон доступен для входящего потока, агенты перемещаются с загрузочного буфера во входную очередь на перегоне. Таким образом представленная математическая модель позволяет исследователям понять сложные процессы, происходящие в транспортном потоке и адекватно исследовать заторобразования на УДС крупного города

Из выше указанного следует, что мезоскопическое моделирование транспортных потоков позволяет оценить транспортные потоки на макроуровне с учетом описания поведения отдельных агентов в сети, тем самым добиваться более детального моделирования сложных процессов, происходящих в транспортном потоке.

В статье предлагается оригинальная технология построения мезоскопической модели транспортной системы.

Для разработки технологии было проанализирован ряд программных продуктов для мезоскопического моделирования транспортных потоков. Для реализации поставленных задач был выбран программный комплекс DTALite+Nexta [7, с. 1] позволяющий оперировать наиболее передовыми математическими моделями мезоскопического уровня в едином программном ядре.

Программный комплекс DTAlite+Nexta позволяет исследовать следующие задачи:

  • - моделирование дорожных объектов с координированным светофорным регулированием, с учетом транспортных заторов и сложных процессов в дорожном движении;
  • - оценка пропускной способности УДС городов;
  • - оценка качества схем организации дорожного движения;
  • - определение уровня сервиса различных элементов транспортной инфраструктуры;
  • - анализ градостроительных и строительных мероприятий с прогнозированием вытекающих из них транспортных нагрузок и их воздействий;
  • -прогнозирование взимания платы с платных участков автомобильных дорог;
  • - реконструкция участков УДС;
  • - изменение условий движения ТП в сети;
  • - исследование инцидентов на автомобильных дорогах;
  • - моделирование узких мест в транспортной сети;
  • - оценка уровня выбросов загрязняющих веществ.

На рисунке 1 представлен алгоритм работы программного комплекса DTALite+Nexta 3.

Алгоритм работы программного комплекса DTALite+Nexta

Рисунок 1 - Алгоритм работы программного комплекса DTALite+Nexta

Из рисунка 1 видно, что работа программного комплекса состоит из двух крупных блоков, в которых выполняются различные функции. Первая часть схемы показывает, что в программном комплексе DTALite производится расчет математических моделей, а также предоставляется возможность производить поиск кратчайших путей на заданной УДС и анализировать инциденты. Также в виде отдельного модуля имеется возможность оптимизировать светофорное регулирование по методу быстрой оценки [8, с. 344]. Второй блок выполняет функцию визуализации и ввода-вывода данных, экспорта транспортных данных.

Функционал графического пользовательского интерфейса (GUI) обеспечивает программное обеспечение Nexta, которая позволяет вводить данные об улично-дорожной сети, матрицах корреспонденций, типах спроса. Узлах, улично-дорожной сети и др. Также интерфейс Nexta позволяет формировать аналитические двумерные графики по основным макропараметрам транспортного потока (таким как скорость, интенсивность, плотность) рассчитанных с помощью DTAlite. Очевидно, что совместное использование и открытость инструментов предоставляют исследователям, аспирантам, ученым, транспортным инженерам мощную и открытую систему для моделирования и анализа принятых решений в сфере организации и управления транспортными потоками.

С учетом описанного функционала программного обеспечения далее представим укрупненную последовательность действий при создании технологии построения мезоскопической модели в виде блок схемы (рисунок 2).

Укрупненная последовательность действий при создании мезоскопической модели транспортной системы

Рисунок 2 - Укрупненная последовательность действий при создании мезоскопической модели транспортной системы

Таким образом, общая схема создания мезоскопической модели состоит из 4 блоков. Это сбор исходных данных, ввод транспортной инфраструктуры, ввод элементов транспортного спроса, калибровка транспортной модели. Отдельно следует выделить этап взаимодействия транспортного спроса и предложения, на этом этапе реализуется функция распределения транспортных потоков на пути помощью, так называемого динамического принципа пользовательского равновесия [9, стр. 37].

В первом блоке необходимо собрать информацию о фактическом состоянии УДС города, параметрах работы светофорных объектов, выбрать период исследования и обосновать представительность экспериментальной выборки [10, стр. 45].

Во втором и третьем блоке необходимо ввести транспортную модель агрегированные данные, полученные на первом этапе. Этими данными являются параметры пропускной способности УДС, режимы работы светофорных объектов, матрицы корреспонденций по типам спроса (легковой, грузовой, общественный транспорт).

На четвертом этапе необходимо оценить параметры, полученные в модели и сравнить их с показателями, полученными на этапе 1. В случае неудовлетворительной корреляции показателей следует преступить к последовательному исследованию всех параметров модели и выявить неточные данные или возможные ошибки. В общем случае данный алгоритм действий называется калибровкой модели.

В целом расчет мезомодели заключается в оценке матрицы корреспонденций между так называемыми вершинами графа по определенным временным интервалам. Далее рассчитанный спрос необходимо динамически распределить по графу улично-дорожной сети при этом необходимо учесть время передвижение. При распределении потоков идет постоянный учет затрат времени на преодоление определенных участков графа с помощью динамической модели равновесного перераспределения используемой в программном комплексе DTAlite.

Для апробации, разработанной технологии создания мезоскопической модели, в рамках диссертационной работы проводимой автором статьи выбран наиболее проблемный с точки зрения загруженности участок УДС города Рязани. Данный участок начинается от пересечения Московского шоссе с ул. Народный бульвар и до пересечения ул. Соборной и ул. Ленина. Выбор данного участка также подкрепляется регулярностью образования обратного затора в направлении Московского района в утренние часы «пик». Разработанная по технологии модель позволит лучше понять процесс зарождения и ликвидации указанного транспортного затора и оценить различные предложения по его ликвидации.

Исследуемый участок УДС обладает следующими характеристиками

  • - протяженность - 5.72 км;
  • - количество регулируемых - 15;
  • - количество нерегулируемых пересечений - 3;

На рисунке 3 представлена динамическая модель центральной части города Рязань, созданная на основе представленной технологии.

Динамическая мезомодель транспортного центральной части города Рязани

Рисунок 3 - Динамическая мезомодель транспортного центральной части города Рязани

В статье посвященной мезоскопическому моделированию транспортных потоков освящены исследования и программные комплексы для мезомоделиро- вания. Представлена упрощенная схема построения мезоскопической модели. Описан процесс апробирования технологии создания транспортной модели на примере улично-дорожной сети города Рязани. Описаны подход, возможно применять при разработке транспортной мезомодели описывающей сложные динамические процессы в транспортном потоке. Новизна данной технологии заключается в возможности описывать сложные динамические процессы в транспортном потоке на мезоскопическом уровне, не прибегая к более детальным моделям типа имитационных.

Таким образом, на базе данной технологии становится возможным реализовать динамическую модель мезоуровня для транспортной инфраструктуры города или региона и проводить на базе модели качественные и количественные оценки функционирования городской транспортной системы.

Разработанная технология может служить ядром при создании подсистемы моделирования в составе интеллектуальной транспортной системы крупного города или региона.

Библиографический список

  • 1. Кирюшина Е.В., Дорохин С.В., Новиков А.И. К вопросу оперативного управления дорожным движением (на примере трассы Р-298) // Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования. 2014. № 1. С. 229-231. DOI: 10.12737/13492.
  • 2. Mahmassani, H.S. Dynamic network traffic assignment and simulation methodology for advanced system management applications // Networks and Spatial Economics. 2001. V. 1. Iss. 3-4. P. 267-292.
  • 3. Ben-Akiva, M. E., Bierlaire, M., Burton, D., Koutsopoulos, H. N., & Mishalani, R. (2002). Real-time simulation of traffic demand-supply interactions within DynaMIT. In M. Gendreau, & P. Marcotte (Eds.) // Transportation and network analysis: Current trends. Miscellanea in honor of Michael Florian Boston P. 19- 36.
  • 4. Mahmassani, H. S., Hu, T.-Y., Peeta, S., Ziliaskopoulos, A. Development and testing of dynamic traffic assignment and simulation procedures for ATIS/ATMS applications. 1994. McLean.VA: US DOT, Federal Highway Administration. 238 p.
  • 5. Введение в математическое моделирование транспортных потоков: учеб, пособие Гасников А.В., Кленов С.Л., Нурминский Е.А., Холодов Я.А., Шамрай Н.Б.; Приложения: Бланк М.Л., Гасникова Е.В., Замятин А.А., Малышев В.А., Колесников А.В., Райгородский А.М; Под ред. А.В. Гасникова. — М.: МФТИ, 2010. — 362 с.
  • 6. Wiedemann, R. (1974): Simulation des Verkehrsflusses. Schriftenreihe des Instituts fur Verkehrswesen, Heft 8, Universitat (TH) Karlsruhe
  • 7. Официальный сайт программного обеспечения DTAlite+Nexta [Электронный ресурс].- режим доступа https://code.google.eom/p/nexta/. - Загл. с экрана.
  • 8. Highway Capacity Manual: Transportation Research Board, Washington, D.C. 2000. ISBN 0-309-06681-6. Chapter 1.
  • 9. Wardrop J. G. Some theoretical aspects of road traffic research // Proc. Institution of Civil Engineers II. 1952. P. 325-378.
  • 10. Клинковштейн Г.И, Афанасьев М.Б. Организация дорожного движения. - М.: Транспорт, 2001. 244 с.

© Кураксин А.А, Шемякин А.В., 2015

Лаврушина Е.М. Lavrushina Е.М.

студентка 4 курса, кафедры "Сервис и 4th year student of the "Service and

ремонт машин" Приокского государ- repair of machines" Priokskiy

ственного университета, РФ State University, Russian Federation

Кузькина H. A. Kuzkina N.A.

студентка 4 курса, кафедры "Сервис и 4th year student of the "Service and

ремонт машин" Приокского repair of machines" Priokskiy

государственного университета, РФ State University, Russian Federation

Севрюгина H. C. Sevrjugina N.S.

канд. техн. наук, доцент кафедры Ph.D., assistant professor of the "Service

«Сервис и ремонт машин» Приокского and repair of machines" Priokskiy

государственного университета, РФ State University, Russian Federation

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы